钾肥配施枯草芽孢杆菌对马铃薯黄萎病发病率和生长的影响

杨自超，许 宁，王雪蓉，李淑敏，张润芝，张春怡，牟 尧，李欣睿，桑 平

(东北农业大学资源与环境学院，黑龙江 哈尔滨 150030)

【研究意义】马铃薯(SolanumtuberosumL.)为茄科茄属，为我国重要的经济作物，其栽培面积和总产量均居世界第一位[1]。黑龙江省是我国北方重要的马铃薯栽培地区，目前栽培面积已经达到40万hm2[2]，马铃薯生长过程中会出现多种病害影响马铃薯生长，马铃薯黄萎病(Verticiltiumdahliae)是其中一种重要病害，马铃薯黄萎病又称“早死病”或“早熟病”，是由半知菌亚门真菌大丽轮枝菌引起的一种连作性土传病害，可引起马铃薯减产，甚至绝收。因此，马铃薯生产中如何防治马铃薯黄萎病的发生显得尤为重要。【前人研究进展】研究学者发现马铃薯黄萎病病原菌可在土壤中持久存在，又可随种子调运而远距离传播，引起系统性侵染，使马铃薯整株带病[3]。该病菌除了对马铃薯致病力比较强外[3]，对棉花[4]、茄子[5]等作物也有较强的致病能力。不同种类作物轮作可以在一定程度上降低作物土传病害[6-7]，但由于受耕地面积限制的影响，大面积轮作难以实现。Pasche等以373 L·hm-2用量的威百亩注射到25 cm的土壤中，利用化学熏蒸的方法控制马铃薯黄萎病，对马铃薯黄萎病有较好的防控效果[8]。虽然化学药剂对土传病害有较好的防治效果，但易对土壤造成污染[9]。因此寻找一种在马铃薯种植过程中，既能有效防控马铃薯黄萎病，又能减少农药残留环境友好的马铃薯种植方法尤为重要。钾肥对马铃薯生长极为重要，它不仅是马铃薯的养分元素，同时也是马铃薯的品质元素，并且钾肥还能提高作物的抗旱、抗寒、抗病虫害等能力[10]。李文娟等发现，氯化钾可以通过调节酚类物质代谢，增强次生代谢能力，提高玉米茎腐病的抗性[11]。枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)是芽孢杆菌属的一种，其可以分泌多种不同类型的抗菌物质[12]，张瑞萍[13]等研究发现枯草芽孢杆菌可湿性粉剂对马铃薯晚疫病有较好的防治效果效果。程洪斌等研究发现，枯草芽孢杆菌不但能抑制植物病原菌，而且能通过诱发植物自身抗病机制从而增强植物的抗病性能[14]。然而关于钾肥及枯草芽孢杆菌在防治马铃薯黄萎病上的防控效果研究较少。【本研究切入点】本试验通过设置不同钾肥水平及配施枯草芽孢杆菌，研究其对马铃薯的生长指标、土壤酶酶活、黄萎病发病率的影响，以初步了解其对马铃薯黄萎病防治效果和生长的作用。【拟解决的关键问题】旨在为马铃薯大田生产中防治马铃薯黄萎病提供一种有效的新方法。

表1 供试土壤基础肥力

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 供试品种 马铃薯品种“大西洋”。

1.1.2 供试病原菌及生防菌 马铃薯黄萎病病原菌由河北省农科所植物病理实验室分离、提供。枯草芽孢杆菌菌剂由保定市科绿丰生化科技有限公司生产提供，有效成分：活体芽孢≥50亿·g-1，可湿性粉剂。

1.1.3 供试土壤 供试土壤采自黑龙江省哈尔滨市周边农场，为东北黑土，土壤理化性质如表1所示。

1.2 试验方法

由表2所示，试验于2016年6月7日在黑龙江省哈尔滨市东北农业大学校内试验基地进行。采用盆栽试验，供试塑料盆规格为高28 cm，直径28 cm，每盆装1︰2的沙土12 kg。试验选用硫酸钾(K：50 %)作为钾肥，设置4个供钾水平分别0、60、120、180 kg·hm-2，每个供钾水平设不接黄萎病菌也不施枯草芽孢为对照(CK)处理、施枯草芽孢杆菌(B)、接黄萎病菌(V)、接黄萎病菌下施枯草芽孢杆菌(VB)，共16个处理，每个处理12盆，做3次重复。

