孫躍春，陳景堂，郭蘭萍，朱寶成*

(1.河北農業(yè)大學 農學院，河北 保定 071001;2.黑龍江八一農墾大學 生命學院，黑龍江 大慶 163319；3.中國中醫(yī)科學院 中藥研究所，北京 100700)

輪作用于藥用植物土傳病害防治的研究進展△

孫躍春1,2,3，陳景堂1，郭蘭萍3，朱寶成1*

(1.河北農業(yè)大學 農學院，河北 保定 071001;2.黑龍江八一農墾大學 生命學院，黑龍江 大慶 163319；3.中國中醫(yī)科學院 中藥研究所，北京 100700)

土傳病害是影響藥材生產的重要因素，輪作是控制土傳病害的有效措施。合理輪作能夠抑制病原微生物的繁殖和傳播，增加拮抗菌的數(shù)量，增加根際微生物的多樣性，以及形成適宜的生長環(huán)境，增強植物的抗病能力。根際病原菌的數(shù)量、拮抗菌的種類和數(shù)量、微生物種群多樣性等指標對評價輪作效果具有重要意義。通過對輪作機理的深入研究，能更好地保證中藥材的優(yōu)質、高產。

中藥材 土傳病害 防治 輪作

土傳病害是指由土傳病原物侵染引起的植物病害。由于常用藥材多見多年生植物，極易受到土傳病害的影響，白術、貝母、芍藥、百合、地黃、玄參、人參、三七、紅花等多種藥材易發(fā)生土傳病害[1]。通過合理輪作，不但能增加土壤營養(yǎng)和增強保水能力，而且是控制土傳病害的重要措施[2]。

1 輪作在藥材種植中的重要作用

在同一地段上，不同藥材的合理輪作，產量的變化很大，增產的幅度很高。例如：黃芪生產中當?shù)攸S為前茬時比黃芪前茬產量高出50%，地黃以商陸為前茬比黃芪前茬的產量高出125%，薄荷以懷牛膝為前茬比地黃前茬的產量高出180%[3]。在西洋參的種植試驗中，前作為紫蘇和施入紫蘇子的土壤上種植西洋參，其存苗率及生物量比對照處理分別提高26.8%和11.5%[4]。白術連作和前作為茄科作物的地塊，白術根腐病發(fā)病重，新墾荒地或輪作稻田發(fā)病輕[5]。棉花枯萎病嚴重地塊，改種一年薄荷之后連續(xù)種植棉花九年，枯萎病仍沒有發(fā)生[6]。對當歸迎茬、重茬和三茬與正茬的比較表明，麻口病形成率分別是正茬的1.37倍、2.52倍和4.12倍[7]。對不同茬口黃姜枯萎病研究表明，連作茬口病害發(fā)生嚴重[8]。當細辛與人參輪作時，細辛的分泌物可減少人參的連作病害，可縮短種植人參所需的間隔時間[9]。不同前茬對藥材病害影響顯著，合理選擇前茬，可明顯提高產量，抑制土傳病害。

