西北地區土壤低溫處理對南方根結線蟲越冬的影響

洪 波，張 鋒，李英梅，劉 晨，陳志杰， 張淑蓮

(1.陜西省生物農業研究所，西安 710043; 2.陜西省酶工程技術研究中心，西安 710043)

根結線蟲(Meloidogynespp.)是植物病原線蟲中最重要的一類寄生性線蟲，世界上現已報道有70多種根結線蟲[1]，寄生為害3 000多種植物，每年在全世界造成的經濟損失達1 000億美元以上。其中，以南方根結線蟲(Meloidogyneincognita)分布面積最廣，危害的蔬菜種類最多，成為中國蔬菜產區的優勢種群。20世紀90年代以前，南方根結線蟲主要分布于長江以南地區，在北方露地條件下無法越冬。近年來全國設施栽培面積不斷擴大，隨著生存環境的變化及缺乏天敵制約，南方根結線蟲的地理分布區域也逐漸北移，目前在黑龍江、遼寧、河北、北京、山東、山西、陜西等北方省(區)的設施蔬菜產區均有分布[2-4]。陜西省于1989年在漢中洋縣的煙草上首次發現南方根結線蟲[5]，現已在關中、陜北和陜南不同蔬菜生態區廣泛分布，一般導致蔬菜減產10%～15%，嚴重時高達50%以上，甚至絕收[6]。南方根結線蟲以卵或二齡幼蟲在土壤中越冬，主要存活于5～30 cm的土層內，以5～10 cm土層內分布數量最多[7]。南方根結線蟲在土壤中能夠越冬的最重要因素是土壤溫度[8]。因此，對于土壤低溫對南方根結線蟲越冬影響的研究，有助于對制約南方根結線蟲越冬的關鍵氣候因子進行深入研究，為進一步制定防治措施提供理論依據。

目前，對于南方根結線蟲的越冬及耐寒性研究，國外有一些相關研究和報道[9-15]，主要為南方根結線蟲在某個地區的冬季耐寒性及存活率的研究，而國內在這方面報道相對較少，僅有陳立杰等[16-17]在室內-15 ℃和0 ℃低溫條件下對南方根結線蟲的死亡率進行研究，以及王延紅等[18]在室內-20 ℃、-12 ℃溫度下研究南方根結線蟲二齡幼蟲的存活率，并通過田間調查探明線蟲的冬季種群動態。以上研究多是從室內條件下研究線蟲的耐寒性，或僅通過田間試驗研究線蟲在露地條件下能否越冬，南方根結線蟲在大尺度空間及不同種植模式下的越冬區劃目前尚不明確。本研究不僅通過室內線蟲低溫處理試驗探明南方根結線蟲致死低溫及所需時間，并且通過陜西省不同緯度生態區線蟲田間越冬試驗，驗證室內結果，并劃分不同種植模式下的線蟲越冬區域，以期明確設施蔬菜根結線蟲在陜西省冬季土壤中的發生規律，為西北地區設施蔬菜根結線蟲綜合防治措施提供理論依據和技術支持。

1 材料與方法

1.1 供試根結線蟲

供試線蟲從陜西省科學院渭南科技示范基地日光溫室內黃瓜根結上獲得，通過顯微鏡下觀察雌蟲會陰花紋鑒定為南方根結線蟲，用w=0.4% NaClO對挑取的單卵囊進行消毒，將卵囊接種到感病黃瓜品種‘津春4號’上進行擴繁[19-20]。接種45 d后，選取具有大量根結的黃瓜根系，挑取根結線蟲卵塊置于直徑6 cm的培養皿中，25 ℃的恒溫條件下培養3～4 d使卵孵化。收集二齡幼蟲(J2)，并加入無菌水將線蟲懸浮液調至500條/mL，將滅菌土壤與線蟲懸浮液按100∶1的質量比均勻混合為病土，備用。

