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1、DOI ： 10. 16409/j. aid. 2095 -Q39x. 2006. 04. 009 22 (4)296 302 中国生物防治 Chinese Journal of Biological Control 2006 年 11 月 生物熏蒸用于植物土传病害治理的研究 李明社 U， 李世东 h 缪作清 郭荣君 赵震宇 2 (1.中国农业科学院植物保护研究所土传病害实验室，北京 100081; 2.新疆农业大学，乌鲁木齐 830053) 摘 要：采用以生物物质为材料的土壤熏蒸技术，研究了其对植物土传病害的治理效果。结果 表明，在棉纱缸熏蒸装置中以甘蓝叶不同用量对黄瓜枯萎病菌在 32 c
2、条件下熏蒸， 1. 5kg/m2 以下时， 6d后对菌落扩展的抑制率不足 15%; 2. 5kg/m2 时抑制率快速上升到 50%以上；继续 增加施用量抑制率增长变缓；甘蓝叶对黄瓜枯萎病菌的 EC5 值为 3.25kg/m2。 施用量为 3. 5kg/m2 时，黄瓜枯萎病菌生物量累积比对照减少 83. 1%，产孢量为对照的 0. 5%，所产孢子 的萌发率为对照的 18. 8%。抑菌谱测定 结果表明，在甘蓝叶施用量为 3. 5kg/m2 时对黄瓜枯萎 病菌、番茄枯萎病菌、水稻纹枯病菌、番茄立枯病菌、番茄黄萎病菌和茄根腐疫病菌的抑制率达 60%以上，对菌核病菌、辣椒猝倒病菌和小麦根腐病菌的抑制率分
3、别为 38. 7%、 17. 4%和 41. 6%。对不同芸薹属植物熏蒸效果的测定结果表明，芥菜和雪里蕻的叶片组织及芥菜疙瘩 对供试 7 种病菌的抑制效果优于甘蓝。对不同添加物增效作用的测定结果表明，在甘蓝碎叶 中添加麦麸后比只施用甘蓝对番茄立枯病菌的抑制率提高 6. 7%，菌丝干重累积减少 45. 5%。 温度试验结 果表明，在 25 和 32 C条件下甘蓝对番茄立枯病菌的抑制率分别为 20. 2%和 62.9%。田间试验表明，用 4 种植物熏蒸土壤后对番茄枯萎病的防效显著优于太阳能和土壤 还原消毒法的防效。其中，芥菜 (3. 5kg/m2)添加麦麸 （ 1. Okg/m2)后的防效达到 6
4、8. 2%。 关键词：芸薹属；生物熏蒸；土传病害；治理 中图分类号： S432;S482. 6 文献标识码 ： A 文章编号： 1005-9261(2006)04-0296-07 Biofumigation for Management of Soilborae Plant Diseases LI Ming-she? LI Shi-dong, MIAO Zu -qing9 GUO Rong-jun, ZHAO Zhen-yu (Soilbome Diseases Lab, Institute of Plant Protection, CAAS, Beijing 100081, China) A
5、bstract： Biofumigation refers to the suppression of soilbome pests and pathogens by biocidal can- pounds, principally isothiocyanates released when glucosinolates in the tissues of Brassica plants are hydrolysed in soil. We investigated the biofumigation potential of brassicas in suppression against
6、 the soilbome plant pathcens occurring frequently in farming systems in North China. In vitro tests using cotton yam jars as key equipment indicated that fumigation with B . oleracea leaf for 6 d at 32 C could inhibit the colony growth of Fusarium oxysporum f. sp. cucumerinum . Suppression rate of t
