江西省十字花科作物根腫病影響因子研究

黃 蓉，胡建坤，姜仙美，丁云花，黃瑞榮*

（1.江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 植物保護(hù)研究所，江西 南昌 330200；2.玉山縣種子管理站，江西 上饒 334700；3.北京市農(nóng)林科學(xué)院 蔬菜研究中心，北京 100097）

【研究意義】由蕓苔根腫菌Plasmodiophora brassicae引起的十字花科根腫病是一種重要的世界性植物病害。全球每年因根腫病造成的十字花科作物產(chǎn)量損失約占總產(chǎn)量的10%～15%[1]。我國大部分?。ㄊ校┦只谱魑锓N植區(qū)有該病分布，常年危害面積占總種植面積的1/3 以上，大流行年份重病田塊損失達(dá)60%以上[2-3]。江西省是我國大陸最早報道有根腫病發(fā)生的省份，也是十字花科蔬菜根腫病為害較重的省份，重病區(qū)域因蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)顯著下降而導(dǎo)致種植面積銳減。研究江西省十字花科蔬菜根腫病影響因子，旨在掌握病害區(qū)域性發(fā)生基本規(guī)律，為科學(xué)制定防控技術(shù)措施提供決策依據(jù)?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】1931 年，Honig[4]證實根腫菌存在小種分化。我國學(xué)者采用Williams 鑒別系統(tǒng)[5]鑒定出多個生理小種[6-11]。筆者研究發(fā)現(xiàn)十字花科種間作物對根腫病不同小種的抗性存在顯著差異，指出甘藍(lán)類蔬菜抗根腫菌9 號生理小種[11]；證實根腫菌耐溫性較強[12]。溫度影響根腫菌侵染寄主，病害嚴(yán)重度與溫度有顯著的相關(guān)性[13-14]。然而，自然條件下氣溫和雨量對根腫病的影響報道甚少。輪作減輕植物病害[15]，根腫病也有與非十字花科作物輪作3 年以上減輕發(fā)生的報道[16]。因根腫菌在土壤中能存活多年，輪作效應(yīng)尚待求證?！颈狙芯壳腥朦c】鑒于菌源量、土壤酸堿度對根腫病的影響筆者已有報道[17-18]，本文重點研究病原菌致病性分化、氣象和栽培等因素對根腫病的影響。在前期工作基礎(chǔ)上，采集江西省各縣市根腫病病樣鑒定小種屬性，觀察種群變化，分析病菌致病性分化區(qū)域特征及不同小種對鑒別寄主之外作物的致病性；依據(jù)氣象因素的季節(jié)性變化規(guī)律，設(shè)計以感根腫病的小白菜品種“蘇州青”為指示作物，在根腫病田以月為單位分期播種，研究月平均氣溫和降雨量對根腫病的影響；設(shè)計與非十字花科作物輪作、同科作物混播試驗，研究分析對根腫病情的影響?！緮M解決的關(guān)鍵問題】明確江西省根腫菌種群結(jié)構(gòu)變化及分布，揭示小種致病性與作物種類之間的關(guān)系，探索氣象因素和栽培方式對根腫病的影響，為江西省蔬菜根腫病防治決策提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

室內(nèi)試驗在江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所植物病害實驗室完成，田間試驗在江西省農(nóng)科院植保所試驗基地和婺源縣溪頭鄉(xiāng)根腫病病圃完成。

1.1 試驗材料

參試小白菜品種為感4 號和9 號小種的“蘇州青”。油菜品種為抗9 號小種、感4 號小種的贛油13 號。鑒定根腫菌生理小種的菌株，來源于南昌、上饒、九江、贛州、新余和宜春等六市所轄的南昌、上饒、婺源、武寧、修水、龍南、分宜、豐城等10 縣（市）采集的十字花科蔬菜根腫病腫根組織。塑料育秧盤規(guī)格（60 cm×40 cm×15 cm），供試營養(yǎng)基質(zhì)為丹麥品氏托普泥炭。輪作試驗前茬作物為小白菜或油菜，輪作作物為一季稻、玉米、西瓜，后茬作物為十字花科甘藍(lán)、白蘿卜（婺源地方品種）、紫菜薹、小白菜。