2 輪作防治病害的作用機制

2.1 減少土壤中病原菌的數(shù)量，增加了拮抗菌數(shù)量

有些后作藥材不是前作藥材病害的寄主，通過輪作，前作遺留的病原菌及害蟲由于喪失了原來的寄主作物，食物鏈被切斷，從而抑制病蟲害。寄生病菌在土壤中只能生存一定年限，一般能棲息2～3年，少數(shù)可達7～8年。在此期間，如果遇不上其他寄主，就會逐年消滅或在數(shù)量上少到不引起植物發(fā)病。因此，抗病藥材與容易感染這些病蟲害藥材實行合理輪作，便可減少這些病菌在土壤中的數(shù)量。有些作物能產生抑菌物質，如甜菜、胡蘿卜、洋蔥的根系分泌物，可抑制馬鈴薯的晚疫病[10]。用種過1年薄荷的茬田土壤，人工接種棉花枯萎菌培養(yǎng)物，或接種病土進行溫室盆栽試驗，結果表明，薄菏茬土可抑制土壤棉花枯萎病菌，在對照發(fā)病率為67.8%～81.7%的情況下，防病效果達49.6%～64.9%。薄荷油以0.025%～0.05%的用量處理嚴重感染棉花枯萎病菌的土壤，防治枯萎病的效果為43.9%～74.3%[11]。十字花科植物(Brassicaceae)能產生異硫氰酸酯類(Isothiocyanates)物質，可以用花椰菜、卷心菜、蘿卜等十字花科植物作為前茬，減少土傳病害的發(fā)生[12-13]。有些植物雖然可誘導土壤中病菌萌發(fā)，如紫羅蘭(Matthiolaincana)可誘導甘藍根腫病菌(Plasmodiophorabrassicae)的萌發(fā)，但不支持其生長，從而減少土壤中病原菌的數(shù)量[14]。有些植物還能產生很強的抗毒素(phytoalexin)，抑制某些病害的發(fā)生[15-17]。Vargas等[18]研究發(fā)現(xiàn)，在花生的栽培過程中，前茬為玉米較前茬為大豆、花生的土壤中含有對花生土傳病害起抑制作用的放線菌、木霉菌(Trichodermaspp.)和膠霉(Gliocladiumspp.)多，對土傳病害的抑制作用最強，病害發(fā)生最輕。

2.2 改善土壤的微生物種群結構

采用黃瓜與小麥和大豆輪作，對黃瓜土壤微生物群落DNA序列多樣性的研究表明，黃瓜與小麥和大豆輪作顯著提高了土壤微生物多樣性指數(shù)、豐富度指數(shù)和均勻度指數(shù)，兩種輪作土壤微生物群落DNA序列相似程度高達0.567 8，而與對照土壤間的相似程度分別為0.346 5和0.312 4，兩種輪作處理的黃瓜產量也顯著高于對照(P<0.05)，說明輪作可以很好地改變土壤微生態(tài)環(huán)境[19]。植物是根際土壤微生物改變的主導因素，不同植物根際常有不同的微生物種群[20]。許多微生物的數(shù)量與根際分泌物的量呈正相關[21, 22]。對與玉米輪作和連作煙草地土壤采用提取土壤細菌總DNA，并用細菌16SrDNA特異性引物進行PCR擴增和變性梯度凝膠電泳(DGGE)的研究表明，輪作處理細菌群落豐富度指數(shù)大于連作處理，輪作提高煙草了土壤細菌群落的多樣性[23]。一些作物的根系分泌物能刺激某些有害微生物的生長和繁殖，這些微生物隨著連作年限增加逐漸成為土壤中的主導菌群，嚴重抑制下茬同類作物的生長，是造成連作障礙的重要原因[24]。植物根系微生物種群的特異性是由植物根系分泌物決定的[25]，在不同連作年限的人參地土壤中，土壤微生物數(shù)量發(fā)生了較大的變化。與林下土相比，土壤中細菌和放線菌數(shù)量隨著連作年限的增加而降低，細菌由62.9%降低到49.1%，放線菌由35.2%降低到22%，真菌數(shù)量則是隨著連作年限的增加而增加，由1.9%升到27.9%。隨著連作年限的增加，根際B/F值呈現(xiàn)下降趨勢，土壤肥力有下降趨勢，人參連作使土壤由細菌型向真菌型發(fā)展[26]?；ㄉB作也有相似的結果，土壤中的細菌密度較輪作減少35.4%，放線菌密度減少54.7%，真菌密度增加180%，B/F顯著變小[27]。陳宗澤等人進一步證實連作使根際微生物區(qū)系由高肥力的“細菌型”向低肥力的“真菌型”轉化[27-28]。土壤中許多細菌可分泌拮抗物質，對抑制真菌病害具有重要作用，是自然健康土壤對病原真菌具有的免疫能力，特別是假單胞菌和芽胞桿菌等[29-30]，而土壤中細菌數(shù)量減少，是真菌病害容易發(fā)生的原因之一。對亞麻枯萎病(Fusariumlini)和煙草根黑腐病(Thielaviopsisbasicola)抗病品種和易感病品種的比較發(fā)現(xiàn)，抗病品種根際球桿菌和芽孢菌較易感病品種數(shù)量多，說明根際分泌物通過影響根際微生物群落組成，增加拮抗菌的數(shù)量來抑制病原菌的生長[31]。通過丹參與油菜-小麥輪作的研究表明，細菌和放線菌的數(shù)量隨著輪作年限的增加而增加，真菌降低，生理細菌類生物多樣性指數(shù)呈增加趨勢，土壤生態(tài)系統(tǒng)平衡過程重新建立，減少了病害的發(fā)生[32]。

