大蒜对福寿螺的控制效果及其对水稻苗的影响

姬静华,　马　伟,　钟　裕,　胡　飞

(华南农业大学农学院, 广州　510642)



大蒜对福寿螺的控制效果及其对水稻苗的影响

姬静华,马伟,钟裕,胡飞*

(华南农业大学农学院, 广州510642)

在实验室和盆栽条件下研究了大蒜植株、蒜瓣(鳞茎)和大蒜素对福寿螺和水稻苗生长的影响。结果表明,大蒜植株、蒜瓣中的大蒜素对福寿螺均具有致死效果,大蒜素只是大蒜植株和蒜瓣中致福寿螺死亡的物质之一。福寿螺在大蒜素溶液中出现逃逸现象,在0.025和0.012 5g/mL浓度下全部逃逸,而在0.05g/mL浓度下逃逸率仅为60%,死亡率达40%。福寿螺在大蒜种植密度为9、14、18 株/盆时,含有大蒜根分泌物的盆中均出现逃逸现象,密度越大逃逸越快,数量越多,而在大蒜植株混入土壤的盆中,密度为9株/盆中的福寿螺全部逃逸,密度为14、18株/盆中则只有部分逃逸,没有逃逸的福寿螺出现死亡或失去取食能力。试验浓度下的大蒜素溶液对水稻生长影响较小,0.012 5g/mL的大蒜素溶液对水稻还有促进作用。在种植不同密度大蒜的盆中,仅混合大蒜植株,密度为18株/盆的处理中水稻的分蘖数有显著的减少(P<0.05),其他无论是含有根分泌物还是混合大蒜植株的盆中,水稻生长均未受到不利的影响。表明大蒜植株和蒜瓣中的大蒜素对福寿螺具有抑制取食为害、甚至毒杀的效果,在对福寿螺有效的浓度下对水稻苗的生长没有不利影响。

大蒜;福寿螺防控;水稻生长

福寿螺[Pomacea canaliculata (Lamarck)]是20世纪80年代作为一种大型淡水食用螺从美洲引入我国广东,由于管理不善,扩散到田间,现在成为我国16种危害最大的外来物种之一,主要嗜食水稻幼苗,给农业生产带来很大损失[12],同时对稻田环境也产生影响[3]。福寿螺对环境具有较强的适应能力,不易控制[45]。目前,福寿螺的防治主要采用化学措施,这不仅危害了稻田生态环境,而且一些地区福寿螺对化学农药产生了抗性,防治难度和成本加大[6]。利用植物资源对福寿螺进行防治,可以减少化学防治对环境产生的不利影响,成为国内外灭螺研究的热点。骆悦等[7]评价了40种植物毒杀福寿螺的效果,得出木荷、黄姜、博落回等3种植物的提取物对福寿螺有毒杀作用。陈晓娟等[8]比较了10种植物提取物对福寿螺的毒杀活性,其中马桑、紫堇、紫茎泽兰和夹竹桃4种植物对福寿螺有较强的毒杀活性,马桑叶最强。此外,夹竹桃、入侵植物五爪金龙提取物对福寿螺也具有较强的毒杀作用[6,911]。

在华南地区晚稻收获后,由于冬暖的气候可以种植多种蔬菜,不仅可以充分利用气候资源,而且可以通过旱作改良土壤,减少下季水稻病虫害的发生。青蒜是华南地区常用的冬种蔬菜,大蒜中丰富的大蒜素具有很多生物活性,受到广泛的关注[1213]。大蒜(Allium sativumL.)不仅可抑制番茄叶霉病菌、稻瘟病菌、油菜菌核病菌等多种病原微生物[1421],还对植物的生长产生影响,例如前茬种植大蒜可促进后茬作物生长、并抑制杂草生长[2227]。研究显示,大蒜提取物对寄生在鱼类皮肤、鳍、鳃、头、口腔及眼等部位的多子小瓜虫(Ichthyophthirius multifilis)具有活性[28],但其对水生动物福寿螺是否具有活性并没有报道。本文研究大蒜植株及其主要活性物质大蒜素对福寿螺和水稻苗生长的影响,以探讨利用大蒜无害化防治稻田福寿螺危害的可能性。

