几种生物制剂对有机水稻稻瘟病的防效及产量和品质的影响

严 羽，王维建，姚宇阗，陈 宸，仇 俊，张晓伟，陈夕军

（1江苏省仓东农业发展有限公司，江苏盐城 224237；2扬州大学园艺与植物保护学院，江苏扬州 225009；3江苏省沿海开发集团有限公司，南京 210019）

0 引言

水稻是最重要的粮食作物之一，全世界有近一半的人口以稻米为食[1]。中国年种植水稻面积约3000万hm2，产稻谷2 亿t 左右。但水稻在生产过程中常遭受多种病虫害的侵袭，每年因病虫危害造成的损失高达400～500 万t，稻瘟病、纹枯病、白叶枯病和稻飞虱、稻纵卷叶螟、二化螟等是水稻上最重要的病虫害[2]。

稻瘟病作为一种世界性真菌病害，在全球各稻区均有发生。在中国，稻瘟病是水稻“三大病害”之一，重病区一般年份减产10%～20%，严重时达40%～50%，甚至绝收[3]。对于稻瘟病的防控，目前主要依靠化学药剂。至2021年4月，在中国农药信息网上，登记用于防治稻瘟病的各成分不同剂型药剂共有991 种，其中化学药剂的单剂或复配剂有896种，占比90%以上[4]。长期、过频、过量的施用化学农药带来了一系列经济、社会和生态问题，如农民投入的增加、病原菌抗药性的产生、农产品质量不安全、环境受污染、生态被破坏等[5-6]。

有机农业因其在生产过程中完全或基本不用人工合成的肥料、农药和生长调节剂，从而被认为是可以减轻常规农业对环境和人类健康负作用的一种选择[7-8]。受出口的拉动，20 世纪90 年代，有机农业开始在中国兴起，且平均每年以大于13%的增幅在增长，2019年有13813家生产企业获得中国标准的有机认证，有机农业耕地面积232.8万hm2，其中水稻29.8万hm2[9-10]。但在有机农业生产中，较低的产量、较高的人力投入以及不完善的病虫害防控技术均制约着其进一步发展[11]。研发更加高效的病虫害防控方法，明确可在有机水稻生产中应用的生物制剂对病虫害的控制效果、控害机制及对水稻产量与品质的影响，将为这些制剂在生产上的应用提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 供试材料

水稻品种：‘南粳9108’，江苏省高科种业科技有限公司。

生物制剂：6%春雷霉素可湿性粉剂和1000 亿芽孢/g 枯草芽孢杆菌可湿性粉剂（武汉科诺生物科技股份有限公司）、1%申嗪霉素悬浮剂（上海农乐生物制品股份有限公司）。

1.2 生物制剂对稻瘟病的防效测定

试验药剂设仅叶面喷施和浸种+叶面喷施两种处理方式。于水稻播种前将供试药剂稀释800倍后浸种12 h，其他操作与田间常规塑盘育秧操作一致。秧苗移栽后，叶面喷施药剂时间分别为分蘖期、破口期和齐穗期，药剂用量分别为1000亿芽孢/g枯草芽孢杆菌可湿性粉剂1500 g/hm2、1%申嗪霉素悬浮剂1350 mL/hm2和6%春雷霉素可湿性粉剂900 g/hm2，以清水处理作对照。每处理设3 次重复，每重复面积100 m2。于分蘖末期和穗后30天调查田间稻瘟病发生情况，叶瘟调查时，每小区5点取样，每点查20株，计数病株数

病害严重度分级方法参照国标《GB/T 17980.19—2000 农药田间药效试验准则（一）杀菌剂防治水稻叶部病害》，叶瘟标准如下：0 级，无病；1 级，叶片病斑少于5个，长度小于1 cm；3级，叶片病斑6～10个，部分病斑长度大于1 cm；5级，叶片病斑11～25个，部分病斑边成片，占叶面积10%～25%；7 级，叶片病斑26 个以上，病斑连成片，占叶面积26%～50%；9级，病斑连成片，占叶面积50%以上或全叶枯死。计数病株数各级病叶数与调查总叶数。

