不同品種小麥根系分泌物對黃瓜生長、枯萎病發生及病原菌的影響

董 航 吳金寶 秦 開 姜 振 付連雙 呂 爽 劉守偉*吳鳳芝

（1 黑龍江省農業科學院牡丹江分院，黑龍江牡丹江 157000；2 東北農業大學園藝園林學院，黑龍江哈爾濱 150030；3 東北農業大學農學院，黑龍江哈爾濱 150030；4 黑龍江農業工程職業學院，黑龍江哈爾濱 150025）

黃瓜（L）栽培范圍廣、面積大，但由于連續種植，栽培方式不當等原因，導致土壤條件惡化，產生連作障礙，使黃瓜土傳病害日益嚴重（武春成 等，2014；李書強 等，2017）。黃瓜枯萎病為土傳病害的一種，據統計每年發病率可達到30%，已經成為影響果實產量、品質，制約生產以及降低利潤的重要因素之一（王俊紅，2020）。

近年來，利用植物化感作用原理合理安排輪作及間、混、套作的栽培模式，可以明顯防控土壤連作障礙（于高波 等，2011）。如萬壽菊-煙草輪作能夠改善土壤根際微生物環境，緩解連作障礙（黎妍妍 等，2021）。小麥（L.）是化感植物的一種，其伴生黃瓜可以降低黃瓜白粉病、霜霉病和枯萎病的發病率，同時還能促進黃瓜生長，顯著提高土壤過氧化酶等的活性，改變根際土壤環境，從而減輕病害發生（韓哲，2012）；其與黃瓜間作能夠提高黃瓜產量，同時還能降低黃瓜角斑病、霜霉病及枯萎病的病情指數（吳鳳芝和周新剛，2009）。孫叢叢等（2013）研究發現小麥根系分泌物能夠明顯促進西瓜種子萌發，并且可抑制枯萎病菌的生長；吳鳳芝等（2014）的研究亦表明小麥根系分泌物及伴生小麥均可以促進黃瓜幼苗生長，改變土壤真菌群落結構。從以上研究結果可以看出，在伴生栽培模式中，一定程度上是伴生植物根系分泌物起作用，作物的根系分泌物是聯系土壤、根系和微生物的紐帶，化感作用就是通過植物根系向土壤分泌物質而實現的（Michael &Birkett，2001），根系分泌物進入土壤中使土壤微生物群落恢復多樣性，促進作物生長，從而減輕病害發生。孫叢叢等（2013）研究發現，不同品種小麥根系分泌物對西瓜幼苗株高、莖粗及全株干、鮮質量的影響不同；馬亞飛等（2011）研究表明，不同品種小麥根系分泌物對黃瓜種子發芽率和幼苗根長、胚軸長、單株鮮質量的影響均存在差異；楊平（2011）研究表明，不同品種小麥根系分泌物對黃瓜幼苗葉片中保護酶活性影響也同樣存在著差異。綜上可知，合理栽培模式是防治病害的有效方法之一，其中根系分泌物在伴生栽培模式中起到了重要的化感作用，不同品種小麥化感作用能力是不同的，生產上需要獲得抗性更好的小麥品種，通過伴生等合理的栽培模式來減緩作物病害的發生。

本試驗以黃瓜品種金秋1 號為試材，采用盆栽方式，通過澆灌不同品種小麥根系分泌物，研究其對黃瓜植株形態指標、干鮮質量及枯萎病發病情況的影響；同時采用皿內培養法，研究其對黃瓜枯萎病病原菌菌落直徑、生物量、孢子萌發率及孢子產量的影響。以期篩選出對黃瓜枯萎病具有一定調控作用的小麥品種，為小麥伴生黃瓜栽培模式的應用及進一步開展黃瓜連作障礙問題的研究提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試土壤為東北農業大學向陽基地大田土，銨態氮含量44.78 mg · kg，硝態氮含量166.496 mg · kg，速效磷含量326.37 mg · kg，速效鉀含量315.79 mg · kg，全氮含量1.29 g · kg，全磷含量1.63 g · kg，有機質含量64.37 g · kg，pH 值7.6，EC 值1.15 mS · cm。供試黃瓜品種為金秋1號，購自黑龍江省哈爾濱市新春天種子商店。供試菌株為黃瓜枯萎病菌（f.sp），由東北農業大學園藝設施工程中心溫室內的黃瓜枯萎病病株中分離得到。

