不同前茬作物對秋茬大白菜根腫病及產量的影響

路 鵬 羅曉涵 王雪東 梁鑫宇 吳鳳芝 潘 凱

（東北農業大學園藝園林學院，黑龍江哈爾濱 150030）

大 白 菜〔Brassica campestrisL.ssp.pekinensis（Lour）Olsson〕為十字花科蕓薹屬作物，原產于我國北方地區，具有營養價值高、產量高、耐貯運等特點，是我國北方地區秋冬季節食用的主要蔬菜種類之一，供應期長達半年之久。但由于長期的單一種植模式及不科學的栽培管理，導致菜田土壤生態環境劣變、病害發生嚴重，尤其是近年來根腫病持續加重，已成為阻礙大白菜生產的重要原因（Ricarova et al.，2016）。根腫病是由蕓薹根腫菌（Plasmodiophora brassicae）專性侵染十字花科作物引起的土傳性病害，是限制十字花科作物生產的主要因素，造成全球減產10%～15%（Ernst et al.，2019）。由于蕓薹根腫菌存在眾多生理小種（索歡等，2015），且休眠孢子在土壤中存活時間較長，使得該病防治起來尤為困難（黃云 等，2007；任靜，2018）。當前，根腫病的主要防治措施包括選育抗病品種、施用生石灰和生物防治等（李金萍 等，2012），但效果均不理想。近年來，利用植物種間化感作用防治植物土傳病害受到廣泛關注。已有研究發現，通過輪作可以抑制病原菌過度繁殖，降低病害的發生率（陳丹梅 等，2015，2016）。但是若前茬作物設計不合理，則會導致土壤病原菌積累，后茬植株生長受到抑制且病害加重（莊敬華 等，2009）。

黑龍江省哈爾濱市阿城區是秋大白菜主產區，30多年來一直采用春茬種植大蒜、秋茬種植大白菜的生產模式，但近10年該地區秋茬大白菜根腫病發病嚴重，更換大白菜品種及采用藥劑防治都未獲得理想效果，導致許多農戶放棄大白菜種植，嚴重影響了當地大白菜產業發展。有研究表明，以大豆作為前茬作物大白菜根腫病的發病率和病情指數分別降低了73.5百分點和82.1%，其機制之一是大豆根系分泌物刺激休眠孢子萌發，在沒有活寄主的情況下死亡進而降低了土壤中根腫病病原菌含量（唐林，2016）；蕎麥根系分泌物能夠抑制甘藍根腫病的發生并促進甘藍生長（周俐利，2017）；分蘗洋蔥根系分泌物亦可以抑制大白菜根腫病的發生并促進大白菜生長（Chen et al.，2018）。本試驗根據黑龍江省的氣候條件，選擇在茬口銜接上能夠保證秋大白菜生產的分蘗洋蔥（Allium cepavar.agrogarumL.）、早熟大豆〔Glycine max（Linn.）Merr.〕、春小麥（Triticum aestivumL.）作為前茬作物，研究不同前茬作物對秋茬大白菜根腫病發生、大白菜生物量及產量的影響，旨在篩選出適宜北方露地秋茬大白菜生產的前茬作物，為抑制大白菜根腫病發生及保障大白菜可持續生產提供技術和理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試大白菜為根腫病易感品種改良東白1號，分蘗洋蔥為綏化市望奎地方品種M29，春小麥品種為東農123，大豆品種為黑河49號，大蒜品種為阿城紫皮蒜，均由東北農業大學園藝園林學院設施園藝與蔬菜生理生態課題組提供。

1.2 試驗方法

試驗分別于2018年4—10月、2019年4—10月在黑龍江省哈爾濱市阿城區白城村大白菜產區進行，該地區常年種植模式為春茬種植大蒜、秋茬種植大白菜，近10年來根腫病發病嚴重。試驗地土壤基本理化性質為：有機質含量3.07%，堿解氮130.41 mg·kg-1，有效磷117.55 mg·kg-1，速效鉀622.50 mg·kg-1，pH值6.43，EC值0.398 mS·cm-1；每克土壤中蕓薹根腫菌休眠孢子含量為1.95 × 105個。

設置3個處理：B，大豆—大白菜；O，分蘗洋蔥—大白菜；W，小麥—大白菜。以當地常年種植模式大蒜—大白菜為對照（CK），每處理3次重復，小區面積21 m2（3 m × 7 m），四周設保護行。2018年，4月8日種植分蘗洋蔥、小麥、大蒜，4月28日種植大豆，前茬收獲后于7月23日直播大白菜，株距50 cm，行距50 cm，10月5日采收；2019年，4月5日種植分蘗洋蔥、小麥、大蒜，4月29日種植大豆，前茬收獲后于7月28日直播大白菜，株距50 cm，行距50 cm，10月5日采收。各作物均采用常規田間管理，兩年試驗管理措施一致，每667 m2施硫酸鉀復合肥（N-P-K為15-15-15）10 kg、磷酸氫二銨10 kg作基肥。

