玉米、小麥、大豆根系水溶性分泌物對馬鈴薯枯萎病菌的影響

馬志偉，陳慧，蒙美蓮，曲延軍，胡俊

（內蒙古農業大學農學院，內蒙古呼和浩特010019）

玉米、小麥、大豆根系水溶性分泌物對馬鈴薯枯萎病菌的影響

馬志偉，陳慧，蒙美蓮，曲延軍，胡俊*

（內蒙古農業大學農學院，內蒙古呼和浩特010019）

以玉米、小麥和大豆3種作物為試驗材料，利用水培法收集3種作物根系分泌物測定其對馬鈴薯枯萎病菌生長的影響。結果表明，玉米、小麥和大豆的根系分泌物對馬鈴薯枯萎病菌菌絲生長、孢子萌發和孢子產量均具有一定的抑制作用，尤其是玉米根系分泌物的抑制作用最為顯著，小麥根系分泌物次之，而大豆根系分泌物的抑制效果較差。

根系分泌物；馬鈴薯枯萎病菌；抑制作用

近年來隨著馬鈴薯產業的發展，馬鈴薯種植面積不斷擴大，難以輪作倒茬，連作障礙是制約馬鈴薯生產可持續發展的重要因素。連作導致土壤環境惡化，病蟲害發生加重，產量降低及品質下降等一系列問題。鐮刀菌（Fusarium oxysporum）引起的馬鈴薯枯萎病是一種危害嚴重的土傳病害，該病在內蒙古馬鈴薯種植區逐年加重，但目前缺乏有效的防治措施。據Martyn和Hartz［1］以及Yoshihisa Homma和夏正俊［2］的研究報道，利用太陽能曬田，對減輕枯萎病的發生有較好的效果。但由于內蒙古馬鈴薯種植區土地面積有限，很難大面積翻耕土壤充分利用太陽能曬田。據王曉麗等［3］的研究，尿素做基肥可以減輕馬鈴薯枯萎病的發生，且優于碳酸氫鹽類和馬鈴薯專用肥做基肥的效果，同時尿素處理的地塊馬鈴薯產量最高；起壟覆膜對馬鈴薯枯萎病也有一定的減輕作用。另外加強田間管理，輪作倒茬，及時清除病株，促進植株健壯生長，增強植株抗病力，選育抗病品種等措施也可對馬鈴薯枯萎病起到一定防效［4］。其中與非寄主作物合理輪作是防控此類土傳病害的重要手段。

植物根系分泌物是指植物根系釋放到周圍環境中的各種物質，其種類多，含量差異大，既有糖、蛋白質和氨基酸等初生代謝產物，又有有機酸、酚類等次生代謝產物。許多研究表明，根系分泌物與根際微生物之間有著密切的關系，根系分泌物不僅為根際微生物提供所需能源，而且也直接影響著根際微生物的種群結構、代謝和生長發育，有時起促進作用，有時也會起抑制作用［5，6］。

目前國內外有關植物根系分泌物與馬鈴薯枯萎病菌關系的研究報道甚少。輪作倒茬是有效、環保、經濟地防治馬鈴薯枯萎病的措施，為選出適合與馬鈴薯輪作倒茬的非寄主作物，本試驗通過室內抑菌試驗，研究了玉米、小麥和大豆3種不同作物根系分泌物對馬鈴薯枯萎病菌（F.oxysporum）的影響，揭示根系分泌物與病原微生物之間的關系，對生產進行合理的輪作調控提供理論依據。

1　材料與方法

1.1試驗材料

供試作物：玉米（‘平育11’）、小紅麥、東北大豆。

供試病原菌：尖孢鐮刀菌（F.oxysporum）由內蒙古農業大學植物病理學實驗室分離獲得。

供試培養基：馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養基（PDA）和Bilay培養基。

1.2試驗方法

1.2.1供試作物幼苗培養

挑選大小一致的種子用1‰高錳酸鉀溶液處理20 min后用水沖洗2～3遍，置于光照培養箱中進行催芽，將芽長相近的種子播種在盛有無菌土的營養缽中室內培養，每缽內播5粒種子，每個品種培養10缽，共50株。