供試15 個小麥品種的名稱及來源見表1。

表1 供試小麥品種名稱及來源

1.2 試驗設計

1.2.1 不同品種小麥根系分泌物對黃瓜枯萎病發病情況及黃瓜生長的影響 試驗于2020 年8 月14 日至10 月7 日在東北農業大學向陽基地大棚內進行，黃瓜常規育苗，兩葉一心時定植于花盆（外口徑22.5 cm ×高14 cm）內，從定植后第7 天開始，分別向盆內澆灌30 mL 不同品種小麥根系分泌物，共15 個處理，每3 d 澆灌1 次，共4 次，以澆灌相同體積的蒸餾水為對照，每處理3 次重復，每重復5盆，隨機區組排列，設置保護行。于第2 次澆灌后的第1 天，在盆內接入30 mL 濃度為1 × 10cfu ·mL的黃瓜枯萎病病原菌孢子懸浮液，接菌后第20 天調查黃瓜枯萎病的發病情況，計算發病率、病情指數和防治效果；同時測量株高、莖粗，測定地上部和地下部的干、鮮質量，每個處理測（?。? 株。

1.2.2 不同品種小麥根系分泌物對黃瓜枯萎病病原菌生長發育的影響 試驗于2020 年10—12 月在東北農業大學園藝園林學院設施生理生態實驗室進行。

小麥根系分泌物濃度的篩選：將小麥品種D123 常規播種于育苗盤中，待麥苗長至15 cm 時提取其根系分泌物。設置4 個根系分泌物濃度處理，分別為10%、20%、30%、40%；濃度計算依據：濃度為10%的處理是在培養皿中添加2 mL 所提取根系分泌物、18 mL PDA 培養基，每個培養皿含根系分泌物和培養基混合物共20 mL；以不添加小麥根系分泌物的培養基為對照，每處理3 次重復，每重復10 個培養皿。接入近期活化好的1 塊同齡、直徑為5 mm的黃瓜枯萎病病原菌菌餅培養7 d后，采用十字交叉法測量菌落直徑，篩選出對黃瓜枯萎病病原菌抑制效果最好的處理濃度。

病原菌菌落直徑的測定：將15 個小麥品種的根系分泌物均按前期篩選的30%濃度添加到PDA培養基中，共15 個處理，以不添加小麥根系分泌物的培養基為對照，接入近期活化好的1 塊同齡、直徑為5 mm的黃瓜枯萎病病原菌菌餅培養7 d后，采用十字交叉法測量菌落直徑；每處理3 次重復，每重復10 個培養皿。

病原菌生物量的測定：取活化好的1 塊同齡、直徑為5 mm 的菌餅，分別接種于含30%不同品種小麥根系分泌物的30 mL 液體培養基（將9 mL 根系分泌物添加到21 mL 液體PDA 培養基內，裝于100 mL 的錐形瓶，下同）中，共15 個處理，以添加等量無菌水的培養基為對照，每處理3 次重復，每重復5 瓶。置于搖床170 r · min、28 ℃下振蕩培養7 d，達到恒定質量后過濾，并在80 ℃下干燥12 h 后測定病原菌生物量（干質量）。

病原菌孢子萌發率的測定：取活化好的1 塊同齡、直徑為5 mm 的菌餅，分別接種于含30%不同品種小麥根系分泌物的30 mL 液體培養基中，共15 個處理，以添加等量無菌水的培養基為對照，每處理3 次重復，每重復5 瓶。置于搖床170 r ·min、28 ℃下振蕩培養12 h 后，鏡檢孢子萌發情況，每重復鏡檢10 個視野，計算孢子萌發率。

孢子萌發率=萌發孢子數量/觀察總孢子數量× 100%病原菌孢子產量的測定：取活化好的1 塊同齡、直徑為5 mm 的菌餅，分別接種于含30%不同品種小麥根系分泌物的20 mL 固體培養基（將6 mL 根系分泌物添加到14 mL 固體PDA 培養基內，裝于底外徑90 mm、高18 mm 的培養皿）中，共15 個處理，以添加等量無菌水的培養基為對照，每處理3 次重復，每重復10 個培養皿。培養皿倒置于溫度28 ℃，相對濕度80%的人工智能培養箱中暗培養5 d 后，將培養皿中的病原菌制成15 mL的菌懸液，鏡檢孢子數量。

