只佳增，杜 浩，岳建偉，周勁松，趙麗娟，張建春

（云南省紅河熱帶農(nóng)業(yè)科學研究所，云南 河口 661300）

香蕉枯萎病是一種毀滅性的土傳性維管束病害，種苗帶病、病株處理不當、土壤酸性、排水不良、多年連作、施用未腐熟的有機肥等都可導致枯萎病的發(fā)生［1］。發(fā)病株的病原菌可以傳給吸芽，還可以通過流水遠距離傳播［2］?？菸〔≡筛壳秩胂憬吨仓旰?，經(jīng)維管束組織向塊莖發(fā)展擴散，感染部位的維管束組織明顯褐化，多伴有假莖基部向內(nèi)縱裂、塊莖腐爛等現(xiàn)象［3］。植物個體的不同生活史性狀之間在一定時間內(nèi)所獲得的能量是有限的，由于可利用資源的有限性，經(jīng)常存在著互相制約的權衡關系。如果分配給繁殖的資源量增加，那么就會導致分配給存活、生長的資源量減少，并進而影響到植物未來的生長與繁殖活動［4］。植物的形態(tài)結構、營養(yǎng)生長、生殖生長等關鍵的生活史特征會因環(huán)境條件的變化也發(fā)生相應的改變，這種變化主要表現(xiàn)在表型可塑性上［5］。在香蕉感病植株與病原微生物之間的相互作用中，病原物侵入寄主后產(chǎn)生激素、酶類和毒素等物質(zhì)，這些物質(zhì)都會給植株造成一定的傷害［6-7］。毒素在病原菌致病過程中起重要作用，尤其在病菌侵入寄主后，毒素即與細胞原生質(zhì)膜的某些蛋白質(zhì)結合，使膜構造發(fā)生變化，膜結構和功能都受到損傷，導致膜透性改變，電解質(zhì)外漏，電導值增加以至整個植株枯萎，而香蕉植株則以啟動多種抗病機制來抵御病原菌的侵染［8］。感病的香蕉植株為了對抗香蕉枯萎病需要投入更多的能量，勢必就會減少生長、生殖、維持、消耗、存儲等能量的投入，香蕉植株在感染枯萎病病菌后其表型特征往往會發(fā)生相應的變化，為保持能量分配合理，每個物種都有一定的資源分配格局，以便使物種的繁殖和存活效益或適合度達到最大，這個格局由自然選擇決定［9］，在這種長期的自然選擇下形成了以各種生活史特征表現(xiàn)出來的適應性對策，即生活史對策［10］。在植物與環(huán)境的長期相互作用中，生活史一般存在以下兩類選擇：在穩(wěn)定的環(huán)境中進行k-選擇，在不穩(wěn)定的環(huán)境中進行r-選擇，這兩類選擇分別導致所謂k-對策者和r-對策者的演進［10］。枯萎病的感染對香蕉的生活史對策有著重要的影響，國內(nèi)外對香蕉枯萎病的研究較多，但對香蕉植株在不同環(huán)境下的生活史對策研究的報道較少，本研究擬通過對枯萎病感病后香蕉植株的營養(yǎng)生長、生殖生長過程中的資源分配、表型特征的分析，揭示香蕉在感病后對環(huán)境的適應性，明確枯萎病感染下的香蕉植株的生活史性狀及對策，以期為香蕉抗枯萎病的栽培研究提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本研究于2019年4月~2021年4月在云南省紅河熱帶農(nóng)業(yè)科學研究所香蕉試驗基地進行，該地海拔98 m，地質(zhì)上處于青藏“反S”形構造和紅河—金沙江大斷裂帶上，地貌上屬于滇東南巖溶山原亞區(qū)，低山河谷丘陵地貌，為熱帶季風雨林溫熱型氣候，具有明顯的旱季（11月~翌年4月）、雨季（5~10月）之分［11］。年平均氣溫22.6 ℃，極端最高氣溫達40.9 ℃，極端最低氣溫l.9 ℃；最熱月（7月）平均氣溫27.6 ℃，最冷月（1月）平均氣溫16.4 ℃。年平均降雨量1587.3 mm，降雨長達163 d，為高溫高濕氣候，土壤為紅河流域沖積的酸性黃色沙壤土，0~20 cm 土層的土壤pH值在4.5~7.5范圍、有機質(zhì)含量為20 g/kg、全氮含量1.3 g/kg、全磷含量0.48 g/kg、全鉀含量14.7 g/kg，土壤肥力中等［12］，該試驗基地為香蕉枯萎病多發(fā)地。

