西北地区土壤低温处理对南方根结线虫越冬的影响

洪 波，张 锋，李英梅，刘 晨，陈志杰， 张淑莲

(1.陕西省生物农业研究所，西安 710043; 2.陕西省酶工程技术研究中心，西安 710043)

根结线虫(Meloidogynespp.)是植物病原线虫中最重要的一类寄生性线虫，世界上现已报道有70多种根结线虫[1]，寄生为害3 000多种植物，每年在全世界造成的经济损失达1 000亿美元以上。其中，以南方根结线虫(Meloidogyneincognita)分布面积最广，危害的蔬菜种类最多，成为中国蔬菜产区的优势种群。20世纪90年代以前，南方根结线虫主要分布于长江以南地区，在北方露地条件下无法越冬。近年来全国设施栽培面积不断扩大，随着生存环境的变化及缺乏天敌制约，南方根结线虫的地理分布区域也逐渐北移，目前在黑龙江、辽宁、河北、北京、山东、山西、陕西等北方省(区)的设施蔬菜产区均有分布[2-4]。陕西省于1989年在汉中洋县的烟草上首次发现南方根结线虫[5]，现已在关中、陕北和陕南不同蔬菜生态区广泛分布，一般导致蔬菜减产10%～15%，严重时高达50%以上，甚至绝收[6]。南方根结线虫以卵或二龄幼虫在土壤中越冬，主要存活于5～30 cm的土层内，以5～10 cm土层内分布数量最多[7]。南方根结线虫在土壤中能够越冬的最重要因素是土壤温度[8]。因此，对于土壤低温对南方根结线虫越冬影响的研究，有助于对制约南方根结线虫越冬的关键气候因子进行深入研究，为进一步制定防治措施提供理论依据。

目前，对于南方根结线虫的越冬及耐寒性研究，国外有一些相关研究和报道[9-15]，主要为南方根结线虫在某个地区的冬季耐寒性及存活率的研究，而国内在这方面报道相对较少，仅有陈立杰等[16-17]在室内-15 ℃和0 ℃低温条件下对南方根结线虫的死亡率进行研究，以及王延红等[18]在室内-20 ℃、-12 ℃温度下研究南方根结线虫二龄幼虫的存活率，并通过田间调查探明线虫的冬季种群动态。以上研究多是从室内条件下研究线虫的耐寒性，或仅通过田间试验研究线虫在露地条件下能否越冬，南方根结线虫在大尺度空间及不同种植模式下的越冬区划目前尚不明确。本研究不仅通过室内线虫低温处理试验探明南方根结线虫致死低温及所需时间，并且通过陕西省不同纬度生态区线虫田间越冬试验，验证室内结果，并划分不同种植模式下的线虫越冬区域，以期明确设施蔬菜根结线虫在陕西省冬季土壤中的发生规律，为西北地区设施蔬菜根结线虫综合防治措施提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 供试根结线虫

供试线虫从陕西省科学院渭南科技示范基地日光温室内黄瓜根结上获得，通过显微镜下观察雌虫会阴花纹鉴定为南方根结线虫，用w=0.4% NaClO对挑取的单卵囊进行消毒，将卵囊接种到感病黄瓜品种‘津春4号’上进行扩繁[19-20]。接种45 d后，选取具有大量根结的黄瓜根系，挑取根结线虫卵块置于直径6 cm的培养皿中，25 ℃的恒温条件下培养3～4 d使卵孵化。收集二龄幼虫(J2)，并加入无菌水将线虫悬浮液调至500条/mL，将灭菌土壤与线虫悬浮液按100∶1的质量比均匀混合为病土，备用。

1.2 室内线虫低温处理

将线虫病土装入小花盆后，分别放于0、-1、-3、-5、-7、-9和-11 ℃的低温培养箱(KRC-250CA)进行低温处理，处理时间为32 d，每个处理组合3次重复[18]。低温处理结束后将装有病土的花盆再移至人工气候箱，植入催芽过的黄瓜(‘津春4号’)种子进行培养。人工气候箱的温湿度和光照设为最适于南方根结线虫侵染条件[16](温度25 ℃±1 ℃，土壤相对湿度50%～60%，光照14 h∶10 h)。待幼苗发育30 d后从土中取出并清洗根部，统计幼苗受害株率，计算根结指数。

1.3 野外线虫越冬试验及温度采集

试验地点设在陕西延安、渭南大荔、杨凌和商洛丹凤4个设施蔬菜生态区，分别位于延安市宝塔区井家湾村(N109°26′16.8″，E36°39′59.0″)、大荔县东埝村(N109°51′53.8″，E34°50′35.0″)、杨凌区中国科学院水利部水土保持研究所院内(N108°4′52.9″，E34°19′54.3″)和丹凤县棣花村(N110°11′9.5″，E33°44′14.0″)，具体位置如图1所示。在这4个地区温室(普通日光温室，长50 m、宽10 m、高3 m)、拱棚(塑料大棚，长30 m、宽6 m、高2.5 m)和露地种植条件下各选1样点，在距地面10～30 cm深度土层中埋入装有线虫病土的编织袋， 每个编织袋(5 kg病土，10 cm高)设为1个处理，在土中保持透气性，使线虫在野外自然条件下进行越冬。同时利用便携式自动温度记录仪(TR-52)进行不同深度的土壤温度数据监测采集，数据采集间隔为1 h，采集时间为2012-2014年，从每年11月初到次年2月底。待次年3月初温度回升时，将线虫病土取回实验室，室内条件下栽植感病黄瓜品种进行培养，并在黄瓜幼苗发育30 d后调查并计算受害株率和根结指数，方法同“1.2”。

