本文摘要：摘要：叢枝菌根(rbuscularmycorrhizal，AM)真菌對(duì)辣椒疫病等土傳病害具有生防潛力，但由于難以純培養(yǎng)而未能實(shí)現(xiàn)規(guī)�；a(chǎn)應(yīng)用，如能調(diào)動(dòng)土著AM真菌的抑病功能則對(duì)實(shí)際生產(chǎn)具有重要指導(dǎo)意義。依托重慶石柱辣椒科技園，研究設(shè)施大棚中間作玉米對(duì)土著AM真菌生
摘要：叢枝菌根(rbuscularmycorrhizal，AM)真菌對(duì)辣椒疫病等土傳病害具有生防潛力，但由于難以純培養(yǎng)而未能實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)應(yīng)用，如能調(diào)動(dòng)土著AM真菌的抑病功能則對(duì)實(shí)際生產(chǎn)具有重要指導(dǎo)意義。依托重慶石柱辣椒科技園，研究設(shè)施大棚中間作玉米對(duì)土著AM真菌生長(zhǎng)及辣椒疫病防治的影響。結(jié)果表明，與辣椒單作相比，間作玉米處理辣椒根系A(chǔ)M真菌侵染率、根際AM真菌數(shù)量與土壤磷酸酶活性以及小區(qū)作物養(yǎng)分總吸收量均顯著提高，辣椒疫病發(fā)病率與病情指數(shù)、單株辣椒的磷吸收量及果實(shí)生物量均顯著下降，其中種植密度更高的等壟寬間作處理兩種作物根系真菌侵染率、小區(qū)玉米產(chǎn)量及作物養(yǎng)分總吸收量均顯著高于等行距間作處理，辣椒疫病發(fā)病率與之正好相反。設(shè)施環(huán)境下間作玉米或能通過促進(jìn)AM真菌生長(zhǎng)及其對(duì)辣椒根系的侵染來增強(qiáng)其對(duì)辣椒疫病的防治功效，其中等壟寬間作處理具有更好的經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞：辣椒疫病;叢枝菌根真菌;間作;設(shè)施大棚;磷
辣椒疫病是一種由辣椒疫霉(PhytophthoracapsiciLeonian)引起的極具破壞性的土傳病害，能引起植株根冠腐爛以及葉子、果實(shí)與莖枯萎等現(xiàn)象[1]，對(duì)辣椒集約化種植造成嚴(yán)重威脅。更為嚴(yán)重的是，辣椒疫霉卵孢子在土壤中可以休眠年以上，環(huán)境適宜時(shí)又可以重新萌發(fā)、侵害植株，引發(fā)大面積發(fā)病[2]。隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)面積的不斷擴(kuò)大，辣椒作為一種經(jīng)濟(jì)作物其生產(chǎn)設(shè)施化程度也日益提高。
然而，設(shè)施大棚內(nèi)高溫高濕的環(huán)境極易引起辣椒疫病的爆發(fā)與流行，因?yàn)橐呙孤焰咦右自诠喔茸饔孟庐a(chǎn)生、游動(dòng)及侵染，可在短時(shí)間內(nèi)帶來毀滅性災(zāi)害，在生產(chǎn)上防治難度大。因此，隨著設(shè)施辣椒復(fù)種指數(shù)不斷提高，防治辣椒疫病已成為辣椒產(chǎn)業(yè)不容忽視的問題。叢枝菌根(Arbuscularmycorrhizal，AM)真菌在自然界中廣泛存在且可與絕大多數(shù)陸生植物的根系形成互惠共生體，可以改善宿主植物營(yíng)養(yǎng)水平，此外對(duì)由疫霉(Phytophthora)、腐霉(Pythium)、鐮孢霉(Fusarium)和絲囊霉(Aphanomyces)等病原菌所引起的植物病害也表現(xiàn)出一定的防治效果。研究表明，接種真菌可以通過生態(tài)位競(jìng)爭(zhēng)和增強(qiáng)宿主養(yǎng)分吸收等途徑對(duì)抗辣椒疫病。在生產(chǎn)上如能充分發(fā)掘真菌的抑病功能，則有利于降低現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對(duì)化肥與農(nóng)藥的依賴性，改善土壤性狀并促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展。
