秸稈降解過程中拮抗鏈霉菌對禾谷鐮刀菌消長動態的影響①

周云鵬，周談壇，趙文慧，李增強，趙炳梓*

秸稈降解過程中拮抗鏈霉菌對禾谷鐮刀菌消長動態的影響①

周云鵬1,2，周談壇1,2，趙文慧1，李增強1，趙炳梓1*

(1 土壤與農業可持續發展國家重點實驗室(中國科學院南京土壤研究所)，南京 210008；2 中國科學院大學，北京 100049)

由禾谷鐮刀菌()引起的小麥赤霉病是導致小麥產量和品質降低的主要因素，其在田間生長的基質主要為秸稈。基于各種拮抗菌的生物防治是控制小麥赤霉病的主要措施之一，但秸稈降解過程中拮抗菌的拮抗效應是否與平板對峙獲取的拮抗效應一致尚不清楚。本研究首先通過平板對峙試驗，篩選出對禾谷鐮刀菌CGMCC3.4598有潛在拮抗作用的3株菌：吸水鏈霉菌ACCC41648()、吸水鏈霉菌井岡變種ACCC40051(var.)和婁徹氏鏈霉菌ACCC41594()，其抑菌帶平均寬度依次為2.67、1.67和1.12 mm。基于室內70 d培育試驗，發現秸稈降解7、42和70 d后，吸水鏈霉菌ACCC41648及其井岡變種ACCC40051未表現抑制秸稈中禾谷鐮刀菌生長的效應，而婁徹氏鏈霉菌ACCC41594在秸稈降解7 d和42 d后顯著降低禾谷鐮刀菌豐度分別達30.91% 和69.28%。與對照相比，婁徹氏鏈霉菌ACCC41594顯著促進秸稈降解、提高秸稈CO2-C累積釋放量，降低秸稈易礦化碳含量。進一步相關性分析發現，殘留秸稈中的禾谷鐮刀菌豐度在培養7 d時與秸稈全鉀含量極顯著負相關(<0.01)，42 d時與秸稈易礦化碳含量顯著正相關(<0.05)，70 d時與秸稈全氮含量極顯著正相關，與C/N極顯著負相關(<0.01)。上述結果表明，通過平板對峙獲取的拮抗菌在秸稈降解過程中其拮抗效應并不一定顯現；結果進一步暗示，婁徹氏鏈霉菌ACCC41594在秸稈降解過程中抑制禾谷鐮刀菌CGMCC3.4598生長的效應有可能通過其直接拮抗作用，也有可能通過促進秸稈降解引起殘留秸稈性質發生變化所致。

禾谷鐮刀菌；秸稈降解；鏈霉菌；拮抗作用

以禾谷鐮刀菌()為主要致病菌引發的小麥赤霉病是世界性的流行病害，多發生在溫暖潮濕的區域，具有周期性流行的特點[1-3]。中國的小麥赤霉病發病面積為全球最大，其在淮河以南及長江中下游麥區發生最為嚴重，華南和東北麥區經常流行成災；隨著秸稈還田普及、灌溉面積擴大及全球氣候變暖，小麥赤霉病已逐漸向西北擴展至黃淮海冬麥區[4-5]。赤霉病不僅會大幅度降低小麥的產量和品質，其病原菌代謝產生的真菌毒素也會對人畜健康造成嚴重威脅[3, 6]。因此，有關小麥赤霉病的防治工作一直備受關注。

目前小麥赤霉病的防控措施主要包括抗病品種選育、化學藥劑防治和生物防治[3, 7-8]。選育抗赤霉病的小麥品種是最直接的赤霉病控制方式，但因赤霉病抗原較少且抗性機制較為復雜[9]，致使抗病且適宜大面積推廣種植的小麥種質資源嚴重缺乏。化學藥劑防治是減輕小麥赤霉病發生程度的關鍵，然而卻容易導致病原菌產生抗藥性并對環境造成污染[7]。近年來，利用拮抗微生物及其代謝產物的生物防治措施因具有安全、低毒且對環境友好等優勢，已成為赤霉病防控的研究焦點[8, 10-11]。鏈霉菌(spp.)和芽胞桿菌(spp.)作為防治赤霉病重要的兩類生防菌，能分泌產生抗生素、環脂肽等多種具有抑菌作用的次級代謝產物，對禾谷鐮刀菌的生長具有明顯的抑制作用[12-14]。然而，目前有關小麥赤霉病生物防治的研究多聚焦于生防菌的分離篩選和鑒定[10, 12, 14]，忽略了實際生產中秸稈的存在對小麥赤霉病爆發的影響。