2.3 改善了土壤的理化特性，增強了植物的抗病性

不同作物對土壤理化性質的影響不同，從而影響植物的生長和抗病性。對紫蘇和小麥為前茬的地溫比較表明，在同一地點，同一早春時間，在5cm深處，紫蘇地的地溫比小麥地的地溫高2.5℃，前作是蕎麥茬的土地，土壤松散，前作是甜菜茬的土地，土壤硬結[3]，通過對不同作物茬口對減輕蔬菜保護地土壤鹽害及連作障害的研究結果表明，在玉米、檉麻和黃瓜3種作物中，玉米吸收養(yǎng)分較多，對降低土壤電導率(EC)效果較好。檉麻雖不能降低土壤EC值，但它對增加土壤養(yǎng)分和培肥土壤極為有利，黃瓜吸收養(yǎng)分量較大，亦可減少土壤EC值，在上述3種茬口上分別種植番茄后，長勢、產量和品質以檉麻茬最好[33]。對河南省不同茬口煙田土壤養(yǎng)分狀況研究發(fā)現(xiàn)，土壤有機質含量高到低順序為玉米、煙草、豆類和甘薯，各茬口土壤有效氮由高到低排列為玉米、甘薯、豆類和煙草，鋅含量由高到低順序為豆類、煙草、甘薯、其它作物和玉米，有50%以上的煙田需補施鋅肥[34]。當土壤中某些營養(yǎng)元素缺乏時，往往會加強植物的土傳病害的發(fā)生[35]，如一些病原菌需在低鉀的條件下生長，當植物缺鉀時，病害加重。實驗證明，通過適當增加土壤中氮的含量可減輕棉花根腐病和線蟲的危害[36]，對棉花的研究還表明，當根皮中碳水化合物含量低時，植物對病原菌Phymatotrichurnomnivorum易感；而當根皮中碳水化合物含量高時，植物對該病原菌有較好的抗性，推測可能是碳水化合物促進了拮抗菌的生長[37]，由Fusariumsolani，Rhizoctoniasolani等引起的豆類根腐病。通過向土壤中添加稻草等有機物，通過調高C/N，達到了控制病害的作用[38]。由于前茬作物對土壤理化性質的影響不同，會影響植物的生長和根際微生物生長，影響下茬作物病害的發(fā)生。另外，病害的發(fā)生還與土壤特點、栽培管理措施等因素有緊密聯(lián)系。

3 適宜輪作植物的選擇

植物根系分泌物，不僅會影響根際土壤的物理、化學特性，還在根際形成特有的微生物種群[17]。對黃瓜枯萎病菌寄主范圍研究表明，大蒜既不感染也不攜帶瓜類枯萎病菌，而蘿卜雖不感染枯萎病菌，但是其根部帶菌率較高，能繼續(xù)存活于土壤中，抑菌作用不大，因此減輕瓜類枯萎病的危害的方法是大蒜與瓜類輪作或間作更有效[39]。玉米生長在前茬為燕麥的地上，比以玉米和小麥為前茬土壤感染更少的鐮刀菌，前茬為苜蓿時，會使玉米感染較多的鐮刀菌[40]。對春煙換茬后青枯菌在土壤中的消長規(guī)律研究表明，用茄子、大豆、花生、甘薯、大蒜、玉米、晚稻和雙季稻作為輪作植物，大豆、花生和甘薯生長期間土壤皆測出青枯菌，數(shù)量先降后升，種植晚稻和秋玉米的土壤中青枯菌數(shù)量持續(xù)下降，大蒜處理先測出帶菌后未測到。翌年春季從茄子、大豆、花生和甘薯茬口土壤中測出遺留青枯菌數(shù)量皆達104cfu·g-1，玉米為103cfu·g-1。煙草移栽后青枯病調查表明，不同處理發(fā)病遲早取決于茬口土壤中菌源數(shù)量，不同茬口土壤發(fā)病輕重有顯著差異，茄子茬口發(fā)病最重，大豆和大蒜茬，發(fā)病略重于花生、甘薯和玉米茬，晚稻茬發(fā)病最輕[41]。因此，通過根際微生物結構的變化結合藥材的產量、質量，可以確定適宜的輪作植物。

