幾種生物制劑對有機水稻稻瘟病的防效及產量和品質的影響

嚴 羽，王維建，姚宇闐，陳 宸，仇 俊，張曉偉，陳夕軍

（1江蘇省倉東農業發展有限公司，江蘇鹽城 224237；2揚州大學園藝與植物保護學院，江蘇揚州 225009；3江蘇省沿海開發集團有限公司，南京 210019）

0 引言

水稻是最重要的糧食作物之一，全世界有近一半的人口以稻米為食[1]。中國年種植水稻面積約3000萬hm2，產稻谷2 億t 左右。但水稻在生產過程中常遭受多種病蟲害的侵襲，每年因病蟲危害造成的損失高達400～500 萬t，稻瘟病、紋枯病、白葉枯病和稻飛虱、稻縱卷葉螟、二化螟等是水稻上最重要的病蟲害[2]。

稻瘟病作為一種世界性真菌病害，在全球各稻區均有發生。在中國，稻瘟病是水稻“三大病害”之一，重病區一般年份減產10%～20%，嚴重時達40%～50%，甚至絕收[3]。對于稻瘟病的防控，目前主要依靠化學藥劑。至2021年4月，在中國農藥信息網上，登記用于防治稻瘟病的各成分不同劑型藥劑共有991 種，其中化學藥劑的單劑或復配劑有896種，占比90%以上[4]。長期、過頻、過量的施用化學農藥帶來了一系列經濟、社會和生態問題，如農民投入的增加、病原菌抗藥性的產生、農產品質量不安全、環境受污染、生態被破壞等[5-6]。

有機農業因其在生產過程中完全或基本不用人工合成的肥料、農藥和生長調節劑，從而被認為是可以減輕常規農業對環境和人類健康負作用的一種選擇[7-8]。受出口的拉動，20 世紀90 年代，有機農業開始在中國興起，且平均每年以大于13%的增幅在增長，2019年有13813家生產企業獲得中國標準的有機認證，有機農業耕地面積232.8萬hm2，其中水稻29.8萬hm2[9-10]。但在有機農業生產中，較低的產量、較高的人力投入以及不完善的病蟲害防控技術均制約著其進一步發展[11]。研發更加高效的病蟲害防控方法，明確可在有機水稻生產中應用的生物制劑對病蟲害的控制效果、控害機制及對水稻產量與品質的影響，將為這些制劑在生產上的應用提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 供試材料

水稻品種：‘南粳9108’，江蘇省高科種業科技有限公司。

生物制劑：6%春雷霉素可濕性粉劑和1000 億芽孢/g 枯草芽孢桿菌可濕性粉劑（武漢科諾生物科技股份有限公司）、1%申嗪霉素懸浮劑（上海農樂生物制品股份有限公司）。

1.2 生物制劑對稻瘟病的防效測定

試驗藥劑設僅葉面噴施和浸種+葉面噴施兩種處理方式。于水稻播種前將供試藥劑稀釋800倍后浸種12 h，其他操作與田間常規塑盤育秧操作一致。秧苗移栽后，葉面噴施藥劑時間分別為分蘗期、破口期和齊穗期，藥劑用量分別為1000億芽孢/g枯草芽孢桿菌可濕性粉劑1500 g/hm2、1%申嗪霉素懸浮劑1350 mL/hm2和6%春雷霉素可濕性粉劑900 g/hm2，以清水處理作對照。每處理設3 次重復，每重復面積100 m2。于分蘗末期和穗后30天調查田間稻瘟病發生情況，葉瘟調查時，每小區5點取樣，每點查20株，計數病株數

病害嚴重度分級方法參照國標《GB/T 17980.19—2000 農藥田間藥效試驗準則（一）殺菌劑防治水稻葉部病害》，葉瘟標準如下：0 級，無病；1 級，葉片病斑少于5個，長度小于1 cm；3級，葉片病斑6～10個，部分病斑長度大于1 cm；5級，葉片病斑11～25個，部分病斑邊成片，占葉面積10%～25%；7 級，葉片病斑26 個以上，病斑連成片，占葉面積26%～50%；9級，病斑連成片，占葉面積50%以上或全葉枯死。計數病株數各級病葉數與調查總葉數。