秸稈還田是目前農業生產中秸稈資源利用的主要渠道，但其為各種病原生物的存活和增殖提供了有利環境條件，加劇了農田作物病蟲害的發生。禾谷鐮刀菌在田間的生長基質主要為秸稈，其是引起小麥赤霉病爆發的關鍵源頭之一。Trail[15]和Leplat等[16]曾系統介紹了小麥赤霉病菌侵染循環過程，強調了病原菌通常以田間秸稈為基質進行越夏越冬，其在秸稈殘體上形成的子囊殼或分生孢子是下一季度赤霉病爆發的初侵染源。因此篩選秸稈降解生防菌加快田間秸稈降解，控制秸稈源頭的病原菌數量對小麥赤霉病的防控具有重要意義。目前秸稈降解過程中拮抗菌對小麥赤霉病菌的拮抗效應是否與平板對峙獲取的結果一致尚不清楚，有關赤霉病菌在秸稈中的生長規律也尚未見報道。本文以禾谷鐮刀菌為研究對象，結合平板對峙試驗和室內培育試驗，探究秸稈降解過程中禾谷鐮刀菌的動態消長規律及其如何受制于生防拮抗菌，以期為小麥赤霉病的生物防治和生防產品開發提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試秸稈為玉米秸稈，于2017年10月采自中國科學院封丘農業生態試驗站(114°24′E，35°00′N)。將采集到的新鮮玉米秸稈洗凈后于65 ℃ 烘干至恒重，經粉碎機粉碎后過60目篩備用。秸稈基本理化性質為：全碳489.19 g/kg、全氮10.17 g/kg、全磷1.24 g/kg、全鉀15.87 g/kg。

供試禾谷鐮刀菌(，菌株編號為CGMCC3.4598) 購自中國普通微生物菌種保藏中心(CGMCC)。所選禾谷鐮刀菌拮抗菌株為蠟狀芽胞桿菌(，菌株編號為ACCC10263)、吸水鏈霉菌(，菌株編號為ACCC41648)、吸水鏈霉菌井岡變種(var.，菌株編號為ACCC40051) 和婁徹氏鏈霉菌(，菌株編號為ACCC41594)，上述4種菌株購自中國農業微生物菌種保藏管理中心(ACCC)。

1.2 試驗設計

1.2.1 平板對峙試驗 采用對峙培養法初步檢驗4種拮抗菌對禾谷鐮刀菌生長的抑制作用。先用接種環將活化后的4種拮抗菌在直徑為90 mm的PDA培養基中央豎直劃一條菌帶，再用打孔器截取直徑為7 mm的禾谷鐮刀菌菌餅，分別接種于拮抗菌菌帶兩側，要求兩菌餅中心各距菌帶中心20 mm。以只接種禾谷鐮刀菌的平板為對照，每個處理重復3次。最后將平板置于25 ℃ 恒溫避光培養7 d，測量抑菌帶寬度。抑菌帶寬度為拮抗菌菌帶邊緣到禾谷鐮刀菌菌落邊緣的垂直距離。

1.2.2 室內培育試驗 試驗共設置4個處理，即玉米秸稈+禾谷鐮刀菌(SF，對照)、玉米秸稈+禾谷鐮刀菌+吸水鏈霉菌(SFX)、玉米秸稈+禾谷鐮刀菌+吸水鏈霉菌井岡變種(SFJ)、玉米秸稈+禾谷鐮刀菌+婁徹氏鏈霉菌(SFL)，每個處理重復3次。具體試驗步驟：稱取過60目篩的烘干玉米秸稈樣品10.0 g于1 000 ml無菌塑料瓶內，加入無菌水至秸稈飽和吸水。按照表1設計的菌劑接種量，先加入禾谷鐮刀菌分生孢子懸液至玉米秸稈，25 ℃ 恒溫避光培養12 h以促其孢子萌發成新的菌絲后，再向秸稈中加入上述3種拮抗鏈霉菌菌液。隨后將盛有15 ml 1 mol/L NaOH溶液的25 ml吸收杯小心懸掛于塑料瓶內，加蓋密封，在25 ℃ 條件下恒溫避光培養70 d，同時設置空白對照，培養期間及時補充無菌水以維持秸稈飽和吸水。分別在培養的第7、42和70天時進行破壞性采樣，以測定禾谷鐮刀菌豐度和殘留秸稈養分含量。玉米秸稈的碳礦化量則采用堿液吸收法測定，分別在培養的第1 ～ 14天和第19、24、29、34、39、42、51、59和70 天，取出盛有堿液的吸收杯，用濃度為1 mol/L HCl標準溶液進行滴定，計算CO2-C釋放量。

