韓 哲，潘 凱，畢洪文，鄭妍妍，吳國瑞

（1.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院博士后工作站，黑龍江哈爾濱 150086；2.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)遙感與信息研究所，黑龍江哈爾濱 150086；3.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝園林學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150030）

蔬菜是人們?nèi)粘ｏ嬍持胁豢苫蛉钡氖澄?，為人體生命活動(dòng)提供礦物質(zhì)和維生素等多種營養(yǎng)物質(zhì)。隨著社會(huì)進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國蔬菜產(chǎn)業(yè)已成為大多數(shù)地區(qū)的支柱產(chǎn)業(yè)，更是農(nóng)民收入的重要來源。2022 年中央一號文件明確指出，要保障“菜籃子”產(chǎn)品供給，大力推進(jìn)北方設(shè)施蔬菜、南菜北運(yùn)基地建設(shè)，提高蔬菜應(yīng)急保供能力。產(chǎn)業(yè)發(fā)展的同時(shí)，全球氣候變暖、土壤酸化以及糧菜爭地現(xiàn)象日益嚴(yán)重，十字花科作物的生產(chǎn)面積逐年增大，且連作現(xiàn)象增多。單一的作物種類和固定的耕作模式是現(xiàn)代集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要特點(diǎn)，更有利于土傳病原菌的積累和傳播，蔬菜生產(chǎn)中出現(xiàn)病害嚴(yán)重發(fā)生和產(chǎn)量降低現(xiàn)象。土地高強(qiáng)度利用以及盲目過度施肥使土壤環(huán)境日益惡化，直接表現(xiàn)為十字花科作物根腫病的嚴(yán)重發(fā)生，已成為世界范圍內(nèi)毀滅性土傳病害。以農(nóng)業(yè)可持續(xù)為前提有效控制根腫病的發(fā)生，兼顧改良土壤環(huán)境進(jìn)而保持農(nóng)業(yè)可持續(xù)成為十字花科作物產(chǎn)地急需解決的問題。

1 根腫病的發(fā)生及危害

1.1 根腫病發(fā)生的影響及癥狀

十字花科作物在蔬菜生產(chǎn)中占有重要地位，隨著種植面積增大和種植年限延長，根腫病嚴(yán)重發(fā)生。作為十字花科作物的主要生產(chǎn)國，我國每年有3.2 萬～4.0 萬hm2的十字花科作物受到根腫病危害，產(chǎn)量損失高達(dá)20%～30%，甚至60%以上。不僅如此，由于病菌寄主范圍包括十字花科中的330 個(gè)屬和3 700 個(gè)種，致使根腫病的發(fā)生幾乎覆蓋了所有十字花科作物產(chǎn)區(qū)。常見作物大白菜、甘藍(lán)、油菜、蘿卜、花椰菜、小白菜、菜薹、榨菜、板藍(lán)根等均受其影響?？梢姡只聘[病造成的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重影響了十字花科作物生產(chǎn)，制約了蔬菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

根腫病發(fā)生以病原菌侵染植株為前提，在病原菌侵染初期的根毛侵染階段，植株一般不會(huì)表現(xiàn)明顯發(fā)病癥狀，對產(chǎn)量和品質(zhì)的影響相對較小。但根部受侵害后會(huì)產(chǎn)生吲哚乙酸和細(xì)胞分裂素等激素類物質(zhì)，造成薄壁細(xì)胞增生而阻礙根部生理機(jī)能，進(jìn)而影響地上部正常新陳代謝，表現(xiàn)出葉片淡綠無光澤、邊緣黃色，植株矮小、生長緩慢、萎蔫，以及其他癥狀。隨著侵染程度的加深以及侵染范圍的增大，植株生長受到抑制的同時(shí)并對品質(zhì)和產(chǎn)量造成影響。病原菌多少和活性、植株生長狀況和抗病性、土壤和氣候等環(huán)境因素均影響病原菌危害植株的速度，在適宜條件下病原菌侵染后8～10 d 植株即可觀察到根腫癥狀。同時(shí)，根部受到傷害后產(chǎn)生瘤狀物及粗糙龜裂現(xiàn)象，為其他病原菌的侵入提供了條件。

1.2 病原菌的分類地位及生活史

十字花科根腫病是由蕓薹根腫菌（Plasmodiophora brassicaoWoron）侵染導(dǎo)致的世界性土傳病害。該病菌被劃分在真菌界中，但目前學(xué)術(shù)界對于根腫菌目的分類地位尚有爭議。除了將其劃分為鞭毛菌亞門根腫菌綱外，也有研究將其歸為真菌界粘菌門、根腫菌綱；目前研究中根據(jù)其生活史中包含了原生質(zhì)團(tuán)階段（變形蟲體），結(jié)合形態(tài)學(xué)和分子生物學(xué)研究，將其劃分到原生界、根腫菌門、根腫菌綱、根腫菌屬。同時(shí)，根腫病菌存在生理小種分化，我國大白菜根腫病菌主要為4 號生理小種，并且大多分布在平原大白菜主產(chǎn)區(qū)[1]。