穗瘟调查为3点取样，每点调查100穗，计数病穗与健穗数，病穗严重度分级如下：0级，无病；1级，每穗损失5%以下（个别枝梗发病）；3级，每穗损失6%～20%（1/3左右枝梗发病）；5级，每穗损失21%～50%（穗颈或主轴发病，谷粒半瘪）；7级，每穗损失51%～70%（穗颈发病，大部瘪谷）；9 级，每穗损失71%～100%（穗颈发病，造成白穗）。病指指数、病指防效和病株（穗）率防效计算见公式(1)～(3)。

式中，DI为病情指数；NG为各级病株（穗）数，株（穗）；G为病级；T为调查总株（穗）数，株（穗）；GH为最高病级。

式中，CEDI为病指防效，%；DIC为对照区病情指数；DIT为处理组病情指数。

式中，CE为病株（穗）率防效，%；DRC为对照区病株（穗）率，%；DRT为处理区病株（穗）率，%。

1.3 生物制剂对水稻防御酶活性影响测定

分别以1000 亿芽孢/g 枯草芽孢杆菌可湿性粉剂1500 g/hm2、1%申嗪霉素悬浮剂1350 mL/hm2和6%春雷霉素可湿性粉剂900 g/hm2于水稻孕穗初期喷施水稻，并于施药后0、1、3、5、7、9 天采集各处理水稻上部叶片，立即置于液氮中备用。0 h 是指施药后立即采样。每处理重复3次。每重复3点取样，混合形成样品池。以清水处理作对照。

将水稻叶片剪碎，并称取一定量置于预冷的研钵中，加入预冷的0.05 mol/L PBS缓冲液、少量聚乙烯吡咯烷酮和石英砂，于冰浴上研磨成匀浆，转入离心管中在4℃、12000 rpm 下离心20 min，上清液即为酶液。过氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)和苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性测定参照文献[12-13]，超氧化物歧化酶(SOD)活性测定参照邹琦等[14]的方法进行。

1.4 生物制剂对水稻产量与品质的影响测定

以1.2 方法处理后，收获时每处理3 点取样，每点取10穗，合并后计数所有谷粒和实粒数；每处理5点取样，每点取1 m2内全部稻穗，脱粒晒干，以NP-4350 型风选机等风量风选，称重后计算产量；随机取1000 粒稻谷称重。出糙率、精米率、整精米率、青米率、垩白粒率、垩白度等品质性状参照国标《GB/T 1789—2017优质稻谷》，直链淀粉含量和精米中蛋白含量用FOSSTECATOR公司生产的近红外谷物分析仪测定。

1.5 数据统计

所有数据使用DPS 9.50软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 生物制剂对稻瘟病的防效

生物制剂仅叶面喷施和浸种+叶面喷施处理对水稻叶瘟均有一定防效，但总体以浸种+叶面喷施的效果优于只叶面喷施处理。浸种+叶面喷施处理对叶瘟的病株防效和穗瘟的病穗防效均在50%以上。但以枯草芽孢杆菌浸种+叶面喷施，对叶瘟的病指防效可达81.07%；其他几种处理中，申嗪霉素和春雷霉2种生物制剂浸种+叶面喷施处理的病指防效分别为56.49%和46.11%；而只以生物制剂进行叶面喷施处理的，其防效最大仅为37.12%（表1）。说明在稻叶瘟的防控中，仅以叶面喷药处理是不够的，前期浸种处理可有效降低初侵染来源，减轻病害的发生。同样，对稻穗瘟的防控亦以枯草芽孢杆菌浸种+叶面喷施处理效果最好，病指防效可达48.92%，申嗪霉素和春雷霉素浸种+叶面喷施的病指防效则分别为34.23%和29.85%；单以叶面喷施则防效更差，以春雷霉素叶面喷施穗瘟病指与对照相无差异（表2）。这可能因为生防制剂持效期短，且基本无内吸性，从而对水稻穗瘟防效不佳。