表1 供試玉米秸稈接種菌量

注：SF、SFX、SFJ和SFL處理分別為玉米秸稈+禾谷鐮刀菌、玉米秸稈+禾谷鐮刀菌+吸水鏈霉菌、玉米秸稈+禾谷鐮刀菌+吸水鏈霉菌井岡變種、玉米秸稈+禾谷鐮刀菌+婁徹氏鏈霉菌；cfu/g表示每克烘干玉米秸稈接入的菌量，下同。

1.3 測定方法與計算

1.3.1 秸稈性質測定 玉米秸稈理化性質測定采用常規土壤農化分析方法[17]：秸稈全碳含量采用重鉻酸鉀–外加熱法測定；全量氮磷鉀采用H2SO4-H2O2消煮法，用半微量凱氏定氮法測定全氮含量，鉬銻抗比色法測定全磷含量，火焰光度計法測定全鉀含量。

1.3.2 禾谷鐮刀菌豐度測定 殘留秸稈中的禾谷鐮刀菌豐度采用熒光染料(SYBR Green) 滲入法進行實時熒光定量PCR (qPCR)。所選用于定量禾谷鐮刀菌的特異性引物為Fg16F/Fg16R (Fg16F: 5′- CTCCGGATATGTTGCGTCAA-3′, Fg16R: 5′-GGTA GGTATCCGACATGGCAA-3′)[18]。采用寶生物工程(大連)有限公司提供的SYBR PremixEx TaqTM試劑盒，用CFX96 Real-Time PCR System擴增儀(Bio-Rad，美國)分析，每個樣品平行3次。qPCR反應體系(25 μl) 包括SYBR Premix Ex TaqTM12.5 μl，上、下游引物(10 μmol/L) 各0.3 μl，DNA模板2 μl，滅菌雙蒸水9.9 μl。qPCR擴增條件[19]為95 ℃、2 min，然后95 ℃、15 s，60 ℃、30 s，72 ℃、45 s，40個循環，于72 ℃ 時測定熒光值。qPCR標準曲線建立：從純培養的禾谷鐮刀菌中提取菌絲DNA并測定其濃度(ng/μl)，將菌絲DNA樣品按10倍比稀釋制作7個濃度梯度(10 ～ 10–5ng/μl) 系列標準樣品，標準樣品與待測樣品在相同反應條件下進行實時熒光定量PCR擴增，根據標準樣品C值與濃度梯度構建標準曲線。最后將得到的待測樣品C值代入標準曲線，計算禾谷鐮刀菌豐度。

1.3.3 數據計算與方程擬合

式中：HCl為標準鹽酸濃度(mol/L)；0為空白滴定消耗的鹽酸體積(ml)；1為樣品滴定消耗的鹽酸體積(ml)；為烘干玉米秸稈質量(g)。

玉米秸稈CO2-C累積釋放量(g/kg) 指從培養開始到某一時間點秸稈CO2-C的總釋放量。本研究采用一級動力學方程[20]對秸稈CO2-C累積釋放量進行擬合，即C=0(1–e–kt) +1，式中C為培養時間(d) 時的CO2-C累積釋放量(g/kg)，0和分別表示秸稈潛在可礦化碳含量(g/kg) 及其礦化速率常數(d–1)，1表示秸稈易礦化碳含量(g/kg)。

1.4 數據處理

試驗數據采用SPSS 21.0進行單因素方差分析(One-way ANOVA)和鄧肯(Duncan)顯著性檢驗，比較不同處理在<0.05水平的顯著性差異。采用Origin 9.0作圖，SigmaPlot 13.0進行秸稈碳礦化動力學方程擬合和參數計算。

2 結果

2.1 平板對峙試驗

由平板對峙結果(圖1)可知，供試4種拮抗菌株對禾谷鐮刀菌CGMCC3.4598菌絲生長的抑制效果不同。蠟狀芽胞桿菌ACCC10263未對病原菌株CGMCC3.4598表現抑制作用，而吸水鏈霉菌ACCC41648、吸水鏈霉菌井崗變種ACCC40051和婁徹氏鏈霉菌ACCC41594對病原菌菌絲的生長均有不同程度的抑制作用，經測量其抑菌帶平均寬度依次為2.67、1.67和1.12 mm，初步表明供試的這3種鏈霉菌菌株為禾谷鐮刀菌CGMCC3.4598的潛在拮抗菌。

(F：禾谷鐮刀菌CGMCC3.4598；FB、FX、FJ和FL分別表示禾谷鐮刀菌CGMCC3.4598與蠟狀芽胞桿菌ACCC10263、吸水鏈霉菌ACCC41648、吸水鏈霉菌井岡變種ACCC40051和婁徹氏鏈霉菌ACCC41594的平板對峙)

