百合连作障碍形成机制及防治技术研究进展

陈军华 ，吴剑锋 ，方洁 ，程文亮 ，吕群丹

（1.浙江丽水市中药材产业发展中心，323000；2.浙江丽水市农业科学研究院化学生物学中心）

百合（Liliumspp.）通常是对百合科（Liliaceae）百合属（Lilium）一类具有地下鳞茎的多年生草本植物的统称，其具有较高的药用、食用和观赏价值，是我国重要经济作物之一。全世界有百合属植物100余种，我国有 50余种[1]，其中卷丹（L.lancifoliumThunb.）、百合（L.brownieF.E.Brown var.viridulumBaker，俗称龙牙百合）或细叶百合 （L.pumilumDC.，俗称兰州百合）为2015年版《中国药典》收录的药用百合品种[2]，同时也是我国卫生部首次颁发的药食兼用药材品种[3]。我国人工栽培百合已有1 400 a以上的历史，主要栽培的为药用和食用百合，发展至今已形成甘肃兰州、安徽霍山、湖南龙山及隆回、江西万载等药、食用百合主产区[3，4]。切花百合发展较晚，21世纪初才开始生产，但伴随着我国鲜切花产业的不断发展，切花百合栽培面积不断扩大，主产区位于云南和江苏等地[5]。

连作障碍（Continuous cropping obstacle）是指在同一块地上连续种植同种或同科作物2茬以上，即使采用正常的栽培管理措施也会发生作物产量降低、品质变劣和生育状况差等现象[6]。百合属于根茎类植物，连作障碍较为普遍，加上百合可作为药材、蔬菜及切花品种，经济价值高，种植面积逐年扩大，连作障碍问题日趋严峻，导致百合产量和质量严重下降，引起了研究者们的关注，取得了一些研究进展。本文对近年来开展的百合连作障碍成因及防控技术方面的研究报道进行综述，旨在为今后解决百合种植过程中的连作障碍问题提供参考。

1 百合连作的为害

连作对百合的产量和品质均有较大影响，以甘肃兰州为例，当地的细叶百合因连茬导致减产一半，甚至减产至1/3，严重的几乎绝产，独头率下降20%以上。连作导致兰州百合叶面积减小，光合作用减弱，体内活性氧代谢紊乱，导致兰州百合生长受到严重抑制，干物质积累和鳞茎产量降低[7]。黄钰芳等[8]的研究证实了上述结论，并进一步发现连作对兰州百合的苗期、鳞茎膨大期及成熟期均存在抑制作用，且随着连作年限延长作用加剧。其他百合品种如卷丹、龙牙百合以及切花百合连作后长势变弱、种球退化、病虫害发生严重以及鳞茎产量、品质下降，甚至绝收的现象也有不少报道[4，9]。可见，连作障碍是百合生产实践中普遍存在的问题，严重制约了百合产业的健康发展。

2 百合连作障碍的形成机制

连作障碍产生的原因十分复杂，目前认为主要包括化感自毒作用、土壤养分及理化性状改变、土壤微生态失衡、病虫害增多等几个方面。

2.1 化感自毒作用

化感作用（Allelopathy）是指植物通过合成并向环境释放化学物质而产生对自身和其他生物直接或间接的作用，自毒作用（Autotoxicity）是化感作用的一种特殊的作用方式，是发生在种内的生长抑制作用[10]，属于非生物因素。目前百合的化感自毒相关研究主要包括化感物质的分析鉴定、化感作用对受体植物的化感效应以及对自身的自毒效应等。

①百合化感物质 在百合具体化感物质分离鉴定方面已有不少研究成果。百合的化感物质主要有脂肪酸、酯、醛、酚类等多种类型的化合物，不同品种化感物质种类和含量均存在显著差异[9～14]。本文将不同百合品种中目前已经得到分离鉴定的化感物质总结于表1～3中。

