不同前茬作物對(duì)秋茬大白菜根腫病及產(chǎn)量的影響

路 鵬 羅曉涵 王雪東 梁鑫宇 吳鳳芝 潘 凱

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝園林學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150030）

大 白 菜〔Brassica campestrisL.ssp.pekinensis（Lour）Olsson〕為十字花科蕓薹屬作物，原產(chǎn)于我國(guó)北方地區(qū)，具有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、產(chǎn)量高、耐貯運(yùn)等特點(diǎn)，是我國(guó)北方地區(qū)秋冬季節(jié)食用的主要蔬菜種類(lèi)之一，供應(yīng)期長(zhǎng)達(dá)半年之久。但由于長(zhǎng)期的單一種植模式及不科學(xué)的栽培管理，導(dǎo)致菜田土壤生態(tài)環(huán)境劣變、病害發(fā)生嚴(yán)重，尤其是近年來(lái)根腫病持續(xù)加重，已成為阻礙大白菜生產(chǎn)的重要原因（Ricarova et al.，2016）。根腫病是由蕓薹根腫菌（Plasmodiophora brassicae）專(zhuān)性侵染十字花科作物引起的土傳性病害，是限制十字花科作物生產(chǎn)的主要因素，造成全球減產(chǎn)10%～15%（Ernst et al.，2019）。由于蕓薹根腫菌存在眾多生理小種（索歡等，2015），且休眠孢子在土壤中存活時(shí)間較長(zhǎng)，使得該病防治起來(lái)尤為困難（黃云 等，2007；任靜，2018）。當(dāng)前，根腫病的主要防治措施包括選育抗病品種、施用生石灰和生物防治等（李金萍 等，2012），但效果均不理想。近年來(lái)，利用植物種間化感作用防治植物土傳病害受到廣泛關(guān)注。已有研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)輪作可以抑制病原菌過(guò)度繁殖，降低病害的發(fā)生率（陳丹梅 等，2015，2016）。但是若前茬作物設(shè)計(jì)不合理，則會(huì)導(dǎo)致土壤病原菌積累，后茬植株生長(zhǎng)受到抑制且病害加重（莊敬華 等，2009）。

黑龍江省哈爾濱市阿城區(qū)是秋大白菜主產(chǎn)區(qū)，30多年來(lái)一直采用春茬種植大蒜、秋茬種植大白菜的生產(chǎn)模式，但近10年該地區(qū)秋茬大白菜根腫病發(fā)病嚴(yán)重，更換大白菜品種及采用藥劑防治都未獲得理想效果，導(dǎo)致許多農(nóng)戶(hù)放棄大白菜種植，嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)卮蟀撞水a(chǎn)業(yè)發(fā)展。有研究表明，以大豆作為前茬作物大白菜根腫病的發(fā)病率和病情指數(shù)分別降低了73.5百分點(diǎn)和82.1%，其機(jī)制之一是大豆根系分泌物刺激休眠孢子萌發(fā)，在沒(méi)有活寄主的情況下死亡進(jìn)而降低了土壤中根腫病病原菌含量（唐林，2016）；蕎麥根系分泌物能夠抑制甘藍(lán)根腫病的發(fā)生并促進(jìn)甘藍(lán)生長(zhǎng)（周俐利，2017）；分蘗洋蔥根系分泌物亦可以抑制大白菜根腫病的發(fā)生并促進(jìn)大白菜生長(zhǎng)（Chen et al.，2018）。本試驗(yàn)根據(jù)黑龍江省的氣候條件，選擇在茬口銜接上能夠保證秋大白菜生產(chǎn)的分蘗洋蔥（Allium cepavar.agrogarumL.）、早熟大豆〔Glycine max（Linn.）Merr.〕、春小麥（Triticum aestivumL.）作為前茬作物，研究不同前茬作物對(duì)秋茬大白菜根腫病發(fā)生、大白菜生物量及產(chǎn)量的影響，旨在篩選出適宜北方露地秋茬大白菜生產(chǎn)的前茬作物，為抑制大白菜根腫病發(fā)生及保障大白菜可持續(xù)生產(chǎn)提供技術(shù)和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試大白菜為根腫病易感品種改良東白1號(hào)，分蘗洋蔥為綏化市望奎地方品種M29，春小麥品種為東農(nóng)123，大豆品種為黑河49號(hào)，大蒜品種為阿城紫皮蒜，均由東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝園林學(xué)院設(shè)施園藝與蔬菜生理生態(tài)課題組提供。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)分別于2018年4—10月、2019年4—10月在黑龍江省哈爾濱市阿城區(qū)白城村大白菜產(chǎn)區(qū)進(jìn)行，該地區(qū)常年種植模式為春茬種植大蒜、秋茬種植大白菜，近10年來(lái)根腫病發(fā)病嚴(yán)重。試驗(yàn)地土壤基本理化性質(zhì)為：有機(jī)質(zhì)含量3.07%，堿解氮130.41 mg·kg-1，有效磷117.55 mg·kg-1，速效鉀622.50 mg·kg-1，pH值6.43，EC值0.398 mS·cm-1；每克土壤中蕓薹根腫菌休眠孢子含量為1.95 × 105個(gè)。