2.2 拮抗鏈霉菌對禾谷鐮刀菌CGMCC3.4598豐度的影響

在為期70 d的室內培育試驗中，殘留秸稈中的禾谷鐮刀菌CGMCC3.4598豐度隨著培養時間的延長呈先增加后降低并趨于消亡的動態變化規律(圖2)。各處理殘留秸稈中的禾谷鐮刀菌豐度在秸稈降解42 d時達到最大值，為25.08 ～ 120.92 ng/g，而培養結束(70 d) 時，各處理殘留秸稈中的禾谷鐮刀菌豐度處于最低水平，僅有0.90 ～ 11.74 ng/g。

對比不同處理來看，秸稈降解7 d時，殘留秸稈中的禾谷鐮刀菌豐度順序為SFX>SFJ>SF>SFL，其中SFL處理的禾谷鐮刀菌豐度較SF處理顯著降低30.91%，而SFX和SFJ處理的禾谷鐮刀菌豐度則分別較SF處理顯著提高582.78% 和168.69% (< 0.05)。秸稈降解42 d時，殘留秸稈中的禾谷鐮刀菌豐度順序為SFJ≥SF≥SFX>SFL，該時期SFL處理的禾谷鐮刀菌豐度為25.08 ng/g，較SF處理顯著降低69.28%，而SFX和SFL處理與SF相比無顯著性差異。秸稈降解末期(70 d)，SF和SFL處理的殘留秸稈中的禾谷鐮刀菌均已近乎消亡(<1.00 ng/g)，兩處理間無顯著性差異，而SFX和SFJ處理的禾谷鐮刀菌豐度較SF處理則分別提高約1倍和10倍(<0.05)。總結上述結果可知，秸稈降解7、42和70 d后，吸水鏈霉菌ACCC41648及其井岡變種ACCC40051均未能顯著降低禾谷鐮刀菌CGMCC3.4598在殘留秸稈中的豐度，而婁徹氏鏈霉菌ACCC41594在秸稈降解7 d和42 d后顯著降低秸稈中的禾谷鐮刀菌豐度分別達30.91% 和69.28%。

(圖中小寫字母不同表示同一培養期不同處理間的差異顯著(P<0.05)，下同)

2.3 拮抗鏈霉菌對秸稈礦化特征的影響

不同處理玉米秸稈CO2-C累積釋放量的變化規律相同，均呈前期 (0 ～ 14 d) 增速較快，隨著培養時間延長而增幅減緩并逐漸走向平穩的趨勢(圖3)。秸稈降解的前14 d，各處理秸稈CO2-C累積釋放量在22.54 ～ 24.77 g/kg，占培養結束時 (70 d) 秸稈CO2-C累積釋放量的50.98% ～ 52.38%，表明玉米秸稈在培養初期的礦化過程劇烈。對比不同處理來看，秸稈降解7、42 和70 d后，SFL處理的秸稈CO2-C累積釋放量均達到最大，分別較不添加任何拮抗鏈霉菌的對照(SF)顯著提高11.07%、11.58% 和12.12% (<0.05)，而SFX和SFJ處理的CO2-C累積釋放量與SF處理相比均無顯著差異，該結果表明婁徹氏鏈霉菌ACCC 41594的添加對玉米秸稈的降解有顯著促進作用。

圖3 不同處理的CO2-C累積釋放量

為了進一步研究玉米秸稈降解過程中碳組分含量的變化，采用一級動力學方程(C=0(1–e–kt) +1)[20]對秸稈CO2-C累積釋放量與培養天數之間的動態變化進行擬合，并計算其礦化參數，結果發現該方程能很好地描述秸稈碳礦化動態過程(擬合優度2≥0.994)。如表2所示，各處理的秸稈潛在可礦化碳(0)含量(40.21 ～ 43.63 g/kg)遠高于易礦化碳(1)含量(2.83 ～ 4.33 g/kg)，0約為1的9.74 倍 ～ 15.41倍。對比不同處理來看，0在各個處理之間沒有顯著性差異，而1則呈現SF≈SFJ>SFX≈SFL的變化規律，其中SFX和SFL處理的1與SF處理相比分別顯著降低23.10% 和25.72% (<0.05)。對于礦化速率常數()而言，SFX、SFJ和SFL處理與SF相比均無顯著性差異。

表2 根據一級動力學方程計算得到的秸稈碳礦化參數值

注：0為玉米秸稈潛在可礦化碳含量，1為玉米秸稈易礦化碳含量，為潛在可礦化碳的礦化速率常數，2為一級動力學方程的擬合優度；同列中小寫字母不同表示處理間差異達<0.05顯著水平，下同。