7、he colony spread was 收稿日期 ： 2006-05-16 基金项目：北京市科委招标项目 “抗重茬制剂的研发与应用 ” 作者简介：李明社 （ 1978），硕士研究生； *通讯作者， Tel: 010-68919573, E-mail: lisd;。 296 第 4 期 李明社等 :生物熏蒸用于植物土传病害治理的研究 below 15% Aien dosage was smaller than 1. 5 kg/m2? but reached 50 % quickly when the dosage increased fran 1.5 to 2. 5 kg/m2, with E
8、C50 3. 25 kg/m2. The B. oleracea leaf at dosage 3. 5 kg/m2 reduced bianass? sporulation and germination rate of the produced spores of F. oxysporu f. sp. cucumer- inum by 83. 1 %? 0 5 % and 21. 2%，respectively? in coiparison with those fran non-fumigation treatment. Suppressive spectrum tests indica
9、ted that B . oleracea leaf at 3. 5 kg/m2 suppressed cxlony spread of F. oxysporum f. sp. cucumerinum， F oxysporum f. sp. lycoersici， Rhizoctonia solani AG1? R. solani AG4, Verticillium dahliae and Phytophthora boehmeriae by over 60%? and suppressed Sclerotinia sclerotiorum， Pythium aphanidermatum an
10、d Bipolaris sorokinianum by 38. 7 %? 17. 4% and 41. 6%? respectively. Tests on the effects of various plant materials as biofumigant sources demonstrated that B . juncea var. multiceps, B. juncea and B. napobrassica were more eflFective than the B. oleracea in suppression against the tested 7 pathog
11、enic fungi. Coiparison of different amendments in enhancing the effects indicated that toeat bran supplement (1.0 kg/m2) led to suppression rate to colony spread of R . solani AG4 4. 3 % higher and dry matter accumulation reduced by 45. 5 % in contrast to that by using B . oleracea leaf only. Tests
12、on effects of temperature shewed that suppression rates were 20. 2 % and 62. 9 % under 25 and 32 Q correspondingly, by B. oleracea leaf against R . solani AG4. Field trials demonstrated that biofumigation with the 4 plant sources was more effective than solarization and reducing redox potential of s
