【LorMe成果】瓮中捉鳖：生物质炭联合有益菌有效防控青枯病及潜在机制

摘要

土传青枯病是由青枯菌（Ralstonia solanacearum）引起的一种细菌性病害。根际有益细菌在青枯病的防控中发挥着重要作用，其在根际有效定殖是发挥生防作用的前提。以玉米秸秆、木块（松木）和稻壳为原料制成的3种生物质炭为有益菌Bacillus amyloliquefaciens T-5的载体，探究生物质炭对有益菌防控番茄土传青枯病的效果，并利用室内模拟试验探究生物质炭对青枯菌的吸附、固持以及对根系分泌物的吸附作用，旨在阐述施用生物质炭提升有益菌T-5抑制病原青枯菌能力的可能机制。温室试验结果表明：单独施用3种生物质炭均显著降低青枯病的发病率和根际青枯菌的数量，其中具有高比表面积的木块生物质炭的防控效率达到60.56%。3种生物质炭作为有益菌T-5的载体均能够显著提升有益菌T-5的根际定殖数量及其防病效率，其中木块生物质炭的提升效果最好。与仅接种青枯菌的对照相比，木块生物质炭与有益菌T-5组合处理的根际青枯菌数量降幅达97.42%；与单独有益菌T-5处理相比，有益菌T-5以木块生物质炭为载体使其根际定殖数量提高了5.71倍。进一步研究发现，木块生物质炭能够有效吸附青枯菌，吸附量接近90.00%，且能够有效固持吸附的青枯菌，青枯菌的逃离降低了96.66%。此外，生物质炭不仅可以有效吸附根系分泌物，且有益菌T-5能够有效利用这些根系分泌物并抑制青枯菌的生长。生物质炭作为生防有益菌的载体，促进根际有益菌的定殖能力，并吸附、固持病原菌，有效抑制土传青枯病的发生。

一、生物质炭载体与有益菌联合有效抑制病原青枯菌入侵

本实验以3种不同原料制备的生物质炭为载体，利用盆栽试验探究生物质炭对有益菌防控番茄土传青枯病效果的影响。结果发现，生物质炭载体与有益菌联合能有效降低青枯病的发病指数和根际病原菌数量（图1a和图1b）。不同生物质炭作为载体对有益菌生防效果的增强作用存在差异，其中木块生物质炭的效果最好。这可能与木块生物质炭具有较大的比表面积和物理吸附能力有关。与单独接种有益菌相比，本研究发现，以不同生物质炭为有益菌的接种载体，能够显著提高有益菌在根际的定殖能力（图1c）。生物质炭的施用可增加土壤的碳储量、土壤的肥力和质量。大量研究表明，生物质炭能够通过改变土壤微生物的生境或直接影响微生物的代谢调控根际微生物群落的结构和功能。生物质炭丰富的孔隙结构和巨大的表面积能够为土壤微生物提供庇护所；生物质炭颗粒上附着的营养物质可为微生物的生长提供养分；生物质炭通过改善微生物生长的土壤特性（包括通气条件、水含量和pH）来改变微生物栖息地等。

图1 不同生物质炭联合生防细菌处理对青枯病病情指数a）、根际青枯菌b）和有益菌c）定殖的影响

注：图a) 和图b)中的虚线表示仅接种青枯菌的病情指数和根际病原菌数量；图a)和图b）中*：P<0.05；图c)中不同字母表示差异显著（P<0.05）；图例中T：接种有益菌，B：接种生物质炭，BT：接种生物质炭和有益菌。

二、生物质炭载体与有益菌联合抑制病原青枯菌机制探究

本研究提出生物质炭作为有益菌载体，增强有益菌抵御病原青枯菌入侵番茄根际的潜在机制，如图2所示：首先，生物质炭吸附根系分泌物和青枯菌，诱导青枯菌离开根表，进入生物质炭孔隙中（过程1）；然后，生物质炭内部青枯菌因生物质炭的强吸附能力，固持了青枯菌，降低其逃逸（过程2）；最后，生物质炭吸附的有益菌通过竞争根系分泌物资源，减少病原菌资源的可利用性，同时产生大量的抑菌物质，抑制病原菌的生长（过程3）。因为青枯菌与有益菌的互作“战场”转移至生物质炭内部，极大减少直接侵害植物的病原菌数量。本研究中生物质炭虽然不能去除根际土壤中的病原青枯菌，但结合有益菌的抑菌作用，能够有效降低青枯病的发生。下阶段将会进一步从植物根际原位探究生物质炭载体与有益菌联合抑制青枯菌的机制。

图2 有益菌-生物质炭复合抑制青枯菌入侵番茄根系的作用机制

结论

不同原料制备的生物质炭作为有益菌的载体，能够有效提高有益菌对番茄土传青枯病的防控效果，青枯病的发病率和根际病原菌数量均有不同程度的下降，其中比表面积大、吸附能力强的木块生物质炭的增效作用最强。进一步研究其中的机制，发现生物质炭作为有益菌的载体能够有效提高有益菌在根际的定殖，同时能够有效吸附和固持病原菌，对根系分泌物也有一定的吸附作用。说明生物质炭可能通过“营养”和“空间”转移作用提高有益菌的生防效率。

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https://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1119.p.20210301.1527.002.html