2.4 拮抗鏈霉菌對殘留秸稈養分性質的影響

表3結果顯示，秸稈降解7 d時，添加拮抗鏈霉菌處理的殘留秸稈全碳含量分別較不添加任何拮抗菌的對照 (SF) 顯著降低2.56%、3.69% 和3.69%，而秸稈全磷和C/P與對照相比無顯著差異；此外，該時期SFX處理的秸稈全鉀含量和SFL處理的全氮含量較SF處理分別顯著降低4.00% 和7.97%，SFJ處理的秸稈C/N和C/K則顯著低于SF處理。秸稈降解42 d時，殘留秸稈的全碳、全鉀、C/N和C/K在不同處理之間均無顯著性差異；添加拮抗鏈霉菌處理的殘留秸稈全磷含量均顯著高于對照，C/P則顯著低于對照。秸稈降解70 d時，不同處理之間殘留秸稈的全碳、全磷和C/P無顯著性差異；就秸稈其他養分指標而言，SFJ處理的殘留秸稈全氮含量顯著最高，C/N顯著最低，而SFL處理的殘留秸稈全氮含量和C/N的變化規律與SFJ處理相反。

從整個培養階段來看，秸稈降解7、42和70 d后，各處理殘留秸稈的全碳和全氮含量均呈先增加后降低的變化趨勢，而殘留秸稈的其他養分指標隨著培養時間延長尚無明顯的變化規律。

2.5 禾谷鐮刀菌CGMCC3.4598豐度與殘留秸稈性質的相關性

由表4的相關性分析結果可知，秸稈降解7 d時，殘留秸稈中的禾谷鐮刀菌CGMCC3.4598豐度與秸稈全鉀含量極顯著負相關(<0.01)；降解42 d時，殘留秸稈中的禾谷鐮刀菌豐度與秸稈易礦化碳(1)含量顯著正相關(<0.05)；降解70 d時，禾谷鐮刀菌豐度與秸稈全氮含量極顯著正相關(<0.01)，與C/N極顯著負相關(<0.01)。

表3 殘留玉米秸稈的養分性質

表4 禾谷鐮刀菌CGMCC3.4598豐度與殘留秸稈性質的相關性(n = 12)

注：**表示相關性達<0.01顯著水平，* 表示相關性達<0.05顯著水平，ns表示無顯著相關。

3 討論

3.1 不同拮抗菌株對禾谷鐮刀菌CGMCC3.4598的拮抗效果評估

通過平板對峙試驗對4種生防菌株的拮抗效果進行初步檢驗(圖1)，確定了吸水鏈霉菌ACCC41648 ()、吸水鏈霉菌井岡變種ACCC40051 (var.)和婁徹氏鏈霉菌ACCC41594()為禾谷鐮刀菌CGMCC3.4598 ()的潛在拮抗菌，這與前人[21-22]的研究結果相似。有研究認為蠟狀芽胞桿菌()作為生防芽胞桿菌的一種，能分泌抗菌肽等多種抑菌活性物質，對小麥赤霉病菌有明顯的抑制作用[23]。但從本研究的對峙結果來看，蠟狀芽胞桿菌ACCC 10263對病原菌株CGMCC3.4598的生長未表現拮抗作用，其原因有待進一步研究。基于70 d的室內培育試驗，我們發現秸稈降解7、42和70 d后(圖2)，吸水鏈霉菌ACCC41648及其井岡變種ACCC40051均未表現抑制殘留秸稈中禾谷鐮刀菌生長的效應，這與本文平板對峙呈現的結果不一致；而婁徹氏鏈霉菌ACCC41594在秸稈降解前42 d降低秸稈中的禾谷鐮刀菌豐度達30.91% ～ 69.28%，其拮抗效果較上述兩種鏈霉菌株更為穩定。以上結果表明由平板對峙篩選得到的拮抗菌株在其他環境條件下不一定能很好地復現其拮抗作用。即便這些菌株在離體拮抗試驗中對目標病原菌產生較強的拮抗作用，但在實際病害防治試驗中可能沒有防效[24]，這在前人[25-26]研究結果中得到了證實。然而也有不少研究表明，經平板對峙篩選獲得的拮抗菌株在室內培養、盆栽試驗和大田試驗中均表現出相同的生防效果[27-29]，其拮抗潛力依舊穩定存在。Weller[30]研究認為拮抗菌在不同環境條件下對目標病原菌所表現的防效差異可能與其自身的生存能力、定殖能力以及抑菌物質的產生能力等密切相關。

3.2 拮抗鏈霉菌介導下的秸稈降解對禾谷鐮刀菌CGMCC3.4598消長的影響

根據室內培育試驗結果(圖2)，我們發現無論拮抗鏈霉菌添加與否，秸稈降解42 d是禾谷鐮刀菌CGMCC3.4598從旺盛生長轉向衰亡的臨界期；秸稈降解末期(70 d)，殘留秸稈中的禾谷鐮刀菌豐度已降至最低水平。引起這種變化的原因可能是在培養前期，秸稈含有的可溶性糖、氨基酸等營養物質相對充足，禾谷鐮刀菌CGMCC3.4598能利用這些養分迅速擴繁，隨著秸稈不斷降解，殘留秸稈中的易利用養分逐漸被消耗殆盡，病原菌因有效養分供應不足而最終走向消亡[31]。