1.4 数据处理

1.4.1 根结指数计算 根结级别的统计方法采用肖炎农等[21 ]及张锋等[22 ]的拔株百分数法。0级：无可见根结；1级：根结长度占总根长度的1%～24%；2级：根结长度占总根长度的25%～49%；3级：根结长度占总根长度的50%～75%；4级：根结长度占总根长度的75%以上。

1.4.2 温度数据处理 将“1.3”所述4个地区不同种植模式下的土壤温度和气温原始数据以Excel数据表形式导出，取每日2:00、8:00、14:00和20:00 4个时段的温度平均值作为日均温度，再计算出冬季各月平均温度值。

2 结果与分析

2.1 南方根结线虫致死低温及时间

通过室内线虫低温处理试验，计算出不同温度及不同时间处理条件下黄瓜植株上的根结指数。当根结指数为0时说明线虫没有侵染植株根部，可以认为线虫经过低温处理已经死亡[23-24]。找出不同温度下根结指数为0时的处理时间，即为南方根结线虫的低温致死时间(表1)。

由表1可知，随着温度降低，南方根结线虫死亡的时间急剧缩短，说明线虫的致死时间与温度呈非线性关系[25-27]。根据各温度下根结指数为0时的处理时间，可以拟合出致死时间y(h)和温度x( ℃)之间的关系模型曲线(图2)。模型方程为：y=1 457.8 e0.464 7x，R2=0.989，表明该模型拟合度较好。试验结果证明，在供试温度条件下，南方根结线虫在-1 ℃持续32 d时无法存活，而在-3 ℃持续16 d时便会死亡。根据致死时间和温度的关系模型推算可知，南方根结线虫在0 ℃时需要61 d(1 458 h)以上才会死亡。

图1 南方根结线虫野外越冬试验地点示意图Fig.1 Distribution of overwintering experiment of M.incognita in the field

温度/℃Temperature处理时间/d Time0.51248121620242832086.775.052.045.036.030.032.025.028.024.022.9-173.064.052.032.023.325.013.316.012.08.00.0-353.333.348.624.016.020.00.00.00.00.00.0-534.322.524.014.30.00.00.00.00.00.00.0-712.03.70.00.00.00.00.00.00.00.00.0-910.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.0-110.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.0

2.2 不同地区南方根结线虫野外越冬试验结果

从3种种植模式下的根结指数来看，温室种植模式由于受人为因素影响较大，光热条件良好，适合南方根结线虫越冬，因此根结指数最高，拱棚种植模式次之，露地模式根结指数最低。除延安和丹凤地区露地与拱棚条件下的根结指数差异不大外，3种种植模式之间的根结指数存在显著差异(表2)。

图2 南方根结线虫致死时间与温度的关系Fig.2 Relationship between temperature and lethal time of M.incognita

2.3 根结指数与土壤温度之间的关系

不同地区3种种植模式下的根结指数与土壤温度如表3所示。由表3可以看出，不同地区温室条件下1月土壤平均温度都在10 ℃以上，根结指数都达到40以上，表明冬季土壤平均温度高于10 ℃时，线虫可以越冬且对植株为害较重；拱棚条件下，延安地区1月土壤平均温度都在-0.9 ℃以下，根结指数为0，表明线虫无法越冬，其他3个地区的土壤温度为1.8～6.3 ℃，根结指数最高达到40，为害程度较温室偏低；露地条件下，延安及大荔地区10～20 cm土层深度1月土壤平均温度都在-1.0 ℃以下，同样根结指数为0，线虫基本不能在这两个地区越冬，丹凤和杨凌地区土壤平均温度为-0.1～2.5 ℃，根结指数为4.0～32.5，线虫能够越冬，但对植株为害程度最低。野外试验结果表明，南方根结线虫在1月土壤平均温度-1.0 ℃以下时根结指数即为0，能够完全杀灭线虫，这和室内条件下的研究结果相符合。

表2 不同地区3种种植模式下的根结指数Table 2 Root-knot index under three planting modes in different areas

注：同一列中不同的小写英文字母表示差异显著(P<0.05)。

Note:Different lowercase letters in the same column mean significant difference(P<0.05).