1.2 試驗方法

1.2.1 病原菌致病性分化對根腫病的影響 在前期鑒定江西省蔬菜根腫病菌生理小種的基礎(chǔ)上，再次鑒定2016—2017年采集于江西省各地的蔬菜根腫病菌株的小種屬性，監(jiān)測病菌小種變化動態(tài)，分析病菌小種組成與來源作物之間關(guān)系。病菌小種鑒定方法同前文報道[11]。

1.2.2 氣候因素對根腫病的影響 2012 年4 月至11 月，在江西省南昌縣根腫病9 號小種疫區(qū)設(shè)置田間自然病圃，以月為單位在病圃中分期播種小白菜“蘇州青”，每期播種面積30 m2，出苗后35～50 d（春夏秋季調(diào)查時間35～40 d，冬季調(diào)查時間45～50 d）按“0～9級”分級標(biāo)準(zhǔn)調(diào)查記載寄主根腫病情，每期隨機調(diào)查300株小白菜。病圃水肥管理同常規(guī)。

1.2.3 栽培方式對十字花科作物苗期根腫病的影響 在南昌縣9號小種疫區(qū)病田（田中病原菌經(jīng)取感病組織及病土鑒定為9 號小種群），采用水旱輪作（小白菜-水稻-小白菜），旱旱輪作（小白菜-西瓜-小白菜），小白菜、油菜單播及其混播等栽培模式研究寄主根腫病情變化；在婺源縣溪頭鄉(xiāng)4號小種病田（田中病原菌經(jīng)取感病組織及病土鑒定為4 號小種群），采用水旱輪作（油菜-水稻-油菜、甘藍(lán)），旱旱輪作（油菜-玉米-小白菜、油菜、甘藍(lán)），小白菜、油菜單播及其混播等栽培模式研究寄主根腫病情變化。輪作田塊按后茬作物種類分設(shè)處理，每處理小區(qū)面積30 m2，重復(fù)3 次，隨機區(qū)組。油菜與小白菜各處理的種植方式均為撒播。油菜與小白菜混播，用種量按油菜種子重量與小白菜種子重量的3∶2配比。病情調(diào)查每小區(qū)對角線五點取樣，每點調(diào)查20株，共調(diào)查100株。

此外，在輪作試驗區(qū)跟蹤調(diào)查不同栽培模式（旱地-水田-旱地，水田-旱地）下十字花科作物根腫病病情變化。病情調(diào)查每塊田對角線五點取樣，每點隨機調(diào)查十字花科作物60株，每塊田調(diào)查300株。

設(shè)計小白菜、油菜單播及混播盆栽試驗。試驗分成2組，每組均為小白菜單播、油菜單播和小白菜與油菜混播3個處理。一組試驗人工接種4號小種，另一組試驗人工接種9號小種。每處理接種1盤，重復(fù)3 次。塑料盤規(guī)格：長×寬×高=60 cm×40 cm×15 cm。采用“菌土法”接種病菌，具體接種及育苗方法參照文獻(xiàn)[14]。均于播種后40 d調(diào)查各處理試驗育秧盤中的作物根腫病情，每盤中的小白菜或油菜苗的數(shù)量均在80株以上。試驗在江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所試驗基地的溫室進(jìn)行。

1.3 統(tǒng)計與計算

根腫病情嚴(yán)重度分級標(biāo)準(zhǔn)：0級，根系正常；1級，側(cè)根有小腫瘤；3級，主根腫大，其直徑小于2倍莖基部；5級，主根腫大，其直徑是莖基部的2～3倍；7級，主根腫大，其直徑是莖基部的3～4倍；9級，主根腫大，其直徑是莖基部的4倍以上或腫大的根部出現(xiàn)變黑。