蕓薹根腫菌是生理?；纳?，其生活史包括土壤中的休眠孢子階段、根毛中的初級侵染階段以及皮層中的次級侵染階段。休眠孢子是根腫病發(fā)生的最初侵染源，適宜條件下可存活20 年之久[2]。適宜條件下，休眠孢子受到外界環(huán)境刺激后萌發(fā)并釋放雙鞭毛游動(dòng)孢子（初生游動(dòng)孢子），在水膜作用下侵染根毛細(xì)胞壁（根毛侵染），形成4～16 個(gè)次級游動(dòng)孢子，侵入根系皮層（皮層侵染）。同時(shí)也有研究發(fā)現(xiàn)，初級游動(dòng)孢子可以不經(jīng)過根毛侵染過程，而直接侵染皮層組織。休眠孢子萌發(fā)產(chǎn)生的初級游動(dòng)孢子壽命較短，如果不能感染根毛組織會(huì)很快喪失活性。休眠孢子的最終形成來源于次級游動(dòng)孢子分裂產(chǎn)生次級原生質(zhì)團(tuán)，直接釋放或隨植物殘?bào)w進(jìn)入土壤成為新侵染源。

1.3 根腫病發(fā)生的環(huán)境因素影響

根腫病的發(fā)生受環(huán)境因素的影響，其休眠孢子在4.0℃～40.0℃條件下均可萌發(fā)，適宜萌發(fā)溫度為24℃，致死溫度為48℃[3]，當(dāng)溫度低于17℃時(shí)，根毛侵染率很低而且限制了病害在植株中的發(fā)生[4]。土壤含水量在45%～90%都可發(fā)病，70%～90%條件時(shí)發(fā)病較重；最適pH 范圍為5.4～6.7。土壤酸堿度和溫濕度被認(rèn)為是誘發(fā)根腫病重要的因素，當(dāng)土壤pH 為5.4～6.5，溫度為18℃～25℃，濕度為60%左右時(shí)，孢子囊不休眠或稍經(jīng)休眠便萌發(fā)成游動(dòng)孢子侵入寄主，此時(shí)寄主發(fā)病和受害最嚴(yán)重。溫度為25℃時(shí)最利于根腫菌的初侵染，10 d 就可以觀察到發(fā)病癥狀，低溫不利于根腫病的發(fā)生。同時(shí)有研究發(fā)現(xiàn)，溫度高于26℃時(shí)，同樣不利于病原菌的侵染并完成生活史及快速繁殖，阻礙病害的發(fā)展[4]。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)甘藍(lán)和油菜的根腫病菌休眠孢子萌發(fā)的最適溫度為24℃，適宜pH 為6.0～6.7，且腫根腐爛后休眠孢子的萌發(fā)率提高，光不利于休眠孢子萌發(fā)[3]。不僅如此，病原菌的萌發(fā)和侵染受土壤環(huán)境的復(fù)雜性影響，需要綜合分析。

2 十字花科根腫病的防治

病害發(fā)生是導(dǎo)致作物減產(chǎn)降質(zhì)的重要原因之一，因此病害防治是農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的重要課題。常見防治方法主要為農(nóng)業(yè)防治和化學(xué)藥劑防治。化學(xué)藥劑防治是病害防治中的常用方法，根腫病防治中可應(yīng)用喹啉銅（Oxine-copper）、五氯硝基苯（Quintozene）、多菌靈（Carbendazim）、氟啶胺（Fluazinam）和氰唑酰胺（Cyazofamid）等，應(yīng)用中容易造成環(huán)境污染問題[5]。不同蔬菜不同病害種類防治的策略不同，采用適當(dāng)有效的防治措施才能更好地為生產(chǎn)服務(wù)。十字花科根腫病的研究中，急需生態(tài)有效的防治方法及策略。

