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生物农药在棉花黄萎病防治上和应用
摘 要：本文介绍了棉花黄萎病的危害特点及致病机理,综述了有关棉花黄萎病生物防治的研究现状.对当前应用在棉花黄萎病防治的生物农药的种类、施药方式和防病效果进行总结,分析了生物药剂在应用中存在的问题.结合新疆覆膜滴灌节水技术推广应用现状和棉花黄萎病的发生特点,提出了综合生物药剂与滴灌技术优势,开展棉花生物药剂随水滴施防治棉花黄萎病的技术研究的必要性及研究设想.
关键词：生物农药；棉花；黄萎病；防治现状；研究方向
棉花黄萎病（Verticillium wilt）是由大丽轮枝菌（Vertillium dahliae Kleb）引起的一种危害性极大的维管束系统病害,是典型的土传病害,病菌在土壤中存活时间长,并可在棉花各个生育期入侵并发病,防治十分困难,可造成棉花大幅度减产和棉品质的降低.棉花黄萎病遍布世界各国,美国每年因黄萎病损失的皮棉产量约在20%左右,同时该病害还降低棉纤维品质、种子产量和种子含油量,实际的经济损失远大于已统计出的产量损失[4].我国于自1935年从美国大量引进斯字棉4B,未经检验和消毒处理即分发河南安阳等地种植,开始出现棉花黄萎病,至2014年全国统计棉两萎病害发病面积已达300万hm2.
由于特殊的气候及地理条件,新疆成为我国最大优质商品棉基地.据统计,2015年新疆棉花产量达到350.3万t,占全国比重为62.5%.近年来,新疆棉区黄萎病为害日趋严重.据不完全统计,目前新疆“两萎”病混生棉田已达70% ～ 80%,每年由于枯萎病、黄萎病造成的经济损失达到15%左右,成为当前严重制约新疆棉花可持续生产的主要障碍因素.究其原因,主要是连年的重茬连作（在有限的耕地面积上要实现大面积植棉甚至扩大植棉面积,就必须进行大范围、多年份的连作）、高密度覆膜栽培（240 000 ～ 300 000 株/hm2）,以及秸秆还田尤其是病秸秆还田后,使得棉田生态环境发生了改变,土壤中病残体的积累量越来越大,黄萎病等病原菌在土壤中长期存活、过量富集,导致棉田土壤微生物菌群结构失衡,棉花黄萎病害的发生也越来越严重
关于棉花黄萎病害的有效防治,成为农业生产上的研究热点.自1921年,Hartely利用拮抗真菌防治棉苗猝倒病（Pythium debaryanum）之后,世界各地开始尝试开展植物病理的生物防治.生物农药,是利用生物活体或其代谢产物对有害生物进行防治的一类农药制剂.根据其成分和来源,主要包括拮抗微生物菌剂（细菌农药、真菌农药和病毒农药）、植物源农药、植物生长调节剂、抗生素农药等,一般的作用机理是通过调控土壤根际菌群平衡,抑制土壤病原菌生长,减少病原菌数量及对根系的侵染,或是通过促进作物生长,提高植株自身的免疫力和抗病性,从而达到防治植物病害的效果.生物农药应用于棉花黄萎病防治,成为当前棉花植病防控的重要途径.
近年来,许多植保科研工作者,应用生物农药在棉花黄萎病的防治上开展了大量研究,表现出较理想的防治效[10-13].同时,因生物药剂具有易于降解、不易积累、污染小、环境兼容性好等优点,对于新疆棉花产业可持续发展和农业生态平衡具有重要的战略意义.1
生物农药防治棉花黄萎病的研究进展1.1
生防菌的筛选和利用
利用生防菌进行棉花黄萎病菌的抑制,成为棉花病虫害防治上的热点.
微生物菌剂的作用机制,一是利用微生物本身与病原菌的拮抗、寄生、竞争等关系,在植物根部进行繁殖并定植,二是利用其代谢物如拮抗菌素、活性蛋白质类、几丁质等多种抑菌物质抑制病原菌的生长,同时调节、丰富植物根际的菌群结构,提高植物自身的免疫能力,从而起到防治棉花黄萎病的效果.一般是多种机制共同起作用.