表1 切花百合“西伯利亚”中分离鉴定的百合化感物质

②化感作用 除了化感物质的鉴定，百合化感物质的化感作用方面也得到了一些研究进展。研究发现，水培切花百合“西伯利亚”根系分泌物对萝卜、番茄等4种受体作物的种子萌发和幼苗生长均产生了不同程度的抑制作用[11，15]。兰州百合土壤浸提液对马铃薯和豌豆存在低浓度的化感促进作用和高浓度的化感抑制作用[16]。除了根系分泌物，研究结果表明，“西伯利亚”百合的茎叶、花、鳞茎等器官水浸液对莴苣、黄瓜和大葱等5种受体作物的萌芽和幼苗生长均有一致的化感效应，且具有浓度效应，鳞茎和花的抑制效应强于茎叶[17]。百合对观赏植物也能产生化感作用，如亚洲百合 （LiliumAsiatic Hybrids）鳞茎水浸液对一串红、金鱼草、雏菊、石竹4种观赏植物的种子发芽和幼苗的生长表现为高浓度抑制、低浓度促进双效性，而茎叶水浸液总体呈现出抑制作用[18]。樊生丰[16]研究发现，不同浓度的兰州百合土壤浸液对党参等药材幼苗生长也会产生抑制作用。可见，百合对蔬菜、花卉及药材等多种受体植物均能产生化感效应。

表2 兰州百合中分离鉴定的百合化感物质

③自毒效应 除了对受体植物产生化感作用，百合的化感物质还具有自毒作用。陈君良等[10]研究发现，兰州百合根系分泌物对自身幼苗具有低浓度促进、高浓度抑制的双效应，其自毒作用的产生是由于高浓度根系分泌物改变了百合幼苗叶片超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性、根系活力、叶绿素、丙二醛（MDA）和脯氨酸（Pro）含量所致[10]。另有研究发现，兰州百合根及鳞茎水浸液能够抑制自身幼苗生长，且存在浓度效应，并指出自毒作用是导致兰州百合连作障碍的重要原因之一[19]。近期的研究证实了邻苯二甲酸（Phthalic acid，PA）是导致兰州百合自毒作用的化感物质之一[14]。

2.2 土壤养分、结构及理化性状变化

土壤养分及理化性状是决定植物生长状况的根本要素，属于非生物因素。研究发现，百合连作可导致土壤表层盐分聚积、板结加剧、速效钾严重亏缺、质地黏重等现象，还使土壤逐渐盐碱化，氮、磷、钾等养分失衡，部分酶活性显著下降，并伴随多种酚酸类物质逐年积累[7]。通过对比高产田与低产田之间理化指标的差异，有机质含量、氮元素、速效钾等可能是制约兰州百合鳞茎产量的重要因素[3]。冯游滔[9]研究发现，龙牙百合连作后会导致土壤持续酸化，继而破坏百合对土壤养分的吸收。可见，土壤质量下降是造成百合连作障碍的主要因素之一，包括土壤物理性状改变、养分失衡、盐碱化、酶活降低和有害物质积累等多个方面。

2.3 土壤微生态失衡

土壤微生物的群落结构变化属于连作障碍的生物因素，与上述非生物因素相比，研究起步相对较晚。Shang等[20]利用Illumina高通量测序技术分析了连作3 a的健康百合和发生枯萎病的百合根际土壤微生物群落差异，发现发病组根际土壤细菌类微生物比健康组保持较高的多样性，而真菌类微生物多样性趋势则刚好相反，但总体微生物群落功能多样性显著下降，其中发病组土壤中丰度相对较高的有镰刀菌（Fusarium）、丝核菌（Rhizoctonia）、黄萎病菌（Verticillium）、青霉菌（Penicillium）和锈腐病菌（Ilyonectria）5个病原菌属；而健康组中丰度相对较高的菌属只有芽孢杆菌属（Bacillus）1种。Hua等[21]使用相同的Illumina高通量测序技术分析了单种和兰州百合—玉米间作条件下百合根系的菌群差异，结果显示，2种条件下微生物种类的丰度存在显著差异，间作的兰州百合根系镰刀菌属等有害真菌丰度提高的同时格孢腔菌（Pleosporalessp.）等有益菌丰度降低，还发现了单种根系不存在的毛壳菌属（Chaetomiumsp.）等有益微生物。另有研究指出，龙牙百合连作后有机分泌物增多引起的pH值下降，导致连作地中以青霉菌属和镰刀菌属为主的致病真菌数量和种类增多，而以厚壁菌门的乳酸链球菌为主的细菌数量和种类也高于非连作地[9]。

