西瓜連作土傳枯萎病微生物生態(tài)學(xué)機(jī)理及其生物防治.pdf

1、西瓜(Citrullus lanatus(Thunb) Matsum& Nakai)原產(chǎn)非洲赤道附近和地中海地區(qū)，是世界上的重要的園藝作物，是世界十大水果之一，尤其在夏季水果中占有十分突出的地位，其栽培面積與總產(chǎn)量均在世界水果前列。公元4-5世紀(jì)時(shí)，由西域傳至我國(guó)，我國(guó)是世界上最大的西瓜產(chǎn)地，占世界西瓜生產(chǎn)總面積和總產(chǎn)量的45％以上，2006年我國(guó)西瓜種植面積178.5萬(wàn)公頃、總產(chǎn)量6261.3萬(wàn)噸。 但是由于長(zhǎng)期連作，西瓜產(chǎn)生

2、嚴(yán)重的連作障礙問(wèn)題。種子發(fā)芽率降低、發(fā)芽緩慢，胚根不長(zhǎng)或難以長(zhǎng)大、很難出土，或出土后呈現(xiàn)失水狀，生長(zhǎng)緩慢，苗期容易死苗、倒伏，瓜蔓生長(zhǎng)衰弱、矮化，葉片發(fā)黃，容易發(fā)病，特別是枯萎病，造成西瓜植株枯萎死亡，產(chǎn)量和品質(zhì)下降。通常情況下由于枯萎病造成西瓜產(chǎn)量損失15-30％，嚴(yán)重田塊達(dá)50-85％，甚至絕收，連作障礙中的枯萎病問(wèn)題已經(jīng)成為西瓜生產(chǎn)的主要限制因子。 本研究從寄主-病原-環(huán)境三者生態(tài)互作角度出發(fā)，分別研究了西瓜連作障礙土中可

3、培養(yǎng)微生物的區(qū)系變化、微生物多樣性變化、西瓜枯萎病病原菌尖孢鐮刀菌西瓜專化型(Fusarium oxysporum f.sp. niveum)與其它可培養(yǎng)微生物的相互作用、西瓜尖孢鐮刀菌毒素鐮刀菌酸對(duì)西瓜幼苗氮素代謝、細(xì)胞跨膜電位、抗氧化酶和病程相關(guān)蛋白及光合作用的影響、西瓜根系分泌物和腐解物對(duì)尖孢鐮刀菌生長(zhǎng)和毒力的影響、西瓜根系分泌物中主要化感物質(zhì)酚酸對(duì)西瓜尖孢鐮刀菌的生長(zhǎng)和毒力因子的影響、土壤生態(tài)環(huán)境條件對(duì)西瓜尖孢鐮刀菌生長(zhǎng)的影響、

4、休閑條件下西瓜連作障礙土的微生物多樣性和優(yōu)勢(shì)種群的變化、生物有機(jī)肥對(duì)西瓜枯萎病的防治效果等，取得了下列結(jié)果或結(jié)論。 從上海松江塑料大棚連續(xù)種植5年西瓜的土壤和沒(méi)有種植西瓜的非連作土中共獲得微生物分離物243株，經(jīng)平板培養(yǎng)特征鏡檢及生理生化特征鑒定，最終確認(rèn)52種。其中細(xì)菌12種，放線菌14種，真菌20種，鐮刀菌6種。非連作土中細(xì)菌12種，連作土細(xì)菌11種，比對(duì)照(非連作土)少1種。非連作土和連作土中放線菌都是12種。非連作土中真

5、菌18種，連作土中真菌20種，比對(duì)照多2種。非連作土中鐮刀菌5種，連作土中鐮刀菌5種，比對(duì)照多1種。連作西瓜后土壤中微生物豐度發(fā)生顯著變化，而多度基本不變。西瓜尖孢鐮刀菌在室內(nèi)抑制土壤中83.3％的細(xì)菌、85.7％的放線菌、31.6％的真菌和20.0％的鐮刀菌。與此同時(shí)西瓜尖孢鐮刀菌也受到土壤中土著拮抗細(xì)菌Bacillus subtilis，Psedomonas putida，拮抗放線菌Spirillospora Couch(1963)