1.3 測定項目和方法

1.3.1 小麥根系分泌物的提取 小麥常規播種于育苗盤中，待株高15 cm 時將植株連土取出，浸泡于水中，根際土被水泡透后用手將根系輕揉干凈，用清水反復沖洗，最后用去離子水沖洗3 遍。配制0.05 g · L的無水氯化鈣溶液備用，選取適合的容器將植株放入，倒入配制好的無水氯化鈣溶液，剛剛完全沒過根系即可。用錫紙將容器包裹嚴，葉片露出，置于光照培養箱中，6 h 后將根系取出，剩余溶液抽濾后用配制好的無水氯化鈣溶液定容，即10 mL溶液中含1 g 根鮮質量的小麥根系分泌物。最后用孔徑為0.22 μm（水系）的微孔濾膜過濾后裝瓶，-80 ℃冰箱保存備用（吳鳳芝 等，2002；田晴 等，2020）。

1.3.2 病原菌的活化 采用PDA 培養基進行病原菌的活化培養（董新篁和凌志波，1998）。在超凈工作臺中，待滅菌后的PDA 固體培養基冷卻到手可觸碰的溫度時快速倒入培養皿內，每皿約20 mL，以鋪滿皿底為度。徹底冷卻且皿蓋上無水后接種，用牙簽挑取一小塊病原菌菌種放于培養基的中央，封口膜封嚴防止雜菌污染，培養皿倒置于培養箱中暗培養7 d，箱內溫度28 ℃，相對濕度80%。

1.3.3 病原菌孢子懸浮液的制備 取近期活化好的1 塊同齡、直徑為5 mm 的菌餅，接種于液體PDA培養基中，瓶口封嚴，振蕩培養（28 ℃、120 r ·min）。7 d 后取出，10 000 r · min離心10 min，棄上清液，用無菌水將病原菌孢子重新懸浮，使用血細胞計數板測定孢子數量，配制成濃度為1 × 10cfu · mL的孢子懸浮液備用。

1.3.4 黃瓜枯萎病發病情況調查 黃瓜枯萎病病情分級標準和計算公式參照石延霞等（2015）的方法。

分級標準：0 級，植株生長健康無癥狀；1 級，莖葉輕微癥狀；2 級，莖出現壞死斑，葉片黃化，發病葉片萎蔫下垂；3 級，植株中度萎蔫，真葉變黃或真葉萎蔫下垂；4 級，植株嚴重萎蔫，最終枯死。

發病率=發病株數/調查總株數× 100%

病情指數=∑（病級株數 × 代表級數）/（總株數×最高級值）× 100

防治效果=（對照病情指數-處理病情指數）/對照病情指數× 100%

1.3.5 黃瓜植株生長指標測定 株高：使用卷尺測量植株子葉到生長點的長度。莖粗：使用游標卡尺測量植株子葉下方1 cm 處的寬度。地上部干、鮮質量測定：先剪取地上部莖稈和葉片測定鮮質量，然后放入烘箱105 ℃殺青0.5 h 后，80 ℃烘干至恒重，測定其干質量。地下部干、鮮質量測定：將植株根部用清水反復清洗，再用吸水紙吸干水分后測定鮮質量，然后放入烘箱105 ℃殺青0.5 h 后，80℃烘干至恒重，測定其干質量。注意：烘箱使用時應每隔2 h 關閉電源1 次，避免高溫干燥造成失火；稱重時，使用0.01 g 電子天平。

1.4 數據處理

利用Excel 2016 軟件進行原始數據處理，運用OriginProPorable 軟件制圖，利用SPSS 16.0（SPSS Inc.，USA）軟件進行不同處理間的差異顯著性分析（＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 不同品種小麥根系分泌物對黃瓜枯萎病發病情況的影響

由表2 可以看出，X04、X12 根系分泌物處理的黃瓜枯萎病發病率均顯著低于對照，其余小麥品種處理與對照無顯著差異；X01、X02、X03、X04、X05、X08、X09、X10、X12 根系分泌物處理的黃瓜枯萎病病情指數均顯著低于對照，防治效果均在45%以上。不同品種處理間以X04 根系分泌物處理的黃瓜枯萎病病情指數最低，防治效果最好。

表2 不同品種小麥根系分泌物對黃瓜枯萎病的影響

2.2 不同品種小麥根系分泌物對黃瓜生長的影響

表3 表 明，X01、X02、X03、X04、X05、X06、X08、X09、X10、X12 根系分泌物處理的黃瓜株高、莖粗均顯著高于對照，X11、X15 根系分泌物處理的株高顯著低于對照，而X07、X13、X14 根系分泌物處理的株高、莖粗與對照差異不顯著。各品種處理間相比較，以X04 根系分泌物處理的黃瓜株高最高、莖最粗，且均顯著高于其他品種。