13、oil? with up to 68. 2 % of control efficacy against tanato Fusarium wilt disease by B . juncea amended with lieat bran. The results surest that biofumigation is of great potential to be developed as an environmental-friendly approach for sustainable management of soilbome plant diseases. Key words：
14、Brassica spp. ； biofumigation? soilbome plant diseases? management 土壤处理是防治土传病害的重要途径。化学熏蒸是土壤处理的重要办法之一。溴甲烷 (MBr)在过去数十年是国际上广泛使用的高效土壤熏蒸剂。但由于 MBr的大量使用明显破坏 大气臭氧层，造成地球表面紫外线辐射大幅增加，严重影响地球环境和人类健康 1。因此，根 据蒙特利尔议定书哥本哈根修正案 2，发达国家将于 2005 年、发展中国家将于 2015 年全面 淘汰 MBr。 目前寻找环保型的 MBr替代技术和产品己成为国际社会的热点研究课题之一。 生物熏蒸是利用植物有机质在
15、分解过程中产生的挥发性杀生气体抑制或杀死土壤中的 有 害生物的方法。 1994 年 Angus等 3将芸薹属 （ 5rass/ca spp.)植物组织深翻到小麦田，发现能够 减少小麦全蚀病菌 var. )的数量，并首次将该种土壤处理方法称 为生物熏蒸。国外对芸薹属植物的熏蒸效果研究较多，目前己知利用芥菜、芝麻菜、甘蓝和花 椰菜等植物材料进行土壤熏蒸，对镰刀菌 ) 4 、立枯丝核菌 so/am )5、大 丽花轮枝孢 （ 力JaMae )6、根腐丝囊霉（伞 /7ao ffl ) 7 、 疫 霉 汸 era spp. ) 8和 畸 雌 腐 霉 ( / / regw/are ) 9等 多种重要土传植物
16、病原菌都有一定的抑制作用。 有试验报道其防治收益与化学熏蒸剂棉隆相近 14。该属植物组织中含有大量的硫代葡糖酸脂 (Glucosinolates， GSLs)1()，该物质本身的杀生活性不高，但在腐烂过程中可被自身产生的植物 源酶 - 黑芥子酶 (Nfyrosinase)水解而形成挥发性和杀生性很强的异硫氰酸脂 (Isothioqyanates， ITCs)类物质 1从而降低土壤中有害微生物的数量。此外，由于生物熏蒸还能提高土壤有机 质含量，增加肥力，而且对环境无污染，对植物无药害，因此被视为很 有开发前景的环保型土壤 297 中 国 生 物 防 治 第 22 卷 处理措施 4。我国芸薹属植物
17、资源丰富，但目前国内未见有关利用该属植物材料进行土壤生 物熏蒸的系统研究。作者针对我国蔬菜和农作物生产上的几种主要土传病原菌，选取部分芸 薹属植物材料研宄了其熏蒸抑菌活性、防病效果和熏蒸材料配方等，现将结果报道如下。 1 材料与方法 1.1 供试材料 供试菌株黄瓜枯萎病菌 f. sp. a/cwmmni/m )、番前枯萎病菌（尸 . - jwmnf. sp.) 、水 稻 纹 枯 病 菌 * so/ an/ AGl)、 番前立枯病菌 （ i?. so/an/AG4)、 番前黄萎病菌 （ JaMae ) 、 前 根 腐 疫 病 菌 （ 办 ra 6 oe/ zmm_ae )、菌核病菌 （ *Sc/
18、ero- ftma 尤 /6欣 /， 1 洲 ） 、 辣 椒 猝 倒 病 菌 丨 wm)、 棉花枯萎病菌 （ i7. f. sp. )和小麦根腐病菌 (5 办 3/a/ls soroAr/mam/w )均由本试验室米集、分离和保存。供试生物 熏蒸材料为甘蓝 (Srass/cao/mmif)、 芥菜 (6.加 zcm)和雪里蕻 (6.加 zcm var. 的叶片 组织及芥菜疙瘩 (5. 的块根。芥菜为作者种植所得 (种子由陕西省农科院提供 )， 其余均购自农贸市场。供试药剂包括“正肥丹” （ 亦名石灰氮，有效成分氰铵化钙含量 40%， 宁夏大荣实业集团有限公司生产 )和“大扫灭 ” (二硫代氨基
19、甲酸钾的 98%可湿性粉剂，上海市 农业科学院植物保护研究所中试产品）。 1. 2 甘蓝生物熏蒸对植物病原菌生长的抑制作用和抑菌谱测定 取菜园耕作层土壤 500g装入 450ml 的棉纱缸（半径 =5. 2cm， 截面积 =8. 5X l(T3m2)内， 160 CTF 干热灭菌 2h。 将 供试植物材料用清水冲洗干净后置于 5%的 NaClO溶液中表面消毒 3min。 用无菌水漂洗后切成 4 6nm 见方的碎块，加入棉纱缸内。混合均勾后，加入 200ml 无 菌水。然后将接有供试植物病原菌菌碟的 PDA 平板倒扣在棉纱缸上。封口膜封口，塑料胶带 密封后，置 32 C的培养箱内黑暗培养。 6d