2 結(jié)果與分析

2.1 病原菌致病力分化對根腫病的影響

江西省蔬菜根腫病病菌致病力分化明顯，73個參鑒菌株鑒定出1號、3號、4號、5號、8號、9號、12號、16 號共8 個小種（表1、2），各小種出現(xiàn)頻率依次為1.52、1.52、10.61、4.55、3.03、75.76、1.52、1.52，其中9 號為優(yōu)勢小種，菌株來源地均有分布；4號為區(qū)域性優(yōu)勢小種，主要分布在贛東北部分縣市。2016年之前的菌株鑒定出8號、9號和16號小種[8]，2016年后新增1號、3號、4號、5號、12號小種。依據(jù)感染鑒別寄主的毒力判斷，4號為強致病力小種，5號為弱致病力小種。種群分布區(qū)域間存在差異，南昌縣的向塘鎮(zhèn)、蓮塘鎮(zhèn)和三江鎮(zhèn)為同一縣域，小種的分布依次為1號、3號、9號；5號、8號、9號；4號、9號，小種構(gòu)成不盡相同。病菌小種以來源作物區(qū)分，1號、9號和12號小種來源于紫菜薹；4號小種來源于紫菜薹、大白菜、小白菜、芥菜和甘藍(lán)；8號、9號和16號小種來源于大白菜；3號、5號、8號和9號小種來源于小白菜鑒。結(jié)果顯示，同一小種可侵染十字花科不同種類蔬菜，同種蔬菜可被不同小種侵染而感病。然而，只有強致病力4號小種感染甘藍(lán)幾率較大，白菜類蔬菜幾乎能被所有小種所侵染。表明十字花科種間作物的抗病性與小種致病性密切相關(guān)。

表1 菌株來源地與小種分布Tab.1 The collection places of strains and the distinction of physiologic race

表2 菌株來源作物與小種分布Tab.2 The hosts of strains and the distinction of physiologic race

2.2 氣象因素對根腫病的影響

小白菜在根腫病圃按月分批播種，病情結(jié)果及試驗期各月平均氣溫和降水量如圖1所示。4月平均氣溫19.3 ℃，病株率88%，病情指數(shù)50；6月平均氣溫26.2 ℃，病株率和病情指數(shù)為100%和78；5月平均氣溫23.1 ℃，為93%和70；7—8月平均氣溫30 ℃左右，病株率和病指較5—6月降低，為79%和38，79%和34；9月平均氣溫24.3 ℃，病株率和病指再度上升至94%和65；10月平均氣溫20.7 ℃，病株率76%，病指53，顯著高于7—8月；11月平均氣溫12.6 ℃，病株率和病指均顯著降低，為18%和4。由結(jié)果可見，一年之中根腫病形成2個發(fā)病高峰，第一次高峰為6月，第二次高峰為9月，高溫和低溫均會對病情進(jìn)展有抑制。

圖1 2014年4—11月小白菜發(fā)病情況及各月平均溫度和降水量Fig.1 The disease severity of Chinese mustard and monthly mean temperature and precipitation from April to November in 2014

分析降水量對小白菜根腫病的影響，4 月降水量213 mm，比6 月降水多，但病情較低；5 月降水量411 mm，根腫病發(fā)生較重；6—9 月降水量123～154 mm，月度之間降水量差異較小，但根腫病情差異較大，病株率和病情指數(shù)均呈U 型變化；10—11 月降水量由44 mm 上升至221 mm，但根腫病情減輕。由此可見，降水量對根腫病情的影響不如溫度顯著。

2.3 栽培方式對根腫病的影響

2.3.1 輪作對根腫病的影響 南昌9 號小種病田間輪作試驗結(jié)果見表3。后茬作物小白菜在兩種輪作方式中均有根腫病發(fā)生，與輪作前種植的小白菜比較，病情未見減輕。依據(jù)小白菜田間病株率與病指的變化值，水旱輪作根腫病似有加重發(fā)生的跡象。后茬作物為油菜或甘藍(lán)，兩種輪作方式根腫病均未發(fā)生。

表3 根腫菌9號小種田間輪作試驗結(jié)果（2015，南昌）Tab.3 The result of rotation test in No.9 race field（2015，Nanchang）

婺源4 號小種病田間輪作試驗結(jié)果見表4。兩種輪作方式的后茬作物小白菜、油菜、蘿卜或甘藍(lán)均有根腫病發(fā)生，但病株率和病指有顯著差異，其中以小白菜與油菜病株率和病指最高，甘藍(lán)次之，蘿卜田間少見病株。

表4 根腫菌4號小種田間輪作試驗結(jié)果（2016，婺源）Tab.4 The result of rotation test in No.4 race field（2016，Wuyuan）

南昌縣向塘鎮(zhèn)紫菜薹基地是根腫病重發(fā)區(qū)域，耕作方式多為前茬種植水稻或西瓜，后茬種植紫菜薹。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，同一田塊不同年份無論是水旱輪作還是旱旱輪作，后茬紫菜薹根腫病依然嚴(yán)重（表5）。

