間作玉米對短毛獨活白粉病發(fā)生及植株生長的影響

劉在民，劉漢兵，程 瑤，佟雪姣，蔣欣梅，于錫宏

(1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝園林學(xué)院，哈爾濱 150030；2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，農(nóng)業(yè)部東北地區(qū)園藝作物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)制重點實驗室，哈爾濱 150030)

短毛獨活(HeracleummoellendorffiiHance)，又名老山芹、東北牛防風(fēng)、短毛白芷等，為傘形科獨活屬多年生宿根草本植物，是黑龍江省林區(qū)常見山野菜之一。作為藥食兼用山野菜，其嫩莖葉口味鮮美，富含維生素、蛋白質(zhì)和氨基酸等多種營養(yǎng)成分，有顯著的抗疲勞、抗輻射、減肥益智等功效，其富含的黃酮和香豆素類化合物，有顯著的抗癌、防癌效果[1-2]。短毛獨活原生長在林區(qū)陰蔽環(huán)境，野生資源少，采收困難，原生境環(huán)境被破壞且嚴(yán)重退化[3]，無法滿足市場需求，有必要進(jìn)行短毛獨活人工栽培。然而近年來，在短毛獨活人工栽培過程中，白粉病發(fā)生嚴(yán)重[4]，影響了其產(chǎn)量、品質(zhì)和規(guī)模化生產(chǎn)，因此開展短毛獨活白粉病防控研究具有重大意義。

短毛獨活屬于綠色蔬菜，在病害的防治過程中，應(yīng)以農(nóng)業(yè)防治為主，給作物創(chuàng)造適宜的生長環(huán)境，如改善作物的水肥條件，合理的種植密度[5-8]等。有關(guān)研究[9-11]表明，間套作可減輕作物病害的發(fā)生與危害。目前，關(guān)于間套作控制病害發(fā)生流行的機理主要集中在3個方面：一是間套作改善寄主群體的冠層微氣候，影響氣傳病害的侵染和傳播[12]。花生與玉米間作、水稻和慈姑間作均有效改善田間小氣候環(huán)境，減輕玉米莖腐病、銹病和水稻紋枯病的發(fā)生[13-14]。二是間套作可調(diào)節(jié)寄主植株內(nèi)生理生化反應(yīng)，提高寄主抗病性[12]。小麥與蠶豆間作、辣椒與黃瓜間作均提高感病株抗性物質(zhì)含量，減輕小麥白粉病和辣椒疫病發(fā)生[15-16]。三是間套作增加地上部作物的多樣性，增加抗病植株比例，對病原菌起到稀釋效應(yīng)和阻擋效應(yīng)[12]。間作玉米和向日葵，對小麥白粉病菌起到阻擋效應(yīng)，減輕白粉病發(fā)生[17]。

目前，筆者已將侵染短毛獨活的白粉菌鑒定為白粉菌屬獨活白粉菌(Erysipheheraclei)[4]，但關(guān)于短毛獨活露地大規(guī)模栽培過程中農(nóng)業(yè)防治的研究未見報道。因此，本研究立足于實際生產(chǎn)并結(jié)合短毛獨活原生境條件，選用高位作物玉米與短毛獨活間作，研究間作模式對短毛獨活白粉病的防控效果，以期為短毛獨活白粉病的農(nóng)業(yè)防治提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試2 a生短毛獨活為蔬菜生產(chǎn)設(shè)施工程與環(huán)境實驗室經(jīng)多代馴化的材料。

1.2 試驗方法

試驗于2018-2019年在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)向陽試驗基地和黑龍江省高寒地區(qū)設(shè)施園藝重點實驗室進(jìn)行。采用隔株間作玉米的方式種植，間作方式設(shè)置3種，即玉米株數(shù)與短毛獨活株數(shù)之比為1∶4、1∶5和1∶6，3次重復(fù)，以單作短毛獨活為對照，每小區(qū)面積25 m2。短毛獨活采用 2 a生苗，4月下旬壟上定植，株行距25 cm× 60 cm；玉米5月上旬定植，穴播，每穴3粒，后期間苗補苗確保每穴1株。田間管理按常規(guī)進(jìn)行，整個生長季節(jié)不打農(nóng)藥，白粉病為田間自然發(fā)生。從短毛獨活發(fā)病起，對間作和單作短毛獨活進(jìn)行病情調(diào)查，同時用RC-4溫度記錄儀和照度計測定間作和單作短毛獨活群體冠層的溫度、濕度和光照度。

