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豫中平原區(qū)紫花苜蓿根部入侵病原真菌的種類及其分布特征

2011-04-25 09:32:44郭玉霞嚴(yán)學(xué)兵王成章樊文娜姜義寶李德鋒
草業(yè)科學(xué) 2011年10期
關(guān)鍵詞:生長

郭玉霞,嚴(yán)學(xué)兵,王成章,樊文娜,姜義寶,李德鋒

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)牧醫(yī)工程學(xué)院,河南 鄭州 450002)

紫花苜蓿(Medicagosativa)是世界上栽培最早、分布面積最大的多年生優(yōu)質(zhì)豆科牧草,粗蛋白質(zhì)含量和營養(yǎng)價(jià)值高,適口性好,素有“牧草之王”的美譽(yù)[1]。隨著苜蓿種植面積的擴(kuò)大和集約化程度的逐步提高,苜蓿病害愈發(fā)嚴(yán)重。我國尚無病害引致苜蓿損失的全國性資料。據(jù)估計(jì),全世界每年因病蟲、雜草等危害作物和牧草造成的損失高達(dá)35%[2],其中美國每年因病害導(dǎo)致生產(chǎn)損失達(dá)40億美元之多,僅每年因病害使苜蓿干草減產(chǎn)25%,種子減產(chǎn)10%,按1972年價(jià)格計(jì)算就為4億美元[3]。由于根病的發(fā)生,苜蓿種群密度不斷下降,在建植數(shù)年之內(nèi),使單位面積的株數(shù)可減少84%,嚴(yán)重降低草地的利用價(jià)值。

我國中部地區(qū)是重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū),擁有良好的土壤、水熱條件,也非常適合紫花苜蓿的高產(chǎn)栽培和優(yōu)質(zhì)牧草生產(chǎn)。苜蓿草產(chǎn)量的高低與根系特征成正相關(guān),根系特征決定植物產(chǎn)草量的潛能,而且根系特征還與苜蓿品種有關(guān)[4]。苜蓿根腐病是一種世界性病害,在苜蓿栽培地區(qū)普遍發(fā)生,已經(jīng)成為產(chǎn)量和品質(zhì)的重要制約因素之一。發(fā)病初期,僅僅是個(gè)別支根和須根感病,并逐漸向主根擴(kuò)展,主根感病后,早期植株不表現(xiàn)癥狀,后隨著根部腐爛程度的加劇,吸收水分和養(yǎng)分的功能逐漸減弱,病情嚴(yán)重時(shí),將造成植株的死亡。河南省是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū),地域和氣候?qū)儆谶^渡地帶,地形以平原為主。由于土壤、水熱等條件非常適合于種植紫花苜蓿,近幾年苜蓿產(chǎn)業(yè)發(fā)展很快,但問題是河南省雨熱同季,生產(chǎn)中的病害問題一直困擾其產(chǎn)量和品質(zhì),特別是根部病害尤為嚴(yán)重。根腐病的發(fā)生是病原(真菌種類)、環(huán)境(土壤和氣候)和寄主(苜蓿品種)的綜合作用。我國已發(fā)現(xiàn)有36種真菌對(duì)苜蓿造成危害[5],已經(jīng)報(bào)道的苜蓿根腐病病原已達(dá)30種,其中鐮刀菌15種,其他病原真菌12種,細(xì)菌2種,線蟲1種[5-8]。郭玉霞等[9]根據(jù)近25年的文獻(xiàn)報(bào)道統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),國內(nèi)外的苜蓿根部入侵真菌分別為20和86種。由于各地生態(tài)、氣候、土壤以及栽培條件等不同,其土壤微生物區(qū)系會(huì)有所不同,病原菌的種類亦有很大差異。張靜妮[10]總結(jié)不同地區(qū)的主要病害后認(rèn)為,我國在苜蓿病害調(diào)查研究中存在明顯的地區(qū)不平衡的現(xiàn)象,西北地區(qū)各省份苜蓿病害的調(diào)查研究較為全面,尤其是內(nèi)蒙、新疆等地。華北地區(qū)苜蓿病害調(diào)查基礎(chǔ)薄弱,僅報(bào)道了3種苜蓿病害,而相對(duì)于東北和西北地區(qū),華北等地區(qū)有較多的降水和較高的平均氣溫,更適宜于苜蓿病原菌生長,苜蓿病害近幾年比較嚴(yán)重,亟待加強(qiáng)苜蓿根部病害的研究。不同苜蓿品種對(duì)病害表現(xiàn)出不同的抗病性和根部真菌入侵規(guī)律,鑒于此,本研究在豫中平原以國內(nèi)外31個(gè)紫花苜蓿品種為材料,研究根部入侵病原真菌的種類及其帶菌率與紫花苜蓿品種和生長季節(jié)的關(guān)系,確定不同季節(jié)和品種的優(yōu)勢(shì)菌種,旨在明確中原地區(qū)不同品種和季節(jié)真菌區(qū)系的表現(xiàn)規(guī)律,為根部病害的防治和品種選擇提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況 試驗(yàn)地位于河南省長葛市大周鄉(xiāng)黃莊村(113°34′~114°08′ E,34°09′~34°21′ N),海拔135~165 m。屬暖溫帶半濕潤、大陸性季風(fēng)氣候,四季分明,年均溫14.3 ℃,歷年最熱月(7月)平均氣溫28 ℃,最冷月(1月)平均氣溫-2 ℃;極端最高氣溫和最低氣溫分別為40和-20 ℃。常年降水量為700 mm左右。年均日照時(shí)間2 175.1 h,平均無霜期218 d。沙質(zhì)土壤,其有機(jī)質(zhì)含量為0.95%,全氮0.42%,全磷0.18%。