設(shè)置3個(gè)處理：B，大豆—大白菜；O，分蘗洋蔥—大白菜；W，小麥—大白菜。以當(dāng)?shù)爻Ｄ攴N植模式大蒜—大白菜為對(duì)照（CK），每處理3次重復(fù)，小區(qū)面積21 m2（3 m × 7 m），四周設(shè)保護(hù)行。2018年，4月8日種植分蘗洋蔥、小麥、大蒜，4月28日種植大豆，前茬收獲后于7月23日直播大白菜，株距50 cm，行距50 cm，10月5日采收；2019年，4月5日種植分蘗洋蔥、小麥、大蒜，4月29日種植大豆，前茬收獲后于7月28日直播大白菜，株距50 cm，行距50 cm，10月5日采收。各作物均采用常規(guī)田間管理，兩年試驗(yàn)管理措施一致，每667 m2施硫酸鉀復(fù)合肥（N-P-K為15-15-15）10 kg、磷酸氫二銨10 kg作基肥。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目

1.3.1 土壤蕓薹根腫菌休眠孢子含量測(cè)定 2018年春茬作物播種后20、40、60 d，2019年春茬作物播種后60 d，分別采用五點(diǎn)取樣法取0～15 cm表層土，過(guò)10目篩后于-80 ℃冰箱保存。土壤DNA的提取采用PowerSoil DNA Isolation Kit（MO BIO Laboratories，CA，USA）試劑盒。參照Wallenhammar等（2012）的方法，采用實(shí)時(shí)熒光定量PCR測(cè)定土壤中蕓薹根腫菌休眠孢子含量。蕓薹根腫菌引物序列為：PbF，5′-AAACAACGA GTCAGCTTGAATGC-3′；PbR，5′-TTCGCGCACA AGCACTTG-3′。

1.3.2 根腫病發(fā)病情況調(diào)查 大白菜播種后20 d（五葉一心至六葉一心）、30 d（蓮座期）、40 d（結(jié)球期），每處理分別隨機(jī)選取9株，調(diào)查發(fā)病情況，計(jì)算發(fā)病率及病情指數(shù)。病情分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參照王雪涵（2018）的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：0級(jí)，根部無(wú)腫瘤，植株生長(zhǎng)正常；1級(jí)，側(cè)根有腫瘤，植株生長(zhǎng)正常；3級(jí)，主根腫大有腫瘤，其直徑小于2倍莖基部，植株地上部可見(jiàn)生長(zhǎng)輕度受阻；5級(jí)，主根腫大，直徑是莖基部的2～3倍，側(cè)根脫落，植株地上部生長(zhǎng)輕度受阻；7級(jí)，主根腫大，直徑是莖基部的3～4倍，側(cè)根脫落，植株地上部明顯矮小、萎黃；9級(jí)，主根腫大，直徑是莖基部的4倍以上或龜裂，側(cè)根大量死亡，植株地上部嚴(yán)重萎蔫或死亡。

發(fā)病率=發(fā)病株數(shù)/調(diào)查株數(shù)× 100%

病情指數(shù)=Σ（各級(jí)病株數(shù)×相對(duì)級(jí)數(shù)）/（調(diào)查總株數(shù)×最高級(jí)數(shù)）× 100

1.3.3 大白菜地上部鮮、干質(zhì)量及產(chǎn)量測(cè)定 大白菜播種后20、30、40 d，每處理分別隨機(jī)選取9株，取地上部分，用蒸餾水洗凈、擦干，采使用電子天平稱(chēng)量地上部鮮質(zhì)量；然后放入烘箱，105 ℃下殺青后調(diào)至60 ℃烘干至恒重，采用電子天平稱(chēng)量地上部干質(zhì)量。播種后70 d左右收獲葉球部分測(cè)產(chǎn)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016軟件進(jìn)行原始數(shù)據(jù)整理和做圖；采用SPSS 21.0軟件進(jìn)行方差分析，運(yùn)用Turkey法在P＜0.05水平上進(jìn)行比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同前茬作物對(duì)土壤中蕓薹根腫菌休眠孢子含量的影響