氮肥选用硝酸铵(N:35 %)，施肥量为150 kg·hm-2，磷肥选用磷酸二铵(N：18 %、P2O5：46 %)，施肥量为60 kg·hm-2，马铃薯黄萎病菌为大丽轮枝菌，接种病原菌的孢子浓度为105个mL-1。在试验中所有肥料作为底肥和枯草芽孢杆菌与土混匀装盆，每盆种植2块马铃薯块茎，待到马铃薯出苗后，每盆马铃薯留一颗苗2个主茎。马铃薯出苗后15 d采用伤根灌根法接种病原菌，每盆接种菌液15 mL。马铃薯苗后45 d全部收获，观察马铃薯黄萎病发病情况，并记录马铃薯株高、茎粗、鲜重。取马铃薯根际土壤，风干，用于测土壤酶活。

1.3 测定项目与方法

马铃薯生长指标的测定：株高用直尺测量；茎粗用游标卡尺测量；地上、地下干物重采用烘干法测定。植株钾含量采用分光光度计法测定和基础肥力测定参照[15]。

土壤酶活的测定：参照关松荫[16]土壤酶测定方法。脲酶采用靛酚蓝比色法进行测定，蔗糖酶采用3,5-二硝基水杨酸(DNS)比色法。

马铃薯黄萎病病情统计：马铃薯黄萎病病情分级标准[17]；病株率(%)=发病株数/调查株数×100 %；病情指数=[∑(各级病株数×代表值)/(调查总株树×最高级代表值)]。

1.4 数据分析

采用Excel2007和SPSS19分析软件进行数据分析以及图表制作。

2 结果与分析

2.1 施钾肥及配施枯草芽孢杆菌对马铃薯生长的影响

如表3所示，在不同供钾水平下，施枯草芽孢杆菌(B)、接黄萎病菌(V)、接黄萎病菌下配施枯草芽孢杆菌(VB)处理之间均有显著差异，其中均是不接黄萎病病菌下施枯草芽孢杆菌(B)处理的马铃薯株高最高，显著高于不接黄萎病病菌不施枯草芽孢杆菌(CK)处理，在接种黄萎病病菌条件下，接种枯草芽孢杆菌的处理显著高于不接种处理。但不同处理对马铃薯植株茎粗均无显著影响。

表2 盆栽试验设置

钾肥配施枯草芽孢杆菌对马铃薯植株干重也有显著影响(表3)。在不施钾肥(K0)条件下，施枯草芽孢杆菌(B)马铃薯地上干物重、根干物重分别是对照(CK)的1.12、1.13倍。在配施钾肥下，施枯草芽孢杆菌(B)的处理的地上干物重和根干物重也显著增加，其中在K2供钾水平下，K2B地上干物重和根系干重是CK的1.16和1.07倍，接种黄萎病后，K2VB是K2V处理的1.05和1.03倍。在K3供钾水平下，只有不接黄萎病处理的K3B处理显著高于对照(CK)，其他处理间地上干重和根系干重无显著差异。各处理间植株总干物重的变化趋势与地上干重变化趋势一致，以K3B处理植株干重最高。

2.2 施钾及枯草芽孢杆菌对马铃薯植株钾含量和钾累积量的影响

如表4所示，在4个供钾水平下，施枯草芽孢杆菌(B)、接黄萎病菌(V)和接黄萎病菌下施枯草芽孢杆菌(VB)各处理对马铃薯地上部分钾含量均无显著影响。但对马铃薯根部钾含量有显著的影响，在不施钾肥(K0)下，K0B的根部钾含量是CK的1.18倍。在施用钾肥K1、K2、K3下，K1B、K2B和K3B的根部钾含量是分别施相应对照CK的1、1.05、1.06倍。

表3 施钾及配施用枯草芽孢杆菌对马铃薯生长指标的影响

注：*：数值为3次重复平均值。小写字母表示同一钾水平下不同处理之间差异显著(P<0.05)。下同。

Notes: *: The value is three repeated averages. Lowercase letters between different treatments at the same potassium level indicate significant differences at 0.05 level. The same as below.

表4 施钾及枯草芽孢杆菌对马铃薯植株钾含量和钾累积量的影响

施钾配施枯草芽孢杆菌对马铃薯钾积累量也有显著的影响(表4)，虽在4个钾水平下，施枯草芽孢杆菌(B)、接黄萎病菌(V)和接黄萎病菌下施枯草芽孢杆菌(VB)对马铃薯地上部分钾积累量均无显著影响，但对马铃薯总钾积累量有着显著性影响。在不施钾肥(K0)下，K0B处理马铃薯植株钾积累总量是CK的1.13倍。在施钾肥K1、K2、K3下，K1B、K2B、K3B的马铃薯植株钾积累总量分别是相应对照(CK)的1.15、1.23、1.14倍。