6、和Streptomyces longispororuber Krass(1941)，拮抗真菌PenicillumSimplicissimum(Oud.)Thom，Penicillium nigricans Bainier，Rhizoctonia DC.EX Fr.，Stysanus stemonite s(Pers.) Corda，Cephalosporium Corda，Westerdykella Stolk，Aspergillus

7、effusus Tiraboscbi等的競(jìng)爭(zhēng)抑制和拮抗作用，但是拮抗細(xì)菌的拮抗作用遠(yuǎn)小于拮抗放線菌和拮抗真菌，因而導(dǎo)致總體上西瓜連作土中細(xì)菌群落數(shù)量大幅下降，放線菌和真菌群落數(shù)量大幅上升。西瓜尖孢鐮刀菌對(duì)土壤中的細(xì)菌和放線菌的影響主要是營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)作用，對(duì)真菌和鐮刀菌的作用是營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)和分泌次生代謝產(chǎn)物拮抗。 采用人工培養(yǎng)收集西瓜根系分泌物添加到相關(guān)培養(yǎng)基中培養(yǎng)西瓜尖孢鐮刀菌，考察不同生態(tài)型西瓜根系分泌物對(duì)病原菌尖孢鐮刀菌的影響。感病

8、品種(早佳84-24)和抗病品種(京欣1號(hào)和豫星3號(hào))根系分泌物在低濃度(<50 mg.L-1)時(shí)都能促進(jìn)尖孢鐮刀菌生長(zhǎng)，但抗病品種在較高濃度時(shí)抑制尖孢鐮刀菌生長(zhǎng)。感病品種大大促進(jìn)尖孢鐮刀菌產(chǎn)毒，同時(shí)開(kāi)花后根系分泌物促進(jìn)尖孢鐮刀菌的產(chǎn)毒量大于開(kāi)花前。感病品種還大大促進(jìn)尖孢鐮刀菌毒力因子活性提高(蛋白酶、果膠酶、纖維素酶和淀粉酶)。液相色譜分析結(jié)果顯示，抗病品種西瓜根系分泌物含有比感病品種高得多的抑制真菌酚酸(對(duì)-羥基苯甲酸、鄰苯二甲酸、

9、五倍子酸、香豆酸、肉桂酸、阿魏酸、咖啡酸、芥子酸和水揚(yáng)酸)/促進(jìn)真菌酚酸(香草酸和丁香酸)比值，開(kāi)花后比開(kāi)花前高，從而引起西瓜對(duì)病原菌不同的反應(yīng)。 采用不同基因型西瓜植株腐解物提取物加入到培養(yǎng)基中，研究西瓜腐解物對(duì)枯萎病病原菌尖孢鐮刀菌的化感效應(yīng).用液相色譜儀分析了西瓜(早佳84-24、京欣1號(hào))腐解物中的12種酚酸物質(zhì)。結(jié)果顯示，感病西瓜品種(早佳84-24)腐解物中所檢測(cè)到的化學(xué)成分種類和數(shù)量少于抗病品種(京欣1號(hào))?？共∑?/p>

10、種含有更多的抗真菌物質(zhì)，其抑制真菌酚酸/促進(jìn)真菌生長(zhǎng)酚酸比為29.2:1，而感病品種則含量較少，其抑制真菌酚酸/促進(jìn)真菌生長(zhǎng)酚酸比為8.4:1?？共∥鞴细馕镆种撇【L(zhǎng)和孢子形成，而感病品種則抑制生長(zhǎng)和產(chǎn)孢?？共∥鞴细馕飳?duì)尖孢鐮刀菌毒力因子的刺激作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于感病西瓜。所以可以推斷，西瓜抗病/感病與否和它們的植株殘?bào)w在土壤中分解產(chǎn)生的抑制真菌酚酸/促進(jìn)真菌生長(zhǎng)酚酸比密切相關(guān)。 在實(shí)驗(yàn)室條件下，采用在培養(yǎng)基內(nèi)人工添加不同酚酸(苯