表1 參試苜蓿品種及其秋眠級(jí)

1.2參試品種、試驗(yàn)設(shè)計(jì)與栽培管理 選擇秋眠級(jí)(fall dormancy class,F(xiàn)D)為2~8級(jí)的31個(gè)紫花苜蓿品種為試驗(yàn)材料(表1)。試驗(yàn)地采用隨機(jī)區(qū)組法設(shè)計(jì),重復(fù)4次,于2003年10月26日播種。每個(gè)小區(qū)面積13.5 m×3.0 m。播種行距0.3 m,每公頃理論播種量15.0 kg,實(shí)際播種量按理論播種量除以種子用價(jià)(純凈度×發(fā)芽率)計(jì)算。播前澆一次底墑水,每公頃施過磷酸鈣600 kg和尿素375 kg作底肥。生長期間,定期進(jìn)行中耕、除草和灌溉。春季苜蓿返青時(shí)每公頃施用225 kg尿素作追肥。試驗(yàn)期間,沒有噴施任何殺菌劑。

1.3苜蓿根部入侵真菌的分離 分別于2006年5月2日(春季-最適生長期)、7月10日(夏季-炎夏高溫期)、10月6日(秋季-晚秋秋眠期)3次取不同苜蓿品種的根樣。每小區(qū)按“Z”字形取4株根樣,取樣深度為0~30 cm。取樣方法為:用鐵锨將苜蓿的根挖出,將取好的各品種根樣連同土壤裝進(jìn)自封塑料袋,編號(hào)后帶回實(shí)驗(yàn)室置于4 ℃冷藏箱中備用。根據(jù)Nan[11]的方法進(jìn)行苜蓿側(cè)根根部入侵真菌的分離,具體方法是:將取自田間的各品種苜蓿根樣用解剖刀將其側(cè)根從主根上切取,在自來水下沖洗干凈,用0.3%次氯酸鈉溶液消毒1 min,再用無菌水沖洗3次,在無菌濾紙(130 ℃烘烤5 h)上吸干沾附水分,然后在無菌濾紙上隨機(jī)將根系切為2 mm左右的根段置于含有青霉素、鏈霉素各100 mg/L的馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基(ABPDA)上,每皿10個(gè)根段,最后將培養(yǎng)皿(直徑90 mm)移入20 ℃黑暗恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)。從第3天起統(tǒng)計(jì)每皿帶菌根段數(shù),并及時(shí)將分離到的真菌菌落分別轉(zhuǎn)接到PDA培養(yǎng)基上于20 ℃下進(jìn)行純化培養(yǎng),獲得純培養(yǎng),供進(jìn)一步鑒定和下一步試驗(yàn)備用。待試驗(yàn)結(jié)束時(shí),分別計(jì)算每培養(yǎng)皿的根段帶菌率及各真菌分離率。