1.2 試驗設計

本研究試驗地內(nèi)種植的香蕉品種主要有巴西蕉、威廉斯。定植株行距為200 cm×250 cm，共6000株，種植面積為4.0 hm2，定植底肥為5.0 kg/株的有機肥，第1年施用有機肥6.0 kg/株，硫酸鉀復合肥（N∶P∶K=15∶15∶15） 2 kg/株，每年分3次平均施用；第2年肥料用量和施用方法同第1年。其他管理同蕉農(nóng)常規(guī)田間管理。

1.3 采樣及測定方法

香蕉幼苗期（SP）（定植成活至抽出大葉之前）、營養(yǎng)生長期（GP）（從抽出大葉至花芽分化前）、花果期（FP）（花芽分化開始至果實成熟），開展3次重復試驗，每次重復在香蕉園內(nèi)以隨機抽樣方法分別抽樣15株感病株，5株健康株作對照，參照覃柳燕等［13-14］枯萎病葉片癥狀分級方法（表1）對感病植株進行病害分級。同時測量植株的假莖高、假莖基部粗（離地30 cm）、吸芽數(shù)量、生物量、葉面積指數(shù)、葉片葉綠素相對含量（SPAD值）、植株的N、P、K含量，物候期等主要的農(nóng)藝性狀指標。葉綠素含量（SPAD值）的測定采用柯尼卡美能達SPPAD-502 plus葉綠素測定儀，葉片營養(yǎng)元素的測定采用FKZY10植物營養(yǎng)測定儀，其中葉面積的測定參考作者前期研究的香蕉葉面積模型A=0.805P-171.33［12］；葉面積指數(shù)（LAI）由下式中求得：

表1 香蕉枯萎病葉片癥狀的分級標準

式中，A為第i株單片葉面積（cm2），n為第i株的總?cè)~片數(shù)；S0為植株葉片所占地面面積（cm2）；LAI為葉面積指數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

所有數(shù)據(jù)的統(tǒng)計在Excel 2007下進行，用SPSS 19.0對相關數(shù)據(jù)進行單因素方差分析（ANOVA），LSD法配合Duncan法進行顯著性檢驗，用Pearson分析方法進行相關性檢驗，開展病級與農(nóng)藝性狀主成分分析，分析統(tǒng)計結果用Origin Pro 2018作圖。

2 結果與分析

2.1 枯萎病感病植株幼苗期的性狀差異

在調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)香蕉枯萎病發(fā)展到4級以后的感病植株面臨死亡，無實際統(tǒng)計意義，因此只統(tǒng)計到3級病株的農(nóng)藝性狀。由圖1可知，香蕉幼苗期（SP）健康株的農(nóng)藝性狀與枯萎病感病株有顯著差異，其中健康株保留的綠葉數(shù)為6～7片，2級感病株保留的綠葉數(shù)變化不大，差異不顯著，3級病株的綠葉數(shù)為4片，與健康株差異顯著；健康株、2級病株、3級病株的葉面積指數(shù)（LAI）、假莖高、假莖粗的差異均不顯著；其SPAD值分別為62.75、51.43、27.53，葉綠素的含量在感病以后會顯著下降；植株含水量會因病情加重而顯著下降；葉片硝態(tài)氮（NO3-）的含量與2級病株的差異不顯著，與3級病株的差異顯著，NO3-含量在3級感病后極速減??；葉片的P、K含量也因植株感病而減小，其中K含量極顯著減小。

2.2 枯萎病感病植株營養(yǎng)生長期性狀差異

由圖1可知，香蕉營養(yǎng)生長期（GP）2級病株與健康株的吸芽數(shù)量、保留的綠葉數(shù)量分別為2～4個、9～10片，它們之間差異不顯著，3級病株吸芽顯著增多（8.75個），綠葉數(shù)顯著減少（7.50片）；植株的假莖高、假莖基部粗之間無顯著性差異；健康株、2級病株、3級病株的葉面積指數(shù)分別為1.82、1.40、1.18，葉綠素的SPAD值分別為64.33、55.23、37.03，葉的含水率分別為0.85、0.83、0.73，葉面積指數(shù)、SPAD值、含水率均隨病級的增加而顯著減?。蝗~片的NO3-、P、K含量也因植株感病程度加大而顯著減小。

2.3 枯萎病感病植株花果期性狀差異

由圖1可知，香蕉花果期（GP）健康株、2級病株、3級病株的吸芽數(shù)分別為8.33、11.6、14.57個，感病植株的吸芽會顯著增多；保留的綠葉數(shù)分別為9.5、7.8、6.29片，綠葉數(shù)顯著減少；葉面積指數(shù)分別為2.64、1.87、1.72，感病株的與健康株的差異顯著；葉綠素的SPAD值分別為61.42、50.70、34.53，SPAD值差異顯著；葉片含水率分別為0.86、0.83、0.74，3級感病株與2級病株、健康株差異顯著；葉片的NO3-、P、K的含量也因植株感病而顯著減小。