2.3 施钾及配施枯草芽孢杆菌对土壤酶活性影响

由图1显示，钾肥对土壤脲酶也有显著的影响，随着钾肥的施用量的增加土壤脲酶活性逐渐增加，在不接种黄萎病也不施枯草芽孢杆菌下，4个钾水平之间，施钾肥K3、K2、K1脲酶活性是不施钾肥(K0)的1.03、1.14、1.31倍。在4个供钾水平下，施枯草芽孢杆菌(B)、接黄萎病菌(V)和接黄萎病菌下施枯草芽孢杆菌(VB)对土壤脲酶活性也有显著性影响，且脲酶活性大小依次为施枯草芽孢杆菌(B)>对照(CK)>接黄萎病菌下施枯草芽孢杆菌(VB)>接黄萎病菌(V)。在不施钾肥(K0)下，K0B土壤脲酶活性CK的1.03倍。在钾肥配施枯草芽孢杆菌下对土壤脲酶活性影响更加显著，K1B、K2B和K3B土壤脲酶活性分别是对应CK的1.11、1.12、1.04倍。但接黄萎病菌后，土壤脲酶活性要显著低于对照(CK)，在不施钾肥(K0)下，接黄萎病菌(V)的土壤脲酶活性是对照(CK)的83%，然而施枯草芽孢杆菌可以有效降低黄萎病菌对土壤脲酶活性的抑制作用，在不施钾肥(K0)处理，接黄萎病菌下施枯草芽孢杆菌(VB)土壤脲酶活性是接黄萎病菌(V)处理的1.13倍。

由图2显示，随钾肥施用量的增加土壤蔗糖酶活性逐渐增加，在4个供钾水平下，施枯草芽孢杆菌(B)、接黄萎病菌(V)和接黄萎病菌下施枯草芽孢杆菌(VB)对土壤蔗糖酶活性也均有显著性影响，且在每个供钾水平下，脲酶活性变化趋势和蔗糖酶一致。并且钾肥配施枯草芽孢杆菌对土壤蔗糖酶活性影响更加显著，在施肥量为K1下，配施枯草芽孢杆菌(B)的蔗糖酶活性为6.9 mg·g-1d-1，是不施钾肥(K0)下对照(CK)的1.33倍。

图1 施钾及配施枯草芽孢杆菌对土壤脲酶的影响Fig.1 Effects of potassium application and Bacillus subtilis on soil urease activities

图2 施钾及配施枯草芽孢杆菌对蔗糖酶活性影响Fig.2 Effects of potassium application and Bacillus subtilis on soil sucrase activities

2.4 施钾及配施枯草芽孢杆菌对马铃薯黄萎病发病率的影响

不接黄萎病病菌处理的马铃薯未发病，黄萎病发病率均为0，没在表格中体现出来。由表5可知，在接种马铃薯黄萎病病原菌各个处理中，K3VB处理在接种马铃薯黄萎病病菌后发病率为33 %，病情指数为12.5，均低于其他接马铃薯黄萎病处理，并且防效最高，为80 %。其次为K2VB和K3V处理，其马铃薯黄萎病发病率均为50 %，病情指数为16.7，其对马铃薯黄萎病防效达73.3 %。K0V处理马铃薯黄萎病病情指数最高，达62.5，发病率为100 %，说明增施钾肥可以缓解马铃薯黄萎病对马铃薯的危害。不同供钾水平接种枯草芽孢杆菌对黄萎病防效不同，其中K3V比K3VB处理的黄萎病发病率、病情指数分别高52 %、34.4 %，K2V比K2VB高66 %、99.4 %；K1V和K0V处理的马铃薯黄萎病发病率和病情指数要比K1VB处理的分别高49 %、63 %和49 %、88 %，说明枯草芽孢杆菌对马铃薯黄萎病的发生具有一定的抑制作用，并且钾肥配施枯草芽孢杆菌对马铃薯黄萎病防治效果更明显。

表5施钾及配施用枯草芽孢杆菌对马铃薯黄萎病防治效果

Table 5 Effect of potassium application andBacillussubtilison potatoVerticilliumwilt

处理Treatment发病率(%)Morbidity病情指数Disease index防效(%)Control effectK0V100 a62.5 a0K1V100 a54.2 ab13.3K2V83 ab33.3 bc46.7K3V50 b16.7 c73.3K0VB100 a54.2 a13.3K1VB67 ab33.3 ab46.7K2VB50 b16.7 b73.3K3V1B33 b12.5 b80

图3 钾积累量和黄萎病发病率之间的相关关系Fig.3 Relationship between potassium accumulation and incidence of Verticillium wilt

