鉀肥配施枯草芽孢桿菌對馬鈴薯黃萎病發(fā)病率和生長的影響

楊自超，許 寧，王雪蓉，李淑敏，張潤芝，張春怡，牟 堯，李欣睿，桑 平

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030)

【研究意義】馬鈴薯(SolanumtuberosumL.)為茄科茄屬，為我國重要的經(jīng)濟(jì)作物，其栽培面積和總產(chǎn)量均居世界第一位[1]。黑龍江省是我國北方重要的馬鈴薯栽培地區(qū)，目前栽培面積已經(jīng)達(dá)到40萬hm2[2]，馬鈴薯生長過程中會出現(xiàn)多種病害影響馬鈴薯生長，馬鈴薯黃萎病(Verticiltiumdahliae)是其中一種重要病害，馬鈴薯黃萎病又稱“早死病”或“早熟病”，是由半知菌亞門真菌大麗輪枝菌引起的一種連作性土傳病害，可引起馬鈴薯減產(chǎn)，甚至絕收。因此，馬鈴薯生產(chǎn)中如何防治馬鈴薯黃萎病的發(fā)生顯得尤為重要。【前人研究進(jìn)展】研究學(xué)者發(fā)現(xiàn)馬鈴薯黃萎病病原菌可在土壤中持久存在，又可隨種子調(diào)運而遠(yuǎn)距離傳播，引起系統(tǒng)性侵染，使馬鈴薯整株帶病[3]。該病菌除了對馬鈴薯致病力比較強(qiáng)外[3]，對棉花[4]、茄子[5]等作物也有較強(qiáng)的致病能力。不同種類作物輪作可以在一定程度上降低作物土傳病害[6-7]，但由于受耕地面積限制的影響，大面積輪作難以實現(xiàn)。Pasche等以373 L·hm-2用量的威百畝注射到25 cm的土壤中，利用化學(xué)熏蒸的方法控制馬鈴薯黃萎病，對馬鈴薯黃萎病有較好的防控效果[8]。雖然化學(xué)藥劑對土傳病害有較好的防治效果，但易對土壤造成污染[9]。因此尋找一種在馬鈴薯種植過程中，既能有效防控馬鈴薯黃萎病，又能減少農(nóng)藥殘留環(huán)境友好的馬鈴薯種植方法尤為重要。鉀肥對馬鈴薯生長極為重要，它不僅是馬鈴薯的養(yǎng)分元素，同時也是馬鈴薯的品質(zhì)元素，并且鉀肥還能提高作物的抗旱、抗寒、抗病蟲害等能力[10]。李文娟等發(fā)現(xiàn)，氯化鉀可以通過調(diào)節(jié)酚類物質(zhì)代謝，增強(qiáng)次生代謝能力，提高玉米莖腐病的抗性[11]。枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)是芽孢桿菌屬的一種，其可以分泌多種不同類型的抗菌物質(zhì)[12]，張瑞萍[13]等研究發(fā)現(xiàn)枯草芽孢桿菌可濕性粉劑對馬鈴薯晚疫病有較好的防治效果效果。程洪斌等研究發(fā)現(xiàn)，枯草芽孢桿菌不但能抑制植物病原菌，而且能通過誘發(fā)植物自身抗病機(jī)制從而增強(qiáng)植物的抗病性能[14]。然而關(guān)于鉀肥及枯草芽孢桿菌在防治馬鈴薯黃萎病上的防控效果研究較少。【本研究切入點】本試驗通過設(shè)置不同鉀肥水平及配施枯草芽孢桿菌，研究其對馬鈴薯的生長指標(biāo)、土壤酶酶活、黃萎病發(fā)病率的影響，以初步了解其對馬鈴薯黃萎病防治效果和生長的作用。【擬解決的關(guān)鍵問題】旨在為馬鈴薯大田生產(chǎn)中防治馬鈴薯黃萎病提供一種有效的新方法。

表1 供試土壤基礎(chǔ)肥力

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 供試品種 馬鈴薯品種“大西洋”。

1.1.2 供試病原菌及生防菌 馬鈴薯黃萎病病原菌由河北省農(nóng)科所植物病理實驗室分離、提供。枯草芽孢桿菌菌劑由保定市科綠豐生化科技有限公司生產(chǎn)提供，有效成分：活體芽孢≥50億·g-1，可濕性粉劑。