4 輪作效果的檢測與評價

合理輪作的直接效果是病害減少，增加作物產量。通過土壤微生物的檢測，可更好揭示其機理，并有助于完善相應措施。正如前文所述，病原菌的多少和病害的發(fā)生有緊密聯(lián)系，Berg等[42]和Garbeva等[43-44]等研究發(fā)現(xiàn)，土壤中拮抗菌的多少與下茬作物的病害發(fā)生具有直接關系。對能引起馬鈴薯病害的立枯絲核菌(RhizoctoniasolaniAG3)做為標示物，當前茬為玉米或混生禾本科牧草時，土壤中拮抗菌的種類和數(shù)量遠遠高于前茬種植燕麥和大麥的田塊[45]，前者的病害發(fā)生較后者輕。Vargas Gil等[46]研究表明，對于花生的主要土傳病害枯萎病和根腐爛病，玉米為前作較大豆、花生，有抑制作用的放線菌、木霉菌(Trichodermaspp.)和膠霉(Gliocladiumspp.)的數(shù)量最多，病害發(fā)生最少。另有研究表明，微生物多樣性與根系病害的抑制作用存在聯(lián)系。例如，輪作田塊中赤豆根系的真菌多樣性要高于連作田塊，真菌多樣性指數(shù)與赤豆褐色莖腐病的病情指數(shù)呈負相關[47]。通過輪作抑制植物病害，應對植物病害發(fā)生情況和植物的生長性狀，病原菌數(shù)量、拮抗菌數(shù)量、微生物多樣性、土壤理化性狀等指標進行科學評價。

5 展望

近年來，隨著市場需求的增長，藥材種植面積不斷增加，連作障礙成為制約藥材生產的重要因素。通過合理輪作，是解決該問題的重要手段。藥材由于次生代謝產物種類多，對土壤微生物的影響具有多樣性，與下茬作物的生長關系具有復雜性，深入研究輪作機理將有助于解決中藥材生產中的連作障礙問題。近年，由于生物技術手段的發(fā)展，促進了對土壤根際微生物種群結構的認識。相信隨著現(xiàn)代生物技術手段的廣泛應用，通過對根際微生物種群的科學監(jiān)測，可達到有效檢測和預防藥材土傳病害，從而不斷提高藥材產量和質量，促進醫(yī)藥產業(yè)健康發(fā)展。

[1] 姜竹，李晶.中藥材土傳病害生物防治研究進展[J].現(xiàn)代農業(yè)科技,2009，(24):152-153，156.

[2] Bullock D G.Cro Protation[J].Critical reviews in plant sciences,1992,11(4):309-326.

[3] 文三盈.中藥材的合理輪作倒茬試驗[J].中藥材科技,1982,(6):4.

[4] 趙楊景，王玉萍，楊峻山，等.西洋參與紫蘇、薏苡輪作效應的研究[J].中國中藥雜志,2005，30(1):13-16.

[5] 蕭啟明，黃聲儀，魯文安，等.白術根腐病的研究 Ⅱ.發(fā)生規(guī)律及綜合防治措施的探討[J].湖南農學院學報,1992,18(00):214-224.

[6] 李玉奎.利用藥用植物薄荷防治棉花枯萎病的研究初報[J].中國農業(yè)科學,1988,21(3):65-69.

[7] 張新慧，張恩和.不同茬口對當歸根際微生物數(shù)量和產量的影響[J].中草藥,2008,39(2):267-269.

[8] 周奶弟，呂建文，沈益民，等.不同茬口種莖對黃姜枯萎病的發(fā)生和產量影響[J].現(xiàn)代農業(yè)科技,2008,(5):16,18.

[9] 于訓恕.人參、細辛輪作好[J].新農業(yè),1987,(2):17.