表1 不同生物制剂对稻叶瘟病的防效

表2 不同生物制剂对稻穗瘟病的防效

2.2 生物制剂对水稻防御酶活性的影响

以供试药剂处理水稻后，水稻中POD活性均显著升高，且均在施药1天后，酶活性达最大值；1天后各处理水稻叶片中POD 酶活有不规则下降，7 天后春雷霉素处理酶活已与对照无差异。药液处理后1 天内，各处理水稻叶片内PPO 酶活性与对照无差异；1 天后酶活上升，第3天达最高值；第5天时春雷霉素处理和枯草芽孢杆菌处理的酶活已与对照无差异，但申嗪霉素处理不仅在第3 天时的酶性显著高于其他处理和对照，且3天后一直呈缓慢下降的趋势，直至第9天，仍显著高于对照。CAT 酶活在各处理水稻叶片中的变化情况与PPO酶类似，均是1天后上升，3天达最高值，第5天时与对照基本没有差异。SOD酶活测定结果则显示，各药剂处理后其酶活变化不一致；申嗪霉素处理后，酶活一直上升，且直到第9 天仍显著高于对照；枯草芽孢处理后，酶活在第3天和第5天显著高于对照，其他时间点酶活与对照差异不显著；而春雷霉素处理后，SOD酶活基本与对照没有差异，甚至在第7天和第9天还明显低于对照。

图1 不同生物制剂处理后不同时间内水稻叶片防御酶活性

2.3 生物制剂对水稻产量及其构成因子的影响

无论是仅叶面喷施处理还是浸种+叶面喷施，生物制剂均能大幅提高水稻的产量及其构成因子的值，而且以浸种处理+叶面喷施明显好于单纯的叶面喷施处理。在3 种生物制剂中，又以用枯草芽孢杆菌进行浸种+叶面喷施效果最好，相比对照，其单穗实粒数、结实率、千粒重和产量分别提高了22.9%、7.2%、11.9%和21.6%（表3）。由此可见，尽管生物制对水稻穗瘟的防效并不理想，但其对保穗促产具有一定效果。

表3 生物制剂对水稻产量的影响

2.4 生物制剂对水稻品质的影响

使用生物制剂处理后，各处理稻谷的出糙率、精米率和整精米率均较对照有所提高，但增加幅度均不大，最高分别比对照高出2.3%、5.1%和10.4%；而垩白粒率则以几种生物制剂浸种+叶面喷施的比率较低，单独浸种处理的反而较对照高，但降低与增加值的幅度均较小。同样，经几种生物制剂处理后，以枯草芽孢杆菌进行浸种+叶面喷施，稻谷的青米率和垩白度与对照相比有明显下降，直链淀粉和蛋白质含量有明显上升；其处理青米率、垩白度、直链淀粉含量和蛋白质含量与对照相比差异较小，有些处理组米质甚至较对照组略差（图2）。

图2 生物制剂对稻米质量的影响

3 讨论

3.1 生物农药的发展与应用前景巨大

农药是现代农业生产中重要的生产资料，在保证世界作物产量和满足逐渐增加人口的粮食需求方面发挥了重要作用[15]。自20世纪80年代以来，随着集约化农业的推广，国内化学农药使用量逐年上升，至2013年，化学农药使用量达到了180.77万t的峰值[16]。化学农药的使用，一方面带来了高产，满足了人们对粮食的需求；另一方面，却又产生了巨大的负面效应，如有害生物抗药性[17]、害虫的再猖獗[18]、环境污染[19]和食品安全事故[20]等。近年来，随着人们对农产品质量安全的重视和环境保护意识的加强，生物制剂在农业生产中的应用越来越广泛，生物农药行业得到了强势发展。据农业农村部制定的《我国生物农药登记有效成分清单（2020版）》（征求意见稿）记录数据，至2020年3月，中国现有生物农药登记有效成分101 个，产品约5000个（包括单剂与混配药剂）[4,21]。但这些生物农药产品的产量与产值只占农药总产量和总产值的9%左右，远低于欧美等发达国家的40%[21]。因此，在中国，生物农药的发展仍有巨大的发展与应用空间。