表5 南昌縣向塘鎮(zhèn)9號小種田塊輪作后根腫病發(fā)生情況Tab.5 The incidence condition of clubroot disease after rotation on the No.9 race field in Xiangtang Town Nanchang County

調(diào)查還發(fā)現(xiàn)，南昌縣八一鄉(xiāng)板聯(lián)村連續(xù)種植雙季水稻4 年的稻田，改旱地播種小白菜發(fā)生根腫病；南昌縣蓮塘鎮(zhèn)溥林村雙季稻區(qū)種稻數(shù)十年的幾百畝成片稻田，改旱地種植小白菜，當(dāng)季發(fā)生根腫病（表6）。

表6 南昌縣多年稻田改種小白菜的根腫病發(fā)病情況Tab.6 The incidence condition of clubroot disease of Chinese mustard on the field planted rice for many years in Nanchang county

2.3.2 同科作物混播對根腫病的影響 4號小種和9號小種病田的小白菜、油菜單播及其混播病情結(jié)果見表7。9號小種田塊，油菜不發(fā)?。恍“撞藛尾ゲ≈曷?4.33%，病情指數(shù)52.19；與油菜混播后其病株率和病情指數(shù)分別下降，為69.67%和28.70。小白菜、油菜在4 號小種田塊單、混播兩者均發(fā)生根腫病，且病株率和病情指數(shù)均處于相對高位，未再現(xiàn)小白菜與油菜混播后根腫病情減輕現(xiàn)象。

表7 小白菜與油菜單播、混播病田試驗結(jié)果Tab.7 The monoculture and mixture test result of Chinese mustard and rape in the diseased field

人工接種試驗結(jié)果（表8）與大田試驗結(jié)果相近。

表8 小白菜與油菜單播、混播人工接種根腫菌試驗結(jié)果Tab.8 The monoculture and mixture test result of Chinese mustard and rape with artificial inoculated Plasmodiophora brassicae

3 結(jié)論與討論

前期研究證實，十字花科蔬菜根腫病與病原菌的田間菌源量、土壤酸堿度、品種抗病性等因素密切相關(guān)。本研究證實根腫菌的致病性分化、氣象條件和栽培方式也對根腫病的發(fā)生產(chǎn)生影響。

江西省蔬菜根腫菌致病性分化明顯，鑒定出8 個生理小種。種群數(shù)量較前文報道[11]的3 個小種明顯增多。種群結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜，既有強致病力4 號小種出現(xiàn)，也有弱致病力5 號小種分布。9 號為全省優(yōu)勢小種，4 號為贛東北油菜產(chǎn)區(qū)優(yōu)勢小種。小種數(shù)量增多，一方面可能是之前鑒定的菌株數(shù)量不夠多，存在遺漏；另一方面病菌可能存在適應(yīng)性變異、突變，或農(nóng)事操作、旅游等人類活動使外來菌源流入。

不同小種對十字花科種間作物的致病力差異顯著。5號小種不感染鑒別寄主，但感染大、小白菜，是否還感染其他十字花科作物有待后續(xù)研究。9號小種對甘藍(lán)類蔬菜和油菜致病力弱，對白菜類蔬菜致病力較強。4 號小種感染十字花科多種蔬菜，對油菜也表現(xiàn)出強致病力，但對蘿卜的致病力相對較低。利用這一結(jié)果調(diào)整相應(yīng)的小種重病區(qū)域十字花科蔬菜種植結(jié)構(gòu)，可收到理想的控病效果。4號小種從無到有，并在江西婺源、景德鎮(zhèn)、上饒等贛東北旅游資源豐富的縣市高頻出現(xiàn)，成為誘發(fā)江西省十字花科作物根腫病高風(fēng)險小種，也從此終結(jié)了江西省油菜不發(fā)或輕發(fā)根腫病的歷史。監(jiān)測根腫病病菌生理小種變化，動態(tài)及其在鑒別寄主之外的致病力是江西省今后根腫病防治技術(shù)研究中的重要課題。