1.4真菌的鑒定 對(duì)培養(yǎng)的真菌菌落,詳細(xì)觀察記載其菌落大小、形態(tài)及在PDA培養(yǎng)基上的顏色,逐一制片鏡檢,根據(jù)沈崇堯[12]、張中義等[13]、王振辰等[14]及Nelson 等[15]方法將其鑒定到種,個(gè)別真菌鑒定到屬。

1.5資料統(tǒng)計(jì)與分析 用Microsoft Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及DPS 6.55 Patch軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行完全隨機(jī)雙因素有重復(fù)(真菌分離率的數(shù)據(jù)分析時(shí)進(jìn)行了反正弦轉(zhuǎn)化的處理)、統(tǒng)計(jì)分析和差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果

2.1入侵真菌的種類、分離率及其季節(jié)表現(xiàn)特征 在參試的31個(gè)苜蓿品種中,共分離到16 種根部入侵真菌,其中春、夏、秋季分別分離到15、14、8種(表2~表7),按照其平均分離率的高低依次為:銳頂鐮孢(Fusariumacuminatum)(15.3%)、柱孢(Cylindrocarpondestructuns)(14.2%)、細(xì)交鏈孢(Alternariaalternata)(14.0%)、立枯絲核菌(Rhizoctoniasolani)(12.2%)、尖孢鐮孢(F.oxysporum)(8.8%)、腐皮鐮孢(F.solani)(6.3%)、燕麥鐮孢(F.avenaceum)(2.9%)、多隔鐮孢(F.decemcellulare)(2.7%)、半裸鐮孢(F.semitectum)(2.5%)、膠帚霉(Gliocladiumsp.)(1.3%)、青霉(Penicilliumsp.)(0.9%)、枝孢(Cladosporiumherbarum)(0.8%)、莖點(diǎn)霉(Phomamedicaginis)(0.6%)、匐柄霉(Stemphyliumbotryosum)(0.3%)、輪枝菌(Verticilliumsp.)(0.3%)和粉紅膠帚霉(G.roseum)(0.2%)。其中前9個(gè)(除燕麥鐮孢外)病菌在3個(gè)生長季節(jié)大部分苜蓿品種上均均能分離到,而后7個(gè)病菌只在部分或少數(shù)品種某個(gè)生長季節(jié)分離到。

表2 不同品種和生長季節(jié)的苜蓿根部帶菌率和入侵銳頂鐮孢分離率 %

表3 不同品種和生長季節(jié)的苜蓿根部入侵柱孢和細(xì)交鏈孢分離率 %

不同生長季節(jié)苜蓿根部入侵真菌區(qū)系中優(yōu)勢(shì)菌種明顯不同。春季分離到15種,以細(xì)交鏈孢、立枯絲核菌、尖孢鐮孢和腐皮鐮孢分離率較高,相應(yīng)為18.3%、14.0%、10.4%和7.1%;夏季也分離到14種根部入侵真菌,其中出現(xiàn)較多的為銳頂鐮孢、細(xì)交鏈孢、尖孢鐮孢和立枯絲核菌,其分離率分別為24.8%、14.3%、11.3%和10.2%;秋季共分離到8種真菌,以柱孢、銳頂鐮孢、立枯絲核菌和細(xì)交鏈孢的分離率較高,分別為39.0%、19.8%、12.4%和11.2%(表2~表7)。