2.4 病虫害增多

百合整个生长发育期均易发生病虫害，多达40种，包括真菌性、病毒性、细菌性病害及蛴螬、蚜虫、线虫和红蜘蛛等虫害，其中真菌性病害和病毒性病害研究相对较多[22]。真菌性病害主要有枯萎病（又名基腐病、根腐病、茎腐病）、灰霉病（俗称叶枯病）、炭疽病以及疫病（脚腐病）等，其主要病原菌分别为尖孢镰刀菌 （Fusarium oxysporum）、椭圆葡萄孢菌[Botrytis elliptica（Berk.） Cooke]、 百合炭疽病菌（ColletotrichumliliiPlakidas） 和 烟 草 疫 霉（Phytophthora nicotianaevan Bredede Haan） 等，其中镰刀菌引起的百合枯萎病（Fusariumwilt）是百合病害中为害最大，也是发生最普遍、最严重的一种病害[22]。Wu等[14]发现，兰州百合根际分泌物邻苯二甲酸可以刺激尖孢镰刀菌生成更多的以镰刀菌酸（Fusaric acid）为主的真菌毒素，促进百合枯萎病的发生。除了细菌和真菌，病毒感染也是造成百合产量、品质降低和连作障碍的重要原因之一。百合的主要致病病毒包括百合无症病毒（Lily symptomless virus，LSV）、 百 合 花 叶 病 毒 （Lily mottle virus，LMoV）、黄瓜花叶病毒 （Cucumber mosaic virus，CMV）3种，这3种病毒可单独侵染，或2种甚至3种同时侵染百合，抑制百合的生长和鳞茎膨大[23，24]。连作导致上述各种百合病虫害加剧，使百合减产1/3～1/2，甚至绝收，严重制约百合产业健康持续发展。

表3 龙牙百合中分离鉴定的百合化感物质[9]

3 百合连作障碍的防治技术

百合连作障碍的总体防治原则为预防为主，综合防治，目前采用较多的是农业防治、化学防治和生物防治方法。

3.1 农业防治

①良种挖掘与选育 早在20世纪90年代，Straathof等[25]调查得出目前为止还未发现对镰刀菌完全免疫的百合种或栽培品种的结论，但相比较而言东方百合对镰刀菌抗性最差，麝香百合次之，亚洲百合最强。国内学者在对不同的百合栽培品种进行鉴定后也得出了一致的结果，并筛选出兰州百合、大花卷丹（L.leichtliniivar.maximowivziiBaker）、湖北百合（L.henryiBaker）、岷江百合（L.regaleE.H.Wilson）等多个对镰刀菌高抗的百合野生种和卷丹、宜兴百合（L.lancifoliumThunb）等栽培种[26～28]。刘妍等[27]发现，百合四倍体材料普遍具有较好的镰刀菌抗性，发现了1个高抗镰刀菌的有性三倍体二倍化变异材料Cai-74，并推测该材料对镰刀菌的抗性可能与其总皂苷含量高有关。罗建让等[29]通过对近百个麝香百合×亚洲百合远缘杂种后代的镰刀菌抗性鉴定发现，父本亚洲百合的镰刀菌高抗性可以成功遗传给杂种后代，证明通过杂种系间杂交实现百合镰刀菌抗性的渐渗育种切实可行。

相对于百合枯萎病而言，百合其他病害抗性方面的研究相对较少。仅有少量研究团队初步分析了不同栽培品种对灰霉病的抗性，发现不同栽培品种对灰霉病的抗性存在显著差异，供试品种中“康斯坦萨”和“索邦”为高抗品种[30]。

②倒茬轮作 研究发现百合与豆类、瓜类和茄果类蔬菜轮作可以促进百合植株的生长，与叶菜类轮作苗期生长缓慢[31；马铃薯和豌豆可作为兰州百合较好的前茬作物[16]。与旱作轮作相比，水旱轮作对切花百合的生长效果最佳，是有效克服切花百合连作障碍的重要措施[32]。李泽森等[33]研究了不同水浸泡田时间对百合病虫害的影响，发现水浸泡时间的增加能够显著控制百合疫病的发病率和蛴螬的为害率，显著增加百合的产量和品质。百合与晚稻轮作种植模式不仅能有效降低百合病虫为害，还可提高土地利用率，生产上应综合考虑采用最适宜当地物候期的播种时间以保证百合和晚稻产量。