由于AM真菌是一類嚴(yán)格共生菌，極大限制了其規(guī)�；a(chǎn)，學(xué)者們轉(zhuǎn)向?qū)ふ艺{(diào)動(dòng)土著AM真菌抑病功能的農(nóng)藝調(diào)控措施。間作可以提高土壤微生物的多樣性與穩(wěn)定性，也有利于真菌的生存及對(duì)作物根系的侵染。在間作生產(chǎn)系統(tǒng)中，AM真菌菌絲連接不同作物根系形成菌根網(wǎng)絡(luò)并傳遞水分和養(yǎng)分[1，同時(shí)加大對(duì)作物光合產(chǎn)物的利用以促進(jìn)自身的增殖[1。由于辣椒耐蔭而玉米喜溫，兩者間作在空間上形成了垂直高差、光熱資源可得到充分利用，具有明顯的增產(chǎn)潛力和經(jīng)濟(jì)效益[1。
陳穎等[1比較了間作多種作物對(duì)辣椒的影響，也發(fā)現(xiàn)間作玉米處理辣椒品質(zhì)最佳。間作玉米也能有效控制辣椒疫病的發(fā)生，其中混作(即隨意間作)可使病害的減輕達(dá)到最大化[1。安曈昕等[15]通過比較發(fā)現(xiàn)，只要每行辣椒間作行玉米就可以有效控制辣椒疫病。但是，上述通過間作玉米防治辣椒疫病的研究中，沒有關(guān)注真菌的響應(yīng)及其可能發(fā)揮的防病功效;且除了間作比例之外，作物間的行距大小也會(huì)影響間作效應(yīng)，但目前針對(duì)間作行距的研究更為不足。鑒于此，本試驗(yàn)在設(shè)施大棚內(nèi)設(shè)置不同行距的辣椒和玉米間作體系，探究間作玉米對(duì)土著AM真菌生長(zhǎng)及辣椒疫病防治的影響，以期獲得可高效調(diào)動(dòng)土著AM真菌防治辣椒疫病的調(diào)控措施。
1材料與方法
1.1研究區(qū)概況
重慶市石柱縣為“中國辣椒之鄉(xiāng)”，目前是川渝鄂最大的辣椒生產(chǎn)基地，辣椒種植歷史久、品質(zhì)優(yōu)，是當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)支柱產(chǎn)業(yè)。試驗(yàn)地位于該縣辣椒科技園(30°12′63″N，108°18′38″E)，選擇一個(gè)連續(xù)植椒年以上、試驗(yàn)前一年度(2017年)疫病發(fā)病嚴(yán)重的設(shè)施大棚開展試驗(yàn)。試驗(yàn)前土壤pH6.5，有機(jī)碳16.2g·kg，全氮1.16g·kg，全磷0.89g·kg，全鉀23.2g·kg，礦質(zhì)氮114mg·kg，有效磷613mg·kg，速效鉀347mg·kg。
1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)
試驗(yàn)共設(shè)12個(gè)小區(qū)(每個(gè)小區(qū)8m×5.25，小區(qū)之間間隔0.5m)、完全隨機(jī)分布個(gè)處理(×個(gè)重復(fù))：辣椒單作(CK)，每小區(qū)壟(壟寬1.2，壟間排水溝寬.15m)，每壟種植行辣椒，辣椒株距、行距均為40cm，每個(gè)小區(qū)合計(jì)136株辣椒;等壟寬間作玉米(sameridgewidth，SR)，兩行辣椒中間種植行玉米(壟寬不變，行距降至0cm，玉米的株距也為40cm)，每個(gè)小區(qū)合計(jì)136株辣椒、株玉米;等行距間作玉米(samerowdistance，SRD)，壟寬擴(kuò)至1.65(每小區(qū)減為壟)，行距仍為40cm，每個(gè)小區(qū)合計(jì)102株辣椒、48株玉米。
供試?yán)苯菲贩N為石辣號(hào)，供試玉米品種為渝單33號(hào)，所有小區(qū)的施肥水平均為：復(fù)合肥(含N210g·kg，167g·kg和O250g·kg)720kg·hm、有機(jī)肥(含有機(jī)碳423gkg，N35gkg，kg和O47gkg)5730kg·h。018年月日移栽大小一致的辣椒苗，同時(shí)播種玉米，使用滴灌帶進(jìn)行澆水，棚內(nèi)常規(guī)農(nóng)田管理。辣椒果實(shí)成熟后分批次收獲、稱鮮重(即經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量);玉米棒成熟后一次性收獲，曬干后脫粒、稱曬干重(即經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量)。
1.3辣椒病情測(cè)定
每壟隨機(jī)選取株辣椒判定疫病發(fā)病率和病情指數(shù)(設(shè)0~級(jí)，標(biāo)準(zhǔn)參考Matsumoto16)，各小區(qū)的綜合病情指數(shù)為[(1×+2×+3×+4×+5×)/×(+++++)]×100%，其中表示各個(gè)發(fā)病級(jí)別的株數(shù)，表示最高發(fā)病級(jí)別17。
