低温胁迫对南方根结线虫存活的影响及在北方温室的应用_魏佩瑶.pdf

魏佩瑶 潘嵩 彭德良 等 低温胁迫对南方根结线虫存活的影响及在北方温室的应用 应用生态学报 g c g c g 低温胁迫对南方根结线虫存活的影响 及在北方温室的应用 魏佩瑶 潘 嵩 彭德良 张 锋 陈志杰 张淑莲 李英梅 陕西省生物农业研究所 西安 陕西省植物线虫学重点实验室 西安 中国农业科学院植物保护研究所 北京 摘 要 本研究采用室内离体测定的方法研究了低温处理对南方根结线虫二龄幼虫 致死率和卵囊孵 化率的影响 在此基础上 通过田间试验评价了两种土壤低温处理方法对北方地区温室南方根结线虫存活率 的影响 室内研究结果表明 处理 后 南方根结线虫 存活率为 处理 后 南方根结 线虫卵囊完全不孵化 分别处理 后 存活率均为 分别处 理 后卵囊完全不孵化 拟合分析发现 温度与 致死时间及温度与卵囊不孵化时间均呈指数函 数关系 田间试验结果表明 起垄后 土层和平地 土层南方根结线虫死亡率均可达 平地 及 较温室同深度病情指数分别减少 因此 在陕西省榆林市及其以北 地区 冬季通过低温防控温室南方根结线虫能达到较好效果 技术可操作性强 具有较为广阔的推广前景 关键词 南方根结线虫 温度 低温胁迫 防治技术 g c g c c g c c c g g c g c g c g c g g c g 本文由陕西省科学院重大专项 陕西省重点研发计划项 目 和西安市科技局农业技术研发项目 资助 收稿 接受 通信作者 根结线虫 g 是一类重要的植物寄生性线虫 严重影响粮食 蔬菜和经济作物的产 量 每年造成经济损失逾千亿美元 南方根结线 虫 g c g 分布地域大 寄主范围广 危害严重 成为我国最主要的根结线虫种类 南方根结线虫原仅分布在我国长江以南的热带和亚 应用生态学报 年 月 第 卷 第 期 热带地区 在北方露地环境无法越冬 随着北方 设施农业种植模式的推广 南方根结线虫分布不断 北扩 目前在新疆 山东 北京 东北三省等北方地区 均有发生 成为危害设施蔬菜的优势种群 且发生区 域和面积逐年扩大 严重时造成的产量损失高达 以上 已成为当地设施蔬菜生产的毁灭性土传 病害 南方根结线虫主要分布于 土层 以幼 虫和卵囊的形式在病根或土壤中越冬 其生长 侵染 和卵囊孵化均与土壤温度密切相关 其卵孵化 和二龄幼虫 侵染的适宜温度为 孵 化最适温度为 研究发现 处理 不到 南方根结线虫 全部死亡 表明高温条件 不利于南方根结线虫的存活 陈立杰等 研 究发现 以下低温和 以上高温处理均对南 方根结线虫的生长和发育具有抑制作用 南方根结 线虫于 年前后传入陕西 起初主要危害温室作 物 在关中露地条件下没有分布 然而 近些年其种 群已可以在陕西关中露地条件下完成越冬 适生区 逐渐往北扩展 目前 生产中多使用化学农药进行南方根结线 虫的防治 其防治成本较高且严重影响环境安全 过量施药和施药方法不当引起的农药残留造成严重 的食品安全隐患 同时 生物制剂在大田应用中 存在防效不稳定的弊端 利用物理方法防治根 结线虫具有绿色安全的优势 例如 利用根结线虫 无法耐受高温的特点提出的太阳能消毒技术 已经 在夏季较高温度的种植地区得到广泛推广 因 此 能否利用南方根结线虫对低温耐受的局限性 建 立适用于我国北方地区的高效 绿色 安全的根结线 虫生态防控技术具有较高的现实意义 本研究以陕 西省关中地区露地环境的南方根结线虫种群为材 料 在室内测试了不同温度对 活性和卵囊孵化的 抑制作用 获得影响南方根结线虫 活性及卵囊孵 化的敏感温度 并在田间自然环境条件下进行低温 防控南方根结线虫的验证 旨在为北方地区南方根 结线虫的生态防控措施制定提供理论支持 