2018年種植期間，3個(gè)處理及對(duì)照土壤中蕓薹根腫菌休眠孢子含量均隨春茬作物種植時(shí)間的延長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)，且大豆、分蘗洋蔥、小麥根際土壤中蕓薹根腫菌休眠孢子含量一直低于對(duì)照大蒜；播種后60 d，大豆、分蘗洋蔥根際土壤中蕓薹根腫菌休眠孢子含量顯著低于對(duì)照，分別比對(duì)照降低了30.46%、33.88%（圖1）。

圖1 不同前茬作物對(duì)土壤中蕓薹根腫菌休眠孢子含量的影響

依據(jù)2018年測(cè)定結(jié)果，2019年僅對(duì)春茬作物播種后60 d的土壤蕓薹根腫菌休眠孢子含量進(jìn)行了測(cè)定。大豆、分蘗洋蔥和小麥根際土壤中蕓薹根腫菌休眠孢子含量分別為2.46 × 104、2.72 × 104、2.25 × 104個(gè)·g-1，與對(duì)照（大蒜根際土壤中蕓薹根腫菌休眠孢子含量為7.90 × 104個(gè)·g-1）相比分別降低了68.86%、65.57%、71.51%，差異均達(dá)顯著水平。說(shuō)明采用大豆、分蘗洋蔥和小麥作為前茬作物，均能降低土壤中蕓薹根腫菌休眠孢子含量。

2.2 不同前茬作物對(duì)秋茬大白菜根腫病發(fā)病的影響

從表1可以看出，除2019年分蘗洋蔥—大白菜處理在大白菜播種后20 d的根腫病發(fā)病率顯著低于對(duì)照外，3個(gè)處理大白菜播種后20、30、40 d的根腫病發(fā)病率均與對(duì)照差異不顯著，但病情指數(shù)均明顯低于對(duì)照。其中，分蘗洋蔥—大白菜處理的秋茬大白菜根腫病病情指數(shù)始終顯著低于對(duì)照。

表1 不同前茬作物對(duì)秋茬大白菜根腫病發(fā)病的影響

2.3 不同前茬作物對(duì)秋茬大白菜生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響

從表2可以看出，大白菜播種后20 d，3個(gè)處理的地上部鮮、干質(zhì)量均與對(duì)照無(wú)顯著差異；播種后30 d和40 d，分蘗洋蔥—大白菜和小麥—大白菜處理的地上部鮮、干質(zhì)量顯著高于對(duì)照。3個(gè)處理的大白菜產(chǎn)量均明顯高于對(duì)照，增產(chǎn)幅度均在20%以上，其中分蘗洋蔥—大白菜和小麥—大白菜處理的秋茬大白菜產(chǎn)量?jī)赡昃@著高于對(duì)照。

從表2還可以看出，連續(xù)2年采用大豆、分蘗洋蔥和小麥作為前茬作物，秋茬大白菜2019年的增產(chǎn)幅度較2018年有所提高，增產(chǎn)效果分蘗洋蔥＞小麥＞大豆。

