不同基质中番茄菌根苗的培育及其抗南方根结线虫的效果.pdf

Research paper 研究论文 22 May 2021 40 5 1087 1098 Mycosystema ISSN1672 6472 CN11 5180 Q DOI 10 13346 j mycosystema 200257 基金项目 北京市农林科学院科技创新能力建设专项 KJCX20200104 Supported by the Special Fund for Science and Technology Innovation Ability of Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences KJCX20200104 Corresponding author E mail jinzb999 Received 2020 07 28 accepted 2020 11 05 Copyright 2021 Institute of Microbiology CAS All rights reserved jwxt Http journals Tel 86 10 64807521 菌物学报 1087 不同基质中番茄菌根苗的培育及其抗南方根结线 虫的效果 晋治波 1 解玲 2 王幼珊 3 孔宇 1 刘芳 1 朱正杰 1 百色学院农业与食品工程学院 广西 百色 533000 中国农业大学资环学院 北京 100193 北京市农林科学院植物营养与资源研究所 北京 100097 摘 要 根结线虫病是番茄主要的土传病害 特别是保护地长期种植会加重病害的发生 接种丛枝菌根真 菌 arbuscular mycorrhizal fungi AMF 能提高植物抗根结线虫的能力 促进植株生长发育 减轻病害 本 试验旨在评价常用基质配合施用一种生物有机肥对番茄苗生长和菌根定殖的影响 以获得菌根发育良好且 生长健壮的菌根苗 并通过盆栽实验验证菌根苗移栽于大棚连作土壤中对南方根结线虫的防治效果 结果 表明 栽培于商业基质的番茄苗的株高 茎粗 地上部及根系干重和壮苗指数均显著高于草炭蛭石混合基 质的番茄苗 草炭蛭石混合基质中施加生物有机肥能促进番茄苗的生长 但是显著抑制根内根孢囊霉 Rhizophagus intraradices 的侵染 草炭蛭石混合基质在培养过程中施加适量 Hoagland 营养液使番茄苗生长 发育较好且根内根孢囊霉 R intraradices 侵染率达到 71 商业基质培养的番茄苗壮苗指数更高 但侵染率 较低 44 在草炭蛭石混合基质中接种变形球囊霉 Glomus versiforme 和根内根孢囊霉 R intraradices 及 其混合菌种培育的番茄苗对南方根结线虫 Meloidogyne incognita 的侵染和繁殖均表现出一定的抑制作用 按照单位重量根系进行统计 混合菌种显著降低了根结线虫的根结和卵块数量 分别降低了 22 8 和 23 5 本研究结果表明番茄菌根苗在草炭蛭石混合基质中 AMF 发育状况优于常用商业基质 在菌根应用 中可优先选择 相对于单一接种 AMF 混合接种的菌根化苗对南方根结线虫病害的抑制作用更好 关键词 从枝菌根真菌 番茄 南方根结线虫 基质 病害防治 引用本文 晋治波 解玲 王幼珊 孔宇 刘芳 朱正杰 2021 不同基质中番茄菌根苗的培育及其抗南方根结线虫的效 果 菌物学报 40 5 1087 1098 Jin ZB Xie L Wang YS Kong Y Liu F Zhu ZJ 2021 Effects of different cultivation substrates on the tomato seedling mycorrhization and Meloidogyne incognita infestation under condition of inoculation with arbuscular mycorrhizal fungi Mycosystema 40 5 1087 1098 晋治波 等 不同基质中番茄菌根苗的培育及其抗南方根结线虫的效果 Research paper 菌物学报 1088 Effects of different cultivation substrates on the tomato seedling mycorrhization and Meloidogyne incognita infestation under condition of inoculation with arbuscular mycorrhizal fungi JIN Zhi Bo 1 XIE Ling 2 WANG You Shan 3 KONG Yu 1 LIU Fang 1 ZHU Zheng Jie 1 College of Agricultural and Food Engineering Baise University Baise Guangxi 533000 China College of Resources and Environmental Sciences China Agricultural University Beijing 100193 China Institute of Plant Nutrition and Resources Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences Beijing 100097 China Abstract Arbuscular mycorrhizal fungi AMF have potential role in the