農(nóng)業(yè)防治中，培育及應(yīng)用抗病品種是根腫病防治的方法之一，相關(guān)研究包括抗病品種的選育、品種抗性的鑒定、病原菌生理小種的鑒定和相關(guān)基因位點(diǎn)研究等。已經(jīng)鑒定出一些相關(guān)的基因和位點(diǎn)，但由于根腫病菌屬于專性寄生菌并存在生理小種變異，使抗病品種的選育與應(yīng)用受到限制，應(yīng)通過輪作等管理措施減小致病型的組合影響。相關(guān)研究中，田間及人工環(huán)境試驗(yàn)均表明苦蕎和花蕎輪間作均對甘藍(lán)苗期根腫病具有較好的防治效果，且輪作效果好于間作[6]。通過間混套作方式改變種植種類是土壤改良的重要手段，在根腫病的防治中也有應(yīng)用，但受農(nóng)民技術(shù)水平、思想觀念和經(jīng)濟(jì)利益的影響，在生產(chǎn)中很難推廣應(yīng)用。

為減少化學(xué)藥劑對土壤環(huán)境的不利影響，又出現(xiàn)了太陽熱處理和陷阱植物等防治方法，但其應(yīng)用效果和實(shí)用性欠佳。土壤中休眠孢子的萌發(fā)和侵染是病害發(fā)生的重要組成部分，根腫病菌休眠孢子在土壤中可存活幾年甚至十幾年。根腫病的發(fā)生以萌發(fā)的休眠孢子侵染寄主根系為病害循環(huán)的開始，因此可通過抑制休眠孢子的萌發(fā)控制病害發(fā)生。通過孢子萌發(fā)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，寄主植物與非寄主植物根系分泌物均能促進(jìn)其萌發(fā)[7]。已有研究表明，種植非寄主植物刺激根腫病休眠孢子萌發(fā)，并由于缺少侵染宿主而無法繁殖，從而降低土壤中休眠孢子濃度控制根腫病發(fā)生[8]。但其應(yīng)用效果并不穩(wěn)定，仍有待于進(jìn)一步研究。

隨著生物技術(shù)的迅速發(fā)展，生物防治在植物病害防治中越來越受到重視。根腫病休眠孢子具有很強(qiáng)的抗逆性并可以在土壤中長時(shí)間存活，通過生防菌調(diào)控土壤微生物環(huán)境抑制土傳病害成為研究熱點(diǎn)，已有包括芽孢桿菌（Bacillus）、木霉菌（Trichoderma）、粘帚霉（Gliocladium）和其他生防菌的相關(guān)研究。國內(nèi)外對真菌、放線菌和芽孢桿菌在根腫病防治中的效果進(jìn)行了研究，其中鏈霉菌對根腫病防治效果較好[9]。生防菌劑的研究和應(yīng)用受到重視的同時(shí)，其持續(xù)時(shí)間較短且效果的不確定性也受到關(guān)注，其中土壤微生物環(huán)境的重要作用不容忽視。

生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，長期石灰或含鈣有機(jī)物的施入形成的“抑菌土壤”可以有效控制根腫病發(fā)生，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)土壤pH 和鈣含量變化與根腫病發(fā)生關(guān)系密切[10]。這種控制病害發(fā)生的作用機(jī)理不是消滅土壤中的病原菌，而是通過調(diào)節(jié)土壤環(huán)境影響病原菌的侵染能力和致病活性[11]。土壤改良可以創(chuàng)造不利于病原菌侵染或繁殖的環(huán)境條件達(dá)到防治病害的效果，但也要考慮溫度、濕度、pH 和光照等環(huán)境因素的共同作用。已有研究發(fā)現(xiàn)，通過有機(jī)改良手段引導(dǎo)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)變化，可以有效控制土傳病害發(fā)生，其影響效果也同時(shí)受到有機(jī)物類型、作物種類和病原菌特點(diǎn)的影響，有待于進(jìn)一步研究[12]。

3 土傳病害發(fā)生與土壤微生物的關(guān)系

同一塊土地長期連續(xù)種植同種或親緣作物時(shí)，出現(xiàn)作物生長受到抑制、產(chǎn)量下降和病害嚴(yán)重發(fā)生等現(xiàn)象，將這種現(xiàn)象稱之為連作障礙（Continuous cropping obstacle）[13]。蔬菜生產(chǎn)中，連作同樣會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)量降低和質(zhì)量變劣，嚴(yán)重時(shí)植株死亡，降低產(chǎn)量甚至導(dǎo)致絕產(chǎn)。其防治措施主要包括土壤消毒、輪作、嫁接等，應(yīng)用中存在許多問題，例如化學(xué)藥劑熏蒸對環(huán)境的破壞，輪作效果需要較長時(shí)間，嫁接提高成本的同時(shí)對技術(shù)要求較高，且容易改變作物特有的品種風(fēng)味等。隨著可持續(xù)發(fā)展和循環(huán)經(jīng)濟(jì)越來越受到重視，安全有效的防治手段已成為研究重點(diǎn)。