表3 不同地区1月土壤平均温度和根结指数Table 3 Soil temperatures and root-knot indices of different areas in January

由于土壤平均温度在-1 ℃以下时，根结指数都为0，因此，将温度低于-1 ℃的数据剔除后，分析1月土壤温度与根结指数之间的关系(图3)。由图3可知，根结指数(y)与1月土壤平均温度(x)呈线性相关(y=4.334 7x+7.190 7，R2=0.798 2),表明土壤低温对南方根结线虫有明显的抑制作用，根结指数随土壤温度的降低而减少。

图3 1月土壤温度与根结指数的关系Fig.3 Relationship between soil temperature in January and root-knot index

3 结论与讨论

温度是影响线虫生长发育最为重要的环境因子之一，每种线虫都有其适宜的生长发育温度和致死温度。本研究利用室内线虫低温处理结合线虫田间越冬试验验证的方法，探明南方根结线虫在室内-1 ℃下持续32 d将无法存活，田间1月土壤平均温度在-1 ℃以下时，根结指数都为0，线虫无法越冬。这与Taylor等[28]的研究结果是一致的，其研究表明南方根结线虫在美国的分布北界为1月份-1.1 ℃等温线。

本研究通过研究南方根结线虫对温度的敏感性而获得其抑制性温度，掌握其在冬季土壤中的发生规律。通过分析1月土壤平均温度与根结指数之间的线性关系并建立模型。土壤平均温度在-1 ℃以下时，线虫不会发生为害；土壤平均温度在2 ℃以下时，根结指数都低于20，对植株为害较小，能够抑制线虫发生；随着温度不断升高，线虫为害逐渐加重，根结指数也随之增加。通过图3可知，在温度达到6 ℃时，根结指数便可以达到40以上；温度12 ℃时，根结指数甚至达到80左右。因此可以得出结论，1月土壤平均温度在6 ℃以上时，已经无法起到抑制南方根结线虫发生的作用。这与陈立杰等[16]的研究结果比较接近，其研究表明5 ℃以下低温是南方根结线虫的有效抑制温度。

本研究利用温度与线虫致死时间模型推导出南方根结线虫在0 ℃条件下61 d以上才会死亡，这与Sayre[11]的研究结果相似，其研究表明南方根结线虫在加拿大安大略省西南地区土壤温度0 ℃ 条件下持续45～90 d时将无法越冬。但由于 0 ℃ 持续时间需两个月左右，容易造成温度监测精度偏低，而选用1月平均温度的指标更为直接和准确，因此确定-1 ℃为南方根结线虫越冬极限低温。在此基础上，探明南方根结线虫在陕西各生态区不同种植条件下的越冬区域，即南方根结线虫只能在延安地区温室条件下越冬，而在其他生态区可以于露地、拱棚和温室3种条件下越冬。根据笔者在陕西省对南方根结线虫进行调查采样的数据可知，该虫已在关中平原的西安户县及渭南大荔县露地条件下顺利越冬，而在延安以北地区未发现露地越冬的线虫，因此本研究结果与实际调查结果一致。

本研究通过掌握陕西不同生态区的南方根结线虫越冬区划，为利用生态技术控制线虫的活性和繁殖以及防治该线虫提供技术支持。在露地条件下，延安地区10～30 cm土层的1月平均土壤温度分别为-7.8 ℃、-7.3 ℃和-6.2 ℃，均远低于南方根结线虫的致死低温，说明在延安及其以北地区能够在冬季使用土壤低温处理，杀灭南方根结线虫；大荔地区10～30 cm土层的1月平均土壤温度分别为-1.1 ℃、-1.0 ℃和-0.9 ℃，与线虫的致死低温比较接近，且30 cm土壤深度仍有线虫为害，说明在大荔地区冬季使用土壤低温处理对防治南方根结线虫有一定效果，但若遇到土壤温度偏高的暖冬年份，杀虫效果便不太明显；杨凌和丹凤地区10～30 cm土壤1月平均温度均在0 ℃以上，高于南方根结线虫致死低温-1 ℃，特别是杨凌地区的线虫为害相对较重，因此这两个地区冬季不适宜使用土壤低温处理来杀灭线虫。由于研究所涉及的4个生态区分别代表陕西不同地形区[29](延安代表陕北黄土高原区，丹凤代表陕南秦巴山区，杨凌代表关中平原区，大荔代表黄土高原与关中平原过渡的渭北高原区)，这为不同地区因地制宜进行根结线虫防治策略的制定提供理论依据。关中平原地区和陕南秦巴山区的南方根结线虫可在各种种植条件下越冬，这些地区温室条件下光热条件较好，可在夏季温室内通过土壤覆膜进行太阳能高温处理，能够较好地抑制南方根结线虫的发生[24]；而榆林和延安等陕北黄土高原区可在作物休闲期时撤掉棚膜，由于这些地区冬季土壤温度远低于南方根结线虫的致死低温，从而能有效杀灭土壤中的越冬线虫。这些物理防治方法对于西北地区设施蔬菜根结线虫的绿色防治都具有实际指导意义。

致谢：中国科学院水利部水土保持研究所的梁银丽研究员为本研究提供部分试验仪器和试验场所，特此致谢。