1　材料与方法

1.1试验材料

福寿螺(goldenapplesnail,简称GAS):采集于华南农业大学农场水沟中,用自来水冲净后,放入盛有蒸馏水的容器中,禁食24h后挑选出活动正常、重量在29～35g之间的福寿螺(前期试验表明,这种大小的福寿螺活力强)。

大蒜水提液:在市场购买新鲜大蒜苗和风干的大蒜头,剥去最外层老皮称重,捣碎成浆,每1g鲜重加蒸馏水20mL,充分搅拌后,过滤,配制成0.05g/mL的蒜苗水提液A和蒜瓣水提液B。

大蒜素:2013年6月18日从市场购买含量为25%的饲料用大蒜素粉剂。此粉剂为白色粉末状,纯大蒜油含量≥25%,水分含量≤10%,保质期为12个月,由山东潍坊加易加生物科技公司于2013年2月生产。

水稻种子:常规稻‘桂农占’,由广东省农科院提供。

1.2试验方法

1.2.1大蒜植株和蒜瓣水提液对福寿螺的影响

将蒜苗水提液 (A)和蒜瓣(鳞茎)水提液(B)分别稀释成1.250×10-2、0.625 0×10-2、0.312 5×10-2g/mL的供试溶液,以蒸馏水为对照。室温条件(25～30℃)下,分别将400mL各浓度溶液放入干净的、带通气盖的透明塑料圆柱形杯(高10cm, 直径6cm)中,每杯放大小均匀的禁食24h的福寿螺10头,每隔12h观察福寿螺死亡数。为了防止福寿螺逃逸,加盖,且盖子贴近液面。每处理3个重复。

1.2.2不同浓度的大蒜素溶液对福寿螺的影响

称取定量的大蒜素粉剂,分别配制成0.05、0.025、0.012 5g/mL大蒜素溶液,以蒸馏水为对照。按1.2.1方法处理福寿螺,每隔12h观察福寿螺死亡数,并计算不同时间的LC50。同时,每个浓度设不加盖的处理,每30min观察福寿螺的逃逸数量。每个处理3个重复。

1.2.3不同浓度的大蒜素溶液对水稻幼苗的影响

分别用0.05、0.025、0.012 5g/mL的大蒜素溶液培养水稻幼苗,以蒸馏水为对照。在带通气盖子的透明塑料圆柱形杯底垫两层滤纸,均匀放置已露白的水稻种子15粒。用不同浓度的大蒜素溶液将滤纸充分湿润,3d后补充1次相应浓度的处理液以保持滤纸湿度,在25℃光照培养箱中培养7d后,测量每处理水稻幼苗的鲜重、根长、苗长、叶片数、根数量,倒二展开叶片的SPAD(soilandplantanalyzerdevelopment) 值。

1.2.4种植不同密度的大蒜后土壤对福寿螺和水稻苗的影响

在黑色塑料盆(高30cm, 底部直径15cm, 口径17.5cm)中放入8kg风干的水稻土(取自华南农业大学实验农场,pH5.43,有机质28.72g/kg,碱解N、速效P、速效K分别为95.24mg/kg、77.67mg/kg和115.35mg/kg),湿润土壤,平整土壤表面,土壤表面离盆口8～10cm。于2013年12月5日种植密度为9、14、18株/盆的大蒜,每处理共种6盆,平均分成2组S1和S2。正常田间管理。S1组于2014年3月20日将大蒜以拔起方式采收后,以小铲翻动土壤,灌水至离土壤面3cm深度,7d后,用木棒搅拌土壤,移栽3叶1心的水稻苗5穴,每穴3个基本苗。S2组将大蒜植株地上部切割,碎断为小于4cm的小段后均匀盖在土壤表面,小铲翻动土壤,灌水至离土壤面3cm深度,7d后,按同样的方式移栽水稻。水稻移栽后立即往每盆中投放禁食24h的福寿螺15头。以不种大蒜的土壤为对照,其中3盆不投放福寿螺,记为G1,另外3盆投放福寿螺,记为G2。