2.5 马铃薯钾积累量和黄萎病发病率之间的相关关系

从图3可知，马铃薯钾累积量与马铃薯黄萎病发病率之间呈现负相关性，R2=0.791，为极显著相关。随植株体内钾积累量的增加，马铃薯黄萎病发病率显著下降，马铃薯每株钾积累量每增加0.1 g，则马铃薯黄萎病发病率下降9.5 %。进一步说明钾对马铃薯黄萎病具有一定的防治效果。

3 讨 论

本试验发现，施用钾肥对马铃薯黄萎病也具有一定的防御作用，随着钾肥施用量的增加马铃薯黄萎病发病率逐渐降低，其中K3V处理对马铃薯黄萎病防效分别是K2V处理、K1V处理的1.6、5.5倍(表5)，通过马铃薯植株钾累积量和马铃薯黄萎病发病率呈现显著负相关关系(图3)，进一步说明施用钾肥可以提高马铃薯黄萎病的防御效果。并且有关研究也表明钾肥对多种作物的病害都有一定的防治效果，肖靖秀等研究发现钾肥可以提高小麦对白粉病的抵抗能力和控制纹枯病的发生[18]，宋美珍等研究也表明钾肥对棉花黄萎病有有效的抑制作用[19]。本试验的研究结果还发现，施用枯草芽孢杆菌菌剂对马铃薯黄萎病也有一定的抑制作用，其中K0V比施用枯草芽孢杆菌K0VB处理的黄萎病病情指数高15 %。而且有关研究也表明枯草芽孢杆菌对小麦赤霉病、小麦纹枯病、番茄茎基腐病菌、葡萄灰霉病菌、水稻纹枯病等都具有良好的拮抗作用[20-23]，刘智慧等也发现枯草芽孢杆菌与有机肥连用对马铃薯枯萎病具有较好的防治效果，能显著降低马铃薯枯萎病的病株率、病薯率，提高防病效果[24]，本研究和前人得到相同的研究结果，而且施枯草芽孢杆菌，可以提高了马铃薯钾的积累量(表4)，而本试验发现钾的积累量与马铃薯黄萎病病情指数呈负相关性，所以枯草芽孢杆菌提高马铃薯植株钾积累量，这可能是枯草芽孢杆菌防治马铃薯黄萎病的原因之一。

但是本研究还发现，在一定条件下，增施钾肥同时结合枯草芽孢杆菌菌剂拌种，比单施钾肥对马铃薯黄萎病防治效果更加明显，其中 K3VB、K2VB、K1VB处理对马铃薯黄萎病防效分别是K3V、K2V、K1V处理的1.09、1.67、3.51倍(表5)，说明施用钾肥并配施枯草芽孢杆菌对马铃薯黄萎病发病率抑制效果比单施钾肥效果更加明显，这可能是由于施用枯草芽孢杆菌后促进了马铃薯的生长，增强马铃薯的抗病力。

在本试验中，施用枯草芽孢杆菌可以有效的促进马铃薯植株的生长，其中在不施钾肥(K0)下，施用枯草芽孢杆菌(B)的处理的马铃薯株高、植株总干物重分别是是对照(CK)的1.25、1.12倍，而且孔令泽[25]在小麦上施用枯草芽孢杆菌SYST2对小麦的生长也起到了促进作用。

除此之外，土壤酶是反应土壤生态环境的重要指标之一，土壤脲酶促进土壤中氮素的转化，对提高氮素利用率和土壤氮循环起到重要作用，蔗糖酶可以将蔗糖转化为葡萄糖和果糖，其活性反应土壤有机碳积累和转化规律。本试验结果表明，施用钾肥可以显著提高土壤脲酶和蔗糖酶活性，这与李华[26]等的研究结果一致。高吉坤[27]等对黄瓜施用枯草芽孢杆菌B29发现枯草芽孢杆菌可以提高黄瓜根际土土壤酶活性，本试验中同样发现马铃薯施用枯草芽孢杆菌可以提高马铃薯根际土壤酶活性，在不施钾肥(K0)下，施枯草芽孢杆菌(B)对马铃薯根际土壤脲酶和蔗糖酶活性比对照(CK)分别提高了1.03、1.25倍，而且在配施钾肥下对马铃薯根际土壤脲酶和蔗糖酶活性的影响要优于单施钾肥。土壤肥力越高，作物生长越为健壮，则作物抗病害能力就越强。所以，土壤酶活性提高间接促进了作物的生长，提高作物抗病害能力。

4 结 论

钾肥及配施枯草芽孢杆菌不仅可以促进马铃薯的生长而且对马铃薯黄萎病病害也有较好的防控效果。