1.2 室內線蟲低溫處理

將線蟲病土裝入小花盆后，分別放于0、-1、-3、-5、-7、-9和-11 ℃的低溫培養箱(KRC-250CA)進行低溫處理，處理時間為32 d，每個處理組合3次重復[18]。低溫處理結束后將裝有病土的花盆再移至人工氣候箱，植入催芽過的黃瓜(‘津春4號’)種子進行培養。人工氣候箱的溫濕度和光照設為最適于南方根結線蟲侵染條件[16](溫度25 ℃±1 ℃，土壤相對濕度50%～60%，光照14 h∶10 h)。待幼苗發育30 d后從土中取出并清洗根部，統計幼苗受害株率，計算根結指數。

1.3 野外線蟲越冬試驗及溫度采集

試驗地點設在陜西延安、渭南大荔、楊凌和商洛丹鳳4個設施蔬菜生態區，分別位于延安市寶塔區井家灣村(N109°26′16.8″，E36°39′59.0″)、大荔縣東埝村(N109°51′53.8″，E34°50′35.0″)、楊凌區中國科學院水利部水土保持研究所院內(N108°4′52.9″，E34°19′54.3″)和丹鳳縣棣花村(N110°11′9.5″，E33°44′14.0″)，具體位置如圖1所示。在這4個地區溫室(普通日光溫室，長50 m、寬10 m、高3 m)、拱棚(塑料大棚，長30 m、寬6 m、高2.5 m)和露地種植條件下各選1樣點，在距地面10～30 cm深度土層中埋入裝有線蟲病土的編織袋， 每個編織袋(5 kg病土，10 cm高)設為1個處理，在土中保持透氣性，使線蟲在野外自然條件下進行越冬。同時利用便攜式自動溫度記錄儀(TR-52)進行不同深度的土壤溫度數據監測采集，數據采集間隔為1 h，采集時間為2012-2014年，從每年11月初到次年2月底。待次年3月初溫度回升時，將線蟲病土取回實驗室，室內條件下栽植感病黃瓜品種進行培養，并在黃瓜幼苗發育30 d后調查并計算受害株率和根結指數，方法同“1.2”。

1.4 數據處理

1.4.1 根結指數計算 根結級別的統計方法采用肖炎農等[21 ]及張鋒等[22 ]的拔株百分數法。0級：無可見根結；1級：根結長度占總根長度的1%～24%；2級：根結長度占總根長度的25%～49%；3級：根結長度占總根長度的50%～75%；4級：根結長度占總根長度的75%以上。

1.4.2 溫度數據處理 將“1.3”所述4個地區不同種植模式下的土壤溫度和氣溫原始數據以Excel數據表形式導出，取每日2:00、8:00、14:00和20:00 4個時段的溫度平均值作為日均溫度，再計算出冬季各月平均溫度值。

2 結果與分析

2.1 南方根結線蟲致死低溫及時間

通過室內線蟲低溫處理試驗，計算出不同溫度及不同時間處理條件下黃瓜植株上的根結指數。當根結指數為0時說明線蟲沒有侵染植株根部，可以認為線蟲經過低溫處理已經死亡[23-24]。找出不同溫度下根結指數為0時的處理時間，即為南方根結線蟲的低溫致死時間(表1)。

由表1可知，隨著溫度降低，南方根結線蟲死亡的時間急劇縮短，說明線蟲的致死時間與溫度呈非線性關系[25-27]。根據各溫度下根結指數為0時的處理時間，可以擬合出致死時間y(h)和溫度x( ℃)之間的關系模型曲線(圖2)。模型方程為：y=1 457.8 e0.464 7x，R2=0.989，表明該模型擬合度較好。試驗結果證明，在供試溫度條件下，南方根結線蟲在-1 ℃持續32 d時無法存活，而在-3 ℃持續16 d時便會死亡。根據致死時間和溫度的關系模型推算可知，南方根結線蟲在0 ℃時需要61 d(1 458 h)以上才會死亡。

圖1 南方根結線蟲野外越冬試驗地點示意圖Fig.1 Distribution of overwintering experiment of M.incognita in the field