20、 后，用十字交叉法测量供试病原菌的菌落直径，计算 抑制率。缸内熏蒸材料甘蓝叶的施用量分别为 0、 0.5、 1.0、 1.5、 2. 0、 2. 5、 3.0、 3. 5、 4.0、 4. 5、 5. 0、 5. 5、 6. Okg/m2。 将各植物材 料施用量转化成对数、抑菌率转化成几率值后，求出毒力线性 回归方程、相关系数和 EC512。 以黄瓜枯萎病菌为供试菌种。将菌碟接种于铺有无菌玻璃纸的 PDA 平板中央，用甘蓝叶 (3. 5kg/m2)同法熏蒸处理 6d 后，刮下玻璃纸上的菌丝，装入塑料管内。 60 C 烘烤 72h 后测定干 重，以明确熏蒸处理对供试菌生物量累积的影响。甘蓝叶 （
21、 3. 5kg/m2 )32 C下同法熏蒸处理 6d 后，测定对各供试病原菌菌落直径扩展的抑制率。上述测定均重复 3 次。 1 . 3 甘蓝生物熏蒸处理对黄瓜枯萎病菌产孢量和所产孢子萌发率 的测定 以黄瓜枯萎病菌为供试菌种。按 1. 2 所述方法经 3. 5kg/m2 甘蓝熏蒸处理 6d 后，刮下菌 丝，放入装有 20ml 无菌水的离心管中，在振荡器上摇匀，过 200 目无菌钢筛后定容至 20ml， 取 滤液滴于血球计数板，显微镜下计数孢子。重复测定 3 次。将孢子悬浮液稀释适当倍数，涂布 于蛋白胨葡萄糖孟加拉红平板测定所产孢子的萌发率 13。重复测定 3 次。 1 . 4 不同植物的熏蒸效果
22、及不同温度和添加物对熏蒸效果影响的测定 按 1. 2 所述方法将甘蓝、雪里蕻、芥菜和芥菜疙瘩按 3. 5kg/m2 的施用量熏蒸处理供试病 原菌 ，测定各处理对菌落扩展的影响，比较各植物材料的熏蒸效果。 以番茄立枯病菌为供试菌种，按 1. 2 所述方法，在 3. 5kg/m2 甘蓝叶中添加不同物质（表 298 第 4 期 李明社等：生物熏蒸用于植物土传病害治理的研究 1)，分别在 25 和 32 CTF 熏蒸处理 6d 后，测定抑菌率和菌丝干重。 15 田间防效试验 在北京市海淀区西北旺土井村大棚蔬菜生产基地，该地块连续种植番茄和黄瓜 5 年，枯萎 病发生严重。将甘蓝、芥菜、芥菜疙瘩和雪里蕻的
23、碎块组织按 3. 5kg/m2 均匀混入耕层 土壤中， 并分别添加碳酸钙 （ l g/m2)和麦麸 （ lkg/m2)， 共 12种配方 (表 2)，浇足水分后覆盖地膜。以 大扫灭 30g/m2、麦麸 2kg/m2 十石灰氮 100g/m2 (土壤还原消毒法 141 )和石灰氮 150g/m2+太阳 能处理 15作对照。 20d后揭膜，并翻耕和充分透气散湿。小区面积 6m2,每处理重复 3 次。 8 月 5 号移栽番茄苗（品种为毛粉802)。分别在开花期 （ 9 月 5 号）和座果期 （ 10 月 5 号）随机调 查 20 株植株的枯萎病情指数，计算防治效果。 施用量 （ kg/m2) 图 1
24、 甘蓝熏蒸对黄瓜枯萎病菌菌落生长的抑制作用 2 结果与分析 2. 1 甘蓝生物熏蒸对黄瓜枯萎病菌菌落生长的抑制作用和抑菌谱 结果（图 1)表明，甘蓝叶施用量在 1.5kg/ m2 以下时，对菌落扩展的抑制率不到 15%; 施用量 1. 5 2. 5kg/m2,抑菌率快速上升；施 用量 2. 5kg/m2其抑制率达 50%以上；继续增 加施用量，抑菌率增长变缓。将所得数据转换 后，求得毒力回归 方程为 7 = 3.4975x + 3. 2105 O = 0. 96 )，抑制中浓度 EC5 值为 3. 25kg/m2。 对黄瓜枯萎菌生物量累积的影响 测定结果表明，甘蓝施用量在 0 1. kg/m2
25、时 没有明显的影响，大于 1. kg/m2时菌丝干重 累积量快速下降，当施用量为 3. 5kg/m2时菌丝干重为 0. 013g， 而对照为 0. 077g， 减少 83. 1 %。 抑菌谱测定结果表明，在甘蓝施用量为 3. 5kg/m2 时，对黄瓜枯萎病菌、番茄枯萎病菌、水 稻纹枯病菌、番茄立枯病菌、番茄黄萎病菌和茄根腐疫 病菌的抑制率达 60%以上，分别为 61. 3%、 66. 4M、 60. 5M、 60. 8%、 60. 5%、 67. 3 亀对菌核病菌、辣椒猝倒病菌和小麦根腐病菌的 抑制率分别为 38. 7%、 17. 4%和 41. 6%。 2. 2 甘蓝熏蒸对黄瓜枯萎病菌产孢量