1.4植株樣品測(cè)定10月10日，各小區(qū)隨機(jī)采集株辣椒與株玉米(分為莖葉、根系兩部分)，根系用水沖凈，取很少部分經(jīng)10%KOH清洗后用曲利苯藍(lán)染色，顯微鏡下測(cè)定AM真菌侵染率。根系、莖葉樣品置于65℃烘箱中烘干后稱重;另從收獲的辣椒、玉米果實(shí)樣品中隨機(jī)選取部分置于65℃烘箱中烘干后稱重，通過測(cè)算水分含量進(jìn)而計(jì)算單株果實(shí)生物量;分別選取部分樣品，粉碎后經(jīng)SO消煮，分別用凱氏消解法、鉬抗壞血酸比色法、火焰光度法測(cè)定氮、磷、鉀含量，計(jì)算單株以及小區(qū)氮、磷和鉀的總吸收量以及辣椒占玉米與辣椒養(yǎng)分總吸收量的比例。
1.5土壤樣品測(cè)定10月10日，在上述選取的辣椒與玉米株圍分別采集根系附近土樣(須在相應(yīng)作物的行上)，每個(gè)小區(qū)每種作物混成一份土壤樣品后分成兩部分。其中一部分用于提取DNA(低溫保存)：稱取約0.5g土壤樣品，用FastDNASPINKitforsoil(MPBiomedicals，美國俄亥俄州)試劑盒提取(用NanoDropND2000核酸蛋白分析儀測(cè)定濃度后30℃保存)，使用引物AML2/NS31、通過CFX96instrument(BioRad，中國上海)進(jìn)行定量CR(PCR)，同時(shí)以含有相應(yīng)基因片段的DNA樣品通過10倍梯度稀釋以產(chǎn)生包括個(gè)數(shù)量級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)曲線20。PCR的擴(kuò)增效率為113.8%(=0.994)，最后基于土壤含水量和NA濃度換算每克干土所含的AM真菌18SrNA基因拷貝數(shù)。
2結(jié)果
2.1AM真菌生長(zhǎng)與辣椒發(fā)病
與單作處理(CK)相比，間作(SRW、SRD)處理辣椒根際AM真菌數(shù)量與根系A(chǔ)M真菌侵染率均顯著(<0.05)提高，疫病發(fā)病率與病情指數(shù)均顯著(<0.05)下降，其中種植更加緊密的SRW處理辣椒與玉米根系A(chǔ)M真菌侵染率均顯著(<0.05)高于SRD處理、疫病發(fā)病率也顯著(<0.05)低于SRD處理，但兩者之間病情指數(shù)無明顯差異，且對(duì)辣椒與玉米根際AM真菌數(shù)量的影響也無顯著差異。此外，SRW處理玉米根際AM真菌數(shù)量與根系A(chǔ)M真菌侵染率均顯著(<0.05)高于辣椒，而SRD處理玉米與辣椒之間無類似差異。
2.2作物生長(zhǎng)與養(yǎng)分吸收
與單作處理(CK)相比，間作(SRW、SRD)處理對(duì)單株辣椒莖葉、根系生物量及氮、鉀吸收量均沒有顯著影響，但單株辣椒的果實(shí)生物量及磷吸收量均顯著下降(<0.05)，而兩個(gè)間作處理之間單株辣椒、玉米各部位生物量與養(yǎng)分吸收量均無顯著差異。結(jié)果表明，間作體系中磷吸收量成為了辣椒單株產(chǎn)量的限制因子，其中種植更加緊密的SRW處理辣椒與玉米之間單株果實(shí)生物量的平均值均低于RD處理，說明該處理作物間的養(yǎng)分競(jìng)爭(zhēng)更為激烈。
3討論
針對(duì)玉米辣椒間作系統(tǒng)，探究不同行距對(duì)土著真菌抑病功能的調(diào)動(dòng)效果，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)具有重要指導(dǎo)意義。通過本研究發(fā)現(xiàn)，間作玉米可使辣椒根系A(chǔ)M真菌侵染率和定殖數(shù)量顯著提高。已有報(bào)道顯示，間作能有效提高土壤中AM真菌的豐富度和孢子數(shù)量。此外，間作情形下土壤微生物在選擇生境時(shí)會(huì)有一定傾向性，進(jìn)而會(huì)形成與之相應(yīng)的、多樣化的根際微生物群落。當(dāng)然，間作也會(huì)導(dǎo)致根系分泌物發(fā)生變化，其中有些成分對(duì)某些AM真菌有較強(qiáng)的吸引力，進(jìn)而促進(jìn)相關(guān)AM真菌的定殖。
AM真菌與宿主植物間并沒有嚴(yán)格的專一性，可以通過根外菌絲與不同植物根系形成菌根網(wǎng)絡(luò)——即在共生植物之間形成菌絲橋[10]。作物通過菌絲橋獲得養(yǎng)分，AM真菌也可以通過菌根網(wǎng)絡(luò)獲取碳源并提高其侵染率。與辣椒相比，玉米往往能與AM真菌形成更強(qiáng)的共生關(guān)系，也可為AM真菌提供更為充足的碳源[1。本研究結(jié)果也顯示，間作玉米處理能顯著降低辣椒疫病發(fā)病率和病情指數(shù)。