表2 不同前茬作物對(duì)秋茬大白菜單株鮮、干質(zhì)量及產(chǎn)量的影響

3 結(jié)論與討論

合理的輪作可以抑制后茬十字花科作物根腫病的發(fā)生，并促進(jìn)作物生長(zhǎng)（陳靜，2015；靳博紅，2018；張蕾 等，2020）。本試驗(yàn)結(jié)果表明，與對(duì)照相比，大豆—大白菜、分蘗洋蔥—大白菜和小麥—大白菜處理均降低了春茬土壤中蕓薹根腫菌休眠孢子含量和秋茬大白菜根腫病病情指數(shù)。其機(jī)制之一可能是因?yàn)榍安缱魑锷L(zhǎng)過(guò)程中釋放的根系分泌物刺激了蕓薹根腫菌休眠孢子的萌發(fā)，而萌發(fā)孢子在沒(méi)有合適的活寄主條件下，無(wú)法獲取相應(yīng)營(yíng)養(yǎng)導(dǎo)致死亡，從而降低了土壤中蕓薹根腫菌含量和大白菜根腫病發(fā)病程度，這在前人的研究中得到了證實(shí)（Prather et al.，2000；楊曉琴，2015；唐林，2016）。有研究發(fā)現(xiàn)酚酸類(lèi)物質(zhì)咖啡酸、香豆酸、綠原酸能夠促進(jìn)蕓薹根腫菌休眠孢子的萌發(fā)（Ohi et al.，2003），部分水解產(chǎn)物如反式-2-羥基-3-丁烯硫代葡萄糖苷、4-羥基-3-吲哚甲基硫代葡萄糖苷對(duì)蕓薹根腫菌休眠孢子也有類(lèi)似影響（李銘，2012）。同時(shí)，Chen等（2018）研究表明，分蘗洋蔥根系分泌物也會(huì)降低蕓薹根腫菌致病基因的表達(dá)，并降低大白菜根腫病發(fā)病程度。相比于對(duì)照，大豆、分蘗洋蔥和小麥根系分泌物中可能包含了更多刺激蕓薹根腫菌休眠孢子萌發(fā)的活性物質(zhì)，進(jìn)而造成了對(duì)照與處理之間的差異，這需要在之后的研究中進(jìn)一步對(duì)根系分泌物成分進(jìn)行鑒定和反饋驗(yàn)證。除此之外，徐蕾（2016）研究發(fā)現(xiàn)，分蘗洋蔥與大白菜輪作能夠引起土壤微生物群落的改變，使土壤總細(xì)菌與總真菌的比值增大，說(shuō)明種植適宜的前茬作物能夠改善土壤的生態(tài)環(huán)境，增加土壤中有益菌含量，進(jìn)而限制了病原菌的繁殖，降低了根腫病的發(fā)生。而對(duì)照長(zhǎng)期種植大蒜為前茬，土壤微生物群落結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，蕓薹根腫菌適應(yīng)了此環(huán)境條件，從而使對(duì)照比處理根腫病發(fā)病嚴(yán)重。

由于受環(huán)境條件的影響，2018年和2019年春茬土壤中蕓薹根腫菌休眠孢子含量及秋茬大白菜根腫病發(fā)病情況有所差異。十字花科根腫病的發(fā)病受溫度、濕度等環(huán)境條件的影響較大（Gossen et al.，2012）。在溫度適宜的條件下，土壤含水量60%～70%最有利于根腫病的發(fā)生，而在土壤水分含量較低的情況下該病也會(huì)少量發(fā)生（班潔靜，2014）；Gossen等（2014）研究表明降雨與蘿卜等蕓薹屬蔬菜根腫病的發(fā)病程度呈正相關(guān)。

本試驗(yàn)中，前茬種植分蘗洋蔥和小麥均較對(duì)照顯著促進(jìn)了秋茬大白菜中后期的生長(zhǎng)，大白菜產(chǎn)量亦顯著高于對(duì)照，這與陳少燦和吳鳳芝（2015）利用分蘗洋蔥與大白菜輪作的結(jié)果類(lèi)似。一方面適宜的前茬作物可以改善土壤生態(tài)環(huán)境，提高土壤酶活力，增加土壤肥力，創(chuàng)造更有利于秋茬大白菜生長(zhǎng)的環(huán)境條件（徐蕾，2016），另一方面可能是因?yàn)榍安缱魑锔捣置谖餃p少了土壤中蕓薹根腫菌含量，進(jìn)而降低其對(duì)大白菜的危害，減輕植物水分和營(yíng)養(yǎng)吸收受阻程度，促進(jìn)大白菜生長(zhǎng)并增加其產(chǎn)量。徐蕾（2016）采用大蔥、大蒜和分蘗洋蔥與大白菜輪作，大白菜的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量分別提高了44%、29%、41%，說(shuō)明大蔥和分蘗洋蔥生長(zhǎng)過(guò)程中分泌的根系分泌物更有利于后茬大白菜的生長(zhǎng)。此外，也有研究發(fā)現(xiàn)大蒜根系分泌物對(duì)于大白菜生長(zhǎng)的化感作用表現(xiàn)為“低促高抑”（丁海燕，2017）。本試驗(yàn)中的對(duì)照，可能由于大蒜長(zhǎng)期種植，導(dǎo)致土壤中化感物質(zhì)過(guò)高，相較處理不利于秋茬大白菜生長(zhǎng)。

綜上，以分蘗洋蔥作為前茬作物對(duì)于秋茬大白菜的生長(zhǎng)及其根腫病的防治效果最優(yōu)。但本試驗(yàn)僅進(jìn)行了兩年，對(duì)持續(xù)種植的影響有待進(jìn)一步研究。此外，將幾種適宜的前茬作物輪換種植是否更有利于秋茬大白菜的生長(zhǎng)及根腫病的防控也有待探討。