1.3 調(diào)查項目及方法

1.3.1 間作對短毛獨活白粉病的影響 采用5點取樣法[18]對間作和單作短毛獨活進(jìn)行病情調(diào)查，每個小區(qū)對角線5點取樣，每點選取10株，每株調(diào)查全部葉片，每間隔7 d調(diào)查1次，記錄發(fā)病時間、病株數(shù)、病葉數(shù)并計算發(fā)病率、病情指數(shù)和病情進(jìn)展曲線下面積(AUDPC)。

1.3.2 間作對短毛獨活生長和產(chǎn)量的影響 在短毛獨活采收期(5-6月)測定植株產(chǎn)量，在短毛獨活白粉病發(fā)病初期、發(fā)病盛期和發(fā)病末期對植株株高和葉片開展度進(jìn)行測定。

1.3.3 間作對短毛獨活生理指標(biāo)的影響 在短毛獨活白粉病發(fā)病初期、發(fā)病盛期和發(fā)病末期對植株生理指標(biāo)進(jìn)行測定，愈創(chuàng)木酚法測定過氧化物酶活性，紫外吸收法測定過氧化氫酶活性，硫代巴比妥酸法測定丙二醛含量，類黃酮含量采用硝酸鈉-硝酸鋁比色法測定，總酚含量采用紫外分光光度法[19]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel電子表格進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，利用SPASS 25進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析，并用GraphPad Prism 8.01進(jìn)行圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米間作對短毛獨活白粉病的影響

2.1.1 發(fā)病率和病情指數(shù) 如圖1所示，與玉米間作可有效控制短毛獨活白粉病的發(fā)生。3種間作種植模式下，白粉病的發(fā)病較輕，發(fā)病率和病情指數(shù)顯著低于短毛獨活單作種植，發(fā)病率最高降低40.6%、35.35%和44.04%，病情指數(shù)最高降低22.52、19.03和24.26，相對防效高達(dá) 53.17%、51.30%和55.06%。1∶6間作種植模式下，短毛獨活白粉病發(fā)生最輕，發(fā)病率和病情指數(shù)最低。

2.1.2 病情增長量 在整個病情調(diào)查期，短毛獨活單作種植下，白粉病病情增長迅速，其中發(fā)病率在7月10日-7月17日出現(xiàn)1次增長高峰期，病情指數(shù)在7月10日-7月17日、8月7日-8月14日及8月21日-8月28日均有增長高峰期出現(xiàn)。1∶4和1∶5間作種植模式下，發(fā)病率無增長高峰期出現(xiàn)，病情指數(shù)出現(xiàn)2次增長高峰期，但增長量低于短毛獨活單作種植；1∶6間作模式下，白粉病病情增長緩慢，無病情增長高峰期出現(xiàn)(圖2)。

2.1.3 病情進(jìn)展曲線下面積 由圖3可知，在整個病情調(diào)查期，短毛獨活單作種植下，白粉病病情進(jìn)展曲線下面積(AUDPC)顯著高于3種間作種植模式。1∶6間作種植模式下，短毛獨活白粉病AUDPC在整個病情調(diào)查期均最低，且與1∶4和 1∶5間作種植模式在發(fā)病初期表現(xiàn)出顯著性 差異。

2.2 玉米間作對短毛獨活植株冠層環(huán)境的影響

如圖4，在整個病情調(diào)查期，1∶4、1∶5和 1∶6間作種植模式下，植株冠層溫度、濕度和光照強度顯著低于短毛獨活單作種植，冠層溫度分別降低1.76 ℃、1.63 ℃和1.12 ℃，冠層濕度分別降低7.06%、11.73%和11.17%，冠層光照度分別降低3 359 lx、2 872 lx和2 167 lx。在整個病情調(diào)查期，3種間作模式中，1∶6間作種植模式植株冠層溫度和光照度較高，濕度較低。

2.3 玉米間作對短毛獨活植株抗病相關(guān)生理指標(biāo)的影響

2.3.1 植株內(nèi)主要多酚類物質(zhì)含量 如圖5所示，種植模式對短毛獨活植株內(nèi)多酚類物質(zhì)含量有較大影響。短毛獨活單作和間作種植模式下，植株內(nèi)總酚和類黃酮含量在整個病情調(diào)查期均表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，且在發(fā)病盛期(45～60 d)達(dá)到峰值。間作種植模式下，植株內(nèi)總酚和類黃酮含量顯著高于短毛獨活單作種植，而3種間作種植模式下植株內(nèi)總酚和類黃酮含量無明顯差異。