研究地区与研究方法 供试虫源 试验所用的虫源采自陕西省植物线虫学重点实 验室线虫病圃 寄主为南瓜 品种 君美 号 采 用南方根结线虫特异性引物 确定供试线虫种类 将收集的单个卵囊置于无菌水中 在 黑暗 条件下进行孵化 将孵化得到的 接种到南瓜上 人工气候箱内培养 光周期 为 进行单卵囊纯化扩繁 接种 后收集卵囊进行 孵化 每天收集初孵的 取 代的卵囊和初 孵的 用于试验 挑取大小一致的 个南方根结线虫卵囊 置于 含有 无菌水的 离心管中 离心 弃上清液 加入 浓度为 的 处理卵囊 在涡旋震荡器上反 复震荡 离心 弃上清液 用无菌 水充分洗涤 次 加入 无菌水 静置 取 上层卵粒悬浮液 在体视镜下对线虫卵粒进 行计数 重复 次 计算平均单卵囊卵粒数 室内温度影响试验 存活率 吸取 线虫 悬浮液 约 条 于 离心管中 放入恒温金属浴 温度 设置为 中 处理 后 转移至 下放置 于解剖镜下 用自制挑针反复触动确定线虫是否存活 每个温度 重复 次 以一直放置于 恒温金属浴的 作 为对照 存活率 存活数目 总数 卵粒孵化率 在每个 离心管中放纱 布呈漏斗形 加入 无菌水至水面略没过纱 布 用镊子挑取 个大小均一的卵囊放入离心管内 的纱布上 置于恒温金属浴中 温度设置为 中处理 转移至 孵化 于解剖镜下统计孵出幼 虫数 每个温度重复 次 以一直放置于 恒温 金属浴的卵囊为对照 卵囊孵化率 孵出的 数 目 单个卵囊的卵粒数目 田间低温影响试验 试验地点及处理 田间试验设置在陕西省榆 林市石马坬农场 在 年 月中旬将棚膜撤去 棚室内一半保持平地 另一 半进行起垄处理 即做成波浪形垄沟 垄呈圆拱形 宽 高 病土采自陕西省植物线虫学重 点实验室线虫病圃的线虫土 充分混匀 利用浅盘法 对土壤中的 数量进行统计 随后装入编织袋 每袋 病土 分别埋入距地面 不同深度 土层中 每 一个 保持透气性 使线虫在露地 条件下进行越冬 同时 利用便携式自动温度记录 仪 进行不同深度的土壤温度数据监测与采 应 用 生 态 学 报 卷 集 数据采集间隔时间为 采集时间为 年 月 日 年 月 日 线虫数量监测及盆栽试验 年 月上旬 将所有线虫病土取回实验室 利用浅盘法对各处理 土壤中的 数量进行统计 同时在温室条件下进行 盆栽试验 种植感病南瓜品种 每处理土壤种植 盆 每盆 株苗 在南瓜幼苗发育 后调查并计 算发病率和病情指数 参照肖炎农等 病情分级 标准 级 根系无根结 级 根结百分率 级 根结百分率 级 根 结百分率 级 根结百分率 级 根结百分率 记录发病程度 发病率 发 病株数 调查总株数 病情指数 病级数 值 对应级别的病株数 最高病级数值 调查总 株数 数据处理 使用 软件处理数据和做图 软件对数据进行统计分析 采用单因素 和 法进行方差分析和多重比较 图表中数据为平均值 标准差 结果与分析 低温处理对南方根结线虫 存活率和卵囊孵 化率的影响 存活率 由图 可知 低温处理 后 随 着温度的递减 南方根结线虫 存活率显著降低 温度处理 后 存活率与对照无显著差 异 处理 后 存活率开始出现明显下 降 处理 后 存活率为 处 理 后 存活率出现大幅下降 仅为 与 对照组相比下降 和 处理 后 图 低温处理 后南方根结线虫 存活率 g c g 不同小写字母表示处理间差异显著 下同 存活率均为 左右 处理 后 南方 根结线虫 存活率为 由图 可知 低温处理后 随时间延 长 存活率较对照显著降低 处理 后 存活率达 处理 后存活率为 处理 后 存活率为 处理 后存 活率为 处理 后 存活率为 处 理 后存活率为 处理 后 存 活率为 处理 后没有线虫存活 卵囊孵化率 由图 可知 低温处理 后 