不同前茬作物对秋茬大白菜根肿病及产量的影响

路 鹏 罗晓涵 王雪东 梁鑫宇 吴凤芝 潘 凯

（东北农业大学园艺园林学院，黑龙江哈尔滨 150030）

大 白 菜〔Brassica campestrisL.ssp.pekinensis（Lour）Olsson〕为十字花科芸薹属作物，原产于我国北方地区，具有营养价值高、产量高、耐贮运等特点，是我国北方地区秋冬季节食用的主要蔬菜种类之一，供应期长达半年之久。但由于长期的单一种植模式及不科学的栽培管理，导致菜田土壤生态环境劣变、病害发生严重，尤其是近年来根肿病持续加重，已成为阻碍大白菜生产的重要原因（Ricarova et al.，2016）。根肿病是由芸薹根肿菌（Plasmodiophora brassicae）专性侵染十字花科作物引起的土传性病害，是限制十字花科作物生产的主要因素，造成全球减产10%～15%（Ernst et al.，2019）。由于芸薹根肿菌存在众多生理小种（索欢等，2015），且休眠孢子在土壤中存活时间较长，使得该病防治起来尤为困难（黄云 等，2007；任静，2018）。当前，根肿病的主要防治措施包括选育抗病品种、施用生石灰和生物防治等（李金萍 等，2012），但效果均不理想。近年来，利用植物种间化感作用防治植物土传病害受到广泛关注。已有研究发现，通过轮作可以抑制病原菌过度繁殖，降低病害的发生率（陈丹梅 等，2015，2016）。但是若前茬作物设计不合理，则会导致土壤病原菌积累，后茬植株生长受到抑制且病害加重（庄敬华 等，2009）。

黑龙江省哈尔滨市阿城区是秋大白菜主产区，30多年来一直采用春茬种植大蒜、秋茬种植大白菜的生产模式，但近10年该地区秋茬大白菜根肿病发病严重，更换大白菜品种及采用药剂防治都未获得理想效果，导致许多农户放弃大白菜种植，严重影响了当地大白菜产业发展。有研究表明，以大豆作为前茬作物大白菜根肿病的发病率和病情指数分别降低了73.5百分点和82.1%，其机制之一是大豆根系分泌物刺激休眠孢子萌发，在没有活寄主的情况下死亡进而降低了土壤中根肿病病原菌含量（唐林，2016）；荞麦根系分泌物能够抑制甘蓝根肿病的发生并促进甘蓝生长（周俐利，2017）；分蘖洋葱根系分泌物亦可以抑制大白菜根肿病的发生并促进大白菜生长（Chen et al.，2018）。本试验根据黑龙江省的气候条件，选择在茬口衔接上能够保证秋大白菜生产的分蘖洋葱（Allium cepavar.agrogarumL.）、早熟大豆〔Glycine max（Linn.）Merr.〕、春小麦（Triticum aestivumL.）作为前茬作物，研究不同前茬作物对秋茬大白菜根肿病发生、大白菜生物量及产量的影响，旨在筛选出适宜北方露地秋茬大白菜生产的前茬作物，为抑制大白菜根肿病发生及保障大白菜可持续生产提供技术和理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试大白菜为根肿病易感品种改良东白1号，分蘖洋葱为绥化市望奎地方品种M29，春小麦品种为东农123，大豆品种为黑河49号，大蒜品种为阿城紫皮蒜，均由东北农业大学园艺园林学院设施园艺与蔬菜生理生态课题组提供。

1.2 试验方法

试验分别于2018年4—10月、2019年4—10月在黑龙江省哈尔滨市阿城区白城村大白菜产区进行，该地区常年种植模式为春茬种植大蒜、秋茬种植大白菜，近10年来根肿病发病严重。试验地土壤基本理化性质为：有机质含量3.07%，碱解氮130.41 mg·kg-1，有效磷117.55 mg·kg-1，速效钾622.50 mg·kg-1，pH值6.43，EC值0.398 mS·cm-1；每克土壤中芸薹根肿菌休眠孢子含量为1.95 × 105个。

设置3个处理：B，大豆—大白菜；O，分蘖洋葱—大白菜；W，小麦—大白菜。以当地常年种植模式大蒜—大白菜为对照（CK），每处理3次重复，小区面积21 m2（3 m × 7 m），四周设保护行。2018年，4月8日种植分蘖洋葱、小麦、大蒜，4月28日种植大豆，前茬收获后于7月23日直播大白菜，株距50 cm，行距50 cm，10月5日采收；2019年，4月5日种植分蘖洋葱、小麦、大蒜，4月29日种植大豆，前茬收获后于7月28日直播大白菜，株距50 cm，行距50 cm，10月5日采收。各作物均采用常规田间管理，两年试验管理措施一致，每667 m2施硫酸钾复合肥（N-P-K为15-15-15）10 kg、磷酸氢二铵10 kg作基肥。