表3 不同品種小麥根系分泌物對黃瓜株高和莖粗的影響

由表4 可知，X01、X02、X03、X04、X05、X06、X08、X09、X10、X12 根系分泌物處理的黃瓜地上部及全株干質量均顯著高于對照；X01、X02、X03、X04、X05、X09、X10、X12 根系分泌物處理的地下部干質量顯著高于對照；其余小麥品種處理的地上部、地下部及全株干質量與對照無顯著差異。各品種處理間相比，以X04 根系分泌物處理的黃瓜地上部、地下部及全株干質量最高，且均顯著高于其他品種。

表4 不同品種小麥根系分泌物對黃瓜植株干質量的影響

從表5 可以看出，除X11、X14、X15 根系分泌物處理外，其余小麥品種處理的黃瓜地上部及全株鮮質量均顯著高于對照；X01、X04、X08、X09、X10、X12、X13 根系分泌物處理的地下部鮮質量顯著高于對照。各品種處理間以X04、X09、X12 處理的黃瓜地上部、地下部及全株鮮質量較高；其中，X04 處理最高，且均顯著高于其他品種。

表5 不同品種小麥根系分泌物對黃瓜植株鮮質量的影響

2.3 不同品種小麥根系分泌物對黃瓜枯萎病病原菌生長發育的影響

根據以上試驗結果，X04 根系分泌物對黃瓜生長和枯萎病發病的正向影響效果最好。進一步測定不同濃度X04 根系分泌物對黃瓜枯萎病病原菌生長發育的影響。表6 表明，添加X04 根系分泌物的濃度為20%、30%、40%時，黃瓜枯萎病病原菌菌落直徑均顯著低于對照，其中濃度為30%時的菌落直徑最小，因此選取添加濃度為30%的小麥根系分泌物進行后續試驗。

表6 不同濃度小麥根系分泌物對黃瓜枯萎病病原菌生長的影響

從圖1 可以看出，X01、X02、X03、X04、X05、X08、X09、X12、X15 根系分泌物處理的黃瓜枯萎病病原菌菌落直徑、孢子萌發率均顯著低于對照，X06、X07、X10、X11、X13 根系分泌物處理的病原菌孢子萌發率顯著高于對照，而X14 根系分泌物處理的菌落直徑和孢子萌發率與對照無顯著差異；除X06、X10、X13、X14 根系分泌物處理外，其他小麥品種處理的病原菌生物量均顯著低于對照；X01、X02、X03、X04、X09、X12 根系分泌物處理的病原菌孢子產量均顯著低于對照，X06、X07、X10、X11、X13、X14 根系分泌物處理的病原菌孢子產量顯著高于對照，X05、X08、X15 根系分泌物處理與對照無顯著差異。各品種處理間以X03 處理的黃瓜枯萎病病原菌菌落直徑最小，X01、X03、X04 處理的病原菌孢子萌發率較低，X04 處理的病原菌生物量、孢子產量最低。

圖1 不同品種小麥根系分泌物對黃瓜枯萎病病原菌生長發育的影響

3 討論與結論

3.1 不同品種小麥根系分泌物對黃瓜枯萎病發病情況及黃瓜生長的影響

黃瓜連作障礙問題嚴重，枯萎病危害大，采用化學防治易破壞生態環境。利用合理的間、輪、套作可以有效減緩黃瓜病蟲害的發生，在現代農業生產中也得到了廣泛的應用（吳鳳芝和周新剛，2009）。洋蔥與棉花間作的栽培模式促進棉花根系生長發育的效果較好，棉花輪作小麥的栽培模式次之（吳國麗 等，2019）；白三葉、百喜草分別與樹莓間作對樹莓的株高、根長及鮮質量都有促進作用（隋寶強，2008）；小麥與黃瓜輪作提高了土壤微生物多樣性指數、豐富度指數及均勻度指數，從而提高了黃瓜產量（吳鳳芝和王學征，2007）。張國華（2008）研究發現，植物根系向根際環境中分泌的某些物質，或者這些物質的分解產物是具有一定化感潛力的；西芹浸提液對黃瓜植株株高、莖粗、葉面積均有顯著的促進作用。小麥根系分泌物能降低西瓜連作土壤中尖飽鐮刀菌的菌群豐度，提高木霉菌的菌群豐度，從而降低西瓜枯萎病的發生（田晴 等，2020）。