随着温度的递减 南方根结线虫卵囊孵化率显著降 低 温度处理 后 卵囊孵化率均为 左右 与对照相比下降约 和 处理后孵 化率无显著差异 分别为 和 和 处理后 卵囊孵化率分别为 和 和 处理之间 卵囊孵化率差异最大 为 处理后孵化率为 处理后 卵囊孵化率为 低温及处理时长对卵囊孵化率的影响显著 由 图 可以看出 低温处理后 随着时间延 长 卵囊孵化率显著降低 处理 后卵囊孵 化率为 处理 后卵囊孵化率为 图 不同低温及处理时长南方根结线虫 存活率 g c g 图 低温处理 后南方根结线虫卵囊孵化率 g c g 期 魏佩瑶等 低温胁迫对南方根结线虫存活的影响及在北方温室的应用 图 低温处理下南方根结线虫卵囊孵化率 g c g 处理 后卵囊孵化率为 处理 后 卵囊孵化率仅为 处理 后卵囊孵化 率为 处理 后卵囊孵化率为 处理 后卵囊孵化率为 处理 后卵囊孵化率 为 致死低温 卵囊不孵化低温与持续时间的 关系 如图 所示 温度与 致死所需时间之间呈 非线性关系 曲线模型方程为 表明该模型拟合度较好 根据该模型推算 可知 持续处理 时 存活率为 持 续处理 时 存活率为 持续处理 后 存活率为 因此 只有 以下低温才能在 一个月内使 致死 如图 所示 温度与卵囊不孵化所需时间之间 呈非线性关系 曲线模型方程为 表明该模型拟合度较好 根据该模型推 算可知 持续处理 后卵囊无法孵化 持 续处理 卵囊孵化率为 持续处理 时南方根结线虫卵囊才能完全不孵化 因此 只有 以下低温才能在一个月内使卵囊不孵化 田间低温胁迫下南方根结线虫存活率变化 田间不同深度土层温度变化 年 月 日至 年 月 日 榆林市石马坬农场起垄 600 500 400 300 200 100 0 null null null null L e t h e l t i m e h 210 1 2 3 4 5 温null Temperature 图 致死时间与温度的关系 图 卵囊不孵化时间与温度的关系 和平地处理的不同深度土层温度监测数据如表 所 示 起垄处理的各土层温度整体低于平地处理 相 同深度的平地处理比起垄处理的最低土壤温度高 相同深度的平地处理比起垄处理土壤 平均温度高 以下温度占比方面 平地处理比起垄处理减少 就不同处 理土壤温度垂直变化而言 土层每加深 起垄 最低温度降低 平地降低 起 垄平均温度降低 平地降低 可以看出 平地处理的垂直温度变化幅度更大 田间低温胁迫对 致死率的影响 田间低 温胁迫前后每 土壤中 数量监测结果如图 所示 与温室对照相比 起垄和平地处理后 的致 死率均显著增加 其中 低温胁迫后起垄处理 深度土层中均未监测到 致死率达 低温胁迫后平地处理 深度土层中 致死 率达 土层中 致死率达 比同深度温室处理高 土层 致 表 榆林石马坬农场土壤温度变化 处理 土层 最低温度 以下 温度占比 平均温度 平地 起垄 应 用 生 态 学 报 卷 图 田间低温处理下 致死率 死率达 比同深度温室处理高 由此 可见 自然低温胁迫处理可有效降低土壤中 数 量 其中起垄处理效果优于平地处理 低温胁迫后盆栽南瓜发病情况 土壤经自然 条件低温胁迫后 于温室中种植南瓜 发病情况如表 所示 与温室对照相比 低温胁迫土壤种植南瓜的 发病率和病情指数均大幅度下降 其中 起垄处理 深度土壤种植南瓜 均未感染根结线虫 平地处理 深度土壤种植南瓜 未感染根结 线虫 的土壤种植南瓜 发病率为 病情指数为 比同深度温室处理发病率减少 病情指数减少 的土壤种 植南瓜 发病率为 病情指数为 比同样 深度温室处理发病率减少 病情指数减少 表 低温处理后土壤种植南瓜的发病情况 处理 土层 发病率 病情指数 平地 起垄 温室对照 