長期單一栽培導(dǎo)致的土壤化學(xué)性質(zhì)、土壤酶活性、根系分泌物、細(xì)菌和真菌群落結(jié)構(gòu)改變是連作障礙現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因，通過增加土壤中自毒物質(zhì)和有害微生物抑制植株生長并加重土傳病害發(fā)生。與間作相比，連作對土壤有機(jī)質(zhì)、酶活性、微生物群落和作物生產(chǎn)力的影響更加明顯。有研究發(fā)現(xiàn)，連作改變了土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致有益微生物減少，而增加了有害微生物數(shù)量，同時(shí)土壤磷水平、pH 和土壤有機(jī)質(zhì)等化學(xué)指標(biāo)對細(xì)菌群落影響較大。近年來已經(jīng)有許多關(guān)于蔬菜作物連作障礙的相關(guān)研究，包括黃瓜、番茄、西瓜、馬鈴薯、花生和草莓等。

病害嚴(yán)重發(fā)生和產(chǎn)量降低是連作障礙的直接表現(xiàn)，而土壤退化是這些現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因，蔬菜生產(chǎn)中的土壤退化越來越嚴(yán)重，已成為限制產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要因素之一。化感作用和微生物群落退化是連作障礙發(fā)生的主要原因，特別是微生物對土壤質(zhì)量、肥力和生產(chǎn)力的影響。土壤微生物群落結(jié)構(gòu)變化一定程度上反映了土壤的生產(chǎn)力和穩(wěn)定性，與土壤理化狀況、農(nóng)業(yè)管理措施和植物生長發(fā)育等密切相關(guān)。連作種植模式下土傳病害嚴(yán)重發(fā)生，與長期大量施用化肥弱化根際細(xì)菌聚集有關(guān)，土壤病原菌的繁殖與致病能力受微生物群落復(fù)雜相互作用的影響。

土壤微生物菌群及其重要的生理功能相關(guān)研究已成為新的研究熱點(diǎn)，特別是有益微生物在促進(jìn)植物生長、提高植物抗病性等方面的重要作用。正常情況下，土壤中有益微生物（如拮抗菌、固氮菌、氨氧化細(xì)菌等）與有害微生物（土傳病原菌等）保持動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系。因此，土壤微生物研究是植物病害研究中的一部分，特別是土傳病原菌導(dǎo)致的土傳病害。但病原菌數(shù)量并不是病害發(fā)生的唯一決定因素，其對根系的侵染與土壤中微生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性密切相關(guān)。合理的間、輪、套作有利于維持土壤微生物的多樣性及活性，并通過抑制有害微生物影響病害發(fā)生，提高農(nóng)作物產(chǎn)量。

根際穩(wěn)定的細(xì)菌群落組成和多樣性，以及某些關(guān)鍵功能細(xì)菌在根際有效定殖，在控制致病微生物入侵根系中起到關(guān)鍵作用。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，土壤抑病現(xiàn)象的發(fā)生與微生物調(diào)控關(guān)系密切，包括整體微生物對病原菌的競爭作用，以及特定微生物對病原菌的拮抗作用[14]。部分細(xì)菌可以通過產(chǎn)生特殊物質(zhì)抑制真菌群落，特別是放線菌（Actinobacteria）對土壤病原真菌的拮抗作用。芽孢桿菌、假單胞菌（Pseudomonas）、木霉菌等拮抗微生物，可以通過分泌抗生素、毒素、生物表面活性劑、胞外細(xì)胞壁分解酶等物質(zhì)抑制病原菌的生長和侵染[15]。根據(jù)生態(tài)位競爭理論，微生物多樣性的增加可以提高根際對土傳病原菌的抵抗能力，將具有特殊拮抗作用的微生物添加到土壤中，可以控制土傳病害發(fā)生并促進(jìn)植物生長。

數(shù)千年來，為維持土壤生產(chǎn)力和作物產(chǎn)量，腐熟農(nóng)家肥被普遍使用，同時(shí)還包括了豆科輪作、綠肥種植和休耕等栽培模式和管理制度。隨著人口壓力的增加和化學(xué)工業(yè)進(jìn)步，集約化耕作制度摒棄了傳統(tǒng)培肥方式而采用化學(xué)合成肥料，并大量使用殺蟲殺菌劑。現(xiàn)有連作栽培模式和持續(xù)施用化肥導(dǎo)致土傳病害嚴(yán)重發(fā)生，隨著微生物技術(shù)手段的進(jìn)步，土壤微生物多樣性在保持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性方面的重要作用越來越受到重視，植物與微生物間的有益互作有利于植物生長、養(yǎng)分供應(yīng)和疾病抑制。可持續(xù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中通過改進(jìn)耕作制度和管理模式等生態(tài)手段達(dá)到土壤環(huán)境改善的目的，也為根腫病的防治提供了新思路。