穗瘟調查為3點取樣，每點調查100穗，計數病穗與健穗數，病穗嚴重度分級如下：0級，無病；1級，每穗損失5%以下（個別枝梗發病）；3級，每穗損失6%～20%（1/3左右枝梗發病）；5級，每穗損失21%～50%（穗頸或主軸發病，谷粒半癟）；7級，每穗損失51%～70%（穗頸發病，大部癟谷）；9 級，每穗損失71%～100%（穗頸發病，造成白穗）。病指指數、病指防效和病株（穗）率防效計算見公式(1)～(3)。

式中，DI為病情指數；NG為各級病株（穗）數，株（穗）；G為病級；T為調查總株（穗）數，株（穗）；GH為最高病級。

式中，CEDI為病指防效，%；DIC為對照區病情指數；DIT為處理組病情指數。

式中，CE為病株（穗）率防效，%；DRC為對照區病株（穗）率，%；DRT為處理區病株（穗）率，%。

1.3 生物制劑對水稻防御酶活性影響測定

分別以1000 億芽孢/g 枯草芽孢桿菌可濕性粉劑1500 g/hm2、1%申嗪霉素懸浮劑1350 mL/hm2和6%春雷霉素可濕性粉劑900 g/hm2于水稻孕穗初期噴施水稻，并于施藥后0、1、3、5、7、9 天采集各處理水稻上部葉片，立即置于液氮中備用。0 h 是指施藥后立即采樣。每處理重復3次。每重復3點取樣，混合形成樣品池。以清水處理作對照。

將水稻葉片剪碎，并稱取一定量置于預冷的研缽中，加入預冷的0.05 mol/L PBS緩沖液、少量聚乙烯吡咯烷酮和石英砂，于冰浴上研磨成勻漿，轉入離心管中在4℃、12000 rpm 下離心20 min，上清液即為酶液。過氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)和苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性測定參照文獻[12-13]，超氧化物歧化酶(SOD)活性測定參照鄒琦等[14]的方法進行。

1.4 生物制劑對水稻產量與品質的影響測定

以1.2 方法處理后，收獲時每處理3 點取樣，每點取10穗，合并后計數所有谷粒和實粒數；每處理5點取樣，每點取1 m2內全部稻穗，脫粒曬干，以NP-4350 型風選機等風量風選，稱重后計算產量；隨機取1000 粒稻谷稱重。出糙率、精米率、整精米率、青米率、堊白粒率、堊白度等品質性狀參照國標《GB/T 1789—2017優質稻谷》，直鏈淀粉含量和精米中蛋白含量用FOSSTECATOR公司生產的近紅外谷物分析儀測定。

1.5 數據統計

所有數據使用DPS 9.50軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 生物制劑對稻瘟病的防效

生物制劑僅葉面噴施和浸種+葉面噴施處理對水稻葉瘟均有一定防效，但總體以浸種+葉面噴施的效果優于只葉面噴施處理。浸種+葉面噴施處理對葉瘟的病株防效和穗瘟的病穗防效均在50%以上。但以枯草芽孢桿菌浸種+葉面噴施，對葉瘟的病指防效可達81.07%；其他幾種處理中，申嗪霉素和春雷霉2種生物制劑浸種+葉面噴施處理的病指防效分別為56.49%和46.11%；而只以生物制劑進行葉面噴施處理的，其防效最大僅為37.12%（表1）。說明在稻葉瘟的防控中，僅以葉面噴藥處理是不夠的，前期浸種處理可有效降低初侵染來源，減輕病害的發生。同樣，對稻穗瘟的防控亦以枯草芽孢桿菌浸種+葉面噴施處理效果最好，病指防效可達48.92%，申嗪霉素和春雷霉素浸種+葉面噴施的病指防效則分別為34.23%和29.85%；單以葉面噴施則防效更差，以春雷霉素葉面噴施穗瘟病指與對照相無差異（表2）。這可能因為生防制劑持效期短，且基本無內吸性，從而對水稻穗瘟防效不佳。