同列不同字母表示差异显著 由此可见 自然低温胁迫可有效防治根结 线虫 其中起垄处理效果优于平地处理 讨 论 我国北方地区设施栽培的大面积持续推广 导 致南方根结线虫危害逐年增加 北方地区气候 整体属于夏热冬冷 南方根结线虫卵囊和 能否安 全越冬取决于低温期的最低温度以及持续时间 所 以根据当地自然条件 采用低温胁迫方法可以避免 南方根结线虫越冬 是一种行之有效且绿色环保的 防治思路 本研究以陕西关中地区露地环境的南方 根结线虫种群为研究对象 通过室内离体试验明确 和卵囊的耐受低温 并在陕北榆林进行了田间验 证 结果表明 两种土壤低温处理方法均可有效降 低土壤中根结线虫的种群数量 该方法为陕西省榆 林市同纬度及以北地区设施栽培模式下根结线虫的 防控提供了新的思路 具有很大推广潜力 低温对南方根结线虫 和卵囊孵化率的影响 已有的研究多集中于南方根结线虫对高温的耐 受性 并以此为依据建立太阳能消毒技术 近年来迅 速推广 对夏季干旱高温地区的根结线虫防治效果 显著 研究表明 线虫主要有避冻 耐冻 防冻脱 水 种耐寒性策略 但其对低温的耐受有一定范 围及时间 长期低温可导致线虫停止发育 体内各种 酶活性降低 终止正常的新陈代谢活动 极端低温 会使细胞内游离水外溢到细胞间隙结冰 细胞膜受 到机械破坏 原生质脱水后不可逆的浓缩凝固 从而 致死 低温方面的研究表明 处理 可使离 体条件下的南方根结线虫 与卵囊全部死亡 田间监测结果表明 土壤温度 持续 后 南 方根结线虫无法越冬 室内盆栽试验结果表明 环境持续 以上南方根结线虫无法越 冬 南方根结线虫在美国的分布北界为 月份 等温线 但具体温度及持续时间对南方 根结线虫 和卵囊的影响少有报道 本研究测试 了 处理 对离体条件下南方根结线虫 的影响 结果显示 在 处理后存活率为 处理后存活率大幅下降至 以下温度处理后存活率小于 且随温度 降低 致死所需时间急剧缩短 两者呈指数函数关 系 田间低温胁迫试验百克土中 数量监测结果 及致死率证实了自然低温胁迫对控制土壤中南方根 结线虫 具有良好效果 期 魏佩瑶等 低温胁迫对南方根结线虫存活的影响及在北方温室的应用 卵囊是南方根结线虫在土壤中越冬的主要形 式 陈立杰等 研究表明 低温能够有效抑 制南方根结线虫的卵孵化 本研究发现 与对照相 比 低温使卵囊孵化率下降 但到 以 下温度才能使卵囊完全不孵化 表明南方根结线虫 卵囊较 对低温的响应更为敏感 但耐寒性更强 与 类似 随温度降低 卵囊完全不孵化所需时间 急剧缩短 两者呈指数函数关系 盆栽试验证实 自 然低温胁迫对控制土壤中南方根结线虫卵囊也具有 良好效果 田间低温胁迫防治根结线虫技术的优势 选择榆林市常年根结线虫发生严重的温室进行 田间试验 其 土层在该时间段内的平均气 温均在 左右 起垄处理低温胁迫后对 土层中南方根结线虫的致死率可达 平地处 理低温胁迫后对 土层中南方根结线虫的 致死率可达 对 土层虽无法完全清 除 但也具有显著的致死效果 因此 结合室内与田 间试验结果 我们提出的低温胁迫技术防治根结线 虫具有可行性 对根结线虫发生较为严重的温室 通过调整种植茬口 改一年一大茬为一年两茬种植 模式 将休闲期调整到 月或来年 月 在经济层 面不会对农户造成损失 甚至可实现增收 且进行一 次低温胁迫处理 在保证种苗不带虫的情况下 可维 持往后 年的安全生产 在目前根结线虫防治 技术匮乏的现状下 低温胁迫技术在北方地区是切 实可行的 该防治技术无需添加任何化学物质 是 一种生态环保的防控措施 符合绿色食品蔬菜生产 的要求 同时具有技术便捷 可操作性强的特点 适 宜于不同文化程度的种植户使用 低温胁迫结束 后 由于土壤的自然修复作用 