1.1.3 供試土壤 供試土壤采自黑龍江省哈爾濱市周邊農(nóng)場，為東北黑土，土壤理化性質(zhì)如表1所示。

1.2 試驗方法

由表2所示，試驗于2016年6月7日在黑龍江省哈爾濱市東北農(nóng)業(yè)大學(xué)校內(nèi)試驗基地進(jìn)行。采用盆栽試驗，供試塑料盆規(guī)格為高28 cm，直徑28 cm，每盆裝1︰2的沙土12 kg。試驗選用硫酸鉀(K：50 %)作為鉀肥，設(shè)置4個供鉀水平分別0、60、120、180 kg·hm-2，每個供鉀水平設(shè)不接黃萎病菌也不施枯草芽孢為對照(CK)處理、施枯草芽孢桿菌(B)、接黃萎病菌(V)、接黃萎病菌下施枯草芽孢桿菌(VB)，共16個處理，每個處理12盆，做3次重復(fù)。

氮肥選用硝酸銨(N:35 %)，施肥量為150 kg·hm-2，磷肥選用磷酸二銨(N：18 %、P2O5：46 %)，施肥量為60 kg·hm-2，馬鈴薯黃萎病菌為大麗輪枝菌，接種病原菌的孢子濃度為105個mL-1。在試驗中所有肥料作為底肥和枯草芽孢桿菌與土混勻裝盆，每盆種植2塊馬鈴薯塊莖，待到馬鈴薯出苗后，每盆馬鈴薯留一顆苗2個主莖。馬鈴薯出苗后15 d采用傷根灌根法接種病原菌，每盆接種菌液15 mL。馬鈴薯苗后45 d全部收獲，觀察馬鈴薯黃萎病發(fā)病情況，并記錄馬鈴薯株高、莖粗、鮮重。取馬鈴薯根際土壤，風(fēng)干，用于測土壤酶活。

1.3 測定項目與方法

馬鈴薯生長指標(biāo)的測定：株高用直尺測量；莖粗用游標(biāo)卡尺測量；地上、地下干物重采用烘干法測定。植株鉀含量采用分光光度計法測定和基礎(chǔ)肥力測定參照[15]。

土壤酶活的測定：參照關(guān)松蔭[16]土壤酶測定方法。脲酶采用靛酚藍(lán)比色法進(jìn)行測定，蔗糖酶采用3,5-二硝基水楊酸(DNS)比色法。

馬鈴薯黃萎病病情統(tǒng)計：馬鈴薯黃萎病病情分級標(biāo)準(zhǔn)[17]；病株率(%)=發(fā)病株數(shù)/調(diào)查株數(shù)×100 %；病情指數(shù)=[∑(各級病株數(shù)×代表值)/(調(diào)查總株樹×最高級代表值)]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel2007和SPSS19分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析以及圖表制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 施鉀肥及配施枯草芽孢桿菌對馬鈴薯生長的影響

如表3所示，在不同供鉀水平下，施枯草芽孢桿菌(B)、接黃萎病菌(V)、接黃萎病菌下配施枯草芽孢桿菌(VB)處理之間均有顯著差異，其中均是不接黃萎病病菌下施枯草芽孢桿菌(B)處理的馬鈴薯株高最高，顯著高于不接黃萎病病菌不施枯草芽孢桿菌(CK)處理，在接種黃萎病病菌條件下，接種枯草芽孢桿菌的處理顯著高于不接種處理。但不同處理對馬鈴薯植株莖粗均無顯著影響。

表2 盆栽試驗設(shè)置

鉀肥配施枯草芽孢桿菌對馬鈴薯植株干重也有顯著影響(表3)。在不施鉀肥(K0)條件下，施枯草芽孢桿菌(B)馬鈴薯地上干物重、根干物重分別是對照(CK)的1.12、1.13倍。在配施鉀肥下，施枯草芽孢桿菌(B)的處理的地上干物重和根干物重也顯著增加，其中在K2供鉀水平下，K2B地上干物重和根系干重是CK的1.16和1.07倍，接種黃萎病后，K2VB是K2V處理的1.05和1.03倍。在K3供鉀水平下，只有不接黃萎病處理的K3B處理顯著高于對照(CK)，其他處理間地上干重和根系干重?zé)o顯著差異。各處理間植株總干物重的變化趨勢與地上干重變化趨勢一致，以K3B處理植株干重最高。