圖1 香蕉不同生長期健康株與感病株的性狀比較

由圖2可知，花果期健康株的開花率為100%、2級病株為84.9%、3級病株的為42.8%，感病株的開花率顯著降低。果實期健康株的果指粗為12.2 cm、2級病株的為9.30 cm、3級病株的為7.83 cm，感病株與健康株的果指粗差異顯著。

圖2 香蕉花果期開花率、果實性狀差異

2.4 不同生長期香蕉病級與農(nóng)藝性狀的相關性分析

對不同生長期香蕉枯萎病的感病程度與農(nóng)藝性狀進行相關性檢驗分析（表2）可知，香蕉幼苗期（SP）病級與葉的SPAD值、葉含水率、NO3-含量、P含量、K含量呈顯著或極顯著負相關，與其余農(nóng)藝性狀的相關性不顯著，可見在幼苗期感染香蕉枯萎病植株葉的水分、礦質(zhì)營養(yǎng)元素含量等均會顯著減小，內(nèi)部結構發(fā)生變化，但在表型上體現(xiàn)不明顯，一般病級達到3級以后就很難維持生長而死去。營養(yǎng)期（GP）病級與吸芽數(shù)量顯著正相關，與綠葉數(shù)、假莖高無顯著相關性，與LAI、SPAD值、葉含水率、NO3-含量、P含量、K含量呈顯著負相關，營養(yǎng)生長期感染香蕉枯萎病的植株吸芽顯著增多，植株的葉綠素含量、水分、有效N、有效P、有效K含量等均會顯著減少，植株的表型有明顯的感病特征，植株本身葉片發(fā)黃，營養(yǎng)生長緩慢甚至死亡?；ü冢‵P）病級與吸芽數(shù)量呈顯著正相關，與其他性狀呈顯著負相關，可見在花果期枯萎病植株的綠葉數(shù)、LAI、葉綠素含量、葉含水率、NO3-含量、P含量、K含量等均會顯著減少，吸芽數(shù)顯著增多，花芽分化減少或延后，大部分植株停留在營養(yǎng)生長階段，開花后結出的果實較小，有些畸形，很難成熟?？梢姡腥究菸『笾仓陜A向于分化更多的無性繁殖體（吸芽）的生殖生長策略來對抗枯萎病等不利環(huán)境。

表2 不同生長期香蕉病級與農(nóng)藝性狀的相關性檢驗

2.5 香蕉病級對農(nóng)藝性狀影響的主成分分析

由相關性分析可知，不同性狀之間存在信息重疊，通過對這些性狀變量進行降維處理，用主成分分析法來綜合評價病級與農(nóng)藝性狀的相互關系。由表3可知，特征值大于1、特征值統(tǒng)計檢驗顯著水平（P＜0.05）的主成分有2個，分別命名為PC1、PC2。其中PC1的特征值為8.79，貢獻率為67.61%；PC2的特征值為2.06，貢獻率為15.85%，方差的累積貢獻率已達83.45%。旋轉(zhuǎn)后因子載荷矩陣表明，在PC1中，載荷較高的性狀為SPAD值、NO3-含量、K含量、假莖高、病級、葉的含水率、P含量、吸芽數(shù)，載荷值分別為0.97、0.96、0.95、0.95、-0.93、0.90、0.86、-0.84，其中病級與香蕉吸芽數(shù)量的載荷貢獻為負值，說明病級與吸芽數(shù)量的變化與其他農(nóng)藝性狀呈負相關，這和病級與農(nóng)藝性狀的相關性分析結果一致。在PC2中，載荷較高的為開花率、果指粗，載荷值分別為-0.96、-0.94，因此可以將PC2稱為生殖生長因子，結果說明病級與開花率、果指粗呈負相關。根據(jù)不同生長期的病級與農(nóng)藝性狀的相關性進行主成分分析作圖（圖3）可知，各性狀之間，SP與GP、FP的分組較遠，SP各農(nóng)藝性狀指標聚集較高，可見病級對幼苗期的SPAD值、葉含水率、NO3-含量、P含量、K含量等一些農(nóng)藝性狀的影響更大，也進一步說明香蕉幼苗對枯萎病的抵抗能力較差。

