连作马铃薯健康生长的微生态机制及土传真菌病害生防菌研究

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土传病害加重是连作障碍的重要表现形式之一。近年来,马铃薯土传真菌病害已经严重影响马铃薯的产量和品质,制约着马铃薯产业的发展。分别由立枯丝核菌(Rhizoctonia solani)、镰刀菌属(Fusarium spp.)和大丽轮枝菌(Verticillium dahliae)引起的马铃薯黑痣病、干腐病和黄萎病是3种危害严重的马铃薯土传真菌病害。寻找有效防治马铃薯土传真菌病害的途径意义重大。目前,国内外防治马铃薯土传真菌病害主要采用改善管理栽培措施和施用化学药剂等。但防治效果均不理想且存在许多弊端。利用拮抗微生物控制作物根区土壤中病原真菌生长、繁殖可从源头预防土传病害,是一种符合微生态原理的有效方法。目前关于马铃薯土传真菌病害生防放线菌研究较少,对生防真菌的研究多集中于木霉上,亦无对连作马铃薯土壤中健株保持健康原因的相关研究。本论文以采自甘肃省定西市连作2年和4年的马铃薯根部土样为材料,从土壤速效养分、根部土壤放线菌数量、拮抗放线菌比例方面分析连作马铃薯土壤中健株保持健康的微生态机制;从上述连作土壤中分离到的放线菌及实验室长期保存的对多种植物病原菌拮抗效果良好的放线菌中筛选对4株马铃薯土传病原真菌立枯丝核菌(R. solani)、茄病镰刀菌(Fusarium solani)、硫色镰刀菌(Fusarium sulphureum)和大丽轮枝菌(V.dahliae)有较强拮抗作用的放线菌,并研究其中高效生防放线菌的促生作用、对马铃薯植株抗逆性的影响及对根区土壤微生物区系的影响;研究了1株高效生防真菌灰黄青霉对上述4株马铃薯土传病原真菌的拮抗、促生作用。本研究旨在为由上述病原真菌引起的马铃薯土传病害的生物防治提供高效生防菌株并为生防菌应用于生产提供理论依据。论文主要结果如下:(1)在连作4年的田块:马铃薯病株根区土壤的速效P、K含量分别较健株低29.9%、12.5%,铵态氮含量较健株高24.1%;在高氏1号培养基和腐植酸琼脂培养基上,病株根区土壤中放线菌总数较健株分别减少51.1%和46.0%;在病、健株根区土壤中,对4株靶标真菌的拮抗潜势SAAP值均表现为病株小于健株;健株根区土壤中的优势放线菌为对4株马铃薯土传病原真菌均有拮抗作用的灭癌素链霉菌(Streptomyces gancidicus),而病株根区土壤中的优势放线菌为马铃薯疮痂病致病菌加利利链霉菌(Streptomycesgalilaeus)。(2)在甘肃定西不同连作年限马铃薯根区及根外土壤中均存在少量对马铃薯土传病原真菌有较强拮抗作用的放线菌;筛选到3株高活性广谱拮抗菌,经鉴定放线菌G5和G43均为娄彻氏链霉菌(Streptomyces rochei),G108为仙台链霉菌(Streptomycessindenensis);拌土和包衣接种娄彻氏链霉菌(S. rochei)G5孢子粉后,马铃薯地上鲜重较对照分别增加19.0%和7.5%;生长期株高较对照分别增加7.3%和9.5%,基部茎粗较对照分别增加10.7%和4.1%;丙二醛(malondialdehyde, MDA)含量分别降低11.6%和25.2%。(3)供试26株实验室长期保存的拮抗放线菌中,拮抗茄病镰刀菌、硫色镰刀菌及立枯丝核菌的放线菌分别为25、24及17株。其中筛选出3株对马铃薯土传病原真菌拮抗效果较好的放线菌多产色链霉菌1(Streptomyces polychromogenes.1)、球孢链霉菌球孢亚种(Streptomyces globisporus subsp. Globisporus)及锈赤蜡黄链霉菌(Streptomycesrubiginosohelvolus),其发酵液对病原菌的抑菌率为45.1%~100.0%,其中后2株放线菌发酵液均可溶解2株供试镰刀菌菌丝。这3株放线菌发酵液原液可使甜瓜种子胚根、胚轴长较对照分别增加26.7%~67.0%、62.1%~104.5%。(4)将“康照”菌剂以拌土和包衣两种接种方式施入土壤后可使马铃薯植株的株高较对照分别增加11.2%和10.2%,叶片绿色度SPAD值较对照分别增加10.7%和7.6%,收获时马铃薯植株地上部鲜重、薯块总重较对照分别增加15.4%和0.6%、13.2%和1.5%,叶片中MDA含量较对照分别降低23.1%和4.8%。(5)盆栽拌土接入“康照”和G5放线菌剂后,根区土壤中放线菌数量较对照分别增加44.1%和4.1%,而真菌数量较对照分别减少17.9%和45.8%;根区土壤中放线菌与真菌之间比值A/F较对照分别增加75.4%和92.4%,细菌与放线菌的比值B/A较对照分别减少51.9%和30.8%;收获时,分离到肉质链霉菌(Streptomyces carnosus, Act11)与密旋链霉菌(Streptomyces pactum,Act12)数量之和及娄彻氏链霉菌G5菌的数量分别占分离到放线菌总数的34.4%及45.9%。(6)灰黄青霉(Penicillium griseofulvum, CF3)发酵液对4株病原真菌菌丝生长的抑菌率达53.0%~72.1%,对立枯丝核菌微菌核形成的抑制率达到36.8%~100.0%并能显著促进甜瓜种子胚根、胚轴生长。拌土接种灰黄青霉孢子粉后,马铃薯地上植株鲜重和多酚氧化酶(polyphenol oxidase, PPO)活力较对照分别增加38.3%和9.0%,MDA含量降低28.8%。由试验结果可知,连作马铃薯田块中保持植株健康生长的部分微生态机制包括养分与放线菌两方面:根区土壤中存在高含量速效磷钾及低含量速效氮的养分组合;根区土中放线菌数量较多且拮抗性放线菌的拮抗潜势较大,其中的优势放线菌是对马铃薯几种主要土传病害病原真菌有较强拮抗性的有益菌。本论文中共筛选到6株对马铃薯常见土传真菌病害具有生防潜力的放线菌:娄彻氏链霉菌(G5和G43)、仙台链霉菌、多产色链霉菌、球孢链霉菌球孢亚种和锈赤蜡黄链霉菌;“康照”菌剂和娄彻氏链霉菌G5菌剂能够促进马铃薯生长并改良根区土壤微生物区系;灰黄青霉(P. griseofulvum, CF3)为1株对马铃薯常见土传病原真菌拮抗效果良好的生防真菌。
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