本研究發現婁徹氏鏈霉菌ACCC41594對禾谷鐮刀菌CGMCC3.4598的拮抗效果更穩定，其在秸稈降解7 d和42 d時降低的禾谷鐮刀菌豐度分別達30.91% 和69.28%。盡管秸稈降解70 d時，添加婁徹氏鏈霉菌ACCC41594處理的禾谷鐮刀菌豐度與對照(SF)相比無顯著差異(圖2)，但該時期對照組殘留秸稈中的禾谷鐮刀菌已近乎消亡，其豐度僅有0.90 ng/g左右，我們推測目標病原菌豐度過低很可能是導致該時期婁徹氏鏈霉菌ACCC41594拮抗效應不顯現的原因之一。另外，從秸稈CO2-C累積釋放量的結果來看(圖3)，添加婁徹氏鏈霉菌ACCC41594能顯著促進玉米秸稈的降解(圖3)，這與前人[32-33]的研究結果一致，他們認為婁徹氏鏈霉菌是一種纖維素降解放線菌，其可產纖維素酶等胞外水解酶分解纖維素和木質素類物質，對農作物秸稈的腐解作用十分明顯。進一步研究發現，該拮抗菌株較對照顯著降低了秸稈易礦化碳(1)含量(表3)，上述結果暗示婁徹氏鏈霉菌ACCC41594很可能以消耗更多易礦化碳的形式促進了玉米秸稈的降解，其原因有待進一步研究。為了探明拮抗鏈霉菌添加后的秸稈性質變化與禾谷鐮刀菌豐度之間的關系，本文發現秸稈降解7 d時，添加婁徹氏鏈霉菌ACCC41594較對照顯著降低了秸稈的全碳、全氮和C/K(表4)，但相關性分析結果(表5)顯示殘留秸稈中的禾谷鐮刀菌豐度與上述指標無顯著相關，這暗示了該時期婁徹氏鏈霉菌ACCC41594抑制病原菌株CGMCC3.4598生長的效應有可能來自其直接拮抗作用。周淑霞[33]和Han等[34]研究表示婁徹氏鏈霉菌可產生多種具有抑菌作用的胞外次生代謝產物，能直接對禾谷鐮刀菌菌絲的生長產生抑制作用。秸稈降解42 d時，殘留秸稈中的禾谷鐮刀菌豐度與秸稈易礦化碳含量顯著正相關(<0.05)，易礦化碳是容易被微生物降解利用的碳組分[35-36]，其活性較高，當秸稈易礦化碳含量減少時，會引起赤霉病菌生長所需的活性有機碳供應不足，進而限制了其生長繁殖。因此該時期婁徹氏鏈霉菌ACCC41594對殘留秸稈中禾谷鐮刀菌生長產生的抑制效應可能是通過競爭消耗了更多的秸稈易礦化碳，引起病原菌所需的易利用碳源減少所致。綜合上述討論可知，婁徹氏鏈霉菌ACCC41594在秸稈降解過程中抑制禾谷鐮刀菌CGMCC3.4598生長的效應有可能通過其直接拮抗作用，也有可能通過促進秸稈降解引起殘留秸稈的性質發生變化所致，其機制仍有待進一步研究。

4 結論

本研究先通過平板對峙試驗確定了吸水鏈霉菌ACCC41648、吸水鏈霉菌井岡變種ACCC40051和婁徹氏鏈霉菌ACCC41594是禾谷鐮刀菌CGMCC 3.4598的潛在拮抗菌。然后基于70 d的室內培育試驗，發現秸稈降解7、42和70 d后，婁徹氏鏈霉菌ACCC41594的拮抗效果較上述兩株拮抗鏈霉菌更為穩定，其能直接抑制禾谷鐮刀菌的生長，也能在促進秸稈降解的過程中通過改變殘留秸稈性質間接抑制禾谷鐮刀菌的生長。本研究結果為小麥赤霉病的生物防治提供了一定的理論指導。

[1] 陳云, 王建強, 楊榮明, 等. 小麥赤霉病發生危害形勢及防控對策[J]. 植物保護, 2017, 43(5): 11–17.

[2] 程順和, 張勇, 別同德, 等. 中國小麥赤霉病的危害及抗性遺傳改良[J]. 江蘇農業學報, 2012, 28(5): 938– 942.