[10] 何英，何龍，劉恩軍.輪作在農田培肥與養(yǎng)護中的作用[J].農技服務,2007,24(9):40.

[11] 李玉奎.利用藥用植物薄荷防治棉花枯萎病的初步研究[J].江西棉花,1987,(02):29-30.

[12] Smolinska U,Horbowicz M.Fungicidal Activity of Volatiles from Selected Cruciferous Plants against Resting Propagules of Soil-borne Fungal Pathogens[J].Journal of Phytopathology,1999,147(2):119-124.

[13] Smolinska U,Horbowicz M.Fungicidal Activity of Volatiles from Selected Cruciferous Plants against Resting Propagules of Soil-borne Fungal Pathogens[J].Journal of Phytopathology,1999,147(2):119-124.

[14] Schroth M N,Hildebrand D C.Influence of plant exudates on root-infecting fungi[J].Annual Review of Phytopathology,1964,2(1):101-132.

[15] Bais H P,Weir T L,Perry L G,et al.The role of root exudates in rhizosphere interactions with plants and other organisms[J].Annu Rev Plant Biol,2006,57:233-266.

[16] Hartmann A,Schmid M,Tuinen D,et al.Plant-driven selection of microbes[J].Plant and Soil,2009,321(1):235-257.

[17] Badri D V,Vivanco J M.Regulation and function of root exudates[J].Plant,cell environment,2009,32(6):666-681.

[18] Vargas Gil S,Meriles J M,Haro R,et al.Crop rotation and tillage systems as a proactive strategy in the control of peanut fungal soilborne diseases[J].Bio Control,2008,53(4):685-698.

[19] 吳鳳芝，王學征.黃瓜與小麥和大豆輪作對土壤微生物群落物種多樣性的影響[J].園藝學報,2007,34(6):1543-1546.

[20] Larkin R P,Griffin T S.Control of soilborne potato diseases using Brassica green manures[J].Cro Pprotection,2007,26(7):1067-1077.

[21] 史剛榮.植物根系分泌物的生態(tài)效應[J].生態(tài)學雜志,2004,23(1):97-101.

[22] Darrah PR.Models of the rhizosphere[J].Plant and Soil,1991,133(2):187.

[23] 賈志紅，易建華，蘇以榮，等.煙區(qū)輪作與連作土壤細菌群落多樣性比較[J].生態(tài)環(huán)境學報,2010,19(7):1578-1585.

[24] 牟金明，李萬輝，張鳳霞，等.根系分泌物及其作用[J].吉林農業(yè)大學學報,1996,18(4):117-121.

[25] 孫躍春，林淑芳，黃璐琦，等.藥用植物自毒作用及調控措施[J].中國中藥雜志,2011,36(4):387-390.

[26] 李敏娜.人參根系分泌物對根際土壤微生態(tài)的影響[D].長春：吉林農業(yè)大學,2008.

[27] 封海勝，張思蘇，萬書波，等.土壤微生物與連、輪作花生的相互效應研究[J].萊陽農學院學報,1995,12(2):97-101.

[28] 陳宗澤，殷勤燕.大豆連作對土壤徽生物生物量的影響[J].大豆通報,1997,(6):15.

[29] 吳敏娜，張惠文，李新宇，等.乙草胺脅迫對土壤真菌拮抗功能和假單胞菌以及芽胞桿菌群落結構的影響[J].農業(yè)環(huán)境科學學報,2008,27(3):926-931.

[30] Seybold C A,Herrick J E,Brejda J J.Soil resilience:a fundamental component of soil quality[J].Soil Science,1999,164(4):224-234.

[31] Lochhead A G.Qualitative studies of soil microorganisms,III.Influence of plant growth on the character of the bacterial flora[J].Canadian Journal of Research,1940,18(2):4-53.

[32] 林貴兵，萬德光，楊新杰，等.四川中江丹參栽培地輪作期間土壤微生物的變化特點[J].中國中藥雜志,2009,34(24):3184-3187.

[33] 張春蘭，張耀棟，周權鎖.不同作物茬口對減輕蔬菜保護地土壤鹽害及連作障害的作用[J].土壤通報,1995,26(6):257-259.