投放福寿螺后每隔30min观测经盆壁并翻越出盆外的福寿螺数量,连续观测8h,累计翻越逃逸的数量。移栽15d后,收集每盆的福寿螺,观测其存活状况。

每天下午5:00观测福寿螺的活动和水稻苗被取食的情况。移栽15d后统计留存的水稻穴数,分蘖数,以及倒二展开叶的SPAD值。

1.2.5数据处理

试验数据运用Excel2010和SPSS16.0进行统计分析。

2　结果与分析

2.1新鲜蒜苗和蒜瓣水提液对福寿螺的致死效果

图1显示,大蒜的鲜植株和蒜瓣的水提液均可对福寿螺产生致死作用。浓度越高,致死效果越好;在相同浓度下,蒜瓣溶液致死福寿螺的效果比大蒜植株要好。蒜瓣在B1(1.250×10-2g/mL)浓度时50%致死率的时间在24h,100%致死时间为48h;大蒜鲜植株在A1(1.250×10-2g/mL)浓度时50%致死率的时间在48h,100%致死时间为72h。

图1　蒜苗水提液和蒜瓣水提液对福寿螺的致死效果Fig.1　Mortality of Pomacea canaliculata at different concentrations of garlic fresh plants and water extracts from garlic bulbs

2.2大蒜素溶液对福寿螺的影响

图2显示,大蒜素溶液能使福寿螺死亡。福寿螺在0.05g/mL大蒜素溶液中12h后的死亡率达50%以上,在0.025、0.012 5g/mL浓度下死亡率达50%的时间分别为48h和60h。福寿螺在0.05g/mL浓度下100%死亡的时间仅需36h,而在0.025g/mL和0.012 5g/mL浓度下100%死亡率的时间分别为84h和108h。3个浓度间福寿螺死亡率之间差异显著(P<0.05)。大蒜素溶液LC50随着处理时间的延长而减小,大蒜素溶液致死福寿螺的半致死浓度越来越小(表1)。综合图1、图2结果显示, 0.012 5g/mL大蒜素溶液的效果与0.312 5×10-2g/mL蒜苗水提液的效果相近,而0.025g/mL的大蒜素溶液与0.625 0×10-2g/mL蒜瓣水提液浓度的效果相近。图1、图2显示空白对照(即放入蒸馏水中的处理)中福寿螺84h后没有取食,会有少量因饥饿而死亡。

图3显示,在对照C0中,福寿螺因空间竞争,寻食运动,会逃逸出实验盆外。由于在面积仅为0.113m2的盆中放入了10头福寿螺,其个体间空间竞争强烈。因此,在120min内福寿螺因竞争逃逸了一半,在300min后,又出现一个逃逸高峰,这应与福寿螺寻食、择偶运动有关。

图2　不同浓度大蒜素溶液对福寿螺的致死效果Fig.2　Mortality of Pomacea canaliculata at different concentrations of allicin

图3　福寿螺在不同浓度大蒜素中的逃逸行为Fig.3　Escaping percentage of Pomacea canaliculata at different concentrations of allicin

时间/hTime回归方程RegressionequationR2LC50/g·mL-112y=1234.3x-2.000.99180.042124y=1600x+0.001.00000.031336y=2011.4x-4.000.98780.026848y=2400x+3.330.96430.019460y=3200x+6.670.92310.013572y=3600x+8.330.90670.015684y=3880x+12.500.89680.0966

在大蒜素溶液中福寿螺的逃逸行为与浓度有关。在0.05g/mL浓度中福寿螺仅在90min内有逃逸行为发生,逃逸率达60%,此后没有螺逃逸出来,120min后将未逃逸出来的螺放入清水,发现20%死亡,剩余的20%虽没死亡,但行动迟缓,失去了取食为害水稻的能力;在0.025g/mL浓度中,福寿螺在120min内全部逃逸;0.012 5g/mL浓度中全部逃逸的时间为240min。福寿螺在较低浓度大蒜素溶液中逃逸的时间比对照要快,表明其在大蒜素溶液中受到了刺激,感受到了胁迫,选择逃逸。