1.3 測定項目

1.3.1 土壤蕓薹根腫菌休眠孢子含量測定 2018年春茬作物播種后20、40、60 d，2019年春茬作物播種后60 d，分別采用五點取樣法取0～15 cm表層土，過10目篩后于-80 ℃冰箱保存。土壤DNA的提取采用PowerSoil DNA Isolation Kit（MO BIO Laboratories，CA，USA）試劑盒。參照Wallenhammar等（2012）的方法，采用實時熒光定量PCR測定土壤中蕓薹根腫菌休眠孢子含量。蕓薹根腫菌引物序列為：PbF，5′-AAACAACGA GTCAGCTTGAATGC-3′；PbR，5′-TTCGCGCACA AGCACTTG-3′。

1.3.2 根腫病發病情況調查 大白菜播種后20 d（五葉一心至六葉一心）、30 d（蓮座期）、40 d（結球期），每處理分別隨機選取9株，調查發病情況，計算發病率及病情指數。病情分級標準參照王雪涵（2018）的分級標準：0級，根部無腫瘤，植株生長正常；1級，側根有腫瘤，植株生長正常；3級，主根腫大有腫瘤，其直徑小于2倍莖基部，植株地上部可見生長輕度受阻；5級，主根腫大，直徑是莖基部的2～3倍，側根脫落，植株地上部生長輕度受阻；7級，主根腫大，直徑是莖基部的3～4倍，側根脫落，植株地上部明顯矮小、萎黃；9級，主根腫大，直徑是莖基部的4倍以上或龜裂，側根大量死亡，植株地上部嚴重萎蔫或死亡。

發病率=發病株數/調查株數× 100%

病情指數=Σ（各級病株數×相對級數）/（調查總株數×最高級數）× 100

1.3.3 大白菜地上部鮮、干質量及產量測定 大白菜播種后20、30、40 d，每處理分別隨機選取9株，取地上部分，用蒸餾水洗凈、擦干，采使用電子天平稱量地上部鮮質量；然后放入烘箱，105 ℃下殺青后調至60 ℃烘干至恒重，采用電子天平稱量地上部干質量。播種后70 d左右收獲葉球部分測產。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2016軟件進行原始數據整理和做圖；采用SPSS 21.0軟件進行方差分析，運用Turkey法在P＜0.05水平上進行比較。

2 結果與分析

2.1 不同前茬作物對土壤中蕓薹根腫菌休眠孢子含量的影響

2018年種植期間，3個處理及對照土壤中蕓薹根腫菌休眠孢子含量均隨春茬作物種植時間的延長呈下降趨勢，且大豆、分蘗洋蔥、小麥根際土壤中蕓薹根腫菌休眠孢子含量一直低于對照大蒜；播種后60 d，大豆、分蘗洋蔥根際土壤中蕓薹根腫菌休眠孢子含量顯著低于對照，分別比對照降低了30.46%、33.88%（圖1）。

圖1 不同前茬作物對土壤中蕓薹根腫菌休眠孢子含量的影響

依據2018年測定結果，2019年僅對春茬作物播種后60 d的土壤蕓薹根腫菌休眠孢子含量進行了測定。大豆、分蘗洋蔥和小麥根際土壤中蕓薹根腫菌休眠孢子含量分別為2.46 × 104、2.72 × 104、2.25 × 104個·g-1，與對照（大蒜根際土壤中蕓薹根腫菌休眠孢子含量為7.90 × 104個·g-1）相比分別降低了68.86%、65.57%、71.51%，差異均達顯著水平。說明采用大豆、分蘗洋蔥和小麥作為前茬作物，均能降低土壤中蕓薹根腫菌休眠孢子含量。

2.2 不同前茬作物對秋茬大白菜根腫病發病的影響

從表1可以看出，除2019年分蘗洋蔥—大白菜處理在大白菜播種后20 d的根腫病發病率顯著低于對照外，3個處理大白菜播種后20、30、40 d的根腫病發病率均與對照差異不顯著，但病情指數均明顯低于對照。其中，分蘗洋蔥—大白菜處理的秋茬大白菜根腫病病情指數始終顯著低于對照。

表1 不同前茬作物對秋茬大白菜根腫病發病的影響

2.3 不同前茬作物對秋茬大白菜生長及產量的影響

從表2可以看出，大白菜播種后20 d，3個處理的地上部鮮、干質量均與對照無顯著差異；播種后30 d和40 d，分蘗洋蔥—大白菜和小麥—大白菜處理的地上部鮮、干質量顯著高于對照。3個處理的大白菜產量均明顯高于對照，增產幅度均在20%以上，其中分蘗洋蔥—大白菜和小麥—大白菜處理的秋茬大白菜產量兩年均顯著高于對照。

