尹曉寧 劉芬 馬明 王文麗 牛軍強(qiáng) 董鐵 孫文泰

摘要：蘋果重茬障礙是當(dāng)前蘋果產(chǎn)業(yè)持續(xù)高效發(fā)展所面臨的主要問題之一。引起蘋果重茬障礙的因素復(fù)雜多樣，防治方法也在不斷創(chuàng)新。本文針對近年來國內(nèi)外在蘋果重茬園土壤理化性狀惡化、化感自毒作用和土壤微生物群落結(jié)構(gòu)失衡等方面的研究進(jìn)展，梳理和歸納了多年來在這一領(lǐng)域的研究成果，系統(tǒng)分析了各因素引起蘋果重茬障礙的機(jī)理機(jī)制，并針對這一問題提出了展望和建議，以期為蘋果重茬障礙防控技術(shù)研發(fā)和老果園更新重建提供參考。

關(guān)鍵詞：蘋果重茬障礙；土壤理化；化感自毒；土壤微生物

中圖分類號：S661.1? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? ? ?文章編號：2097-2172（2023）12-1085-12

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2023.12.002

Progress on the Mechanism of Replant Disease in Apple Orchard

YIN Xiaoning 1， LIU Fen 1， MA Ming 1， WANG Wenli 2， NIU Junqiang 1， DONG Tie 1， SUN Wentai 1

（1. Institute of Fruit and Floriculture Research， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China; 2. Institute

of Soil， Fertilizer and Water-saving Agriculture， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China）

Abstract： Apple replant disease（ARD） is a global issue restricting the sustainable development of apple production. The factors that cause ARD are complex and diverse. In this paper， the recent research progress on the deterioration of soil physical and chemical properties， allelopathic effects and imbalance of soil microbial community structure in apple replanted orchards， domestically and internationally， is reviewed. The research results in this field over the years are sorted out and summarized， and the mechanism of various factors that cause ARD is systematically analyzed. Suggestions and prospects for further research on the mechanism of ARD in the future are put forward so as to provide reference for the research and development of ARD prevention and control technology and the renewal and reconstruction of old orchards.

Key words： Apple replant disease; Soil physics and chemistry; Allelopathic and self-toxic effect; Soil microorganism

收稿日期：2023 - 08 - 30；修訂日期：2023 - 09 - 15

基金項目：甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院重點研發(fā)計劃（2023GAAS15）；國家重點研發(fā)計劃（2022YFD1602107）；國家蘋果產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-27）。

作者簡介：尹曉寧（1969 — ），男，甘肅靜寧人，研究員，主要研究方向為果園水肥及果樹生理。Email： 1959822608@qq.com。

通信作者：馬? ?明（1965 — ），男，甘肅秦安人，研究員，碩士生導(dǎo)師，主要研究方向為蘋果栽培生理與育種。Email：2380734362@qq.com。

我國蘋果主產(chǎn)區(qū)蘋果的大規(guī)模栽培起步于20世紀(jì)80～90年代，至今有三十多年歷史，各主產(chǎn)區(qū)早期定植的老果園已陸續(xù)進(jìn)入更新期。受土地資源、栽培條件和區(qū)域發(fā)展等限制，不得不在原有的土地上新建果園，果園重茬障礙在所難免。蘋果重茬障礙在全球蘋果主產(chǎn)區(qū)都有發(fā)生，我國東部渤海灣產(chǎn)區(qū)率先較系統(tǒng)的開展了這方面的研究工作，取得了一定成效，值得借鑒。

蘋果重茬障礙（Apple Replant Disease， ARD）也稱蘋果連作障礙、忌地現(xiàn)象、重茬病和再植病等，是指在原有土地上重新種植蘋果樹，即使在正常管理的情況下也表現(xiàn)出樹體矮小、節(jié)間短、葉小呈蓮座狀、生長衰弱、根系不發(fā)達(dá)或壞死、產(chǎn)量與品質(zhì)下降、病蟲害加重、幼樹成活率低、果樹壽命縮短等的現(xiàn)象［1 - 7 ］。蘋果重茬障礙又分非特異性再植病害（Nonspecific Apple Replant Disease， NSARD）和特異性再植病害（Specific Apple Replant Disease， SARD）兩種類型，二者地上癥狀無差別［8 ］，但NSARD是由植物寄生線蟲［主要是根腐線蟲（Pratylenchus spp.）］引起，在蘋果園內(nèi)呈點狀不均勻分布，影響蘋果樹及其他果樹生長，且感染造成地下根系變形，嚴(yán)重時樹干形成層變褐，芽不萌發(fā)并流出褐色液體［9 ］。SARD僅發(fā)生在蘋果樹上，由植物寄生線蟲以外病原物引起，在果園中呈現(xiàn)連續(xù)分布，且感染造成地下根系生長受阻，須根大量死亡［10 ］，蘋果重茬障礙多以此類為主。據(jù)報道，蘋果連作障礙可減產(chǎn)20%～50%，甚至絕產(chǎn)［11 ］。

