膠凍樣類芽孢桿菌對水稻紋枯病病害的防治及田間測產(chǎn)研究

婁夢奇,王曉帆,李明蔚,聶麗萍,廖美德

(華南農(nóng)業(yè)大學植物保護學院,廣東廣州 510642)

水稻紋枯病、稻瘟病和白葉枯病并稱為世界稻作三大病害,其中紋枯病從水稻苗期到生長后期均可感染,導致水稻無法正常抽穗或秕谷數(shù)量增多[1-2]。水稻病害的主要防控措施包括重大病害的預測預報、抗性品種的選育和種植、農(nóng)業(yè)防治、物理防治、化學防治、生物防治等[3]。但由于水稻抗性種質(zhì)資源、病害預測預報及農(nóng)業(yè)防控措施的局限性,在病害大流行年份,化學防治一直是控制各種水稻病害的主要手段,然而化學藥劑的過量、盲目施用,不僅增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本,影響水稻的品質(zhì)和生態(tài)環(huán)境安全,還會導致病原菌產(chǎn)生抗藥性,引起病害再猖獗,嚴重制約了我國水稻產(chǎn)業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展[4]。

PS04菌株是由筆者所在實驗室分離保存的菌株[5],屬于膠凍樣類芽孢桿菌,是一種可以分解土壤中磷、鉀礦物質(zhì)的一類細菌,具有分解土壤中硅酸鹽、鋁酸鹽及云母等礦物質(zhì),釋放其中的磷、鉀等多種微量元素供作物吸收利用,從而達到提高作物產(chǎn)量的目的[6]。PS04胞外多糖能誘導植物防御性酶活性,其誘導效果與BTH相當,是一種良好的誘抗劑[7]。為了探明PS04對水稻紋枯病的防治效果及PS04發(fā)酵液在水稻栽培中的應(yīng)用效果進行了相關(guān)試驗,旨在為微生物源農(nóng)藥在控制植物病害的應(yīng)用提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1菌株。PS04菌株由筆者所在實驗室從華南農(nóng)業(yè)大學殺蟲植物標本園分離純化得到,水稻紋枯病菌和水稻稻瘟病菌由華南農(nóng)業(yè)大學綠色農(nóng)藥全國重點實驗室保存。

1.1.2PS04發(fā)酵液的制備。把放置于-70 ℃冰箱中斜面保存的PS04菌株采用劃線法于查氏平板上進行活化,放于28 ℃恒溫培養(yǎng)箱靜置培養(yǎng)48 h后,待菌落長出后用打孔器打出1～2個菌餅,放于含有100 mL查氏液體培養(yǎng)基(不加瓊脂)的250 mL三角瓶中,35 ℃、160 r/min振蕩培養(yǎng)84 h,即為PS04發(fā)酵液[8-9]。

1.1.3培養(yǎng)基。查氏培養(yǎng)基:蔗糖30 g,硝酸鈉1.5 g,磷酸氫二鉀1 g,硫酸鎂0.5 g,氯化鉀0.5 g,瓊脂16～20 g,水1 000 mL,121 ℃高溫滅菌30 min。

PDA培養(yǎng)基:馬鈴薯200 g,葡萄糖20 g,瓊脂16～20 g,水1 000 mL,121 ℃高溫滅菌30 min。

1.2 方法

1.2.1PS04對病原菌的平皿抑制試驗。用移液槍吸取PS04發(fā)酵液500、1 000、2 000 μL分別注入3個含有100 mL無菌水的250 mL三角瓶中,使3個三角瓶中PS04的濃度為0.5%、1.0%、2.0%。從每個瓶中吸取1 mL的PS04發(fā)酵液分別注入PDA平板上,與培養(yǎng)基混勻。以不做處理的PDA培養(yǎng)基作為對照,共4個處理,每個處理3次重復。將培養(yǎng)皿中培養(yǎng)好的水稻紋枯病菌采用打孔法(直徑7 mm)打孔,將帶有病原菌菌絲的菌餅接種到不同濃度的平板中央,菌絲生長面與平板接觸,放于培養(yǎng)箱中,培養(yǎng)溫度為28 ℃,3 d后觀察培養(yǎng)皿的菌絲生長情況并測量計算抑制率[10]。