2.3大蒜素溶液对水稻幼苗的影响

表2显示,大蒜素在0.05、0.025g/mL浓度下对水稻苗根长和根数有抑制作用,对根数的抑制与CK相比差异显著(P<0.05),水稻苗的鲜重也下降显著,其他形态指标以及叶片的SPAD均与对照没有显著差异。0.012 5g/mL浓度生长的水稻苗各项指标均与对照没有显著差异。

表2　不同浓度大蒜素对水稻苗的影响1)

1) 表中同列数据后相同小写字母表示差异未达0.05显著水平。

Datafollowedbythesamelettersinthesamecolumnarenotsignificantlydifferentat0.05level.

2.4不同种植密度的大蒜对水稻幼苗和福寿螺的影响

图4显示,D0G2(没有种植大蒜的盆中)处理移栽水稻后1d,投放15头福寿螺,在240～270min之间平均有3头福寿螺逃逸。

在大蒜收获后再移栽水稻的处理中,各处理盆中会存留大蒜的根分泌物和少量的没有完全取出的大蒜根组织。密度为9株/盆时,福寿螺在放入120min后开始有逃逸现象,至300min后停止逃逸,其逃逸总数平均为5头/盆。密度为14株/盆和18株/盆时,盆中的福寿螺在放入30min内即有逃逸现象,密度为14株/盆时福寿螺至360min后停止逃逸,其逃逸总数平均为9头/盆,密度为18株/盆时福寿螺至270min后全部逃逸。

将大蒜植株地上部切碎混在土壤中,再移栽水稻的各处理,既保留了其在生长过程中的根分泌物,同时,大蒜植株中的有效成分也混在土壤中,其对福寿螺产生的作用比土壤中只有根分泌物的要强。试验结果也如此,图4表明,密度为14株/盆和18株/盆时,福寿螺均在30min内出现逃逸现象,且都在30～60min内集中逃逸,60min后均未发现逃逸。密度为9株/盆时,福寿螺也在30min内开始逃逸,且逃逸持续时间相对较长,在240min后全部逃逸。

图4　福寿螺放入不同大蒜种植密度盆后的逃逸行为Fig.4　Escaping of Pomacea canaliculata at different planting densities of garlic

图5显示,在大蒜收获后再移栽水稻的处理中,当大蒜密度为9株/盆和14株/盆时,福寿螺部分逃逸,而留在盆中的均存活,势必取食稻苗。在将种植的9株/盆的大蒜地上部切碎混在土壤中再移栽水稻和将18株/盆的大蒜收获后再移栽水稻的处理中,福寿螺在短时间内全部逃逸,取食水稻苗的可能性很小。将大蒜植株切碎混在土壤中,再移栽水稻的处理中,大蒜密度为14株/盆和18株/盆时,虽然逃逸的福寿螺数量少,特别是密度为18株/盆时逃逸的数量最少,但是盆中存活的数量也少,平均每盆才1头,没有逃逸的福寿螺大量死亡,密度为14株/盆存活数较18株/盆的略多,死亡数略少,观测发现,在大蒜密度为14株/盆和18株/盆处理中存活的福寿螺活动能力都很弱,失去了取食为害水稻的能力。

图5　福寿螺放入不同大蒜种植密度盆内15 d后的存活和死亡数Fig.5　Death and survival numbers of Pomacea canaliculata 15 days after putting them at different planting densities of garlic

福寿螺主要取食水稻苗及其分蘖,对水稻生产造成严重的危害。表3显示,在没有种植过大蒜的盆中引入福寿螺(D0G2)的处理中,移栽水稻苗因福寿螺的取食为害,导致平均仅存1.7穴,移栽15d后的分蘖数也只有对照的一半左右。没有种植过大蒜但引入福寿螺的盆中存活的水稻株高和叶片的SPAD虽略高于没有种植过大蒜也未引入福寿螺的处理,但这种增加不足以补偿因福寿螺取食造成的危害。