biocontrol of soil borne diseases including plant parasitic nematodes and can improve the growth of plants The growth of tomato seedlings colonized by AMF in different substrates with or without supplement of commercial biological fertilizer was evaluated The tomato seedlings inoculated with Rhizophagus intraradices Ri were cultivated in two types of substrate a commercial cultivation medium and the mixture of peat and vermiculite 2 1 The seedlings grown in the commercial substrate showed increase in shoot length stem diameter shoot and root dry weights as compared with those in the mixture of vermiculite and peat However the application of the biological fertilizer inhibited the colonization of AMF Ri in the mixture of peat and vermiculite though the fertilizer enhanced the growth of seedlings The seedlings in the commercial medium appeared to be higher in health index and lower in Ri colonization averagely 44 than those in the mixture of vermiculite and peat 2 1 colonization rate reached 71 The effects of tomato seedlings inoculated with Glomus versiforme Gv Ri and the mixture of Gv and Ri on Meloidogyne incognita infestation were investigated in the continuous cropping field soil The tomato seedlings inoculated with AMF showed inhibition to the root knot nematode in the field soil containing averagely 7 3 second stage juveniles per gram of soil The inoculation of the mixture of Gv and Ri demonstrated the greatest control effects and reduced the number of galls and egg masses of the nematode decreased by 22 8 and 23 5 respectively Key words arbuscular mycorrhizal fungi tomato Meloidogyne incognita substrate disease control 丛枝菌根真菌 arbuscular mycorrhizal fungi AMF 通过侵染根系与多数植物形成 互惠共生体 能够改善植物矿质吸收 促进 植株生长和提高植物抗病性 因此 AMF 所 具有的药肥双重作用而日益受到重视 在保 护地蔬菜生产中 植物土传寄生性线虫病害 危害严重 且难以防治 其中根结线虫病是 最常见的蔬菜线虫病害 危害多种蔬菜作物 研究论文 22 May 2021 40 5 1087 1098 Mycosystema ISSN1672 6472 CN11 5180 Q 菌物学报 1089 南方根结线虫 Meloidogyne incognita 是这类 病害的主要病原物 分布广 危害大 鉴于 土传病害的防治难度及发展可持续农业的要 求 生物防治是防治植物土传线虫病害的有 效途径 大量研究表明植物接种 AMF 对土传 线虫病害效果明显 刘杏忠等 2004 Hol no AMF inoculation 研究论文 22 May 2021 40 5 1087 1098 Mycosystema ISSN1672 6472 CN11 5180 Q 菌物学报 1091 1 5 数据统计分析方法 应用 SAS V8 软件对实验数据进行统计分 析 5 水平下 LSD 多重比较检验各处理平均 值之间的差异显著性 2 结果与分析 2 1 不同培养基质对番茄菌根化苗培育的 影响 2 1 1 菌根发育状况 不同基质显著影响菌根 的发育情况 草炭蛭石混合基质利于 AMF 侵 染和发育 侵染率达到 71 而商业基质明 显低于草炭蛭石混合基质 侵染率为 44 但混合基质中如施用生物肥则严重降低了菌 根菌的侵染率 图 1 2 1 2 菌根化苗生长状况 不同栽培基质对番 茄苗生长的影响差异显著 总体上 商业基 质植株生长情况较好 