1.2.2作物根系分泌物的收集

根系分泌物收集采用自制的水培系統，由塑料瓶、硬紙殼板構成。挖取生長30 d左右健康均一的植株幼苗，盡量不傷根，以蒸餾水洗根后移栽到培養系統中，用硬紙殼板固定。每瓶20株，共5瓶，向瓶中加入適量無菌水使根系沒入水中，對根系進行遮光培養，振蕩培養24 h經3層濾紙過濾后，用蒸餾水將根系分泌液調節至鮮根重為10 mL/g，再用0.22 μm濾膜過濾后密封，置于4℃冰箱中保存備用。

1.2.3作物根系分泌物對馬鈴薯枯萎病菌菌絲生長的影響

壞死性小腸結腸炎常見于早產兒，NEC的表現多種多樣。疾病早期，患兒可表現嘔吐、腹脹、腸鳴音減弱等等。如果疾病嚴重，還會表現為腹壁紅腫、腹腔積液、腹脹加重以及氣腹等等。部分病患也可能出現反應查、貪睡、休克、體溫不穩、彌漫性血管內凝血等表現。單純依靠觀察臨床癥狀，并不會對NEC做出明確診斷。就腹部X線表現來看，則通常為腸壁囊樣積氣、腸梗阻以及門靜脈積氣等等。

采用菌絲生長速率法測定。將含不同作物根系分泌物液等體積與已融化稍冷卻的PDA培養基充分搖勻并迅速倒入直徑為9 cm的培養皿中，以含等體積的無菌水培養基作為對照，每個處理重復4次。在平板中央接入直徑為6 mm的菌餅，置于25℃黑暗條件下培養，生長第3 d開始測量菌落直徑，每天測量1次，并計算抑制率。待對照菌落生長至培養皿邊緣時，停止測量。

抑制率（％）=（對照菌落直徑-處理菌落直徑）/對照菌落直徑×100

1.2.4作物根系分泌物對馬鈴薯枯萎病菌孢子萌發的影響

挑取適量培養好的菌片放入小燒杯中，加入少量無菌水，攪拌，將菌懸液用3層無菌紗布過濾，搖勻后鏡檢，調整孢子濃度，使每個視野（40×10倍）約含20個孢子。

利用凹玻片孢子萌發法測定。在培養皿中放置2層濾紙，上面擺放回形玻璃棒，將凹玻片架在玻璃棒上，121℃高壓滅菌后，無菌操作下向該培養皿中加入適量無菌水，將等量的孢子懸液與根系分泌液混勻，吸取混合液50 μL于凹玻片上，25℃黑暗培養12 h在（40×10）倍下鏡檢病原菌孢子萌發情況，重復4次，每個重復檢查10個視野，最后計算出平均孢子萌發抑制率，以無菌水培養作為對照，以孢子芽管的長度超過孢子直徑的一半為已萌發孢子。

孢子萌發抑制率（％）=（對照孢子萌發數-處理孢子萌發數）/對照孢子萌發數×100

1.2.5作物根系分泌物對馬鈴薯枯萎病菌孢子產量的影響

將培養的枯萎病菌菌落用無菌水沖洗于三角瓶內，充分振蕩搖勻，用3層無菌紗布過濾得到其孢子懸浮液，將孢子懸液濃度調至1×105個/mL。

無菌條件下，將根系分泌物用無菌過濾器（微孔濾膜，孔徑0.22 μm）過濾后與滅菌的Bilay液體培養基進行等體積混勻，配成含根系分泌物的培養基，每瓶培養基50 mL，對照加等體積無菌水混合。