2.2 施鉀及枯草芽孢桿菌對馬鈴薯植株鉀含量和鉀累積量的影響

如表4所示，在4個供鉀水平下，施枯草芽孢桿菌(B)、接黃萎病菌(V)和接黃萎病菌下施枯草芽孢桿菌(VB)各處理對馬鈴薯地上部分鉀含量均無顯著影響。但對馬鈴薯根部鉀含量有顯著的影響，在不施鉀肥(K0)下，K0B的根部鉀含量是CK的1.18倍。在施用鉀肥K1、K2、K3下，K1B、K2B和K3B的根部鉀含量是分別施相應(yīng)對照CK的1、1.05、1.06倍。

表3 施鉀及配施用枯草芽孢桿菌對馬鈴薯生長指標(biāo)的影響

注：*：數(shù)值為3次重復(fù)平均值。小寫字母表示同一鉀水平下不同處理之間差異顯著(P<0.05)。下同。

Notes: *: The value is three repeated averages. Lowercase letters between different treatments at the same potassium level indicate significant differences at 0.05 level. The same as below.

表4 施鉀及枯草芽孢桿菌對馬鈴薯植株鉀含量和鉀累積量的影響

施鉀配施枯草芽孢桿菌對馬鈴薯鉀積累量也有顯著的影響(表4)，雖在4個鉀水平下，施枯草芽孢桿菌(B)、接黃萎病菌(V)和接黃萎病菌下施枯草芽孢桿菌(VB)對馬鈴薯地上部分鉀積累量均無顯著影響，但對馬鈴薯總鉀積累量有著顯著性影響。在不施鉀肥(K0)下，K0B處理馬鈴薯植株鉀積累總量是CK的1.13倍。在施鉀肥K1、K2、K3下，K1B、K2B、K3B的馬鈴薯植株鉀積累總量分別是相應(yīng)對照(CK)的1.15、1.23、1.14倍。

2.3 施鉀及配施枯草芽孢桿菌對土壤酶活性影響

由圖1顯示，鉀肥對土壤脲酶也有顯著的影響，隨著鉀肥的施用量的增加土壤脲酶活性逐漸增加，在不接種黃萎病也不施枯草芽孢桿菌下，4個鉀水平之間，施鉀肥K3、K2、K1脲酶活性是不施鉀肥(K0)的1.03、1.14、1.31倍。在4個供鉀水平下，施枯草芽孢桿菌(B)、接黃萎病菌(V)和接黃萎病菌下施枯草芽孢桿菌(VB)對土壤脲酶活性也有顯著性影響，且脲酶活性大小依次為施枯草芽孢桿菌(B)>對照(CK)>接黃萎病菌下施枯草芽孢桿菌(VB)>接黃萎病菌(V)。在不施鉀肥(K0)下，K0B土壤脲酶活性CK的1.03倍。在鉀肥配施枯草芽孢桿菌下對土壤脲酶活性影響更加顯著，K1B、K2B和K3B土壤脲酶活性分別是對應(yīng)CK的1.11、1.12、1.04倍。但接黃萎病菌后，土壤脲酶活性要顯著低于對照(CK)，在不施鉀肥(K0)下，接黃萎病菌(V)的土壤脲酶活性是對照(CK)的83%，然而施枯草芽孢桿菌可以有效降低黃萎病菌對土壤脲酶活性的抑制作用，在不施鉀肥(K0)處理，接黃萎病菌下施枯草芽孢桿菌(VB)土壤脲酶活性是接黃萎病菌(V)處理的1.13倍。

由圖2顯示，隨鉀肥施用量的增加土壤蔗糖酶活性逐漸增加，在4個供鉀水平下，施枯草芽孢桿菌(B)、接黃萎病菌(V)和接黃萎病菌下施枯草芽孢桿菌(VB)對土壤蔗糖酶活性也均有顯著性影響，且在每個供鉀水平下，脲酶活性變化趨勢和蔗糖酶一致。并且鉀肥配施枯草芽孢桿菌對土壤蔗糖酶活性影響更加顯著，在施肥量為K1下，配施枯草芽孢桿菌(B)的蔗糖酶活性為6.9 mg·g-1d-1，是不施鉀肥(K0)下對照(CK)的1.33倍。