26、和孢子存活的影响 测定结果（图 2)表明，随甘蓝施用 量增加，黄瓜枯萎病菌产孢量和所产孢 子 萌 发 率 均 显 著 降 低 。 当 施 用 量 为 3. 5kg/m2时，产孢量小于 9. OX 1 3个 / ml,孢子萌发率仅为 0.84%;当甘蓝的 施用量为 4. Okg/m2,产 孢 量 降 低 到 5. 0 X 103个 /ml,孢子萌发率在 0. 07 %以下， 而对照未熏蒸处理的产孢量为 1. 8X 106 个 /ml， 孢子萌发率大于 47.0%。 说明熏 蒸处理导致产孢量大幅度减少和所产孢 图 2 甘蓝熏蒸对黄瓜枯萎病菌产孢的抑制作用 299 中 国 生 物 防 治 第 22
27、卷 子大部死亡或不能很好地萌发。 2. 3 不同温度和不同添加物对甘蓝熏蒸效果的影响 结果 (表 1 )表明，在甘蓝碎叶中添加某些物质和适当提高熏蒸温度，可进一步提高熏蒸效 果。在仅用甘蓝 (无其他添加物）的情况下，由 25 C 提高到 32 C 后，对番茄立枯病菌菌落扩展 的抑制率由 20. 2%增加到 62. 9%，提高 211. 4%。 25 CTF， 甘蓝叶中添加麦麸和碳酸钙后对菌 落扩展的抑制率分别提高 123. 8%和 141. 6%，菌丝干重分别减少 7 和 9mg， 但该温度下各处理 对菌落扩展的抑制率均不到 50%。 32 C 下，仅用甘蓝熏蒸的抑制率为 62. 9%，添加麦
28、麸和碳 酸钙后抑菌率均增到 67. 1 %，菌丝干重分别比未施用添加物处理减少 5 和 6mg。 表 1 不同温度条件下在甘蓝叶组织中添加不同物质后对番茄立枯病菌的熏蒸抑制作用 处理 施用量 菌落扩展抑制率 （ ) 菌丝干重 (mg) (g/m2) 25 C 32 C 25 C 32 C 空白对照 220 a 87 a 甘蓝 3500 20. 2 ab 62. 9 be 43 c 11 be 甘蓝 +麦麸 3500+1000 45.2 a 67. 1 b 36 d 6 cd 甘蓝 + CaC03 3500+100 48. 8 a 67. 1 b 34 d 5 d 甘蓝 +K2CO3 3500+
29、100 25.5 b 64. 3 be 44 c 8 c 甘蓝 +Fe2 (S 4)3 3500+100 22. 6 ab 63. 6 be 38 d 10 be 甘蓝 +尿素 3500+100 5. 3 c 6. 8 c 62. 9 be 108 b 10 be 甘蓝 +Ca(CN)2 3500+100 54. 3 c 127 b 16 b 甘蓝 + (NH4 )2HPO3 3500+100 16.7 b 52. 9 c 49 c 12 be 注：同一列数据后不同小写字母表示差异显著 CP 芥菜疙 &甘蓝。防 治效果最好的处理为芥菜 +麦麸，其次为雪里蕻 +麦麸，其在座果期的防效分别为 68
30、. 2%和 63.6%。 添加麦麸和碳酸钙在某些情况下可显著提高防效。芥菜、芥菜疙瘩和雪里蕻中添加 麦麸后，在花期效果分别提高了 18. 2%、 9. 5%和 14. 3%，在座果期分别提高 了 15. 4%、 29. 9% 和 16. 5%。 芥菜疙瘩和雪里蕻中添加碳酸钙后，在座果期的防效分别提高了 20%和 8. 2%。 表 2 田间生物熏蒸处理对番茄枯萎病的防治效果 处理 施用量 开花期 (9 月 5 号） 座果期 （ 10 月 5 号） (g/m2) 病株率 病情指数 防治效果 （ ) 病株率 病情指数 防治效果 （ ) 空白对照 30 25. 0 40 27. 5 大扫灭 30 10
31、 5. 0 80. 0 a 10 5. 0 81. 8 a 石灰氮 +太阳能 1500 25 18. 8 25. 0 f 35 18. 8 31. 8 f 麦麸 +石灰氮 2000 +100 25 16. 3 35. 0 e 35 16. 3 40. 9 e 甘蓝 3500 15 13. 8 45. 0 d 20 12. 5 54. 6 c 甘蓝 +碳酸钙 3500+100 20 13. 1 47.5 d 25 13. 8 50. 0 d 甘蓝 +麦麸 3500+1000 15 11. 9 52. 5 cd 20 11. 3 59. 1 be 芥菜 3500 15 11. 3 55.0 c 2