3.2 化学防治

在防治枯萎病化学药剂方面，研究报道多菌灵可湿性粉剂（WP）、福美双WP、噁霉灵WP或水剂（AS）、己唑醇悬浮剂（SC）、烯唑醇 WP、苯醚甲环唑水分散粒剂（WG）、己唑醇微乳剂（ME）、中生菌素WP、菌核净WP、申嗪霉素SC等单剂对尖孢镰刀菌、层出镰孢菌（Fusarium proliferatum）等百合枯萎病病原菌具有较强的抑制作用或增强百合对病原菌的抗性[22，34～37]。 多项研究结果表明，复配剂的抑菌效果优于单剂。梁巧兰等[38]发现代森锰锌+甲基托布津（甲基硫菌灵）和代森锰锌+多菌灵复配剂防治百合枯萎病效果明显优于使用单一的代森锰锌药剂；田丽丽等[39]试验结果表明，复配剂菌菌灵（多菌灵+福美双）+绿精灵[25%Cu（NH3）4SO4]、菌菌灵+医霉（21%过氧乙酸）具有较好的抑菌效果。

其他病害防控药剂方面的研究工作也取得了一些进展，如百菌清WP、菌思奇（啶菌噁唑）EC、异菌脲 WP、扑海因（异菌脲）SC、速克灵（腐霉利）WP等药剂对灰霉病具有较好的防治效果[40～42]；噁酮·霜脲氰WG、王铜菌核净WP、霜脲·锰锌WP、霜霉威盐酸盐AS等药剂防治百合疫病效果较好[41，43]。咪鲜胺EC在防治炭疽病方面具有较好效果[43]。

3.3 生物防治

生物防治技术主要是通过生物或生物的次生代谢产物进行防治，因具有绿色、环保、高效的优点，越来越受到人们的重视，在百合生防方面也取得了一些研究进展。

在生防微细菌方面，目前研究报道相对较多。研究发现枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）和淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）可抑制尖孢镰刀菌活性，对百合枯萎病有一定的防治效果，其中淀粉芽孢杆菌中的抑菌活性物可能为Iturin和Fengycin脂肽类化合物[44，45]。另有研究发现，放线菌的发酵液可抑制尖孢镰刀菌和椭圆葡萄孢菌的生长，对枯萎病和灰霉病具有较好的防治效果[44，46]。从公牛链霉菌（Streptomyces tauricus）的发酵产物分离得到的新磷氮霉素A对百合灰霉病菌具有较好的抑制效果[47]。藤黄灰链霉菌提取物中分离的活性物质寡霉素A和C对百合灰霉病菌、炭疽病菌具有离体抗菌活性[48]。Fravel等[49]指出使用尖孢镰刀菌非致病性菌株如Fo47和CS-20可以防控致病性尖孢镰刀菌的感染。

在生防真菌方面，也取得了一定的研究成果。黏孢菌类真菌深绿木霉 （Trichoderma atroviride）发酵液的TraT2A蛋白质提取液可提高百合的抗灰霉病能力[50]。Hua[21]指出，毛壳菌属为有益真菌，可开发用于消除百合的连作障碍。研究发现百合根际的丛生菌根（AM）真菌对根际病原微生物有抑制作用，能够促进百合生长、营养吸收，增强百合抗病能力，有望开发成解决百合连作障碍的“生物肥料”[3，51]。

其他来源的生防制剂也得到了一些研究。植物来源方面，研究发现大蒜鳞茎粗对百合枯萎病具有一定的防治效果[44]；菊科植物紫茎泽兰（Eupatorium adenophoraSpreng.）对百合尖孢镰刀菌具有抑制作用[22]。利用生物酶解工程从海洋甲壳类动物外壳中提取的壳聚糖制备得到的海岛素（5%氨基寡糖素）对百合灰霉病的抗病增产效果明显[52]。

4 展望

百合经济价值高，且我国百合资源丰富，种植面积不断增加，但由于存在严重的连作障碍，导致百合产业效益逐年下降。在百合连作障碍方面，虽然学者们从多个方面开展了研究，并取得了一定的进展，但还无法完全解决该问题。

连作障碍的绿色防控是保障百合产业长远发展的有效途径。其中优质的种鳞茎是解决连作障碍的重要途径之一，生产上除了需要选用无病、无伤口、健壮的种鳞茎，还要注意品种的选择，以提高产量。百合育种是百合产业链的顶端产业，我国目前的百合育种工作严重滞后，已经成为制约我国百合产业的发展关键因素之一，因此百合优良品种选育迫在眉睫。因此，挖掘、培育百合抗病性强、高产、质优的优良品种是绿色防治的一个工作重点。另外，加大生物防治技术和高效、低毒、低残留、环境友好型农药的研发、应用和推广，有助于百合优良品种的保质、保量和绿色生产，实现百合生产安全、产品质量安全和生态环境安全，推进我国百合产业健康、长远发展。