從表2還可以看出，連續2年采用大豆、分蘗洋蔥和小麥作為前茬作物，秋茬大白菜2019年的增產幅度較2018年有所提高，增產效果分蘗洋蔥＞小麥＞大豆。

表2 不同前茬作物對秋茬大白菜單株鮮、干質量及產量的影響

3 結論與討論

合理的輪作可以抑制后茬十字花科作物根腫病的發生，并促進作物生長（陳靜，2015；靳博紅，2018；張蕾 等，2020）。本試驗結果表明，與對照相比，大豆—大白菜、分蘗洋蔥—大白菜和小麥—大白菜處理均降低了春茬土壤中蕓薹根腫菌休眠孢子含量和秋茬大白菜根腫病病情指數。其機制之一可能是因為前茬作物生長過程中釋放的根系分泌物刺激了蕓薹根腫菌休眠孢子的萌發，而萌發孢子在沒有合適的活寄主條件下，無法獲取相應營養導致死亡，從而降低了土壤中蕓薹根腫菌含量和大白菜根腫病發病程度，這在前人的研究中得到了證實（Prather et al.，2000；楊曉琴，2015；唐林，2016）。有研究發現酚酸類物質咖啡酸、香豆酸、綠原酸能夠促進蕓薹根腫菌休眠孢子的萌發（Ohi et al.，2003），部分水解產物如反式-2-羥基-3-丁烯硫代葡萄糖苷、4-羥基-3-吲哚甲基硫代葡萄糖苷對蕓薹根腫菌休眠孢子也有類似影響（李銘，2012）。同時，Chen等（2018）研究表明，分蘗洋蔥根系分泌物也會降低蕓薹根腫菌致病基因的表達，并降低大白菜根腫病發病程度。相比于對照，大豆、分蘗洋蔥和小麥根系分泌物中可能包含了更多刺激蕓薹根腫菌休眠孢子萌發的活性物質，進而造成了對照與處理之間的差異，這需要在之后的研究中進一步對根系分泌物成分進行鑒定和反饋驗證。除此之外，徐蕾（2016）研究發現，分蘗洋蔥與大白菜輪作能夠引起土壤微生物群落的改變，使土壤總細菌與總真菌的比值增大，說明種植適宜的前茬作物能夠改善土壤的生態環境，增加土壤中有益菌含量，進而限制了病原菌的繁殖，降低了根腫病的發生。而對照長期種植大蒜為前茬，土壤微生物群落結構趨于穩定，蕓薹根腫菌適應了此環境條件，從而使對照比處理根腫病發病嚴重。

由于受環境條件的影響，2018年和2019年春茬土壤中蕓薹根腫菌休眠孢子含量及秋茬大白菜根腫病發病情況有所差異。十字花科根腫病的發病受溫度、濕度等環境條件的影響較大（Gossen et al.，2012）。在溫度適宜的條件下，土壤含水量60%～70%最有利于根腫病的發生，而在土壤水分含量較低的情況下該病也會少量發生（班潔靜，2014）；Gossen等（2014）研究表明降雨與蘿卜等蕓薹屬蔬菜根腫病的發病程度呈正相關。

本試驗中，前茬種植分蘗洋蔥和小麥均較對照顯著促進了秋茬大白菜中后期的生長，大白菜產量亦顯著高于對照，這與陳少燦和吳鳳芝（2015）利用分蘗洋蔥與大白菜輪作的結果類似。一方面適宜的前茬作物可以改善土壤生態環境，提高土壤酶活力，增加土壤肥力，創造更有利于秋茬大白菜生長的環境條件（徐蕾，2016），另一方面可能是因為前茬作物根系分泌物減少了土壤中蕓薹根腫菌含量，進而降低其對大白菜的危害，減輕植物水分和營養吸收受阻程度，促進大白菜生長并增加其產量。徐蕾（2016）采用大蔥、大蒜和分蘗洋蔥與大白菜輪作，大白菜的經濟產量分別提高了44%、29%、41%，說明大蔥和分蘗洋蔥生長過程中分泌的根系分泌物更有利于后茬大白菜的生長。此外，也有研究發現大蒜根系分泌物對于大白菜生長的化感作用表現為“低促高抑”（丁海燕，2017）。本試驗中的對照，可能由于大蒜長期種植，導致土壤中化感物質過高，相較處理不利于秋茬大白菜生長。

綜上，以分蘗洋蔥作為前茬作物對于秋茬大白菜的生長及其根腫病的防治效果最優。但本試驗僅進行了兩年，對持續種植的影響有待進一步研究。此外，將幾種適宜的前茬作物輪換種植是否更有利于秋茬大白菜的生長及根腫病的防控也有待探討。