在施用营养液的情况 下 草炭蛭石基质中施加生物肥与相应对照 处理的地上部干重基本一致 其他指标均有 差异 图 2 2 1 3 植株磷含量 不同处理的地上部含磷量 在 14d 时差异很大 混合基质 生物肥的处理 最高 其次商业基质的两个处理 混合基质 无生物肥的处理最低 但接种 Ri 高于未接种 处理 在育苗 35d 时磷含量较高的 3 个处理 趋于降低 而较低的两个处理略有升高 但 不同处理间仍有较大差异 根系磷含量在育 苗 35d 时比较接近 之后商业基质和施加生 物肥的 3 个不同处理磷含量升高 而混合基 质的两个处理下降 至生长后期 55d 时各处 理根系磷含量水平分别是商业基质中接种 Ri 的处理最高 草炭蛭石混合基质的对照最低 其他 3 种处理居中 图 3 2 2 不同AMF对番茄抗南方根结线虫的影响 2 2 1 菌根苗的 AMF 发育和植株生长状况 采用 1 3 1 中菌根苗发育最好的草炭蛭石组 合进行番茄育苗 不同接种处理条件下番茄 幼苗的生长状况指标见表 2 播种后 45d 不 同处理的植株之间即表现出生长量的差异 接种 Ri 和 Gv Ri 混合菌种不同程度地提高了 植株的株高 茎粗 叶片面积 地上部和根 系干重及壮苗指数 这两种处理分别使番茄 幼苗的株高比不接种的对照增加 33 6 和 45 3 地上部干重分别比不接种的对照增加 图1 不同育苗基质和生物肥处理对菌根发育的影响 Fig 1 Effects of different substrates and biological organic fertilizer on mycorrhiza colonization of tomato seedling 晋治波 等 不同基质中番茄菌根苗的培育及其抗南方根结线虫的效果 Research paper 菌物学报 1092 图2 不同育苗基质和生物肥处理对菌根苗生长发育的影响 Fig 2 Effects of different substrates and biological organic fertilizer on the growth of tomato seedling inoculated with AMF 134 8 和 128 1 壮苗指数比不接种的对照 增加 144 5 和 101 6 接种单一菌种 Gv 对番茄幼苗的株高 茎 粗 叶面积 地上部和根系干重表现出了负 效应 即接种处理的各项指标小于或接近不 接种的对照 研究论文 22 May 2021 40 5 1087 1098 Mycosystema ISSN1672 6472 CN11 5180 Q 菌物学报 1093 图3 不同育苗基质和生物肥处理对菌根苗磷含量的影响 Fig 3 Effects of different substrates and biological organic fertilizer on the P concentration of tomato seedling inoculated with AMF 表2 AMF对番茄幼苗生长的影响及AMF侵染发育情况 Table 2 Effects of AMF on growth status and AMF colonization of tomato seedlings 处理 Treatments 株高 Shoot length cm 茎粗 Stem diameter mm 叶面积 Leaf area cm 2 地上部干重 Shoot dry weight g 根干重 Root dry weight g 壮苗指数 Health index 菌根菌侵染率 AMF colonization 菌根丛枝丰度 Arbuscule colonization CK 12 73b 3 23b 17 97c 0 22b 0 07c 0 10c 0c 0c Ri 17 01a 3 56ab 31 37b 0 52a 0 18a 0 26a 63 66a 61 82a Gv 11 53b 2 69c 13 01d 0 15c 0 07c 0 11c 19 49b 17 72b Gv Ri 18 50a 3 82a 38 11a 0 51a 0 15b 0 21b 75 29a 74 40a 注 各列不同字母为 P 0 05 水平差显著 Note Means in each column followed by different letters are significantly different based on LSD test P 0 05 n 4 2 2 2 连作土壤中 AMF 的侵染和番茄植株的 生长状况 番茄苗移栽定植生长 45d 时 不 接种 AMF 的对照番茄根系没有菌根发育 移 栽后 3 种处理植株的 AMF 侵染率分别比育苗 时期有较大幅度的降低 表 3 不同处理的植株之间表现出生长量的显 著差异 表 3 接 种 AMF 不同程度地提高了 植株的株高 茎粗 地上部干重和根系鲜重 但接种 AMF对植株的地上部磷含量没有显著 影响甚至还表现出负效应 在接种 AMF 的处 理中 接种 Gv 和 Gv Ri 混合菌种处理的番茄 株高分别比不接种的对照增加 8 7 和 8 7 接种 AMF对番茄植株的地上部磷含量没有明 显的促进作用 2 2 3 接种 AMF 对根结线虫侵染繁殖的影 响 接种 AMF 对根结线虫的侵染和繁殖表现 出一定的抑制作用 图 4 按照单位重量根 系进行统计 混合菌种 Gv Ri 显著降低了根 晋治波 等 不同基质中番茄菌根苗的培育及其抗南方根结线虫的效果 Research paper 菌物学报 1094 表3 发病土壤中AMF侵染情况及其对番茄生长和地上部磷含量影响 Table 3 