土壤微生物数量也能 逐渐恢复正常水平 对下一茬作物种植无影响 不足及研究展望 南方根结线虫可在陕西露地环境越冬 并在来 年适宜条件下重新侵染这一现象 一方面原因可能 是在全球变暖背景下整体地温有所上升 另一方 面 经过长期的低温环境胁迫驯化 当地的种群具有 了一定的耐寒性 我们选择长期栖息在低 温环境 可能具有耐寒性的陕西露地南方根结线虫 种群进行实验室和田间试验 研究结果和自然条件 低温胁迫技术的提出 对榆林市及其以北地区设施 蔬菜根结线虫的生态防治具有重要的参考价值 南方根结线虫与环境之间的互作关系错综复 杂 本研究仅是在温度适应性方面进行了初步探究 实际种植条件下还需考虑植物特性与栽培条件等综 合因素 同时 揭示南方根结线虫耐胁迫机制 针对 薄弱环节提出新型根结线虫绿色防控技术将是后续 研究的重点 参考文献 c g c g 金娜 陈永攀 刘倩 等 我国蔬菜根结线虫发生 致害和绿色防控研究进展 植物保护学报 陈志杰 张锋 梁银丽 等 陕西设施蔬菜根结线虫 病流行因素与控制对策 西北农业学报 马少军 刘佳伟 金玉华 等 兵团第十四师四十七 团设施蔬菜根结线虫种类鉴定 新疆农垦科技 张杰 张艳 李素霞 胶东地区番茄南方根结线虫病 的发生规律和防治技术 农业科技通讯 王仁刚 简恒 向红琼 等 北京地区保护地蔬菜根 结线虫种类鉴定 植物保护 宫远福 东北地区根结线虫的种类分布及南方根结 线虫氯离子通道基因分析 博士论文 沈阳 沈阳农 业大学 王袁 郭泽 李晓辉 等 不同温度条件下根结线虫 侵染对烟草根系的影响 作物杂志 张锋 李英梅 洪波 等 温度和初始接种量对南方 根结线虫侵染力的影响 中国生态农业学报 王延红 钱秀娟 葛俊杰 等 温度对南方根结线虫 存活的影响 甘肃农业科技 刘维志 植物病原线虫学 北京 中国农业出版社 g c g g 曹素芳 漆永红 杜蕙 等 温度和湿度对南方根结 线虫存活的影响 植物保护 陈立杰 魏峰 段玉玺 等 温湿度对南方根结线虫 卵孵化和二龄幼虫的影响 植物保护 洪波 张锋 李英梅 等 基于 的南方根结线虫 在陕西省越冬区划分析 生态学报 戴素明 成新跃 肖启明 等 线虫耐寒性研究进展 生态学报 刘念 董文阁 董莉 等 设施番茄根结线虫病综合 应 用 生 态 学 报 卷 防治技术研究进展 东北农业科学 张树武 徐秉良 薛应钰 等 长枝木霉 菌株对黄 瓜南方根结线虫的防治及其根际定殖作用 应用生 态学报 陈志杰 张锋 张淑莲 等 太阳能消毒对温室土壤 环境效应及防治黄瓜根结线虫病效果 生态学报 g c g c g 李秀花 耿亚玲 马娟 等 一种准确测定土壤根结 线虫种群数量的方法 植物保护学报 肖炎农 王明祖 付艳平 等 蔬菜根结线虫病情分 级方法比较 华中农业大学学报 陈志杰 李英梅 张锋 等 不同措施对黄瓜根结线 虫的控制效果与效益 西北农业学报 g 王艳敏 仵均祥 万方浩 昆虫对极端高低温胁迫的 响应研究 环境昆虫学报 c c 洪波 张锋 李英梅 等 西北地区土壤低温处理对 南方根结线虫越冬的影响 西北农业学报 g 陈志杰 张淑莲 张锋 设施蔬菜根结线虫防治基础 与技术 北京 科学出版社 张天鹏 保万魁 雷秋良 等 年中国土 壤温度时空变化特征及其影响因素 地理学报 刘晨 李英梅 陈志杰 南方根结线虫耐寒性研究进 展 陕西农业科学 彭思源 喻曼 丁中 等 不同地理来源的拟禾本科 根结线虫对温度胁迫的耐受性 植物保护 陈桂梅 冼继东 颜珣 昆虫病原线虫的耐寒性 环 境昆虫学报 g 作者简介 魏佩瑶 女 年生 硕士研究生 主要从事 有害生物绿色防控研究 责任编辑 肖 红 期 魏佩瑶等 低温胁迫对南方根结线虫存活的影响及在北方温室的应用