32、0 11. 3 59. 1 be 芥菜 +碳酸钙 3500+100 15 11. 3 55.0 c 20 11. 3 59. 1 be 芥菜 +麦麸 3500+1000 15 8. 8 65.0 b 20 8. 8 68.2 b 芥菜疙瘩 3500 20 11. 9 52. 5 cd 25 15. 0 45. 5 d 芥菜疙瘩 +碳酸钙 3500+100 15 11. 9 52. 5 cd 20 12. 5 54. 6 c 芥菜疙瘩 +麦麸 3500+1000 15 10. 7 57. 5 be 20 11. 3 59. 1 be 雪里蕻 3500 20 11. 9 52.5 cd 25 12
33、. 5 54. 6 c 雪里蕻 +碳酸钙 3500+100 20 11. 9 52. 5 cd 20 11. 3 59. 1 be 雪里蕻 +麦麸 3500+1000 15 10. 0 60. 0 be 20 10. 0 63. 6 be 3 讨论 本试验所用室内抑菌测试装置能够通过测量倒扣在棉纱缸上培养皿中的菌落直径、菌丝 干重、产孢量及所产孢子的萌发率等指标来反映熏蒸效果。较传统的平板记数法测 CFU 值更 直观和简便，而且可 以得到更多的指标。但是，一些非挥发性抗菌物质也有可能在供试材料的 分解过程中产生 16，对于此类物质的抑菌效果在本试验装置中未能体现出来。 寻找和选育高 GSLs含
34、量的植物材料是提高生物熏蒸效果的一个重要方面 17。国外有报 道指出，芸薹属植物组织中 GSLs含量除因种而异外，也与该种植物的生育期和部位有关。有 报道表明选择开花时的植株做熏蒸材料效果更显著 181。本研究也证明不同的植物材料抑菌 效果不同。因此，有必要进一步因地因时制宜筛选和选育能够水解得到较高 rrcs 量且价格便 宜的熏蒸材料。生物熏蒸效果 以新鲜材料为好，因此其实际应用受季节和区域的限制。但 Lazzeri 等 19发现使用快速高温风干新鲜的熏蒸材料，同样可以保持较多的 GSLs成分，加上体 内足量的黑芥子酶，施用风干的植物材料同样可以取得较好的熏蒸效果。因此，研宄植物熏蒸 材料适
35、宜保存的方法对生物熏蒸今后的推广和应用亦十分重要。如何最大限度地使植物材料 中的 GSLs 快速水解成 iTCs 是提高生物熏蒸效果的另一重要方面 17。为促进植物材料的快速 腐解，本试验测试了多种添加物的增效作用，结果表明在生物熏蒸材料中添加麦麸后熏蒸效果 进一步提高。这 可能与地温进一步上升、土壤微生物生长繁殖更加活跃，从而加速了熏蒸材料 的腐烂过程和导致杀生气体快速释放有关。但麦麸的成本较高，今后需进一步寻找廉价的有 机质作辅料。本试验证明各类添加物的增效程度不同，其原因除与微生物的活动有关外，也可 能与其对植物组织水解过程中自身产生黑芥子酶活性的影响程度有关，对于这方面的机理有 301
36、 中 国 生 物 防 治 第 22 卷 待进一步研究。此外，本研究也发现生物熏蒸效果与土壤温度直接相关，实地监测结果证实在 7 8月份蔬菜大棚歇巷期，地膜覆 盖和闷棚后土壤温度基本在 32 c 左右，十分有利于生物熏 蒸。因此，建议在进行土壤生物熏蒸时应选择地温较高时期和避开阴雨天。 本研究田间试验结果表明，生物熏蒸各处理对番茄枯萎病的防治效果均优于太阳能和土 壤还原消毒法。此外，生物熏蒸还可有效改善土壤理化性状，如提高持水性、肥力、有机质含 量、通透性，使作物的成熟期提前 2()。作者认为进一步寻找高 GSLs 含量的植物种类，筛选能 够促进 GSLs快速水解成异硫氰酸脂类物质的添加物，优化
37、熏蒸处理的方法，可望形成一种环 保型的土壤消毒方法，有效替代 MBr在土传病害 防治上的使用。 参 考 文 献 1 UNEP. Scientific Assessment of Ozone Depletion： World Metrological Organisation, Global Ozone Research and Monitoring Project R . Nairobi. 1994. 2 UNEP. Report of the Methyl Branide Technical Options Committee M| . 1998. 3 Angus J F, Gardner
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