3.2 明确生物制剂的控病机制具有重要意义

生物农药在生产上应用受阻主要原因有如下方面：防效不稳定、速效性差、易受环境条件影响、作用成分复杂、作用机制不明等。如枯草芽孢杆菌、申嗪霉素和春雷霉素等在水稻病害防控中早有应用，但对其具体作用机制研究的并不透彻，特别是在施用生物制剂后，对水稻抗性诱导以及稻米品质的影响研究较少[22-23]。罗剑英[24]研究发现，申嗪霉素除可打破细胞原有的氧化还原平衡，使细胞内超氧化物自由基积累，导致目标细胞中毒死亡外，还可抑制病菌体内丙酮酸脱氢酶活性。枯草芽孢杆菌NV11-4 和蜡质芽孢杆菌YD4-6不仅对稻瘟病菌和水稻纹枯病菌有较强的抑制作用，还可诱导水稻体内防御酶活性的增强[25]。本研究结果表明，枯草芽孢杆菌、申嗪霉素和春雷霉素不仅可以有效控制有机稻田稻瘟病的发生，还能诱导水稻体内防御酶活性的增强，增加稻谷的产量与稻米品质，这些结果将为这些生物制剂在有机水稻上的应用提供理论依据。

3.3 种子处理是防控有机水稻稻瘟病的重要环节

长期以来，对于稻瘟病的防控主要采用化学药剂喷施，且对稻苗瘟和叶瘟病的防控时期多于田间出现发病中心后，即所谓的压低基数[26-27]；而对于穗颈瘟，则认为始穗期用药最为关键，在发病严重的情况下齐穗期再施一次药[28]。在分析影响病害发生因素时，也多考虑品种的抗病性、气象条件、栽培管理措施和用药种类等，很少考虑种子带菌量[29]。但在田间，种子带菌也是稻瘟病的重要初侵染来源，再加上秸秆还田技术的推广，田间病残体富积，初始菌量较大[30-31]。因此，种子处理其实在稻瘟病的防控中尤为重要。只是前人研究多表明，种子处理对稻叶瘟有预防效果，但对叶瘟后期的防治效果不佳，且对穗颈瘟无防效[27,32]。而生物制剂又由于持效期短，内吸性差，且与化学药剂相比，防效易受环境、施药时期、施药方式等影响，所以生产上更少加以应用。但本研究结果显示，经种子处理的水稻，叶瘟和穗瘟均比对照或单独叶面喷施的防控效果好，特别是枯草芽孢杆菌经种子处理+叶面喷施后，对水稻叶瘟的防效可高达81.0%，对穗瘟的防效也比单独叶面喷施高出20%～25%。因此，种子处理对于稻瘟病的防控是必须的，是不可或缺的重要环节。当然，由于生物制剂总体防效较差，而有机稻田又不能施用化学农药，因此必须将农业防治、物理防治、生态调控等与施用生物制剂相结合，才能对有机水稻田病虫害有更好的防治效果。

4 结论

生物制剂春雷霉素、申嗪霉素和枯草芽孢杆菌种子处理加叶面喷施对稻瘟病有较好的防控效果。叶面喷施后水稻植株体内防御酶活性比对照明显提高，且能提高水稻的产量和品质，生防制剂处理的水稻垩白率、垩白度、青米率显著降低，而出糙率、整精米率、直链淀粉含量和蛋白质则较对照有明显增长。因此，本研究认为生物制剂可有效控制稻瘟病并提高水稻产量和品质，但由于生物制剂多不具备化学农药的速效性，防效易受环境影响，且有机稻田不能施用化学农药，因此在防控水稻病害时应与农业措施、物理措施、生态调控措施等相互配合，才能取得更好的防治效果。