克服作物連作障礙的“秘密武器”
——訪山東農(nóng)業(yè)大學(xué)杜秉海教授（上）

□《中國農(nóng)資》記者 宋安勇

克服作物連作障礙的“秘密武器”
——訪山東農(nóng)業(yè)大學(xué)杜秉海教授（上）

□《中國農(nóng)資》記者 宋安勇

近日，在山東省泰安市舉行的“第五屆生物肥料產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇”上，記者專程采訪了本次論壇的報(bào)告嘉賓之一，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院土肥資源高效利用國家工程實(shí)驗(yàn)室研究員、山東省農(nóng)業(yè)微生物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室微生物肥料創(chuàng)新研究中心主任杜秉海教授，他從農(nóng)業(yè)上克服作物連作障礙的作物專用多功能PGPR制劑的研究與應(yīng)用等方面對(duì)記者進(jìn)行了一番詳盡的講解。

“秘密武器”攻克連作障礙

杜秉海向記者介紹，當(dāng)前我國現(xiàn)有作物種植模式的不合理以及不合理的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)措施，導(dǎo)致大部分地域的作物連作障礙普遍發(fā)生。其后果是嚴(yán)重的，對(duì)于種植者而言，輕者嚴(yán)重減產(chǎn)、重者造成絕產(chǎn)。同時(shí)連作障礙還會(huì)使土壤可持續(xù)生產(chǎn)能力降低，目前作物連作障礙已經(jīng)成為制約我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要瓶頸問題之一。

從多年的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和田間地頭綜合試驗(yàn)效果來看，作物連作障礙的發(fā)生是多種因素綜合作用的結(jié)果。其中土傳病害積累、作物營養(yǎng)不平衡、植物的自毒作用、土壤生態(tài)破壞等因素是引起作物連作障礙的關(guān)鍵因素。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和分析比對(duì)來觀測(cè)，單純地依賴化學(xué)肥料、化學(xué)農(nóng)藥、土壤化學(xué)熏蒸、普通有機(jī)肥和單一功能微生物肥料等措施，均不能從根本上解決作物的連作障礙問題。

杜秉海自信地告訴記者，在當(dāng)下要想將作物連作障礙這種痼疾連根拔起，需要一種“秘密武器”，而這種“秘密武器”就是植物根際促生細(xì)菌，簡(jiǎn)稱PGPR。早在1978年，美國奧本大學(xué)的J. W.Kloepper教授首次提出植物根際促生細(xì)菌的概念，當(dāng)時(shí)的植物根際促生細(xì)菌是一種用于描述能夠促進(jìn)植物生長的根際細(xì)菌。在此后的科研中，各國的農(nóng)業(yè)科技工作者逐漸發(fā)現(xiàn)，PGPR是一群定植于植物根際、與植物根密切相關(guān)的根際細(xì)菌，當(dāng)接種于植物種子、根系、塊根、塊莖或土壤時(shí)，能夠促進(jìn)植物的生長。

PGPR綜合作用明顯

在當(dāng)前的一系列科研成果顯示，PGPR來自于作物根際環(huán)境。在當(dāng)代的農(nóng)化生產(chǎn)工藝中，制造成PGPR制劑施用到作物根際環(huán)境，可以使作物具有良好的環(huán)境適應(yīng)性。讓PGPR制劑在作物根際長期穩(wěn)定地定植，進(jìn)行各種代謝過程，發(fā)揮作物促生、防病、抗逆、生物修復(fù)等多種功能。

從PGPR制劑的作用機(jī)理來看，PGPR制劑具有拮抗機(jī)制。植物根際促生細(xì)菌隨作物根系生長不斷定植，抗生素沿著根運(yùn)輸分布。同時(shí)，植物根際促生細(xì)菌具有誘導(dǎo)系統(tǒng)抗性的功效。PGPR局部定植足以誘導(dǎo)植物產(chǎn)生自身抗體，使整個(gè)植株獲得免疫能力。除了以上兩點(diǎn)之外，植物根際促生細(xì)菌還具有使作物競(jìng)爭(zhēng)營養(yǎng)和生態(tài)位的功能。PGPR沿著根迅速進(jìn)行趨化性運(yùn)動(dòng)，獲取根分泌物營養(yǎng)，讓作物迅速占據(jù)生態(tài)位。

當(dāng)農(nóng)作物施用了PGPR制劑后，可以刺激作物產(chǎn)生誘導(dǎo)系統(tǒng)抗性，在提高作物抗病性的基礎(chǔ)之上，提高作物抗旱、耐鹽等系統(tǒng)耐受性。在PGPR制劑的間接促生機(jī)制作用下，農(nóng)作物會(huì)產(chǎn)生抗生素、抗菌蛋白等殺菌和抑菌物質(zhì)；同時(shí)會(huì)產(chǎn)生水解酶，降解作物自毒物質(zhì)。施用了PGPR制劑后，可以顯著改善作物根際微生物群落結(jié)構(gòu)與功能，修復(fù)土壤生物肥力。

PGPR應(yīng)用廣、發(fā)展快

杜秉海還告訴記者，目前國內(nèi)外關(guān)于PGPR研究進(jìn)展都比較迅速。我國關(guān)于PGPR研究起始于20世紀(jì)90年代初，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)等單位率先開展了大蒜、辣椒、西紅柿、黃瓜、西葫蘆、西瓜、草莓、蘋果、櫻桃、核桃、藍(lán)莓、柚子、向日葵、棉花、玉米、小麥、煙草、香蕉、花生、花卉、中草藥等多種作物的PGPR菌株篩選、定植、作用機(jī)理、制劑研制與應(yīng)用等工作。其中山東農(nóng)業(yè)大學(xué)PGPR研究室先后從大蒜、辣椒、西紅柿、黃瓜、西葫蘆、西瓜、草莓、棉花、花生、煙草、蘋果、櫻桃、藍(lán)莓、核桃、花卉、中草藥等多種作物根際篩選鑒定了500多個(gè)PGPR菌株。2010年，完成了多粘類芽孢桿菌SC2菌株的基因組測(cè)序分析，并建立了SC2菌株的基因敲除體系，開展了該菌株在辣椒根際定植動(dòng)態(tài)及其對(duì)根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)影響、SC2與辣椒相互作用分子機(jī)制、芽孢形成分子機(jī)制、防病分子機(jī)制等研究工作。

杜秉海總結(jié)稱，植物根際促生細(xì)菌制劑在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中逐漸得到廣泛應(yīng)用，可以幫助種植者克服農(nóng)作物的連作障礙，能夠讓重茬種植的作物最大限度提高其產(chǎn)量，達(dá)到種植者心中滿意的預(yù)期收成。同時(shí)，植物根際促生細(xì)菌制劑還可以減輕肥害藥害，達(dá)到保護(hù)土壤、保護(hù)生態(tài)環(huán)境的目的。