11、甲酸、對(duì)-羥基苯甲酸、香豆酸、肉桂酸、阿魏酸、五倍子酸、咖啡酸、芥子酸、水揚(yáng)酸、丁香酸、香草酸、鞣酸)培養(yǎng)西瓜尖孢鐮刀菌，考察這些植物體內(nèi)產(chǎn)生和分泌的化感物質(zhì)對(duì)西瓜枯萎病病原菌的影響。結(jié)果表明大多數(shù)酚酸都能抑制尖孢鐮刀菌的生長(zhǎng)和孢子萌發(fā)(苯甲酸、對(duì)一羥基苯甲酸、香豆酸、肉桂酸、阿魏酸、五倍子酸、咖啡酸、芥子酸和水揚(yáng)酸)，少部分促進(jìn)菌絲生長(zhǎng)和孢子萌發(fā)(香草酸、丁香酸和鞣酸)。抑制尖孢鐮刀菌菌絲生長(zhǎng)的酚酸不一定抑制尖孢鐮刀菌的毒性因子(產(chǎn)毒

12、能力和致病酶)，促進(jìn)尖孢鐮刀菌菌絲生長(zhǎng)的不一定促進(jìn)毒性因子，可能是因?yàn)榫z生長(zhǎng)和毒性因子的形成是兩個(gè)不同的機(jī)理和過(guò)程，酚酸對(duì)它們的作用位點(diǎn)和方式不同. 采用大田西瓜連作障礙土，放置水泥池中，做成土模，保持露天狀態(tài)，連續(xù)3年休閑(2005-2007)，研究西瓜連作障礙土微生物區(qū)系變化、多樣性變化、優(yōu)勢(shì)種群變化、西瓜連作障礙的主要因子尖孢鐮刀菌西瓜?；偷淖兓?，了解連作障礙土休閑條件下自然修復(fù)過(guò)程。結(jié)果表明，西瓜連作障礙土中微生物

13、多樣性發(fā)生顯著改變，微生物生態(tài)平衡破壞，經(jīng)過(guò)連續(xù)3年休閑自然修復(fù)后，微生物多樣性得到恢復(fù)，土壤中優(yōu)勢(shì)細(xì)菌種群數(shù)量(豐度)增加118-177％；放線菌、真菌和病原菌種群數(shù)量減少，分別只有第1年的68-77％、63-67％和60-85％；病原菌西瓜尖孢鐮刀菌只有第1年的50％左右；土壤中細(xì)菌：放線菌：真菌：鐮刀菌比由休閑前的24000:100:4：1變化到休閑3年后的57000:100:3.5:1，但與非連作土的560000:400:8:1

14、還相差很遠(yuǎn)，土壤逐漸由“真菌型”向“細(xì)菌型”過(guò)渡，說(shuō)明連作障礙土的微生物平衡逐漸恢復(fù)，土壤生態(tài)和生產(chǎn)功能也將逐漸恢復(fù)。 長(zhǎng)期大量施用化學(xué)農(nóng)藥防治西瓜枯萎病已造成病菌的抗藥性上升，藥效下降，同時(shí)大量殘留在土壤和水果中的農(nóng)藥還污染環(huán)境危害人體健康，因此為了農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)平衡，有必要開(kāi)發(fā)新型高效、低度、無(wú)污染的防治措施，生物防治是其中的一種。本研究中篩選幾種實(shí)驗(yàn)室有一定拮抗作用的拮抗菌，經(jīng)溫室滅菌土壤接種西瓜尖孢鐮刀菌后，從中選

15、擇2株有較好效果的拮抗菌(Panebacillus polymixa，Trichoderma harzianum)和有機(jī)肥(菜子餅發(fā)酵產(chǎn)物)混合處理，進(jìn)行溫室條件下的防治西瓜枯萎病試驗(yàn)。結(jié)果表明，在實(shí)驗(yàn)室平板有拮抗效果的12株菌，在滅菌土壤接種西瓜尖孢鐮刀菌后30D后，只有6株表現(xiàn)較好的抑制效果，選擇其中2株與有機(jī)肥復(fù)配后，在溫室條件下施用到西瓜連作發(fā)病土中，栽培西瓜63D后，有機(jī)肥和生物有機(jī)肥都表現(xiàn)了一定的防治效果。其中0.5％有機(jī)肥