对棉花黄萎病具有拮抗作用的微生物种类很多,报道最多的是真菌、细菌和放线菌（表1）.拮抗细菌,主要通过影响黄萎病菌菌丝生长、合成多肽类的抗生素来抑制植物病原真菌的生长和刺激植物生长,从而达到防治的效果,其中,研究较多的是枯草芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌[14-16].拮抗真菌,主要通过产生拮抗物质、免疫诱导、交互保护、重寄生和竞争作用等达到防治黄萎病的功效,研究较多的有木霉属真菌和丛技菌根真菌.李雪玲[通过对13个真菌生防菌株进行盆栽防病试验 和大田防病试验,从中筛选得到3株拮抗大丽轮枝菌的木霉菌株,棉花黄萎病第1次发病高峰和第2次发病高峰的防治效果达到38.2% ～ 53.5%和13.6% ～ 36.0%.AM菌根真菌是自然界普遍存在的一类真菌与植物根系建立的互惠共生体,可促进共生植物的生长,增强植株的抗逆性,利用它与大丽轮枝菌之间的竞争关系可防治黄萎病.放线菌,可分泌多种抗菌素,通过抗生作用、重寄生酶解作用、空间竞争和营养竞争、诱导抗性等方式影响植物病原菌的生长和繁殖,来抑制棉花黄萎菌的生长,代表性菌种为链霉菌[19].薛磊等[20]分离筛选到4株拮抗黄萎病菌的链霉菌菌株,它们能分泌真菌细胞壁降解酶类,使大丽轮枝菌生长受阻甚至死亡,防效达到18.7% ～ 65.8%.
1.2生物农药的研制及应用效果
棉花黄萎病属典型的土传病害,发生环境相对稳定,宜于开展生物防治.针对棉花黄萎病防治的生物农药,国内外已开展大量的研究.通过利用微生物之间的拮抗关系,一批有益微生物即生防菌被筛选、改良并研制成生物药剂,应用于棉花病害防治中,报道较多的有枯草芽孢杆菌制剂、木霉菌制剂、99植保、土康元、中农绿康等.另外,通过从生物中提取的天然植物激素或人工合成抗病化合物,研制而成植物生长调节剂,通过调节植物生长发育来诱导、激发植物产生抗病性,也称之为植物源农药[22].当前,应用于棉花病害防治的主要有辣根素、乙蒜素、植物激活蛋白、寡糖素、宁南霉素等.应用于棉花黄萎病防治的生物药剂其主要成分与功能见表2.
不同生物药剂,使用量、使用方式的不同,对棉花黄萎病的防治效果明显不同.王肃等研究发现,1 000亿芽孢/克枯草芽孢杆菌可湿性粉剂对于棉花黄萎病的防治效果是乙蒜素的1.7倍,建议施用100 g/667 m2.罗静静等[24]研究表明,使用菌根菌、木霉菌制剂可明显减少连作棉花各生育期黄萎菌的数量,其黄萎菌微菌核数量分别降低22.2%、42.5%.刘政等研究发现,木霉菌厚垣孢子制剂2 kg/667 m2、4 kg/667 m2浓度处理下,对棉花黄萎病防效可达到43.19％和57.81％.Berg等研究结果显示,AM菌根真菌、拮抗细菌等生防菌剂,施入至棉花根际土壤,不同程度地降低了土壤病原菌菌源量,黄萎病防效提高了15% ～ 18%.吕新芝等发现,滴施渝峰“99植保”600 g/667 m2,棉花黄萎病的发病率较对照减少16.30%.冯自力等对比了2种氨基寡糖素水剂喷施棉花黄萎病的防治效果,0.3%、0.5%氨基寡糖素水剂对棉花黄萎病的防治效果分别为54.0%、37.5%.朱荷琴等[26]研究发现,渝峰99植保、激活蛋白、氨基寡糖素与生长调节剂缩节胺混合使用均可不同程度地提高棉花黄萎病的防治效果,平均防效分别为52.9%、52.2%、47.9%.相关研究还发现,辣根素对土壤病原菌也表现出较好的熏蒸效果,乙蒜素以其特殊的气味和成分,具有较好的驱虫和杀菌作用,至少对40种细菌和真菌有杀菌活性,甚至包括一些寄生虫及病毒.1.3
生物农药的主要施药方式
国内外研究学者对于不同植棉区棉花黄萎病的发生特点、致病机理、传播病因及生物防治技术开展了大量的研究,药剂的施用方式主要有：茎部划伤注射法、地上喷雾、撒施和地下拌种、蘸根等.研究显示,80%抗菌剂402、2%农抗120和8%的宁南霉素,采用常规的喷雾方法、灌根方法和茎部划伤注射法,对棉花黄萎病的防治效果为分别在16.3% ~ 43.6%、16.5% ~ 58.1%和60.0%以上.