圖3 香蕉不同生長期與各農(nóng)藝性狀的主成分分析

表3 香蕉病級與各農(nóng)藝性狀的主成分載荷和貢獻率

3 討論

當香蕉被枯萎病菌侵染之后，其生理生化過程會被破壞，尤其是對養(yǎng)分的吸收、同化以及從地下部向地上部的轉(zhuǎn)運會受到嚴重影響，植物生長所必需的大量元素氮（N）、有效磷（P）、有效鉀（K）等礦質(zhì)養(yǎng)分含量均會顯著減小，礦質(zhì)營養(yǎng)不僅影響植物的正常生長發(fā)育，而且還能以多種形式直接或間接地影響植物的感病或者抗病性［3］，礦質(zhì)營養(yǎng)元素不僅可以植物組織的組分直接參與新陳代謝，還可改變植物的生長方式、表型特性等，増強或減弱植物的病蟲害抵抗能力，從而影響植物的生長和產(chǎn)量［15］。營養(yǎng)元素尤其是氮的減少導致葉綠素細胞形成減少，葉綠素含量減少和綠葉面積指數(shù)減小，其光合作用能力會減弱［16］。鉀能促進蛋白質(zhì)、糖類的合成及運輸，能夠降低寄主植物對病害的敏感性，增強表皮細胞的細胞壁厚度，因而鉀有利于抵御病原菌的侵染［17］，當香蕉缺鉀時，代謝功能發(fā)生改變，對寄生型的枯萎病特別敏感。磷參與組成的ATP、FMN、NAD＋、NADP＋等均參與植物的光合作用、呼吸作用等過程，是植物代謝過程中不可缺少的，磷在植物抗病中起到重要作用［18-19］。當香蕉植株的氮、磷、鉀含量缺乏時，植株生長緩慢甚至停止，尤其幼苗本身的光合能力較弱，感病后因光合作用能力下降，植株難以保證正常生長所需的能量，加上抗病性的下降，幼苗病情發(fā)展迅速，病級達到3級以后就很難維持生長而死去，主成分分析結果表明感病程度對幼苗期的SPAD值、葉含水率NO3

-含量、P含量、K含量等一些農(nóng)藝性狀的影響更大，也進一步說明香蕉幼苗期對枯萎病的抵抗能力較差。營養(yǎng)期和花果期的植株抵御病害的能力較強，枯萎病的病情發(fā)展往往較幼苗期的慢，植株的病死率也較低。

植物的形態(tài)可塑性變化是植物應對環(huán)境變化所表現(xiàn)出的一種形態(tài)可塑性的能力［20］，涉及功能可塑性、形態(tài)結構可塑性、生理生化可塑性、生長發(fā)育可塑性、生殖可塑性、生活史可塑性等除基因自身之外的所有性狀［20］，相關性和主成分分析表明香蕉感病程度與其農(nóng)藝性狀指標呈負相關，與吸芽數(shù)量呈正相關，說明香蕉感染枯萎病以后，為應對微生境的變化，會投資更多的能量來對抗枯萎病菌，減少營養(yǎng)生長的能量投入，這樣會進一步加快植株的衰老速度，使得保留的綠葉數(shù)量相應地減少，植株假莖的生長速度就會減弱甚至停止。研究結果顯示香蕉花果期病級與開花率、果指粗呈負相關，說明在自然的選擇壓力下，感染枯萎病的植株在繁殖策略上會有較大的調(diào)整，感病植株吸芽數(shù)顯著多于健康植株，營養(yǎng)期及以后感病株在生長過程中會形成更多的無性繁殖體——吸芽，即以增加更多無性繁殖體的方式（r-對策）來適應環(huán)境。根據(jù)物質(zhì)分配原則，生物量大量投資到無性繁殖體必然減少對有性繁殖的投資［21-25］，這樣勢必從地上部分轉(zhuǎn)移一部分同化物質(zhì)用于吸芽的分化，從而出現(xiàn)了香蕉能量物質(zhì)的分配由平衡向地下部分側(cè)重的局面［21-22］，導致感病株的花芽分化期延遲，部分的植株不進行花芽分化，長期停留在營養(yǎng)生長期，花芽分化后的感病植株在果實生長期的能量投入比例也顯著少于健康株的，導致果指較小、畸形果或發(fā)育不成熟，這是香蕉為適應枯萎病菌易感生境，防止滅絕的生活史策略。香蕉植株會根據(jù)不同的生存環(huán)境形成不同的適應性對策［25］。感病植株為保障種群的存活效益達到最大，會適當增強分生無性繁殖體的能力，生活史對策上感病植株更趨向于r-對策者的演進，健康植株則趨向于穩(wěn)健生長的k-對策者。