圖1 施鉀及配施枯草芽孢桿菌對土壤脲酶的影響Fig.1 Effects of potassium application and Bacillus subtilis on soil urease activities

圖2 施鉀及配施枯草芽孢桿菌對蔗糖酶活性影響Fig.2 Effects of potassium application and Bacillus subtilis on soil sucrase activities

2.4 施鉀及配施枯草芽孢桿菌對馬鈴薯黃萎病發(fā)病率的影響

不接黃萎病病菌處理的馬鈴薯未發(fā)病，黃萎病發(fā)病率均為0，沒在表格中體現(xiàn)出來。由表5可知，在接種馬鈴薯黃萎病病原菌各個處理中，K3VB處理在接種馬鈴薯黃萎病病菌后發(fā)病率為33 %，病情指數(shù)為12.5，均低于其他接馬鈴薯黃萎病處理，并且防效最高，為80 %。其次為K2VB和K3V處理，其馬鈴薯黃萎病發(fā)病率均為50 %，病情指數(shù)為16.7，其對馬鈴薯黃萎病防效達(dá)73.3 %。K0V處理馬鈴薯黃萎病病情指數(shù)最高，達(dá)62.5，發(fā)病率為100 %，說明增施鉀肥可以緩解馬鈴薯黃萎病對馬鈴薯的危害。不同供鉀水平接種枯草芽孢桿菌對黃萎病防效不同，其中K3V比K3VB處理的黃萎病發(fā)病率、病情指數(shù)分別高52 %、34.4 %，K2V比K2VB高66 %、99.4 %；K1V和K0V處理的馬鈴薯黃萎病發(fā)病率和病情指數(shù)要比K1VB處理的分別高49 %、63 %和49 %、88 %，說明枯草芽孢桿菌對馬鈴薯黃萎病的發(fā)生具有一定的抑制作用，并且鉀肥配施枯草芽孢桿菌對馬鈴薯黃萎病防治效果更明顯。

表5施鉀及配施用枯草芽孢桿菌對馬鈴薯黃萎病防治效果

Table 5 Effect of potassium application andBacillussubtilison potatoVerticilliumwilt

處理Treatment發(fā)病率(%)Morbidity病情指數(shù)Disease index防效(%)Control effectK0V100 a62.5 a0K1V100 a54.2 ab13.3K2V83 ab33.3 bc46.7K3V50 b16.7 c73.3K0VB100 a54.2 a13.3K1VB67 ab33.3 ab46.7K2VB50 b16.7 b73.3K3V1B33 b12.5 b80

圖3 鉀積累量和黃萎病發(fā)病率之間的相關(guān)關(guān)系Fig.3 Relationship between potassium accumulation and incidence of Verticillium wilt

2.5 馬鈴薯鉀積累量和黃萎病發(fā)病率之間的相關(guān)關(guān)系

從圖3可知，馬鈴薯鉀累積量與馬鈴薯黃萎病發(fā)病率之間呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性，R2=0.791，為極顯著相關(guān)。隨植株體內(nèi)鉀積累量的增加，馬鈴薯黃萎病發(fā)病率顯著下降，馬鈴薯每株鉀積累量每增加0.1 g，則馬鈴薯黃萎病發(fā)病率下降9.5 %。進(jìn)一步說明鉀對馬鈴薯黃萎病具有一定的防治效果。