[3] Dweba C C, Figlan S, Shimelis H A, et al.head blight of wheat: Pathogenesis and control strategies[J]. Crop Protection, 2017, 91: 114–122.

[4] 張愛民, 陽文龍, 李欣, 等. 小麥抗赤霉病研究現狀與展望[J]. 遺傳, 2018, 40(10): 858–873.

[5] 黃沖, 姜玉英, 吳佳文, 等. 2018年我國小麥赤霉病重發特點及原因分析[J]. 植物保護, 2019, 45(2): 160–163.

[6] B?nnighausen J, Schauer N, Sch?fer W, et al. Metabolic profiling of wheatnode infection by- decoding deoxynivalenol-dependent susce-ptibility[J]. The New Phytologist, 2019, 221(1): 459–469.

[7] 趙娜, 杜秀明, 李令蕊, 等. 我國小麥赤霉病發生與控制研究進展[J]. 河北農業科學, 2020, 24(2): 54–58.

[8] 陳文華, 殷憲超, 武德亮, 等. 小麥赤霉病生物防治研究進展[J]. 江蘇農業科學, 2020, 48(4): 12–18.

[9] Anand A, Zhou T, Trick H N, et al. Greenhouse and field testing of transgenic wheat plants stably expressing genes for thaumatin-like protein, chitinase and glucanase against[J]. Journal of Experimental Botany, 2003, 54(384): 1101–1111.

[10] Kemp N D, Vaughan M M, McCormick S P, et al.is a systemic endophyte of wheat and an effective biocontrol agent againsthead blight[J]. Biological Control, 2020, 149: 104329.

[11] 張潔, 伊艷杰, 王金水, 等. 小麥赤霉病的防治技術研究進展[J]. 中國植保導刊, 2014, 34(1): 24–28,53.

[12] Nourozian J, Etebarian H R and Khodakaramian G. Biological control ofon wheat by antagonistic bacteria[J]. Songklanakarin Journal of Science and Technology, 2006, 28(Suppl.1): 29–38.

[13] 葉晶晶, 曹寧寧, 吳建梅, 等. 生防芽孢桿菌的應用研究進展[J]. 西北農林科技大學學報(自然科學版), 2014, 42(8): 185–190.

[14] Jamal Q, Cho J Y, Moon J H, et al. Purification and antifungal characterization of Cyclo (D-Pro-L- Val) fromY1 againstto control head blight in wheat[J]. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology, 2017, 10: 141–147.

[15] Trail F. For blighted waves of grain:in the postgenomics era[J]. Plant Physiology, 2009, 149(1): 103–110.

[16] Leplat J, Friberg H, Abid M, et al. Survival of, the causal agent ofhead blight. A review[J]. Agronomy for Sustainable Development, 2013, 33(1): 97–111.

[17] 魯如坤. 土壤農業化學分析方法[M]. 北京: 中國農業科技出版社, 2000.

[18] Dyer R B, Kendra D F, Brown D W. Real-time PCR assay to quantifywild-type and recombinantmutant DNA in plant material[J]. Journal of Microbiological Methods, 2006, 67(3): 534–542.

[19] Li Z Q, Ma L, Zhang Y, et al. Effect of wheat cultivars with different resistance tohead blight on rhizosphereabundance and microbial community composition[J]. Plant and Soil, 2020, 448(1/2): 383–397.

[20] Jones C A. Estimation of an active fraction of soil nitrogen[J]. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 1984, 15(1): 23–32.

[21] 寧楚涵, 李文彬, 張晨, 等. 定殖植物根內和根圍放線菌的分離鑒定及其體外抑菌促生效應[J]. 微生物學報, 2019, 59(10): 2024–2037.

[22] Li J, Duan Y B, Bian C H, et al. Effects of validamycin in controllinghead blight caused by: Inhibition of DON biosynthesis and induction of host resistance[J]. Pesticide Biochemistry and Physiology, 2019, 153: 152–160.

[23] 易龍, 張亞, 廖曉蘭, 等. 蠟狀芽孢桿菌次生代謝產物的研究進展[J]. 農藥, 2013, 52(3): 162–164,170.

[24] 喻會平, 羅定棋, 代園鳳, 等. 煙草黑脛病拮抗細菌復合菌株的篩選與防治效果評價[J]. 中國農學通報, 2015, 31(8): 102–107.

[25] Inam-Ul-ha M, Javed N, Ahmad R, et al. Evaluation of different strains offor the biocontrol ofwilt of chickpea[J]. Plant Pathology Journal, 2003, 2(1): 65–74.

[26] Parnell J J, Berka R, Young H A, et al. From the lab to the farm: An industrial perspective of plant beneficial microor-ganisms[J]. Frontiers in Plant Science, 2016, 7: 1110.