Effects of AMF on shoot length stem diameter shoot dry weight root fresh weight and shoot P concentration of tomato plants 处理 Treatments 菌根菌侵染率 AMF colonization 株高 Shoot length cm 茎粗 Stem diameter mm 地上部干重 Shoot dry weight g 根鲜重 Root fresh weight g 地上部磷含量 Shoot P concentration CK 0c 74 48b 7 48a 12 37a 24 44a 0 27ab Ri 27 28a 77 70ab 7 80a 11 42a 24 02a 0 27ab Gv 5 95b 80 95a 7 66a 11 40a 22 01a 0 28a Gv Ri 21 99a 80 95a 7 82a 11 46a 28 80a 0 26b 注 各列不同字母为 P 0 05 水平差显著 Note Means in each column followed by different letters are significantly different based on LSD test P 0 05 n 5 图4 连作土壤中AM真菌对根结线虫根结数及卵块数的影响 柱形上方标注不同小写字母表示接种不 同菌根真菌的处理在 5 水平上 LSD 多重比较平均值的显著性差异 柱形上方误差线表示 SE n 5 Fig 4 Effects of AM fungi on the numbers of galls and egg masses of nematodes in continuous cropping soil Different small letters above columns denote significant difference by LSD multiple range test for inoculation treatments of three AMF at the 5 level Bars represent SE n 5 结线虫的根结和卵块数量 使连作土壤中番 茄根系上根结数量比对照降低 22 8 卵块 数量降低了 23 5 3 讨论 AMF 真菌对栽培基质具有一定的选择 性 AMF 和寄主植物对载培基质有其不同的 要求 Corkidi et al 2004 采用商业基质培 育菌根苗的壮苗指数较高 生长势良好 但 AMF 侵染率较低 草炭蛭石混合基质培育的 幼苗 AMF 侵染率较高 但生长势稍弱于商业 基质 草炭蛭石混合基质掺入生物有机肥 对于生长有促进作用但严重抑制 AMF 的侵 染 商业基质和草炭蛭石混合基质是设施蔬 菜育苗常用的两种栽培基质 这两种基质各 有特点 因而在养分管理上有不同的要求 草炭是一种有限资源 过度开采影响和破坏 湿地环境 一些国家已经使用替代的基质原 研究论文 22 May 2021 40 5 1087 1098 Mycosystema ISSN1672 6472 CN11 5180 Q 菌物学报 1095 料以减少草炭的开采 郭世荣 2005 因此 开发适用菌根化育苗的商业基质产品对于菌 根技术的应用非常重要 生物有机肥 Bio 爸爱我 是经过高密度 发酵的抗病益生菌株 枯草芽孢杆菌 在有 机肥和菜籽粕介质中二次固体发酵而成的新 型生物有机肥 对 黄 枯萎病有显著防治 效果且可改善根际营养吸收和利用 在黄瓜 上 单独或与有机肥混合施用这种生物有机 肥可以促进植物生长 减轻土传病害并能够 增强土壤脲酶和磷酸酶的活性 曹丹等 2010 安亚虹等 2014 枯草芽孢杆菌可以 产生抑制真菌或细菌的代谢物 多用于防治 土传细菌型和镰刀菌型枯萎病的生防菌 Leifert et al 1995 Gong et al 2006 Zhang et al 2008 袁玉娟等 2014 本实验证实根 内根孢霉在添加了生物有机肥的基质中侵染 番茄苗受到明显抑制 可以推断生物肥中的 菌剂或其他成分不利于 AMF 的侵染和定殖 在接种 AMF时应避免在育苗基质中同时使用 此类生物有机肥 然而 在实际生产上 可 能会使用多种菌剂或混合菌剂产品达到优势 互补的效果 这应当是将来生防菌剂或生物 菌肥的发展趋势之一 AMF 与多种菌剂结合 使用也进行了较多研究 有研究表明 先接 种变形球囊霉 移栽时再施用死谷芽孢杆菌 Bacillus vallismortis 发酵的生物有机肥 对菌 根菌的侵染没有影响且对于防治棉花黄萎病 具有增效作用 张国漪等 2018 另外 AMF 和芽孢杆菌拮抗菌共同接种番茄不仅可以相 互促进两者的侵染 而且产生更好地促进生 长和抗根结线虫的效果 Liu et al 2012 AMF 和其他真菌菌剂的相互作用以及不同 AMF菌 种之间的相互作用也存在较大差异 比如 副冠斗管囊霉 Funneliformis coronatum 与 一种能拮抗根结线虫的非致病镰刀菌共同接 种番茄 对根结线虫 的防治无显著增效作用 但后者可以显著提高 AMF 的侵染率 Diedhiou et al 2003 目前尚未证实生物有机肥的 某个 些成分对 AMF 的菌根化苗的侵染产生 抑制作用 但生物肥与接种 AMF 分开施用是 可行的办法 两者的施用顺序和后期的相互 作用仍需进一步的研究 大量的研究表明接种 AMF对于作物线虫 病具有显著的防治效果 因而使 AMF 作为生 物肥和生物防治双重菌剂而具有较好的应用 前景 Carling et al 1995 Sadhana 2014 Schouteden