表4 不同品種和生長季節(jié)的苜蓿根部入侵腐皮鐮孢、燕麥鐮孢和青霉分離率 %

2.2生長季節(jié)、品種和秋眠級(jí)對(duì)帶菌率的影響 隨著生長季節(jié)的延長各苜蓿品種的根部帶菌率逐漸增高,大多數(shù)苜蓿品種秋季的根部平均帶菌率顯著高于春、夏季(P<0.05)。阿爾岡金和樂歌春、夏、秋3個(gè)季節(jié)的帶菌率分別為63.3%和70.0%、66.7%和76.7%、93.3%和96.7%,其秋季帶菌率顯著高于春、夏季(P<0.05)。敖漢和獵人河春、夏、秋3個(gè)生長季節(jié)的根部帶菌率分別為88.3%和76.7%、90.0%和80.0%、93.3%和83.3%,但3個(gè)生長季節(jié)的帶菌率差異均不顯著(P>0.05);然而,也有苜蓿品種春、夏、秋3個(gè)季節(jié)的根部帶菌率依次升高,如WL-323ML的3個(gè)季節(jié)的根部帶菌率分別為76.7%、90.0%和100.0%,春季的帶菌率比夏季降低了13.3%,但二者不顯著(P>0.05);比秋季顯著降低了23.3%(P<0.05),夏季的帶菌率比秋季降低了10.0%,但二者不顯著(P>0.05)。少部分品種的夏季帶菌率最低,如THG-1、佛拿爾、射手和WL-525HQ(表2~表7)。

不同苜蓿品種在不同生長季節(jié)其根部主要的入侵真菌種類亦有明顯的不同,根部各真菌出現(xiàn)頻率與生長季節(jié)和苜蓿品種有關(guān)。春季以王后、WL-525HQ(100.0%)的帶菌率最高,夏季以WL-232HQ、苜蓿王和CW400(均為100.0%)的帶菌率最高,而秋季以THG-1、巨人201、WL-323HQ、飛馬、苜蓿王、WL-323ML、皇冠、亮苜400、牧歌、射手、WL-525HQ和四季旺的帶菌率(均為100.0%)高。從不同苜蓿品種3個(gè)生長季節(jié)的平均帶菌率來看,以苜蓿王最高,其次為WL-525HQ、賽特和四季旺,4個(gè)品種的根部平均帶菌率均顯著高于飛馬和THG-1,苜蓿王的帶菌率也顯著高于阿爾岡金、佛拿爾和金皇后(P<0.05),其余品種間差異不顯著(P>0.05);THG-1的帶菌率最低,其次為飛馬和金皇后。其中平均帶菌率較高的5個(gè)苜蓿品種依次為:苜蓿王、WL-525HQ、賽特、四季旺和敖漢;平均帶菌率較低的5個(gè)苜蓿品種依次為:阿爾岡金、佛拿爾、金皇后、飛馬和THG-1(表2~表7)。

表5 不同品種和生長季節(jié)的苜蓿根部入侵立枯絲核菌和尖孢鐮孢分離率 %

表6 不同品種和生長季節(jié)的苜蓿根部入侵多隔鐮孢和半裸鐮孢分離率 %

在相同生長季節(jié),不同苜蓿品種各真菌分離率也存在差異。就春季而言,在31個(gè)苜蓿品種中,分離到最高比率的某一特定真菌的苜蓿品種為:農(nóng)寶、苜蓿王的細(xì)交鏈孢(46.7%)、WL-324的腐皮鐮孢(33.3%)、WL-324的銳頂鐮孢(23.3%)、WL-324的尖孢鐮孢(33.3%)、敖漢的半裸鐮孢(13.3%)、皇冠的柱孢(16.7%)、阿爾岡金的枝孢(13.3%)、大富豪與WL-323ML及WL-525HQ的立枯絲核菌(30.0%)、WL-525HQ的多隔鐮孢(26.7%)、WL-414的燕麥鐮孢(30.0%)、WL-232HQ的青霉(33.3%)、愛菲尼特與熊一號(hào)的莖點(diǎn)霉(20.0%)及WL-323的輪枝菌(13.3%)為最高。夏季的真菌分離率則分別以苜蓿王的細(xì)交鏈孢(33.3%)、王后的腐皮鐮孢(23.3%)、WL-323的銳頂鐮孢(66.7%)、WL-324的尖孢鐮孢(33.3%)、獵人河的半裸鐮孢(20.0%)、WL-324的柱孢(30.0%)、WL-232HQ的立枯絲核菌(36.7%)、頂點(diǎn)的多隔鐮孢(30.0%)、佛拿爾的燕麥鐮孢(30.0%)、樂歌的莖點(diǎn)霉(30.0%)為最高。而秋季的真菌分離率分別以飛馬的細(xì)交鏈孢(60.0%)、頂點(diǎn)的腐皮鐮孢(43.3%)、WL-232HQ的銳頂鐮孢(63.3%)、阿爾岡金的尖孢鐮孢(30.0%)、皇冠和WL-323的柱孢(86.7%)、農(nóng)寶和WL-323的的立枯絲核菌(40.0%)以及牧歌的多隔鐮孢(16.7%)為最高。