2.3.2 植株內(nèi)相關(guān)保護(hù)性酶活性 由圖6可知，不同種植模式下短毛獨活植株內(nèi)POD和CAT活性在整個病情調(diào)查期均表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，且在發(fā)病盛期(45～60 d)保護(hù)性酶活性最高。整個病情調(diào)查期，間作種植模式下，植株內(nèi)POD和CAT活性顯著高于短毛獨活單作種植，且1∶6間作種植模式下植株內(nèi)POD和CAT活性高于1∶4和1∶5間作種植模式。

2.3.3 植株內(nèi)丙二醛含量 由圖7可知，在整個病情調(diào)查期，不同種植模式下短毛獨活植株內(nèi)丙二醛含量均表現(xiàn)出逐漸升高的趨勢。3種間作種植模式下植株內(nèi)丙二醛含量顯著低于短毛獨活單作種植模式，且3種間作種植模式下植株內(nèi)丙二醛含量無顯著差異。

2.4 玉米間作對短毛獨活生長的影響

在整個病情調(diào)查期，3種間作種植模式下，植株株高顯著高于短毛獨活單作種植(圖8-A)。在發(fā)病初期，3種間作種植模式下植株葉片開展度與短毛獨活單作種植模式無顯著性差異；在發(fā)病盛期和末期，1∶6間作種植模式下植株葉片開展度顯著高于1∶4間作種植模式和短毛獨活單作種植模式(圖8-B)。短毛獨活與玉米間作對植株單株產(chǎn)量影響較大(圖8-C)，1∶5和1∶6間作種植模式下植株單株產(chǎn)量顯著高于1∶4間作種植模式和短毛獨活單作種植模式。

3 討論與結(jié)論

氣傳病害的發(fā)生流行速度與寄主作物抗性[20]、栽培措施[6-10]、田間氣候條件[21]等密切相關(guān)，研究表明不同作物間套作可減輕作物病害的發(fā)生流行[9-15,22]，本研究亦表明短毛獨活與玉米間作可以顯著抑制白粉病的發(fā)生與流行。一方面，間作玉米有效改善短毛獨活群體的濕度、溫度、光照條件和通風(fēng)條件，影響病原菌孢子萌發(fā)、侵染和傳播等環(huán)節(jié)，減輕白粉病的發(fā)生流行[21]。玉米作為一種高位作物，可為短毛獨活提供一種遮陰環(huán)境，利于植株生長和生理生化抗性提高。該試驗中，1∶5和1∶6間作模式下植株內(nèi)次生代謝物質(zhì)總酚和類黃酮含量、保護(hù)性酶POD和CAT活性顯著高于短毛獨活單作模式，丙二醛含量顯著低于短毛獨活單作種植模式。

總酚和類黃酮作為一種多酚類物質(zhì)，對作物的抗病性起著重要調(diào)控作用[23]，保護(hù)性酶作為植物重要的防御系統(tǒng)，也在抵御病害、高溫干旱、水澇等不良逆境脅迫中起著重要作用[24]，丙二醛是細(xì)胞膜脂過氧化水平的重要指標(biāo)，是膜脂過氧化作用的重要產(chǎn)物，植株內(nèi)丙二醛含量積累破壞細(xì)胞質(zhì)膜穩(wěn)定性，削弱寄主的抗病性[25]。

白粉菌是專性寄生菌，只能在特定的寄主上生長與繁殖[26]，玉米與短毛獨活間作降低田間單位面積感病植株的比例，稀釋菌源數(shù)量，同時玉米作為一種高位作物，在間作系統(tǒng)中形成一種“天然屏障”，阻擋隨氣流傳播的白粉菌的分生孢子。研究表明，間套作種植的稀釋效應(yīng)和阻擋效應(yīng)會因種植比例的不同有所差異[27]，本試驗中，1∶6間作模式下，短毛獨活白粉病發(fā)病率、病情指數(shù)和病情日增長量較低，稀釋效應(yīng)和阻擋效應(yīng)對短毛獨活白粉病防控效果最好，植株生長旺盛，單株產(chǎn)量最高，生產(chǎn)中可以采用此種種植模式來進(jìn)行短毛獨活白粉病的防控。間作玉米可以有效防控短毛獨活白粉病發(fā)生，且利于植株生長和產(chǎn)量提高，后期將開展重復(fù)試驗來進(jìn)一步優(yōu)化和驗證，為短毛獨活白粉病的綠色防控提供科學(xué)依據(jù)。