棉花黄萎病是典型的土传真菌病害,降低土壤中病原菌的存活量,成为防治棉花黄萎病的关键所在[3].利用滴灌管道,可实现药剂的可控、均匀和靶向施入,对棉花黄萎病害起到明显的抑制作用,可为棉花黄萎病的防治开辟了一条崭新的路径.罗燕娜等[15]采用随水滴施技术,将对棉花黄萎病菌有明显拮抗作用的2株枯草芽胞杆菌S37和S44,分2次随水施入土壤,对棉花黄萎病的防治效果分别提高了29.86%、42.81%,产量分别增加了25.22%和34.73%.罗静静等[22]研究表明,菌根菌、菌根菌配合滴施1次生防细菌、菌根菌配合滴施2次生防细菌、BIO菌肥、重茬菌剂和木霉菌6种菌剂,其黄萎菌微菌核数量分别降低44.0%、36.2%、42.8%、26.7%、22.2%、42.5%；不同处理下,各菌剂防效可达12.2% ～ 38.8%.六师军户农场开展了滴施益微生物制剂防治棉花黄萎病的应用示范,发现滴施5 kg/667 m2的益微生物制剂,黄萎病发病率可降低10%左右,增产幅度提高9.6%[11].
与地上喷施不同,因滴头、滴灌管网防堵塞要求,适合随水滴施技术防治棉花病害的药剂相对较少,一些尝试使用的生物药剂在滴施用量、滴施时间上缺乏深入研究和一致性结论.因此,筛选适合于滴灌系统的生物药剂,研究明确不同药剂的具体滴施用量及生物药剂滴施对土壤微环境的影响,对于科学使用滴灌技术进行随水施药很关键.1.4
生物药剂对土壤微生物的影响及其与棉花抗病性的关系研究
土壤微生物是土壤有机质中有生命的部分,参与调控土壤中能量和养分循环以及有机物质转化,是土壤养分转化过程中的一个重要的源和库.研究证明,土壤微生物群落结构与植物病害特别是土传病害密切相关,植物土传病害的发生是由于根际土壤微生态平衡失调引起的[28].
生物药剂施入土壤,必然会引起土壤微生物组分的变化,从而影响着田间病害的发生与流行.程凯等[29]通过基因测序发现,拮抗菌ZJ6和ZJ1配合氨基酸生物有机肥,对棉花黄萎病发病率、病情指数明显降低的同时,也使得细菌数量分别增加了7.11和8.15倍,放线菌数量分别增加了11.17倍和32.16倍,而真菌数量分别下降了53.10%和68.12%,病原菌数量分别下降了98.16%和98.15%.喷施寡聚糖10 d后,棉株茎体内细菌群落数量明显下降.
不同生物药剂在不同的施药量下,对棉田黄萎病菌的数量及存在形态,以及对其它微生物物种丰度和功能多样性的影响如何,还需进一步借助分子生物手段从微观领域深入研究.同时,地下土壤微生物结构变化与地上棉花抗性之间的关系,也需要进一步探寻明确.2
生物药剂防治棉花黄萎病的应用前景及研究方向
随着我国现代农业产业发展的转型升级,节本增效和绿色防控成为当前农业领域的研究重点.生物农药应用于棉花黄萎病的防治,除了具有提高防病效果外,对棉花的生长和产量也表现出显著的促进作用,同时对改良土壤环境也发挥着重要作用.因此,有关棉花黄萎病生防药剂的开发及其推广应用研究,前景十分广阔.但生物农药的应用,也存在着不足之处.生物药剂的杀菌（虫）谱比较窄、药效慢且不稳定,科研投入大、使用成本较高,这也是生物药剂在棉花病害防治中推广应用受制约的主要因素.因此,新型生物药剂的研发、生物药剂的剂型与配方的选择及合理的施药技术,成为当前及今后生物农药的研究热点.
滴灌随水施药技术,通过滴灌管网系统将生物农药随水直接施加到作物根区,成为当前生物农药防治土传病害,药剂高效利用的一种施药方式.但需要指出的是,土壤微生态环境是一个复杂的系统,生物药剂随水滴施后,除了对土壤病原菌起到抑菌作用外,还会影响到其它微生物菌群数量和结构.当根际微生态区系结构越合理,物种越丰富,多样性越高时,棉花抗黄萎病菌的综合能力就越强.不同生物药剂使用对土壤微生态的影响,以及土壤微生物菌群分布与棉花抗性关系,还需进一步借助基因测序技术进行探索明确.
另外,生物药剂合适的滴施用量,对于微生物菌剂作用的发挥很关键.生物药剂用量过少,药剂本身的抗病菌如果不能稳定繁殖并在根际微生物群落中占据优势地位,就无法与土壤病原菌形成有效竞争力；如果施用量过多,势必会对土壤其它有益菌群数量及酶活性等微生物多样性产生影响,必然影响药剂生防功能.而生防菌的生长繁殖,受到土壤pH值、温度、土壤养分、土壤酶活性等多种因素的影响.因此,只有系统地开展生物药剂滴施浓度梯度试验,综合分析棉花地上部的生长长势、产量表现、防病效果与地下土壤理化性状、土壤养分、酶活性及土壤微生物菌群变化,阐明不同生物药剂的生防规律和合理的使用量,也才能促进棉花黄萎病生物防治技术得以切实有效的推广.
生物农药论文范文结:
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