取1 mL孢子懸液加入到含供試作物根系分泌物的Bilay培養基中，25℃、120 r/min振蕩培養，培養第3 d時用血球計數板測定產孢量。

2　結果與分析

2.1不同作物根系分泌物對馬鈴薯枯萎病菌菌絲生長的影響

從表1中可以看出，玉米、小麥和大豆3種作物根系分泌物處理的馬鈴薯枯萎病菌菌落生長直徑顯著低于對照，對馬鈴薯枯萎病菌菌絲生長表現出明顯的抑制作用，但存在差異。玉米根系分泌物對馬鈴薯枯萎病菌菌絲生長的抑制效果最好，處理3 d時抑制效果明顯高于小麥和大豆，抑制率為51.27％，且隨著時間延長抑制作用增強，處理6 d時抑制率達61.75％。小麥根系分泌物處理3 d時抑制率為30.48％，處理4 d時抑制率最大，為32.37％，隨后抑制作用減弱。大豆根系分泌物處理3 d時抑制率為25.17％，處理4 d時抑制效果最好，抑制率達33.22％，隨后抑制效果降低，6 d時抑制率降到23.26％。

表1　玉米、小麥、大豆根系分泌物對馬鈴薯枯萎病菌菌絲生長的影響Table 1Effectc of corn，wheat，soybean root exudates on mycelium growth of F.oxysporum infecting potato

表2　玉米、小麥、大豆根系分泌物對馬鈴薯枯萎病菌孢子萌發的影響Table 2Effects of corn，wheat，soybean root exudates on spore germination of F.oxysporum infecting potato

2.2不同作物根系分泌物對馬鈴薯枯萎病菌孢子萌發的影響

不同作物根系分泌物對馬鈴薯枯萎病菌孢子萌發的影響見表2。在相同時間處理的條件下，對照平均孢子萌發數為26.25個，玉米、小麥和大豆根系分泌物處理的平均孢子萌發數分別為11.33，22.11和24.89個，3種作物根系分泌物對病菌孢子萌發表現出不同程度的抑制作用，玉米根系分泌物處理的孢子萌發抑制率高于小麥根系分泌物處理和大豆根系分泌物處理，為56.84％，小麥根系分泌物處理的孢子萌發抑制率高于大豆根系分泌物處理，為15.77％，大豆根系分泌物處理孢子萌發抑制率僅為5.18％。

2.3不同作物根系分泌物對馬鈴薯枯萎病菌孢子產量的影響

從圖1可以看出，經過3種作物根系分泌物處理培養的馬鈴薯枯萎病菌，其孢子產量顯著低于對照處理。當對照處理的孢子數達9.24×106個/mL時，加入玉米、小麥、大豆3種作物根系分泌物的培養基孢子數分別為0.15×106，1.41×106和3.20× 106個/mL，且差異顯著。說明玉米根系分泌物抑制馬鈴薯枯萎病菌產孢能力最強，小麥根系分泌物次之，大豆根系分泌物抑制效果最差。

圖1　不同作物根系分泌物對馬鈴薯枯萎病菌孢子產量的影響Figure 1Effect of different crop root exudates on spore production of F.oxysporum infecting potato

3　討論

研究結果表明，玉米、小麥和大豆3種作物的根系分泌物，對馬鈴薯枯萎病菌菌絲生長，孢子萌發和孢子產量均有一定程度的抑制作用，但3種作物根系分泌物的抑制效果之間存在差異，其中玉米根系分泌物具有較強的抑菌活性，小麥和大豆根系分泌物的抑制作用較弱。其可能是因作物種類不同根系分泌物中抑菌活性物質的含量或成分不同所致。

植物根系分泌物的種類及其含量與其生長環境相關［7］。本試驗中僅采用了無菌水做提取溶劑，在人工環境下進行培養收集，因而不可能將極性和非極性的活性物質全部提取出來。宋煒［8］的研究結果表明，萬壽菊根不同溶劑粗提物對西瓜枯萎病菌菌絲生長均有一定抑制作用。陳磊［9］所研究西芹鮮根不同浸提液對黃瓜枯萎病菌抑制作用中，乙醇的效果最好，其次是蒸餾水，丙酮的抑制作用最差。不同的植物其產生的根系分泌物也不同，吳蕾等［10］在大豆與玉米、小麥、高粱根系分泌物的比較分析中表明，大豆根系分泌物成分77種、小麥97種、玉米84種、高粱80種。玉米和煙草等植物根系分泌物的組成成分有著很大差異，各種成分含量也都不同，尤其是糖、有機酸以及氨基酸等［11］。此外植物在不同生長階段的根系分泌物也不相同，Kamilova等［12］研究比較番茄、黃瓜和甜辣椒在3個不同的生長階段有機酸和糖的滲出量，表明3種蔬菜根系分泌物中有機酸和糖的總量隨植物生長而增加，并且有機酸組分均高于糖組分，但不同植物種類和植物的不同發育階段，有機酸變化占主導地位。