[27] 陳思宇, 陳志誼, 張榮勝. 水稻紋枯病菌拮抗細菌的篩選及鑒定[J]. 植物保護學報, 2013, 40(3): 211–218.

[28] Lu Z X, Tu G P, Zhang T, et al. Screening of antagonisticstrains and their application for controlling stalk rot in maize[J]. Journal of Integrative Agriculture, 2020, 19(1): 145–152.

[29] Xu W H, Wang K X, Wang H X, et al. Evaluation of the biocontrol potential ofsp. WB againstf. sp.[J]. Biological Control, 2020, 147: 104288.

[30] Weller D M. Biological control of soilborne plant pathogens in the rhizosphere with bacteria[J]. Annual Review of Phytopathology, 1988, 26(1): 379–407.

[31] 田勝營, 李慧敏, 陳金林, 等. 潮土中殘留小麥和玉米秸稈養分含量差異及與微生物群落組成的關系[J]. 土壤, 2021, 53(1): 55–63.

[32] Sun E H, Zhang Y, Yong C, et al. Biological fermentation pretreatment accelerated the depolymerization of straw fiber and its mechanical properties as raw material for mulch film[J]. Journal of Cleaner Production, 2021, 284: 124688.

[33] 周淑霞. 一種含鏈霉菌的腐熟菌劑在麥秸還田中的初步應用研究[D]. 南京: 南京師范大學, 2013.

[34] Han D D, Wang L Y, Luo Y P. Isolation, identification, and the growth promoting effects of two antagonistic actinomycete strains from the rhizosphere ofKunth[J]. Microbiological Research, 2018, 208: 1–11.

[35] Dai Z M, Enders A, Rodrigues J L M, et al. Soil fungal taxonomic and functional community composition as affected by biochar properties[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2018, 126: 159–167.

[36] 陳吉, 趙炳梓, 張佳寶, 等. 長期施肥潮土在玉米季施肥初期的有機碳礦化過程研究[J]. 土壤, 2009, 41(5): 719–725.

Dynamic Analysis on AntagonisticAgainst Growth and Decline ofduring Straw Degradation

ZHOU Yunpeng1, 2, ZHOU Tantan1, 2, ZHAO Wenhui1, LI Zengqiang1, ZHAO Bingzi1*

(1 State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China; 2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

head blight (FHB) caused bywhich utilizes straw as main growth media in field is the main factor leading to reduction of wheat yield and quality.Biological control with various antagonistic organisms is one of the most effective methods to prevent and control FHB, however, it is not clear whether the antagonistic effect of antagonistic organisms in straw degradation process is in accordance with that in plate confrontation experiment. In this study, three kinds of strains with potential antagonistic effects onCGMCC3.4598 were primarily screened out through plate confrontation culture, they wereACCC41648,var.ACCC40051, andACCC41594, and the average width of their antifungal bands were 2.67, 1.67 and 1.12 mm, respectively. Next, based on indoor 70-day culture experiment, we found that after 7, 42 and 70 d of straw degradation,ACCC41648 and its variant ACCC40051 did not show any antagonistic effect on the growth ofin residual straw, whileACCC41594 respectively reduced the abundance ofin residual straw by 30.91% and 69.28% after 7 d and 42 d of straw degradation. Compared with the control (no antagonistic organisms were added),ACCC41594 significantly promoted straw degradation, increased cumulative emission amount of CO2-C, and reduced the size of easily mineralizable carbon in straw. Further correlation analysis found that the abundance ofin residual straw had significant negative correlation with total potassium content of straw at 7 d (<0.01), positive correlation with easily mineralizable carbon content of straw at 42 d (<0.05), and positive correlation with total nitrogen content of straw and negative correlation with C/N of straw at 70 d (<0.01). The above results indicated that the antagonistic strains screened from the plate confrontation may not always reappear their antagonistic effects during straw degradation. The results further indicated that the inhibition effect ofACCC41594 on the growth ofCGMCC3.4598 during straw degradation may be through its direct antagonism, or through its indirect effect that changing residual straw properties when it promoted straw degradation.

; Straw degradation;; Antagonistic effect

周云鵬, 周談壇, 趙文慧, 等. 秸稈降解過程中拮抗鏈霉菌對禾谷鐮刀菌消長動態的影響. 土壤, 2022, 54(1): 32–39.

S154.3

A

10.13758/j.cnki.tr.2022.01.005

國家自然科學基金面上項目(41977102)和財政部和農業農村部項目(CARS-03)資助。

(bzhao@issas.ac.cn)

周云鵬(1996—)，男，安徽渦陽人，博士研究生，主要從事小麥赤霉病菌在土壤環境中的去向研究。E-mail: zhouyunpeng@issas.ac.cn