以往的研究表明，間作系統(tǒng)本身能夠通過稀釋[12]、阻擋[2、拮抗[2、互作[2等效應(yīng)有效防治辣椒疫病。例如，玉米根系可以將辣椒疫霉游動(dòng)孢子吸附在根際，并分泌一些物質(zhì)抑制孢子萌發(fā)并使其裂解，通過阻隔游動(dòng)孢子的移動(dòng)有效控制辣椒疫病30。此外，間作玉米在一定程度上也能促進(jìn)土壤中酸桿菌門(Acidobacteria)、浮霉菌門(Planctomycetes)和接合菌門(Zygomycota)等有益微生物的種類與相對(duì)豐度，對(duì)防治辣椒疫病產(chǎn)生間接效果。
然而，間作系統(tǒng)中兩種作物之間不可避免發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)作用，包括光、養(yǎng)分、熱等有限資源，導(dǎo)致辣椒果實(shí)產(chǎn)量下降，這與Midmore等[3的結(jié)論一致。單就養(yǎng)分競(jìng)爭(zhēng)而言，間作玉米明顯降低單個(gè)辣椒植株的磷吸收量，盡管這對(duì)辣椒植株生物量未產(chǎn)生實(shí)質(zhì)影響，但對(duì)辣椒果實(shí)產(chǎn)量形成了明顯限制。磷在土壤中移動(dòng)性差，土壤磷酸酶活性的提高也是真菌提高土壤磷有效性的重要作用之一：不僅可以通過改善營(yíng)養(yǎng)使植物根系釋放更多的酶，而且可以通過真菌分泌物或改變根系分泌物來增強(qiáng)土壤微生物代謝活性。
鑒此，間作玉米對(duì)辣椒根系真菌侵染率及根際土壤磷酸酶活性與速效磷含量的提高，是促成間作效應(yīng)產(chǎn)生20和養(yǎng)分利用效率提高的重要保證。本研究以辣椒單作為對(duì)照，設(shè)置了兩種不同行距的玉米辣椒間作體系，辣椒疫病發(fā)病率與根系真菌侵染率之間呈現(xiàn)明顯的消長(zhǎng)關(guān)系。其中，種植密度更高、根系更加緊密的等壟寬間作處理可更突出地提高AM真菌侵染率并降低辣椒疫病發(fā)病率，這表明根系交叉程度越高、玉米給AM真菌輸送碳源的強(qiáng)度越大，同時(shí)也增強(qiáng)了AM真菌對(duì)辣椒根系的侵染。有研究表明，在植株異質(zhì)性能發(fā)揮“微生態(tài)效應(yīng)”抑病功能范圍內(nèi)，抑病效果與間距成反比。盡管兩個(gè)間作處理之間辣椒產(chǎn)量沒有顯著差異，但等行距間作處理小區(qū)玉米產(chǎn)量顯著低于等壟寬間作處理。
農(nóng)業(yè)論文投稿期刊：《東北農(nóng)業(yè)科學(xué)》(原：吉林農(nóng)業(yè)科學(xué))(雙月刊)創(chuàng)刊于1960年，是吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院、中國農(nóng)業(yè)科技東北創(chuàng)新中心主辦的綜合性農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)刊物。主要刊登作物育種、耕作栽培、植物保護(hù)、土壤肥料、畜牧獸醫(yī)、果樹園藝等專業(yè)的科學(xué)論著、試驗(yàn)研究報(bào)告、推廣技術(shù)、農(nóng)業(yè)科研動(dòng)態(tài)及國外農(nóng)業(yè)考察報(bào)告等。
結(jié)論
設(shè)施大棚中，間作玉米可以顯著提高辣椒根系A(chǔ)M真菌侵染率、根際AM真菌數(shù)量與土壤磷酸酶活性，顯著降低辣椒疫病發(fā)病率與病情指數(shù)。盡管間作條件下單株辣椒的磷吸收量及果實(shí)生物量因受到競(jìng)爭(zhēng)而顯著降低，小區(qū)作物的養(yǎng)分總吸收量卻顯著提高。其中，種植密度更高的等壟寬間作處理較等行距間作處理更有利于提高AM真菌侵染率、小區(qū)玉米產(chǎn)量及作物養(yǎng)分總吸收量，辣椒疫病發(fā)病率也更低。因此，等壟寬間作模式是一種高效調(diào)動(dòng)土著AM真菌抑病功能且具有推廣應(yīng)用潛力的農(nóng)藝防治措施。
參考文獻(xiàn)(References)
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作者：劉一凡1,3，侯劭煒1,2，胡君利1,3†，蔡鵬，李明慧，吳福勇，林先貴
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