以上試驗結果均表明，在不同栽培模式中，植物根系分泌物起到了重要的作用，植物根系分泌物及其后續分解物中產生的某些物質具有一定化感潛能，產生多種化感物質。植物種子萌發期、幼苗生長期及病原菌的生長發育均受其影響，對主栽作物也會產生有利或有害的影響，亦對主栽作物病害的發生情況有影響。小麥是具有化感作用的植物，本試驗研究了不同品種小麥根系分泌物對黃瓜枯萎病發病率、病情指數、防控效果及黃瓜生長的影響，結果表明不同品種小麥的影響是不同的，X01、X04、X09、X10、X12 根系分泌物處理可以減少黃瓜枯萎病的發生同時又能促進黃瓜生長，其中X04處理的效果最好。這一結果與楊平（2011）研究發現不同小麥根系浸提液對黃瓜生長影響的程度是不同的結論相似。

3.2 不同品種小麥根系分泌物對黃瓜枯萎病病原菌生長發育的影響

蘇世鳴等（2008）研究發現不同水稻品種對西瓜枯萎病菌的影響不同，ELIO 和4007 的根系分泌物抑制病原菌孢子萌發，抑制病原菌生長，降低西瓜枯萎病的發病率。韓雪等（2006）研究發現抗病黃瓜品種的根系分泌物對尖孢鐮刀菌產生抑制效果，感病、中抗及抗病品種根系分泌物中的糖類物質含量明顯不同，抗病品種根系分泌物中糖類物質含量最低，能夠抑制病原菌生長。本試驗結果表明，X01、X02、X03、X04、X09、X12 根系分泌物對黃瓜枯萎病病原菌生長發育具有一定的抑制作用，X03 處理的菌落直徑最小，X04 處理的病原菌生物量和孢子產量最低，X01、X03、X04 處理的孢子萌發率較低，整體上以X04 根系分泌物處理抑菌效果最好。這一結果與前人研究結果相似，證實了同種作物的不同品種根系分泌物對病原菌生長發育的影響效果是不同的。

綜合以上試驗結果可得X01、X04、X09、X12這4 種小麥根系分泌物既能減緩黃瓜患病情況、促進生長，又能抑制病原菌的生長發育，其中X04的效果最好，分析這些小麥減緩黃瓜枯萎病發生的原因可能是其根系分泌物直接抑制了枯萎病病原菌的生長發育。植物根系是土壤、植物、微生物之間互相聯系的紐帶，根系分泌物是植物產生的，是在植物代謝過程中被釋放的，它既影響植物生長又會影響土壤環境及土壤養分情況（齊澤民和卿東紅，2005）。李春霞（2019）研究表明，小麥根系分泌物通過影響土壤中微生物來調控西瓜根系枯萎病抗性基因（木質素生物合成和植保素基因）的表達，提高西瓜自身抗性，從而降低枯萎病的發生。本試驗結果也表明，X05、X10 根系分泌物處理雖然減少了黃瓜枯萎病的發生，但不能直接抑制病原菌的生長發育，結合前人試驗結果綜合分析可能是根系分泌物中的某種物質，或物質被微生物分解后產生的有利成分，讓黃瓜根際土壤環境發生了改變，最終減少黃瓜枯萎病的發生；還可以從結果中發現，不同品種小麥根系分泌物的作用能力是不同的，分析可能是根系分泌物中的成分或者成分的含量不同導致其化感作用不同。董艷等（2015）在對不同枯萎病抗性蠶豆品種的根系分泌物研究中發現，感病品種的根系分泌物中谷氨酸、蘇氨酸含量較高，和枯萎病病情指數呈正相關，而絲氨酸含量與枯萎病病情指數呈負相關。乜蘭春等（2007）研究表明，黑籽南瓜、西瓜根系分泌物中含有的糖、氨基酸等組分對西瓜枯萎病菌有一定的抑制作用，翟子翔等（2020）研究表明，外源添加鄰苯二甲酸對香蕉枯萎病菌生長有抑制作用，而抗病香蕉品種根系分泌物中的鄰苯二甲酸含量是感病品種的兩倍。上述研究可表明，因為不同品種根系分泌物的成分或含量是有所不同的，所以其所起到的作用也不盡相同，但有關這些不同根系分泌物的組成成分對黃瓜枯萎病發生和對病原菌生長發育具體有哪些影響，尚需進一步研究。