在收获了大蒜的3个处理中,18株/盆大蒜收获后再移栽水稻的处理中,水稻的存留穴数以及分蘖数与未种植过大蒜也未引入福寿螺的处理没有差异,显示18株/盆的大蒜收获后,在土壤中保持的大蒜根系残留及根分泌物基本控制了福寿螺取食对水稻的危害。由图3和图4可见,这种控制是福寿螺选择逃逸行为的结果。在收获大蒜后再移栽水稻的处理中,当大蒜密度为9株/盆和14株/盆时,福寿螺取食导致水稻存留的穴数较没有种植过大蒜也未引入福寿螺的处理有显著的下降,结合图3和图4可见,虽然这两个处理中有部分福寿螺有逃逸行为,但仍有少量的福寿螺在15d后依然存活在水稻盆中,水稻穴数的下降应是这些存活福寿螺为害的结果。

在移栽水稻整地时,将种植的大蒜植株切碎混在土壤中,使土壤中除了存有大蒜根分泌物质外,又增加了大蒜植株中的活性物质,共同对水稻和福寿螺产生影响。表2显示,在将大蒜植株切碎混在土壤中,再移栽水稻的处理中,密度为9株/盆和14株/盆时,水稻各项指标均与没有种植过大蒜也未引入福寿螺的处理相近,其中株高和SPAD还略有升高,但将18株/盆大蒜植株切碎混在土壤中再移栽的水稻在分蘖数上显著比没有种植过大蒜也未引入福寿螺的处理要低。大蒜密度为9株/盆和14株/盆时,虽然福寿螺对水稻苗的为害均得到了有效的控制,但是其作用方式不同,结合图3和图4可见,密度为9株/盆处理中的福寿螺在引入后240min内全部逃逸,而密度为14株/盆时则逃逸数很少,移栽15d后盆内活螺数盆均不到3头,余下的均因被毒杀致死。密度为18株/盆的处理盆中福寿螺存活数更少,而死亡数较多。

表3　水稻苗在种植不同密度大蒜后引入福寿螺盆中的生长差异1)

1) 表中同列数据后相同小写字母表示差异未达0.05显著水平。

Datafollowedbythesamelowercaselettersinthesamecolumnarenotsignificantlydifferentat0.05level.

3　讨论

大蒜是公认的良好前茬作物,大蒜根系分泌物、蒜瓣提取物的化感、抑菌作用受到了较多的关注。大蒜植株及其蒜瓣(鳞茎)的主要活性成分为大蒜素 (allicin),是一种有机硫化合物,同时也存在于洋葱等其他百合科植物中,被广泛应用于食品和医药等领域。此外,大蒜素也被广泛应用于农业生产中,对于畜禽和鱼类产品产量和质量的提高有重要的意义[29]。大蒜素对有害生物的研究主要集中在对植物病原的抑控方面,报道显示大蒜素对稻瘟病菌(Pyricularia oryzae)、小麦纹枯病菌(Rhizoctonia cerealis)、油菜菌核病菌(Sclerotinia sclerotiorum)、辣椒疫霉病菌(Phytophthora capsici)、草莓灰霉病菌(Botrytis cinerea)、番茄青枯病菌(Pseudomonas solanacearum)、烟草青枯病菌(Ralstonia solanacearum)及烟草普通花叶病(Tobacco mosaic virus)均有明显的抑(控)制效果[1820]。

福寿螺在南方稻区对水稻育秧和本田期、分蘖前期的为害十分严重,需要采用化学杀螺剂加以防除。虽然福寿螺从引入、扩散到大范围为害,运用高强度化学农药的防治时间仅30年左右[2],但其已对化学农药产生了耐药性,化学防治的效果在下降[6]。采用非化学药剂防治福寿螺已进行了多方探索,如筛选杀螺植物[78]、采用茶籽饼[30]、利用入侵植物防螺、采用排灌晒田和水旱轮作等农业防治措施，养鸭及引入天敌(中华鳖)等生物防治措施[6,11,31],并取得了良好的效果和效益[32]。本研究进一步发现,大蒜植株、大蒜素及其根分泌物对福寿螺有驱离、抑制取食、毒杀的效果,无论是哪种方式,都有效降低、甚至消除了福寿螺对水稻的为害。因此,利用大蒜素进行稻田福寿螺防治也是一种新的、有效的选择。