[34] 張翔，范藝寬，黃元炯，等.河南省不同茬口煙田土壤養(yǎng)分狀況評價[J].中國煙草學報,2009,15(6):31-35,40.

[35] Shear G M,Wingard S A.Some ways by which nutrition may affect severity of disease in plants[J].Phytopathology,1944,34(5):603-605.

[36] Williams W A,.Production of Sugar Beets Following Winter Green Manure Cropping in California:I.Nitrogen Nutrition,Yield,Disease,and Pest Status of Sugar Beets[J].Soil Science Society of America Journal,1956,21(1):88-92.

[37] Eaton F M,Rigler N E.Influence of carbohydrate levels and root surface microfloras on Phymatotrichum root rot in cotton and maize plants[J].Jour Agr Res,1946,72:137-161.

[38] Snyder W C,Schroth M N,Christou T.Effect of plant residues on root rot of bean[J].Phytopathology,1959,49(8):755-756.

[39] 楊益清.黃瓜枯萎病菌寄主范圍的研究[J].中國蔬菜,1989,5(3):10-13.

[40] Menon S K,Williams L E.Effect of crop,cro Presidues,temperature and moisture on soil fungi[J].Phytopathology,1957,47(4):559-564.

[41] 方樹民，唐莉娜，陳順輝，等.作物輪作對土壤中煙草青枯菌數(shù)量及發(fā)病的影響[J].中國生態(tài)農業(yè)學報,2011,19(2):377-382.

[42] Berg G,Roskot N,Steidle A,et al.Plant-dependent genotypic and phenotypic diversity of antagonistic rhizobacteria isolated from different Verticillium host plants[J].Applied and environmental Microbiology,2002,68(7):3328-3338.

[43] Garbeva P,Van Veen J A,Van Elsas J D.Microbial diversity in soil:selection of microbial populations by plant and soil type and implications for disease suppressiveness[J].Annu Rev Phytopathol,2004,42(2):243-270.

[44] Garbeva P,Veen J A,Elsas J D.Assessment of the diversity,and antagonism towards Rhizoctonia solani AG3,of Pseudomonas species in soil from different agricultural regimes[J].FEMS microbiology ecology,2004,47(1):51-64.

[45] Garbeva P,Van Elsas J D,Van Veen J A.Rhizosphere microbial community and its response to plant species and soil history[J].Plant and soil,2008,302(1):19-32.

[46] Silvina V G,José M.M,Ricardo H,et al.Cro Protation and tillage systems as a proactive strategy in the control of peanut fungal soilborne diseases[J].Biocontrol,2008,53(4):685-698.

[47] 郭瑞英，陳清，李曉林.土壤微生物—抑病性與土壤健康[J].中國蔬菜,2005,(B10):78-82.

ControlofMedicinalPlantSoil-borneDiseasesbyCroprotation:AReview

SUN Yue-chun，CHEN Jing-tang，GUO Lan-ping，ZHU Bao-cheng

(1.CollegeofAgronomy,CollegeofLifeScienceandBiotechnology,AgriculturalUniversityofHebei,Baoding071001,China; 2.CollegeofLifeScienceandBiotechnology,HeilongjiangBayiAgriculturalUniversity,Daqing163319,China; 3.InstituteofChineseMaterialMedica,ChinaAcademyofChineseMedicalScience,Beijing100700,China)

Soil-borne diseases have important influence on the production of medical plants, and crop rotation is an effective strategy to control it. Proper rotation can inhibit the reproduction and dissemination of pathogenic microorganisms; increase the number of antagonistic bacteria and the diversity of the rhizosphere microorganisms, and form a suitable growth environment that can enhance the disease resistance of plants. The number of rhizosphere pathogens, the type and number of antagonistic bacteria and the microbial diversity are effective indicators on evaluation of crop rotation effect. Further research of the rotation mechanism will be helpful to assure the quality and the high yield of herbal crop rotation.

Medicinal plant；Soil-borne diseases；Control；Crop rotation

國家自然科學基金(81130070，81072989)；國家中醫(yī)藥管理局行業(yè)科研專項(201107009)；黑龍江省教育廳面上項目(11541252)

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朱寶成， E-mail:zhu2222@126.com

2012-06-15)