鉀肥配施枯草芽孢桿菌對(duì)馬鈴薯黃萎病發(fā)病率和生長(zhǎng)的影響

楊自超，許 寧，王雪蓉，李淑敏，張潤(rùn)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(guó)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(guó)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(wàn)hm2[2]，馬鈴薯生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)多種病害影響馬鈴薯生長(zhǎng)，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?！厩叭搜芯窟M(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(yùn)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(duì)馬鈴薯致病力比較強(qiáng)外[3]，對(duì)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(shí)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(duì)馬鈴薯黃萎病有較好的防控效果[8]。雖然化學(xué)藥劑對(duì)土傳病害有較好的防治效果，但易對(duì)土壤造成污染[9]。因此尋找一種在馬鈴薯種植過(guò)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(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)極為重要，它不僅是馬鈴薯的養(yǎng)分元素，同時(shí)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(chóng)害等能力[10]。李文娟等發(fā)現(xiàn)，氯化鉀可以通過(guò)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]?？莶菅挎邨U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(duì)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(guò)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?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】本試驗(yàn)通過(guò)設(shè)置不同鉀肥水平及配施枯草芽孢桿菌，研究其對(duì)馬鈴薯的生長(zhǎng)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(duì)馬鈴薯黃萎病防治效果和生長(zhǎng)的作用?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)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(yàn)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(shí)驗(yàn)室分離、提供?？莶菅挎邨U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(chǎng)，為東北黑土，土壤理化性質(zhì)如表1所示。

1.2 試驗(yàn)方法

由表2所示，試驗(yàn)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(yàn)基地進(jìn)行。采用盆栽試驗(yàn)，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(yàn)選用硫酸鉀(K：50 %)作為鉀肥，設(shè)置4個(gè)供鉀水平分別0、60、120、180 kg·hm-2，每個(gè)供鉀水平設(shè)不接黃萎病菌也不施枯草芽孢為對(duì)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(gè)處理，每個(gè)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(gè)mL-1。在試驗(yàn)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(gè)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(cè)土壤酶活。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

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

土壤酶活的測(cè)定：參照關(guān)松蔭[16]土壤酶測(cè)定方法。脲酶采用靛酚藍(lán)比色法進(jìn)行測(cè)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(jì)：馬鈴薯黃萎病病情分級(jí)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(jí)病株數(shù)×代表值)/(調(diào)查總株樹(shù)×最高級(jí)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(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)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(duì)馬鈴薯植株莖粗均無(wú)顯著影響。

表2 盆栽試驗(yàn)設(shè)置

鉀肥配施枯草芽孢桿菌對(duì)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(duì)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(duì)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(shì)與地上干重變化趨勢(shì)一致，以K3B處理植株干重最高。

2.2 施鉀及枯草芽孢桿菌對(duì)馬鈴薯植株鉀含量和鉀累積量的影響

如表4所示，在4個(gè)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(duì)馬鈴薯地上部分鉀含量均無(wú)顯著影響。但對(duì)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(duì)照CK的1、1.05、1.06倍。

表3 施鉀及配施用枯草芽孢桿菌對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)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(duì)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(duì)馬鈴薯鉀積累量也有顯著的影響(表4)，雖在4個(gè)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(duì)馬鈴薯地上部分鉀積累量均無(wú)顯著影響，但對(duì)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(duì)照(CK)的1.15、1.23、1.14倍。

2.3 施鉀及配施枯草芽孢桿菌對(duì)土壤酶活性影響

由圖1顯示，鉀肥對(duì)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(gè)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(gè)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)照(CK)，在不施鉀肥(K0)下，接黃萎病菌(V)的土壤脲酶活性是對(duì)照(CK)的83%，然而施枯草芽孢桿菌可以有效降低黃萎病菌對(duì)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(gè)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(duì)土壤蔗糖酶活性也均有顯著性影響，且在每個(gè)供鉀水平下，脲酶活性變化趨勢(shì)和蔗糖酶一致。并且鉀肥配施枯草芽孢桿菌對(duì)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(duì)照(CK)的1.33倍。

圖1 施鉀及配施枯草芽孢桿菌對(duì)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(duì)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(duì)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(méi)在表格中體現(xiàn)出來(lái)。由表5可知，在接種馬鈴薯黃萎病病原菌各個(gè)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(duì)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(shuō)明增施鉀肥可以緩解馬鈴薯黃萎病對(duì)馬鈴薯的危害。不同供鉀水平接種枯草芽孢桿菌對(duì)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(shuō)明枯草芽孢桿菌對(duì)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(duì)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(duì)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(shuō)明鉀對(duì)馬鈴薯黃萎病具有一定的防治效果。

3 討 論

本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，施用鉀肥對(duì)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(duì)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(guò)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(shuō)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(duì)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(duì)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(duì)棉花黃萎病有有效的抑制作用[19]。本試驗(yàn)的研究結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，施用枯草芽孢桿菌菌劑對(duì)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(duì)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(duì)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(yàn)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(shí)結(jié)合枯草芽孢桿菌菌劑拌種，比單施鉀肥對(duì)馬鈴薯黃萎病防治效果更加明顯，其中 K3VB、K2VB、K1VB處理對(duì)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(shuō)明施用鉀肥并配施枯草芽孢桿菌對(duì)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(zhǎng)，增強(qiáng)馬鈴薯的抗病力。

在本試驗(yàn)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(zhǎng)，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(duì)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(duì)小麥的生長(zhǎng)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(duì)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(yàn)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(duì)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(yàn)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(duì)馬鈴薯根際土壤脲酶和蔗糖酶活性比對(duì)照(CK)分別提高了1.03、1.25倍，而且在配施鉀肥下對(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)，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(zhǎng)而且對(duì)馬鈴薯黃萎病病害也有較好的防控效果。