1.2.2PS04對水稻紋枯病的離體防效。采集長勢一致、無病斑的新鮮葉片,清洗干凈放于鋪有無菌濾紙片的玻璃培養(yǎng)皿中,每皿5片葉子,用無菌水潤濕濾紙片以達到保濕效果。用移液槍吸取PS04發(fā)酵液2、10 mL分別注入2個含有100 mL無菌水的250 mL三角瓶中,吸取100 mL發(fā)酵液原液注入250 mL三角瓶中,使3個三角瓶中PS04的濃度為2%、10%、100%。用移液槍吸取每個濃度的發(fā)酵液1 mL均勻涂抹葉片,以不處理的葉片作為對照。共4個處理,每處理3次重復。涂抹葉片后將培養(yǎng)皿中生長旺盛的水稻紋枯病菌用打孔器打孔(直徑7 mm)進行接種,將菌餅放置于處理后的每片葉子上,菌絲生長面與葉片接觸,將處理后的葉片放置于28 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng),注意保濕,4 d后觀察葉片的發(fā)病情況[11]。

1.2.3PS04發(fā)酵液大田防效試驗。大田防效試驗設(shè)在國內(nèi)部分省份的水稻種植區(qū)發(fā)病稻區(qū)進行,設(shè)2個處理:①PS04稀釋200倍;②清水對照。共調(diào)查3次,噴藥1次,采用背負式打藥噴霧法。按照《農(nóng)藥田間藥效試驗準則 (一) 》GB/T17980.19—2000的技術(shù)操作規(guī)程規(guī)定,試驗田于施藥前1 d對各小區(qū)采用對角線5點取樣法共查20叢,調(diào)查總株數(shù)、病株數(shù)和病級數(shù)、病情指數(shù)。根據(jù)現(xiàn)場試驗效果確定是否進行多次施藥及調(diào)查,并計算病情指數(shù)與防效[12]。

水稻紋枯病病情分級標準:0級,全株無病;1級,第4葉片及其以下各葉鞘、葉子發(fā)病;3級,第3葉片及其以下各葉鞘、葉子發(fā)病;5級,第2葉片及其以下各葉鞘、葉子發(fā)病;7級,劍葉葉片及其以下各葉鞘、葉子發(fā)病;9級,全株發(fā)病,提早枯死。

病情指數(shù)=[∑(各級病株數(shù)×相對級數(shù)值)÷(調(diào)查總株數(shù)×最高級值)]×100

防治效果=(對照病情指數(shù)-處理病情指數(shù))/對照病情指數(shù)×100%

1.2.4PS04發(fā)酵液田間測產(chǎn)試驗。測產(chǎn)試驗在廣東省江門張村水稻種植區(qū)進行,不處理的稻田為對照組,噴施稀釋200倍的PS04發(fā)酵液為處理組。在水稻收割前對各大區(qū)進行測產(chǎn),采用對角線5點取樣法,每1 m2調(diào)查不少于30穗,記錄每穗粒數(shù)、每穗實粒數(shù)、結(jié)實率、千粒重,計算理論產(chǎn)量[13]。

2 結(jié)果與分析

2.1 PS04發(fā)酵液對水稻紋枯病菌的抑菌活性隨著PS04發(fā)酵液濃度的增加,對水稻紋枯病菌生長的抑制越明顯,在PS04發(fā)酵液濃度為0.5%時對水稻紋枯病菌的抑菌率為56.10%,濃度為1.0%時抑菌率為64.93%,濃度為2.0%時抑菌率為84.16%(圖1、2)。

注:A.CK,B.0.5%PS04發(fā)酵液,C.1.0%PS04發(fā)酵液, D.2.0%PS04發(fā)酵液。Note:A.CK,B.0.5% concentration PS04 fermentation broth,C.1.0% PS04 fermentation broth,D.2.0% PS04 fermentation broth.