1.3 测定项目

1.3.1 土壤芸薹根肿菌休眠孢子含量测定 2018年春茬作物播种后20、40、60 d，2019年春茬作物播种后60 d，分别采用五点取样法取0～15 cm表层土，过10目筛后于-80 ℃冰箱保存。土壤DNA的提取采用PowerSoil DNA Isolation Kit（MO BIO Laboratories，CA，USA）试剂盒。参照Wallenhammar等（2012）的方法，采用实时荧光定量PCR测定土壤中芸薹根肿菌休眠孢子含量。芸薹根肿菌引物序列为：PbF，5′-AAACAACGA GTCAGCTTGAATGC-3′；PbR，5′-TTCGCGCACA AGCACTTG-3′。

1.3.2 根肿病发病情况调查 大白菜播种后20 d（五叶一心至六叶一心）、30 d（莲座期）、40 d（结球期），每处理分别随机选取9株，调查发病情况，计算发病率及病情指数。病情分级标准参照王雪涵（2018）的分级标准：0级，根部无肿瘤，植株生长正常；1级，侧根有肿瘤，植株生长正常；3级，主根肿大有肿瘤，其直径小于2倍茎基部，植株地上部可见生长轻度受阻；5级，主根肿大，直径是茎基部的2～3倍，侧根脱落，植株地上部生长轻度受阻；7级，主根肿大，直径是茎基部的3～4倍，侧根脱落，植株地上部明显矮小、萎黄；9级，主根肿大，直径是茎基部的4倍以上或龟裂，侧根大量死亡，植株地上部严重萎蔫或死亡。

发病率=发病株数/调查株数× 100%

病情指数=Σ（各级病株数×相对级数）/（调查总株数×最高级数）× 100

1.3.3 大白菜地上部鲜、干质量及产量测定 大白菜播种后20、30、40 d，每处理分别随机选取9株，取地上部分，用蒸馏水洗净、擦干，采使用电子天平称量地上部鲜质量；然后放入烘箱，105 ℃下杀青后调至60 ℃烘干至恒重，采用电子天平称量地上部干质量。播种后70 d左右收获叶球部分测产。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2016软件进行原始数据整理和做图；采用SPSS 21.0软件进行方差分析，运用Turkey法在P＜0.05水平上进行比较。

2 结果与分析

2.1 不同前茬作物对土壤中芸薹根肿菌休眠孢子含量的影响

2018年种植期间，3个处理及对照土壤中芸薹根肿菌休眠孢子含量均随春茬作物种植时间的延长呈下降趋势，且大豆、分蘖洋葱、小麦根际土壤中芸薹根肿菌休眠孢子含量一直低于对照大蒜；播种后60 d，大豆、分蘖洋葱根际土壤中芸薹根肿菌休眠孢子含量显著低于对照，分别比对照降低了30.46%、33.88%（图1）。

图1 不同前茬作物对土壤中芸薹根肿菌休眠孢子含量的影响

依据2018年测定结果，2019年仅对春茬作物播种后60 d的土壤芸薹根肿菌休眠孢子含量进行了测定。大豆、分蘖洋葱和小麦根际土壤中芸薹根肿菌休眠孢子含量分别为2.46 × 104、2.72 × 104、2.25 × 104个·g-1，与对照（大蒜根际土壤中芸薹根肿菌休眠孢子含量为7.90 × 104个·g-1）相比分别降低了68.86%、65.57%、71.51%，差异均达显著水平。说明采用大豆、分蘖洋葱和小麦作为前茬作物，均能降低土壤中芸薹根肿菌休眠孢子含量。

2.2 不同前茬作物对秋茬大白菜根肿病发病的影响

从表1可以看出，除2019年分蘖洋葱—大白菜处理在大白菜播种后20 d的根肿病发病率显著低于对照外，3个处理大白菜播种后20、30、40 d的根肿病发病率均与对照差异不显著，但病情指数均明显低于对照。其中，分蘖洋葱—大白菜处理的秋茬大白菜根肿病病情指数始终显著低于对照。

表1 不同前茬作物对秋茬大白菜根肿病发病的影响

2.3 不同前茬作物对秋茬大白菜生长及产量的影响

从表2可以看出，大白菜播种后20 d，3个处理的地上部鲜、干质量均与对照无显著差异；播种后30 d和40 d，分蘖洋葱—大白菜和小麦—大白菜处理的地上部鲜、干质量显著高于对照。3个处理的大白菜产量均明显高于对照，增产幅度均在20%以上，其中分蘖洋葱—大白菜和小麦—大白菜处理的秋茬大白菜产量两年均显著高于对照。