江西屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，春寒夏熱，秋燥冬冷。年平均氣溫16～20 ℃，一月3～9 ℃，七月27～31 ℃。四季分明的氣候特點對江西省蔬菜根腫病具有顯著影響。月平均氣溫高于30 ℃，病株率可處相對高位，但病情指數(shù)較適溫條件下顯著降低；月平均氣溫低于12 ℃，不利于根腫病發(fā)生。隨著氣溫的季節(jié)性變化，一年之中于6 月和9 月形成2 個根腫病發(fā)生高峰。據(jù)報道，溫度影響休眠孢子的萌發(fā)，最適萌發(fā)溫度24 ℃，隨著溫度的升高或降低，萌發(fā)率均逐漸下降[19-20]。江西省蔬菜根腫病隨季節(jié)呈規(guī)律性變化，與溫度影響到休眠孢子萌發(fā)率可能有一定關(guān)系。利用根腫病隨氣溫變化的這一特性，調(diào)整作物播期有望在一定程度上控制或減輕根腫病情。Strelkov 等[21]認(rèn)為降雨量影響根腫病情。研究結(jié)果顯示，適溫條件下強降雨加重病情，但總體而言，降雨量對根腫病的影響關(guān)系并不密切，這可能與蔬菜種植過程中田間水份管理能夠滿足蔬菜生長和病菌侵染繁殖的需要，因而掩蓋了降水量對根腫病的真實影響。

胡瓊等[22]調(diào)查發(fā)現(xiàn)不同的前茬作物影響油菜根腫病情，與非寄主植物輪作是有效防治根腫病的栽培措施。本研究尚未得到十字花科作物與水稻、西瓜、玉米等非十字花科作物短期輪作減輕根腫病情的試驗結(jié)果。婺源縣溪頭鄉(xiāng)田間種植模式多為一季水稻與油菜或當(dāng)?shù)匕滋}卜輪作。自該鄉(xiāng)發(fā)現(xiàn)油菜根腫病發(fā)生以來，病害迅速蔓延，病情日益加重，未見輪作產(chǎn)生效果，多數(shù)田塊病苗率高達(dá)70%以上，病情指數(shù)40%以上，局部出現(xiàn)成片死苗現(xiàn)象。南昌縣向塘鎮(zhèn)紫菜薹基地，菜農(nóng)雖然每年采取輪作方式，但根腫病依然發(fā)生嚴(yán)重，以致不得不逐年調(diào)減紫菜薹種植面積。因此，以上述作物進(jìn)行短期輪作調(diào)控根腫病毫無效果。值得注意的是數(shù)年甚至數(shù)十年的水田改做旱地，首次播種小白菜依然發(fā)生根腫病。農(nóng)事操作可傳播病原菌，種子表面也不排除帶菌現(xiàn)象，僅此田間偶見根腫病株尚有可能，但病株率達(dá)到百分之幾唯恐病菌源量不足。于曉坤等[23]報道人工接種漂浮育苗接種的孢子懸浮液帶菌量在103～107個/g時發(fā)病程度與帶菌量呈正相關(guān)，每克土壤中休眠孢子含量低于103個寄主少發(fā)病或不發(fā)病。故此推測，種稻數(shù)十年的水田改為旱地依然發(fā)生根腫病可能是由于根腫菌休眠孢子在土壤中存活時間長，也可能是灌溉水?dāng)y帶病菌休眠孢子流入稻田沉積富集所造成。因此，在實際生產(chǎn)過程中，水旱輪作對根腫病的控制效果十分有限。

在根腫菌9 號小種的病田和盆栽單播與混播試驗中，小白菜單播的病情均重于與油菜混播后的病情。在根腫菌4號小種的病田和盆栽單播與混播試驗中，沒有出現(xiàn)小白菜與油菜混播病情較小白菜單播時減輕的現(xiàn)象。由于油菜抗9 號小種，感4 號小種，小白菜感9 號和4 號小種，因而推測油菜根系分泌物中可能存在化感物質(zhì)，不抑制4號小種，但可抑制9號小種的病菌休眠孢子萌發(fā)及其對寄主根系的侵染，從而使與之混播的小白菜根腫病情亦得到減輕。如上述推測成立，不同根腫菌生理小種的致病力應(yīng)與其對十字花科作物根系分泌物中某些組分的敏感性差異有關(guān)。Ludwig-Mülller 等[24-25]研究發(fā)現(xiàn)一些非十字花科植物，如番木瓜，旱金蓮和白木犀草等也可以被根腫菌所侵染。在這些非十字花科植物根部感病后，其根部的某些硫代葡萄糖苷的含量會明顯的上升或下降。因此，尋找影響9號小種的物質(zhì)，探尋其作用機理，或證實其它影響因素的存在，均有待進(jìn)一步深入研究。