表1 不同生物制劑對稻葉瘟病的防效

表2 不同生物制劑對稻穗瘟病的防效

2.2 生物制劑對水稻防御酶活性的影響

以供試藥劑處理水稻后，水稻中POD活性均顯著升高，且均在施藥1天后，酶活性達最大值；1天后各處理水稻葉片中POD 酶活有不規則下降，7 天后春雷霉素處理酶活已與對照無差異。藥液處理后1 天內，各處理水稻葉片內PPO 酶活性與對照無差異；1 天后酶活上升，第3天達最高值；第5天時春雷霉素處理和枯草芽孢桿菌處理的酶活已與對照無差異，但申嗪霉素處理不僅在第3 天時的酶性顯著高于其他處理和對照，且3天后一直呈緩慢下降的趨勢，直至第9天，仍顯著高于對照。CAT 酶活在各處理水稻葉片中的變化情況與PPO酶類似，均是1天后上升，3天達最高值，第5天時與對照基本沒有差異。SOD酶活測定結果則顯示，各藥劑處理后其酶活變化不一致；申嗪霉素處理后，酶活一直上升，且直到第9 天仍顯著高于對照；枯草芽孢處理后，酶活在第3天和第5天顯著高于對照，其他時間點酶活與對照差異不顯著；而春雷霉素處理后，SOD酶活基本與對照沒有差異，甚至在第7天和第9天還明顯低于對照。

圖1 不同生物制劑處理后不同時間內水稻葉片防御酶活性

2.3 生物制劑對水稻產量及其構成因子的影響

無論是僅葉面噴施處理還是浸種+葉面噴施，生物制劑均能大幅提高水稻的產量及其構成因子的值，而且以浸種處理+葉面噴施明顯好于單純的葉面噴施處理。在3 種生物制劑中，又以用枯草芽孢桿菌進行浸種+葉面噴施效果最好，相比對照，其單穗實粒數、結實率、千粒重和產量分別提高了22.9%、7.2%、11.9%和21.6%（表3）。由此可見，盡管生物制對水稻穗瘟的防效并不理想，但其對保穗促產具有一定效果。

表3 生物制劑對水稻產量的影響

2.4 生物制劑對水稻品質的影響

使用生物制劑處理后，各處理稻谷的出糙率、精米率和整精米率均較對照有所提高，但增加幅度均不大，最高分別比對照高出2.3%、5.1%和10.4%；而堊白粒率則以幾種生物制劑浸種+葉面噴施的比率較低，單獨浸種處理的反而較對照高，但降低與增加值的幅度均較小。同樣，經幾種生物制劑處理后，以枯草芽孢桿菌進行浸種+葉面噴施，稻谷的青米率和堊白度與對照相比有明顯下降，直鏈淀粉和蛋白質含量有明顯上升；其處理青米率、堊白度、直鏈淀粉含量和蛋白質含量與對照相比差異較小，有些處理組米質甚至較對照組略差（圖2）。

圖2 生物制劑對稻米質量的影響

3 討論

3.1 生物農藥的發展與應用前景巨大

農藥是現代農業生產中重要的生產資料，在保證世界作物產量和滿足逐漸增加人口的糧食需求方面發揮了重要作用[15]。自20世紀80年代以來，隨著集約化農業的推廣，國內化學農藥使用量逐年上升，至2013年，化學農藥使用量達到了180.77萬t的峰值[16]。化學農藥的使用，一方面帶來了高產，滿足了人們對糧食的需求；另一方面，卻又產生了巨大的負面效應，如有害生物抗藥性[17]、害蟲的再猖獗[18]、環境污染[19]和食品安全事故[20]等。近年來，隨著人們對農產品質量安全的重視和環境保護意識的加強，生物制劑在農業生產中的應用越來越廣泛，生物農藥行業得到了強勢發展。據農業農村部制定的《我國生物農藥登記有效成分清單（2020版）》（征求意見稿）記錄數據，至2020年3月，中國現有生物農藥登記有效成分101 個，產品約5000個（包括單劑與混配藥劑）[4,21]。但這些生物農藥產品的產量與產值只占農藥總產量和總產值的9%左右，遠低于歐美等發達國家的40%[21]。因此，在中國，生物農藥的發展仍有巨大的發展與應用空間。