从表2还可以看出，连续2年采用大豆、分蘖洋葱和小麦作为前茬作物，秋茬大白菜2019年的增产幅度较2018年有所提高，增产效果分蘖洋葱＞小麦＞大豆。

表2 不同前茬作物对秋茬大白菜单株鲜、干质量及产量的影响

3 结论与讨论

合理的轮作可以抑制后茬十字花科作物根肿病的发生，并促进作物生长（陈静，2015；靳博红，2018；张蕾 等，2020）。本试验结果表明，与对照相比，大豆—大白菜、分蘖洋葱—大白菜和小麦—大白菜处理均降低了春茬土壤中芸薹根肿菌休眠孢子含量和秋茬大白菜根肿病病情指数。其机制之一可能是因为前茬作物生长过程中释放的根系分泌物刺激了芸薹根肿菌休眠孢子的萌发，而萌发孢子在没有合适的活寄主条件下，无法获取相应营养导致死亡，从而降低了土壤中芸薹根肿菌含量和大白菜根肿病发病程度，这在前人的研究中得到了证实（Prather et al.，2000；杨晓琴，2015；唐林，2016）。有研究发现酚酸类物质咖啡酸、香豆酸、绿原酸能够促进芸薹根肿菌休眠孢子的萌发（Ohi et al.，2003），部分水解产物如反式-2-羟基-3-丁烯硫代葡萄糖苷、4-羟基-3-吲哚甲基硫代葡萄糖苷对芸薹根肿菌休眠孢子也有类似影响（李铭，2012）。同时，Chen等（2018）研究表明，分蘖洋葱根系分泌物也会降低芸薹根肿菌致病基因的表达，并降低大白菜根肿病发病程度。相比于对照，大豆、分蘖洋葱和小麦根系分泌物中可能包含了更多刺激芸薹根肿菌休眠孢子萌发的活性物质，进而造成了对照与处理之间的差异，这需要在之后的研究中进一步对根系分泌物成分进行鉴定和反馈验证。除此之外，徐蕾（2016）研究发现，分蘖洋葱与大白菜轮作能够引起土壤微生物群落的改变，使土壤总细菌与总真菌的比值增大，说明种植适宜的前茬作物能够改善土壤的生态环境，增加土壤中有益菌含量，进而限制了病原菌的繁殖，降低了根肿病的发生。而对照长期种植大蒜为前茬，土壤微生物群落结构趋于稳定，芸薹根肿菌适应了此环境条件，从而使对照比处理根肿病发病严重。

由于受环境条件的影响，2018年和2019年春茬土壤中芸薹根肿菌休眠孢子含量及秋茬大白菜根肿病发病情况有所差异。十字花科根肿病的发病受温度、湿度等环境条件的影响较大（Gossen et al.，2012）。在温度适宜的条件下，土壤含水量60%～70%最有利于根肿病的发生，而在土壤水分含量较低的情况下该病也会少量发生（班洁静，2014）；Gossen等（2014）研究表明降雨与萝卜等芸薹属蔬菜根肿病的发病程度呈正相关。

本试验中，前茬种植分蘖洋葱和小麦均较对照显著促进了秋茬大白菜中后期的生长，大白菜产量亦显著高于对照，这与陈少灿和吴凤芝（2015）利用分蘖洋葱与大白菜轮作的结果类似。一方面适宜的前茬作物可以改善土壤生态环境，提高土壤酶活力，增加土壤肥力，创造更有利于秋茬大白菜生长的环境条件（徐蕾，2016），另一方面可能是因为前茬作物根系分泌物减少了土壤中芸薹根肿菌含量，进而降低其对大白菜的危害，减轻植物水分和营养吸收受阻程度，促进大白菜生长并增加其产量。徐蕾（2016）采用大葱、大蒜和分蘖洋葱与大白菜轮作，大白菜的经济产量分别提高了44%、29%、41%，说明大葱和分蘖洋葱生长过程中分泌的根系分泌物更有利于后茬大白菜的生长。此外，也有研究发现大蒜根系分泌物对于大白菜生长的化感作用表现为“低促高抑”（丁海燕，2017）。本试验中的对照，可能由于大蒜长期种植，导致土壤中化感物质过高，相较处理不利于秋茬大白菜生长。

综上，以分蘖洋葱作为前茬作物对于秋茬大白菜的生长及其根肿病的防治效果最优。但本试验仅进行了两年，对持续种植的影响有待进一步研究。此外，将几种适宜的前茬作物轮换种植是否更有利于秋茬大白菜的生长及根肿病的防控也有待探讨。