3 討 論

本試驗發(fā)現(xiàn)，施用鉀肥對馬鈴薯黃萎病也具有一定的防御作用，隨著鉀肥施用量的增加馬鈴薯黃萎病發(fā)病率逐漸降低，其中K3V處理對馬鈴薯黃萎病防效分別是K2V處理、K1V處理的1.6、5.5倍(表5)，通過馬鈴薯植株鉀累積量和馬鈴薯黃萎病發(fā)病率呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖3)，進(jìn)一步說明施用鉀肥可以提高馬鈴薯黃萎病的防御效果。并且有關(guān)研究也表明鉀肥對多種作物的病害都有一定的防治效果，肖靖秀等研究發(fā)現(xiàn)鉀肥可以提高小麥對白粉病的抵抗能力和控制紋枯病的發(fā)生[18]，宋美珍等研究也表明鉀肥對棉花黃萎病有有效的抑制作用[19]。本試驗的研究結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，施用枯草芽孢桿菌菌劑對馬鈴薯黃萎病也有一定的抑制作用，其中K0V比施用枯草芽孢桿菌K0VB處理的黃萎病病情指數(shù)高15 %。而且有關(guān)研究也表明枯草芽孢桿菌對小麥赤霉病、小麥紋枯病、番茄莖基腐病菌、葡萄灰霉病菌、水稻紋枯病等都具有良好的拮抗作用[20-23]，劉智慧等也發(fā)現(xiàn)枯草芽孢桿菌與有機(jī)肥連用對馬鈴薯枯萎病具有較好的防治效果，能顯著降低馬鈴薯枯萎病的病株率、病薯率，提高防病效果[24]，本研究和前人得到相同的研究結(jié)果，而且施枯草芽孢桿菌，可以提高了馬鈴薯鉀的積累量(表4)，而本試驗發(fā)現(xiàn)鉀的積累量與馬鈴薯黃萎病病情指數(shù)呈負(fù)相關(guān)性，所以枯草芽孢桿菌提高馬鈴薯植株鉀積累量，這可能是枯草芽孢桿菌防治馬鈴薯黃萎病的原因之一。

但是本研究還發(fā)現(xiàn)，在一定條件下，增施鉀肥同時結(jié)合枯草芽孢桿菌菌劑拌種，比單施鉀肥對馬鈴薯黃萎病防治效果更加明顯，其中 K3VB、K2VB、K1VB處理對馬鈴薯黃萎病防效分別是K3V、K2V、K1V處理的1.09、1.67、3.51倍(表5)，說明施用鉀肥并配施枯草芽孢桿菌對馬鈴薯黃萎病發(fā)病率抑制效果比單施鉀肥效果更加明顯，這可能是由于施用枯草芽孢桿菌后促進(jìn)了馬鈴薯的生長，增強(qiáng)馬鈴薯的抗病力。

在本試驗中，施用枯草芽孢桿菌可以有效的促進(jìn)馬鈴薯植株的生長，其中在不施鉀肥(K0)下，施用枯草芽孢桿菌(B)的處理的馬鈴薯株高、植株總干物重分別是是對照(CK)的1.25、1.12倍，而且孔令澤[25]在小麥上施用枯草芽孢桿菌SYST2對小麥的生長也起到了促進(jìn)作用。

除此之外，土壤酶是反應(yīng)土壤生態(tài)環(huán)境的重要指標(biāo)之一，土壤脲酶促進(jìn)土壤中氮素的轉(zhuǎn)化，對提高氮素利用率和土壤氮循環(huán)起到重要作用，蔗糖酶可以將蔗糖轉(zhuǎn)化為葡萄糖和果糖，其活性反應(yīng)土壤有機(jī)碳積累和轉(zhuǎn)化規(guī)律。本試驗結(jié)果表明，施用鉀肥可以顯著提高土壤脲酶和蔗糖酶活性，這與李華[26]等的研究結(jié)果一致。高吉坤[27]等對黃瓜施用枯草芽孢桿菌B29發(fā)現(xiàn)枯草芽孢桿菌可以提高黃瓜根際土土壤酶活性，本試驗中同樣發(fā)現(xiàn)馬鈴薯施用枯草芽孢桿菌可以提高馬鈴薯根際土壤酶活性，在不施鉀肥(K0)下，施枯草芽孢桿菌(B)對馬鈴薯根際土壤脲酶和蔗糖酶活性比對照(CK)分別提高了1.03、1.25倍，而且在配施鉀肥下對馬鈴薯根際土壤脲酶和蔗糖酶活性的影響要優(yōu)于單施鉀肥。土壤肥力越高，作物生長越為健壯，則作物抗病害能力就越強(qiáng)。所以，土壤酶活性提高間接促進(jìn)了作物的生長，提高作物抗病害能力。

4 結(jié) 論

鉀肥及配施枯草芽孢桿菌不僅可以促進(jìn)馬鈴薯的生長而且對馬鈴薯黃萎病病害也有較好的防控效果。