表7 不同品種和生長季節(jié)的苜蓿根部入侵膠帚霉、枝孢和匐柄霉分離率 %

從苜蓿秋眠級(jí)角度來說,在同一生長季節(jié),各秋眠級(jí)的苜蓿其帶菌率并無明顯規(guī)律性,說明各秋眠級(jí)苜蓿的帶菌率與其秋眠級(jí)無相關(guān)性。同一秋眠級(jí)的苜蓿,不同苜蓿品種在不同的生長季節(jié)其帶菌率也有所不同(表8)。

表8 不同秋眠級(jí)苜蓿的帶菌率 %

3 討論

在參試的31個(gè)苜蓿品種共分離到16種根部入侵真菌,均是我國和其他國家苜蓿[16-31]及其他作物[32-37]常見的真菌種類。通過比較不同季節(jié)真菌種類及其帶菌率,發(fā)現(xiàn)苜蓿品種在不同的生長季節(jié)有著不同的病原真菌和優(yōu)勢(shì)菌種。苜蓿根部入侵的鐮刀菌、立枯絲核菌及腐霉(Pythiumspp.)的分離率因生長季節(jié)和苜蓿品種不同而存在顯著差異[38];在整個(gè)生長季內(nèi)(苜蓿第1茬的分枝期、開花期、成熟期和第3茬分枝期),苜蓿根部的帶菌率隨生長季的延長而增高[22]。不同季節(jié)土壤真菌數(shù)量不同,夏季>秋季>春季>冬季,而且不同季節(jié)土壤真菌的主要類群也不同[39]。本研究表明,大多數(shù)苜蓿品種秋季的根部平均帶菌率顯著高于春季與夏季(P<0.05)、不同生長季節(jié)苜蓿根部入侵真菌區(qū)系中優(yōu)勢(shì)真菌種類存在明顯不同。因在寒冷的冬季,大多數(shù)真菌數(shù)量下降,春、夏季的溫度等生態(tài)條件適宜使其真菌數(shù)量不斷累積所致,至于有些苜蓿品種的根部入侵真菌種類及分離率夏季最高或最低,可能與該病菌適應(yīng)高溫或不適應(yīng)高溫條件有關(guān)[37]。在中原地區(qū)苜蓿生產(chǎn)中,夏季是根部病害頻繁發(fā)生的季節(jié),然而,在本研究中,夏季的根部帶菌率并不是最高,大多數(shù)苜蓿品種秋季的根部帶菌率顯著高于春、夏季(P<0.05),春、夏季的帶菌率相同或相似;部分品種春、夏、秋季的根部帶菌率依次升高。由此可以看出,帶菌率的高低并不能決定是否發(fā)病和病害的發(fā)生程度,環(huán)境是重要的調(diào)控因素。真菌生長的最適溫度范圍為20~30 ℃,苜蓿的根腐病在27~30 ℃時(shí)最嚴(yán)重[37]。根據(jù)中原地區(qū)(長葛氣象站)近10年的氣象資料,夏季(6-8月)的月平均溫度分別是26.31、27.13和25.82 ℃。6月非常適宜真菌生長,7月開始適宜病害發(fā)生,8月又進(jìn)入了真菌快速生長時(shí)期。溫度的變化完全能夠解釋本研究不同季節(jié)的帶菌率和實(shí)際生產(chǎn)中的病害發(fā)生規(guī)律,也就是說,在中原地區(qū),苜蓿根部病害夏季發(fā)生最嚴(yán)重的主要原因是溫度。由此說明在較高溫度條件下,鐮刀菌在病原和寄主的相互作用中占主導(dǎo)地位。較高的溫度可能直接影響一些真菌的生長,但影響其產(chǎn)毒能力的溫度有時(shí)不盡相同,因此,干擾植物的生理過程也有所不同,從而影響其抗病性[37]。在本研究中,各真菌出現(xiàn)的頻率與苜蓿品種有關(guān)的結(jié)果與上述研究結(jié)果[40]不盡一致,可能與試驗(yàn)地的生態(tài)條件不同[41-43]有關(guān)。苜蓿根部入侵真菌種類是寄主、環(huán)境、病原和生產(chǎn)活動(dòng)共同作用的結(jié)果,如生長生育階段、土壤營養(yǎng)成分含量、降水量和溫度、田間管理技術(shù)和種植的作物種、品種以及種植體系等均可對(duì)當(dāng)茬及后茬作物的病害產(chǎn)生重要影響;不同的地理生態(tài)區(qū)域,其土壤微生物區(qū)系和病原菌的種類亦有差異,農(nóng)藝耕作措施、土壤質(zhì)地類型、植物種及其基因型都是決定土壤微生物區(qū)系組成的重要因素[44-45];而且土壤區(qū)系中不同的碳源會(huì)造成土壤微生物種類的差別[46]。