根系分泌物中含有多種真菌刺激劑或引誘劑，勢必會對周圍土壤微生物產生間接或直接的有害或有利的化感作用［13］。因此可利用植物根系分泌物中的化感物質來抑制土壤中致病微生物的萌發和生長繁殖，從而減輕植物病害。如前作為大麻，則幾乎可以使馬鈴薯免遭晚疫病的侵害；前作若為苜蓿，可明顯降低棉花枯萎病的發生；前作若為車軸草，亞麻的立枯病感染率則降低［14］。

綜上所述，玉米、小麥和大豆3種作物的水溶性根系分泌物對馬鈴薯枯萎病菌的菌絲生長、孢子萌發和孢子產量均有良好的抑制作用。該研究結果為防治馬鈴薯枯萎病提供了一定的理論依據。但能否作為防治馬鈴薯枯萎病的倒茬作物，還需進一步的田間驗證。另外，具有抑菌活性的物質尚需進行分離鑒定，為更深入的研究防治馬鈴薯枯萎病提供新的思路。

［1］MartynRD，HartzTK.Useofsoilsoilarizationtocontrol Fusarium wilt of watermelon［J］.Plant Disease，1986，70（8）:762-766.

［2］Yoshihisa Homma，夏正俊.日本土傳病害防治現狀（下）［J］.世界農業，1993（6）:41-43.

［3］王曉麗，蒙美蓮，薛玉鳳，等.馬鈴薯枯萎病初侵染來源及栽培與發病的關系［J］.中國馬鈴薯，2012，26（3）:169-173.

［4］何云龍，謝桂先，孫改革，等.土傳病害防治的研究進展［J］.湖南農業科學，2012（6）:27-29.

［5］朱麗霞，章家恩，劉文高.根系分泌物與根際微生物相互作用研究綜述［J］.生態環境，2003，12（1）:102-105.

［6］牟金明，李萬輝，張鳳霞，等.根系分泌物及其作用［J］.吉林農業大學學報，1996（4）:114-118.

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［8］宋煒.萬壽菊根提取物對西瓜枯萎病菌的抑菌活性成分研究［D］.晉中:山西農業大學，2005.

［9］陳磊.西芹根物質與揮發物對黃瓜枯萎病菌的化感作用、機理及化感物質分離純化的研究［D］.呼和浩特:內蒙古農業大學，2012.

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［14］閻飛，楊振明，韓麗梅.論農業持續發展中的化感作用［J］.應用生態學報，2001，12（4）:633-635.

Effect of Corn，Wheat and Soybean Root Exudates on Fusarium oxysporum Infecting Potato

MA Zhiwei，CHEN Hui，MENG Meilian，QU Yanjun，HU Jun*
（College of Agronomy，Inner Mongolia Agricultural University，Hohhot，Inner Mongolia 010019，China）

With corn，wheat and soybean，three crops as materials，root exudates were collected through hydroponics to measure how they affect the growth of Fusarium oxysporum infecting potato.The results showed that the root exudates of corn，wheat and soybean inhibited the growth of F.oxysporum mycelium，spore germination，and spore yield.The inhibitory effect of corn root exudates was the most significant.Wheat root exudates came in the second place and soybean root exudates were the least effective.

root exudate；Fusarium oxysporum；inhibition effect

S532

B

1672-3635（2016）04-0235-05

2015-03-31

國家現代馬鈴薯產業技術體系建設崗位專家專項（nycytx-15；gwzj-20）。

馬志偉（1989-），男，碩士研究生，研究方向為馬鈴薯病害。

（Corresponding author）：胡俊，教授，主要從事植物病害綜合防治，E-mail:hujun6202@126.com。