3.2 明確生物制劑的控病機制具有重要意義

生物農藥在生產上應用受阻主要原因有如下方面：防效不穩定、速效性差、易受環境條件影響、作用成分復雜、作用機制不明等。如枯草芽孢桿菌、申嗪霉素和春雷霉素等在水稻病害防控中早有應用，但對其具體作用機制研究的并不透徹，特別是在施用生物制劑后，對水稻抗性誘導以及稻米品質的影響研究較少[22-23]。羅劍英[24]研究發現，申嗪霉素除可打破細胞原有的氧化還原平衡，使細胞內超氧化物自由基積累，導致目標細胞中毒死亡外，還可抑制病菌體內丙酮酸脫氫酶活性。枯草芽孢桿菌NV11-4 和蠟質芽孢桿菌YD4-6不僅對稻瘟病菌和水稻紋枯病菌有較強的抑制作用，還可誘導水稻體內防御酶活性的增強[25]。本研究結果表明，枯草芽孢桿菌、申嗪霉素和春雷霉素不僅可以有效控制有機稻田稻瘟病的發生，還能誘導水稻體內防御酶活性的增強，增加稻谷的產量與稻米品質，這些結果將為這些生物制劑在有機水稻上的應用提供理論依據。

3.3 種子處理是防控有機水稻稻瘟病的重要環節

長期以來，對于稻瘟病的防控主要采用化學藥劑噴施，且對稻苗瘟和葉瘟病的防控時期多于田間出現發病中心后，即所謂的壓低基數[26-27]；而對于穗頸瘟，則認為始穗期用藥最為關鍵，在發病嚴重的情況下齊穗期再施一次藥[28]。在分析影響病害發生因素時，也多考慮品種的抗病性、氣象條件、栽培管理措施和用藥種類等，很少考慮種子帶菌量[29]。但在田間，種子帶菌也是稻瘟病的重要初侵染來源，再加上秸稈還田技術的推廣，田間病殘體富積，初始菌量較大[30-31]。因此，種子處理其實在稻瘟病的防控中尤為重要。只是前人研究多表明，種子處理對稻葉瘟有預防效果，但對葉瘟后期的防治效果不佳，且對穗頸瘟無防效[27,32]。而生物制劑又由于持效期短，內吸性差，且與化學藥劑相比，防效易受環境、施藥時期、施藥方式等影響，所以生產上更少加以應用。但本研究結果顯示，經種子處理的水稻，葉瘟和穗瘟均比對照或單獨葉面噴施的防控效果好，特別是枯草芽孢桿菌經種子處理+葉面噴施后，對水稻葉瘟的防效可高達81.0%，對穗瘟的防效也比單獨葉面噴施高出20%～25%。因此，種子處理對于稻瘟病的防控是必須的，是不可或缺的重要環節。當然，由于生物制劑總體防效較差，而有機稻田又不能施用化學農藥，因此必須將農業防治、物理防治、生態調控等與施用生物制劑相結合，才能對有機水稻田病蟲害有更好的防治效果。

4 結論

生物制劑春雷霉素、申嗪霉素和枯草芽孢桿菌種子處理加葉面噴施對稻瘟病有較好的防控效果。葉面噴施后水稻植株體內防御酶活性比對照明顯提高，且能提高水稻的產量和品質，生防制劑處理的水稻堊白率、堊白度、青米率顯著降低，而出糙率、整精米率、直鏈淀粉含量和蛋白質則較對照有明顯增長。因此，本研究認為生物制劑可有效控制稻瘟病并提高水稻產量和品質，但由于生物制劑多不具備化學農藥的速效性，防效易受環境影響，且有機稻田不能施用化學農藥，因此在防控水稻病害時應與農業措施、物理措施、生態調控措施等相互配合，才能取得更好的防治效果。