在本研究中,不同品種的帶菌率表現(xiàn)出很大的差異,平均帶菌率較高的5個(gè)苜蓿品種依次為:苜蓿王、WL-525HQ、賽特、四季旺和敖漢。阿爾岡金、佛拿爾、金皇后、飛馬和THG-1等的帶菌率較低。根據(jù)以上品種在中原地區(qū)生長表現(xiàn)和生產(chǎn)性能測定,帶菌率較高的有些品種同樣擁有良好的生長表現(xiàn)和生產(chǎn)性能,帶菌率較低的品種并不一定是當(dāng)?shù)氐膬?yōu)良品種[1]。根據(jù)本研究的帶菌率似乎不能解釋實(shí)際的生產(chǎn)表現(xiàn),也不能指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐,主要原因是在特定的環(huán)境條件下,在環(huán)境、病原和寄主之間存在特殊的依存關(guān)系[37]。本研究發(fā)現(xiàn),不同生長季節(jié)苜蓿根部入侵真菌區(qū)系中優(yōu)勢(shì)菌種存在差異,其中細(xì)交鏈孢、腐皮鐮孢為3個(gè)季節(jié)共同的建群種;不同季節(jié)其真菌建群種不同的真菌有:春季的半裸鐮孢和尖孢鐮孢,夏季的尖孢鐮孢和半裸鐮孢,秋季的銳頂鐮孢和柱孢。因此,在中原地區(qū)種植紫花苜蓿前的品種選擇時(shí),盡量選用對(duì)建群真菌抗性強(qiáng)的品種,綜合參試品種的生產(chǎn)性能和帶菌率及抗病性的角度,THG-1、飛馬和金皇后應(yīng)該廣泛種植和推廣。同時(shí),也應(yīng)該重視苜蓿科學(xué)的管理技術(shù),保證植物健康生長,以增強(qiáng)對(duì)這些真菌的抗性。秋眠性是反映不同品種在秋季短日照條件下的生長表現(xiàn),表明,不同苜蓿品種的帶菌率與其秋眠級(jí)無相關(guān)性,說明秋眠級(jí)在與抗病性之間無明顯關(guān)系,在根部入侵真菌及其病害防治方面無太大指導(dǎo)價(jià)值。另外,在中原地區(qū),根據(jù)秋眠級(jí)選擇高產(chǎn)的紫花苜蓿品種也沒有得到相應(yīng)的證據(jù)支持[1]。

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