圖2 不同濃度PS04發(fā)酵液對水稻紋枯病菌的抑菌率Fig.2 Inhibition rate of different concentrations of PS04 fermentation broth

2.2 PS04發(fā)酵液對水稻紋枯病離體防效用離體水稻葉片測定PS04發(fā)酵液對水稻紋枯病的防治效果見表1。由表1可知,對照組的水稻葉片在接種病菌4 d后,導致100%發(fā)病,病斑直徑平均為9.27 cm。經(jīng)不同濃度PS04發(fā)酵液處理的水稻葉片在接種紋枯病菌4 d后,表現(xiàn)出顯著的保護性防效,其中當PS04在100%時防效為71.63%,在10%時防效為46.04%,在2%時防效為19.72%。與對照組相比有顯著的防效。

表1 PS04發(fā)酵液對水稻紋枯病的防治效果

2.3 PS04發(fā)酵液大田防效試驗在江門張村水稻種植區(qū)進行了大田防效試驗,結(jié)果見表2。由表2可知,在江門張村地區(qū)施用PS04制劑之后,第一次藥后的病情指數(shù)為6.27,對照區(qū)的病情指數(shù)為35.50。第二次藥后病情指數(shù)為3.72,對照區(qū)的病情指數(shù)為25.70?？梢娝幒蟛∏橹笖?shù)顯著低于對照,且二次施藥后顯著降低水稻紋枯病的發(fā)生。

表2 PS04發(fā)酵液在江門張村水稻種植區(qū)對紋枯病的防效

2.4 PS04發(fā)酵液大田測產(chǎn)試驗在江門張村水稻種植區(qū)進行了大田應(yīng)用試驗,結(jié)果見表3。從表3可以看出,噴施PS04發(fā)酵液后的水稻千粒重顯著高于對照組,千粒重增加了1.45 g。與對照組相比,每穗粒數(shù)無顯著差異。PS04發(fā)酵液處理組水稻的結(jié)實率與對照組無顯著差異,PS04發(fā)酵液處理組的有效穗數(shù)顯著高于對照組。處理組的產(chǎn)量較對照組增加了13.43%。由此可以看出,PS04發(fā)酵液增加了水稻產(chǎn)量。

表3 江門張村水稻種植區(qū)產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

3 結(jié)論與討論

PS04菌株是筆者所在課題組自華南農(nóng)業(yè)大學植物園分離得到的一株類芽孢桿菌,經(jīng)鑒定為膠凍樣類芽孢桿菌(Paenibacilluskribbensis),又名克立本類芽孢桿菌。芽孢桿菌具有抗逆性強、抗菌譜廣及生長代謝速度快等優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用于植物病害的防治研究中[14-15]。本實驗室是前期對PS04菌株進行了分離鑒定及其抗菌代謝產(chǎn)物的研究之后用PS04發(fā)酵液對水稻紋枯病進行室內(nèi)抑菌試驗并進行了田間防效和測產(chǎn)試驗。

在平板抑制試驗中發(fā)現(xiàn)PS04菌株具有良好的抑菌活性,且隨著濃度的增加而表現(xiàn)顯著,當PS04發(fā)酵液濃度為2%時對水稻紋枯病的防效為84.16%,在對水稻紋枯病的離體防效試驗中發(fā)現(xiàn)PS04發(fā)酵液原液對水稻紋枯病的防治效果最好,能夠降低葉片發(fā)病率。在大田對水稻紋枯病病害防治及測產(chǎn)試驗中,發(fā)現(xiàn)施用PS04制劑后能夠顯著抑制病害發(fā)生率并提高單位面積簇數(shù)、結(jié)實率、千粒重等產(chǎn)量形成相關(guān)因素。另外在大田試驗中發(fā)現(xiàn),在水直播田、機插田施用PS04發(fā)酵液后,秧苗素質(zhì)均有不同程度提升,表現(xiàn)為莖稈粗壯,葉色較濃。苗高比對照田塊高1～3 cm(常規(guī)稻尤為明顯),增加水稻葉片長度、提高根長和白根數(shù),后期抗衰性狀表現(xiàn)明顯,能顯著降低病害發(fā)生率。因此,可為今后微生物源農(nóng)藥防治水稻紋枯病病害提供一定理論基礎(chǔ)與技術(shù)支撐。