溫度/℃Temperature處理時間/d Time0.51248121620242832086.775.052.045.036.030.032.025.028.024.022.9-173.064.052.032.023.325.013.316.012.08.00.0-353.333.348.624.016.020.00.00.00.00.00.0-534.322.524.014.30.00.00.00.00.00.00.0-712.03.70.00.00.00.00.00.00.00.00.0-910.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.0-110.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.0

2.2 不同地區南方根結線蟲野外越冬試驗結果

從3種種植模式下的根結指數來看，溫室種植模式由于受人為因素影響較大，光熱條件良好，適合南方根結線蟲越冬，因此根結指數最高，拱棚種植模式次之，露地模式根結指數最低。除延安和丹鳳地區露地與拱棚條件下的根結指數差異不大外，3種種植模式之間的根結指數存在顯著差異(表2)。

圖2 南方根結線蟲致死時間與溫度的關系Fig.2 Relationship between temperature and lethal time of M.incognita

2.3 根結指數與土壤溫度之間的關系

不同地區3種種植模式下的根結指數與土壤溫度如表3所示。由表3可以看出，不同地區溫室條件下1月土壤平均溫度都在10 ℃以上，根結指數都達到40以上，表明冬季土壤平均溫度高于10 ℃時，線蟲可以越冬且對植株為害較重；拱棚條件下，延安地區1月土壤平均溫度都在-0.9 ℃以下，根結指數為0，表明線蟲無法越冬，其他3個地區的土壤溫度為1.8～6.3 ℃，根結指數最高達到40，為害程度較溫室偏低；露地條件下，延安及大荔地區10～20 cm土層深度1月土壤平均溫度都在-1.0 ℃以下，同樣根結指數為0，線蟲基本不能在這兩個地區越冬，丹鳳和楊凌地區土壤平均溫度為-0.1～2.5 ℃，根結指數為4.0～32.5，線蟲能夠越冬，但對植株為害程度最低。野外試驗結果表明，南方根結線蟲在1月土壤平均溫度-1.0 ℃以下時根結指數即為0，能夠完全殺滅線蟲，這和室內條件下的研究結果相符合。

表2 不同地區3種種植模式下的根結指數Table 2 Root-knot index under three planting modes in different areas

注：同一列中不同的小寫英文字母表示差異顯著(P<0.05)。

Note:Different lowercase letters in the same column mean significant difference(P<0.05).

表3 不同地區1月土壤平均溫度和根結指數Table 3 Soil temperatures and root-knot indices of different areas in January

由于土壤平均溫度在-1 ℃以下時，根結指數都為0，因此，將溫度低于-1 ℃的數據剔除后，分析1月土壤溫度與根結指數之間的關系(圖3)。由圖3可知，根結指數(y)與1月土壤平均溫度(x)呈線性相關(y=4.334 7x+7.190 7，R2=0.798 2),表明土壤低溫對南方根結線蟲有明顯的抑制作用，根結指數隨土壤溫度的降低而減少。

圖3 1月土壤溫度與根結指數的關系Fig.3 Relationship between soil temperature in January and root-knot index

3 結論與討論

溫度是影響線蟲生長發育最為重要的環境因子之一，每種線蟲都有其適宜的生長發育溫度和致死溫度。本研究利用室內線蟲低溫處理結合線蟲田間越冬試驗驗證的方法，探明南方根結線蟲在室內-1 ℃下持續32 d將無法存活，田間1月土壤平均溫度在-1 ℃以下時，根結指數都為0，線蟲無法越冬。這與Taylor等[28]的研究結果是一致的，其研究表明南方根結線蟲在美國的分布北界為1月份-1.1 ℃等溫線。