et al 2015 近年来 人们对 AMF 混合或组合菌剂接种效应也进行了较多探 索 张淑彬等 2011 在温室盆栽条件下 研究了两种 AMF及其混合菌剂对黄瓜南方根 结线虫病害的防治效应 结果表明接种 AMF 对黄瓜的促进生长及防治南方根结线虫病害 的作用显著 混合菌剂在侵染和促生长方面 与单一菌种有显著差异 而对线虫的抑制作 用则不显著 另一研究小组采用多个菌种组 合对黄瓜抗根结线虫的效果进行比较研究 发现不同组合能不同程度地降低线虫的危 害 其中以光壁无梗囊霉 Acaulospora laevis 摩西管柄囊霉 Funneliformis mosseae 球状巨 孢囊霉 Gigaspora margarita 为最佳 王维华 等 2017 以上研究表明 不同菌种或组合 在寄主植物中抗病 抗逆及促进生长的效应 会有较大差异 本试验在 AMF 接种育苗试验 的基础上 采用大田发病连作土壤研究两种 AMF 及混合菌种的抗线虫效应 结果表明 接种 AMF 混合菌种变形球囊霉 根内根孢囊 霉的番茄苗对根结线虫侵染与繁殖的抑制作 用显著高于接种单一菌种的处理 在单位土 壤重量的卵块数量上表现尤为明显 在幼苗 移栽定植 45d 后 接种 AMF 处理生长效应和 对照差异不显著 可能的原因一是 AMF 在连 作土壤中的侵染率显著降低 导致菌根菌促 进生长的效应减弱 二是盆栽试验的试验期 晋治波 等 不同基质中番茄菌根苗的培育及其抗南方根结线虫的效果 Research paper 菌物学报 1096 相对较短 AMF 增强植物对病原线虫的抗 耐 病效果尚未显现 接种的菌根苗侵染率较高 而移栽于连作土壤中 AMF 侵染率大为降低 说明 AMF 侵染似乎受到抑制 其原因可能是 连作土壤中含有各种土壤微生物对于 AMF的 竞争作用限制其侵染和定殖 此外连作土壤 中的磷含量较高可能也不利于 AMF 侵染 连 作土壤没有进行灭菌处理 土壤中应当含有 土著的 AMF 但移栽苗未接种对照未发现 AMF 侵染 也可能与土壤中的磷含量有关 REFERENCES An YH Zhou H Li J Ning DZ Zhang Y Guo SR 2014 Screening and utilization of microbiological preparation to promote cucumber growth and resistance China Vegetables 2 36 41 in Chinese Bi YL Sun H Guo N Hu JJ Gong YL Qiu L 2017 Propagate effects of different substrates and strain combinations on rbuscular mycorrhizal fungi Chinese Journal of Applied and Environmental Biology 23 4 616 621 in Chinese Cao D Zong LG Xiao J Zhang Q Zhao 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Bacillus subtilis CL27 and Bacillus pumilus CL45 Journal of Applied Bacteriology 78 97 108 Liu RJ Dai M Wu X Li M Liu XZ 2012 Suppression of the root knot nematode Meloidogyne incognita Kofoid White Chitwood on tomato by dual inoculation with arbuscular mycorrhizal fungi and plant growth promoting rhizobacteria Mycorrhiza 22 4 289 296 研究论文 22 May 2021 40 5 1087 1098 Mycosystema ISSN1672 6472 CN11 5180 Q 菌物学报 1097 L GY Chen GL Qi GH 2002 The study of substrate with mycorrhiza on cucumber seedling China Vegetable 1 4 9 12 in Chinese Liu WZ 1995 Research techniques of plant nematology Liaoning Science and Technology Press Shenyang 1 242 in Chinese Liu XZ Zhang KQ Li TF 2004 The biological control of plant parasitic nematodes China Science and Technology Press Beijing 1 345 in Chinese Sadhana B 2014 Arbuscular mycorrhizal fungi AMF as a biofertilizer a review International Journal of Current Microbiology and Applied Sciences 3 4 384 400 Schouteden N Waele DD Panis B Vos CM 2015 Arbuscular 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