稻田控制福寿螺的方法,对水稻苗的不良影响越小越好,如果对水稻苗的生长有促进作用则更好。本研究显示在合适的浓度下大蒜素既能控制福寿螺,也对水稻生长有一定的促进效果。

本研究显示,大蒜鲜植株、蒜瓣、大蒜素均能够致福寿螺死亡,大蒜植株和蒜瓣中所含的大蒜素是其对福寿螺产生行为影响和毒杀效果的重要成分。但大蒜植株和蒜瓣中对福寿螺有毒杀效果的物质不只是大蒜素一种。大蒜素的提取加工生产成本较高,直接应用到稻田福寿螺的防治显然是不经济的。大蒜种植后其在土壤中的根系分泌物、植株残体、鲜植株均可显著减轻福寿螺对水稻的为害。大蒜是人们常用的蔬菜,有收获青蒜和蒜头(鳞茎)两种方式,南方多以青蒜为主。华南地区晚稻收割后,冬季气候温和,适合种植青蒜。在福寿螺为害较重的田块冬种一季青蒜,一方面旱作减少了稻田福寿螺的存量,另一方面其根系分泌物可以对后茬早稻田中的福寿螺产生驱离甚至毒杀作用。收获大蒜青苗还可以获取一定的经济收益,若大蒜市场价偏低,可直接将大蒜返田,不仅可以有效控制福寿螺对水稻的为害,而且对水稻的生长有一定的促进效果。

虽然本研究是在盆栽条件下进行的,大蒜种植与生产种植密度相近,试验中投放的福寿螺密度远高于实际田间的调查密度[1],因此,将本研究结果应用在大田生产中,其控螺效果值得期待。另有研究表明,冬种大蒜可以明显改善根际碱解氮、速效钾微环境[33],有利于后茬水稻的生长。下一步将在大田进行小区试验,为构建一个利用冬闲田种植大蒜控制早稻田福寿螺为害,促进水稻生长,提高单位农田经济和生态效益的种植模式提供技术支撑。

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(责任编辑：田喆)

ControleffectsofgarliconPomacea canaliculataanditsinfluencesonthegrowthofriceseedlings

JiJinghua,MaWei,ZhongYu,HuFei

(CollegeofAgriculture,SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou510642,China)

Thecontroleffectsofgarlicplants,itsbulbsandallicinonPomacea canaliculata (goldenapplesnail,GAS)andtheirinfluencesonthegrowthofriceseedlingswerestudiedinthelaboratoryandpotculture.TheresultsshowedthatalliciningarlicplantsanditsbulbletswerethemaineffectivecomponentsforkillingGAS,butnotonecomponentalone.AllGASsescapedfrompotsfilledwithallicinsolutionsattheconcentrationsof0.025g/mLand0.012 5g/mL,butonly60%GASsescapedat0.05g/mL,while40%werekilled.GASsescapedfromthepotswithgarlicplantedatthedensityof9,14,18plants/pot;thedenser,thehighertheescapingspeedandnumber.However,inthepotsoilmixedwiththe3differentgarlicdensities,allGASsescapedatthedensityof9plants/pot,butonlypartsofGASsescapedatotherdensities,wheretheotherGASsdiedorlosttheirforagingability.Allicinsolutionslightlyaffectedriceseedlinggrowth;attheconcentrationof0.012 5g/mL,itevenshowedpromotingeffectundertestedconcentrations.Inthepotswithgarlicplantedorwithrootexudatesofgarlic,therewerenonegativeeffectsonthegrowthofrice,exceptatthedensityof18plants/pot,thericetillersmixedwithgarlicplantsreducedsignificantly(P<0.05).Itcanbeconcludedthatallicin,garlicplants,andgarlicbulbletscouldinhibitGASsforagingpotential,evenkillGASs,buthavenonegativeeffectsonriceseedlinggrowth.

garlic;controlofPomacea canaliculata;ricegrowth

20150424

20150708

公益性行业(农业)科研专项(201403030)；华南农业大学农学院金穗计划

E-mail:hufei@scau.edu.cn

S482.59

ADOI：10.3969/j.issn.05291542.2016.03.019