本研究通過研究南方根結線蟲對溫度的敏感性而獲得其抑制性溫度，掌握其在冬季土壤中的發生規律。通過分析1月土壤平均溫度與根結指數之間的線性關系并建立模型。土壤平均溫度在-1 ℃以下時，線蟲不會發生為害；土壤平均溫度在2 ℃以下時，根結指數都低于20，對植株為害較小，能夠抑制線蟲發生；隨著溫度不斷升高，線蟲為害逐漸加重，根結指數也隨之增加。通過圖3可知，在溫度達到6 ℃時，根結指數便可以達到40以上；溫度12 ℃時，根結指數甚至達到80左右。因此可以得出結論，1月土壤平均溫度在6 ℃以上時，已經無法起到抑制南方根結線蟲發生的作用。這與陳立杰等[16]的研究結果比較接近，其研究表明5 ℃以下低溫是南方根結線蟲的有效抑制溫度。

本研究利用溫度與線蟲致死時間模型推導出南方根結線蟲在0 ℃條件下61 d以上才會死亡，這與Sayre[11]的研究結果相似，其研究表明南方根結線蟲在加拿大安大略省西南地區土壤溫度0 ℃ 條件下持續45～90 d時將無法越冬。但由于 0 ℃ 持續時間需兩個月左右，容易造成溫度監測精度偏低，而選用1月平均溫度的指標更為直接和準確，因此確定-1 ℃為南方根結線蟲越冬極限低溫。在此基礎上，探明南方根結線蟲在陜西各生態區不同種植條件下的越冬區域，即南方根結線蟲只能在延安地區溫室條件下越冬，而在其他生態區可以于露地、拱棚和溫室3種條件下越冬。根據筆者在陜西省對南方根結線蟲進行調查采樣的數據可知，該蟲已在關中平原的西安戶縣及渭南大荔縣露地條件下順利越冬，而在延安以北地區未發現露地越冬的線蟲，因此本研究結果與實際調查結果一致。

本研究通過掌握陜西不同生態區的南方根結線蟲越冬區劃，為利用生態技術控制線蟲的活性和繁殖以及防治該線蟲提供技術支持。在露地條件下，延安地區10～30 cm土層的1月平均土壤溫度分別為-7.8 ℃、-7.3 ℃和-6.2 ℃，均遠低于南方根結線蟲的致死低溫，說明在延安及其以北地區能夠在冬季使用土壤低溫處理，殺滅南方根結線蟲；大荔地區10～30 cm土層的1月平均土壤溫度分別為-1.1 ℃、-1.0 ℃和-0.9 ℃，與線蟲的致死低溫比較接近，且30 cm土壤深度仍有線蟲為害，說明在大荔地區冬季使用土壤低溫處理對防治南方根結線蟲有一定效果，但若遇到土壤溫度偏高的暖冬年份，殺蟲效果便不太明顯；楊凌和丹鳳地區10～30 cm土壤1月平均溫度均在0 ℃以上，高于南方根結線蟲致死低溫-1 ℃，特別是楊凌地區的線蟲為害相對較重，因此這兩個地區冬季不適宜使用土壤低溫處理來殺滅線蟲。由于研究所涉及的4個生態區分別代表陜西不同地形區[29](延安代表陜北黃土高原區，丹鳳代表陜南秦巴山區，楊凌代表關中平原區，大荔代表黃土高原與關中平原過渡的渭北高原區)，這為不同地區因地制宜進行根結線蟲防治策略的制定提供理論依據。關中平原地區和陜南秦巴山區的南方根結線蟲可在各種種植條件下越冬，這些地區溫室條件下光熱條件較好，可在夏季溫室內通過土壤覆膜進行太陽能高溫處理，能夠較好地抑制南方根結線蟲的發生[24]；而榆林和延安等陜北黃土高原區可在作物休閑期時撤掉棚膜，由于這些地區冬季土壤溫度遠低于南方根結線蟲的致死低溫，從而能有效殺滅土壤中的越冬線蟲。這些物理防治方法對于西北地區設施蔬菜根結線蟲的綠色防治都具有實際指導意義。

致謝：中國科學院水利部水土保持研究所的梁銀麗研究員為本研究提供部分試驗儀器和試驗場所，特此致謝。