本文摘要：摘要：叢枝菌根(rbuscularmycorrhizal，AM)真菌對辣椒疫病等土傳病害具有生防潛力，但由于難以純培養(yǎng)而未能實現(xiàn)規(guī)�；a(chǎn)應(yīng)用，如能調(diào)動土著AM真菌的抑病功能則對實際生產(chǎn)具有重要指導意義。依托重慶石柱辣椒科技園，研究設(shè)施大棚中間作玉米對土著AM真菌生
摘要：叢枝菌根(rbuscularmycorrhizal，AM)真菌對辣椒疫病等土傳病害具有生防潛力，但由于難以純培養(yǎng)而未能實現(xiàn)規(guī)�；a(chǎn)應(yīng)用，如能調(diào)動土著AM真菌的抑病功能則對實際生產(chǎn)具有重要指導意義。依托重慶石柱辣椒科技園，研究設(shè)施大棚中間作玉米對土著AM真菌生長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AM真菌生長及其對辣椒根系的侵染來增強其對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、果實與莖枯萎等現(xiàn)象[1]，對辣椒集約化種植造成嚴重威脅。更為嚴重的是，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)面積的不斷擴大，辣椒作為一種經(jīng)濟作物其生產(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，因為疫霉卵孢子易在灌溉作用下產(chǎn)生、游動及侵染，可在短時間內(nèi)帶來毀滅性災害，在生產(chǎn)上防治難度大。因此，隨著設(shè)施辣椒復種指數(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養(yǎng)水平，此外對由疫霉(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)位競爭和增強宿主養(yǎng)分吸收等途徑對抗辣椒疫病。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)對化肥與農(nóng)藥的依賴性，改善土壤性狀并促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展。
由于AM真菌是一類嚴格共生菌，極大限制了其規(guī)�；a(chǎn)，學者們轉(zhuǎn)向?qū)ふ艺{(diào)動土著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，同時加大對作物光合產(chǎn)物的利用以促進自身的增殖[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)濟效益[1。
陳穎等[1比較了間作多種作物對辣椒的影響，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影響間作效應(yīng)，但目前針對間作行距的研究更為不足。鑒于此，本試驗在設(shè)施大棚內(nèi)設(shè)置不同行距的辣椒和玉米間作體系，探究間作玉米對土著AM真菌生長及辣椒疫病防治的影響，以期獲得可高效調(diào)動土著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?shù)氐霓r(nóng)業(yè)支柱產(chǎn)業(yè)。試驗地位于該縣辣椒科技園(30°12′63″N，108°18′38″E)，選擇一個連續(xù)植椒年以上、試驗前一年度(2017年)疫病發(fā)病嚴重的設(shè)施大棚開展試驗。試驗前土壤pH6.5，有機碳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試驗設(shè)計
試驗共設(shè)12個小區(qū)(每個小區(qū)8m×5.25，小區(qū)之間間隔0.5m)、完全隨機分布個處理(×個重復)：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，每個小區(qū)合計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)，每個小區(qū)合計136株辣椒、株玉米;等行距間作玉米(samerowdistance，SRD)，壟寬擴至1.65(每小區(qū)減為壟)，行距仍為40cm，每個小區(qū)合計102株辣椒、48株玉米。
供試辣椒品種為石辣號，供試玉米品種為渝單33號，所有小區(qū)的施肥水平均為：復合肥(含N210g·kg，167g·kg和O250g·kg)720kg·hm、有機肥(含有機碳423gkg，N35gkg，kg和O47gkg)5730kg·h。018年月日移栽大小一致的辣椒苗，同時播種玉米，使用滴灌帶進行澆水，棚內(nèi)常規(guī)農(nóng)田管理。辣椒果實成熟后分批次收獲、稱鮮重(即經(jīng)濟產(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)濟產(chǎn)量)。
1.3辣椒病情測定
每壟隨機選取株辣椒判定疫病發(fā)病率和病情指數(shù)(設(shè)0~級，標準參考Matsumoto16)，各小區(qū)的綜合病情指數(shù)為[(1×+2×+3×+4×+5×)/×(+++++)]×100%，其中表示各個發(fā)病級別的株數(shù)，表示最高發(fā)病級別17。
1.4植株樣品測定10月10日，各小區(qū)隨機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清洗后用曲利苯藍染色，顯微鏡下測定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、玉米果實樣品中隨機選取部分置于65℃烘箱中烘干后稱重，通過測算水分含量進而計算單株果實生物量;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、火焰光度法測定氮、磷、鉀含量，計算單株以及小區(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核酸蛋白分析儀測定濃度后30℃保存)，使用引物AML2/NS31、通過CFX96instrument(BioRad，中國上海)進行定量CR(PCR)，同時以含有相應(yīng)基因片段的DNA樣品通過10倍梯度稀釋以產(chǎn)生包括個數(shù)量級的標準曲線20。PCR的擴增效率為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作物生長與養(yǎng)分吸收
與單作處理(CK)相比，間作(SRW、SRD)處理對單株辣椒莖葉、根系生物量及氮、鉀吸收量均沒有顯著影響，但單株辣椒的果實生物量及磷吸收量均顯著下降(<0.05)，而兩個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)分競爭更為激烈。
3討論
針對玉米辣椒間作系統(tǒng)，探究不同行距對土著真菌抑病功能的調(diào)動效果，對實際生產(chǎn)具有重要指導意義。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會有一定傾向性，進而會形成與之相應(yīng)的、多樣化的根際微生物群落。當然，間作也會導致根系分泌物發(fā)生變化，其中有些成分對某些AM真菌有較強的吸引力，進而促進相關(guān)AM真菌的定殖。
AM真菌與宿主植物間并沒有嚴格的專一性，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，通過阻隔游動孢子的移動有效控制辣椒疫病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豐度，對防治辣椒疫病產(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)生競爭作用，包括光、養(yǎng)分、熱等有限資源，導致辣椒果實產(chǎn)量下降，這與Midmore等[3的結(jié)論一致。單就養(yǎng)分競爭而言，間作玉米明顯降低單個辣椒植株的磷吸收量，盡管這對辣椒植株生物量未產(chǎn)生實質(zhì)影響，但對辣椒果實產(chǎn)量形成了明顯限制。磷在土壤中移動性差，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土壤微生物代謝活性。
鑒此，間作玉米對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真菌輸送碳源的強度越大，同時也增強了AM真菌對辣椒根系的侵染。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》(原：吉林農(nóng)業(yè)科學)(雙月刊)創(chuàng)刊于1960年，是吉林省農(nóng)業(yè)科學院、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)科學技術(shù)刊物。主要刊登作物育種、耕作栽培、植物保護、土壤肥料、畜牧獸醫(yī)、果樹園藝等專業(yè)的科學論著、試驗研究報告、推廣技術(shù)、農(nóng)業(yè)科研動態(tài)及國外農(nóng)業(yè)考察報告等。
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生物量因受到競爭而顯著降低，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。
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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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