導(dǎo)致蘋果重茬障礙的因素復(fù)雜多樣，各因素間相互影響又相互制約。目前，國內(nèi)外研究普遍認(rèn)為蘋果連作障礙涉及土壤理化、微生物及蘋果樹體等多個因素，且被環(huán)境因子調(diào)控，是蘋果長期栽培后土壤理化性質(zhì)惡化、酚酸等化感自毒物質(zhì)累積和植株毒害、土壤微生物區(qū)系失衡和有害微生物種群數(shù)量增多等綜合作用的結(jié)果［6， 12 - 16 ］。

1? ?土壤理化性質(zhì)惡化

蘋果園重茬土壤理化性質(zhì)惡化包括pH過高或過低、有機(jī)質(zhì)偏低、土壤營養(yǎng)不平衡和微量元素毒性、不良土壤結(jié)構(gòu)等［17 - 18 ］，土壤理化性質(zhì)惡化會隨前茬樹齡增大而加重［19 - 21 ］，嚴(yán)重影響再植幼樹正常生長。有研究發(fā)現(xiàn)在堿性土壤中蘋果連作障礙更容易發(fā)生且發(fā)病較重［22 - 24 ］，中性或微酸性土壤中的發(fā)病率高于酸性土壤［25 ］。由于傳統(tǒng)施肥只注重氮、磷和鉀肥缺施有機(jī)肥，所需的鐵、錳、鋅、硼等微量元素得不到及時補(bǔ)充，栽培多年后果園不同土壤養(yǎng)分出現(xiàn)盈虧變化，若不及時調(diào)整和補(bǔ)充，容易造成下茬果樹出現(xiàn)營養(yǎng)失調(diào)癥狀［26 - 27 ］。其次，老果園因長期高施氮肥和鉀肥使土壤pH明顯降低［27 - 28 ］，酸性土壤中根際交換出高濃度的鋁、鎂和錳離子對根系產(chǎn)生毒害作用，而鈣、鐵、鋅等元素在pH較高地區(qū)也容易缺乏［10， 29 - 30 ］。Zn虧缺和Ca/Zn比例失調(diào)可能是渭北黃土高原果樹再植生理病害發(fā)生的主要因子之一［31 ］。缺Zn會導(dǎo)致果樹根細(xì)胞內(nèi)超氧化物歧化酶活性下降而氧化酶活性增加， 細(xì)胞內(nèi)自由基大量累積不能及時清除產(chǎn)生毒害，致使新栽幼樹毛細(xì)根大量死亡［32 ］。其次，植物缺鋅會促進(jìn)植物體內(nèi)吲哚乙酸氧化酶的活性，降低吲哚乙酸水平， 抑制植株生長發(fā)育，表現(xiàn)出與再植病害癥狀相近的小葉和頂端簇生［33 ］等現(xiàn)象。呂毅等［27 ］在山東的研究發(fā)現(xiàn)，蘋果連作后土壤有效鐵和有效錳含量明顯降低，而鐵與錳均與植物光合和呼吸關(guān)系密切。再者，由于老果園土壤中有機(jī)質(zhì)含量明顯降低［27 - 28 ］，導(dǎo)致土壤酸化板結(jié)和養(yǎng)分的流失，影響植株對營養(yǎng)元素的吸收［34 ］。相立［35 ］研究認(rèn)為，土壤有機(jī)質(zhì)含量與連作植株干重抑制率呈顯著負(fù)相關(guān)，直接或間接影響連作植物的生長，而土壤pH與之無顯著相關(guān)性。連作還會影響?zhàn)B分的分配和利用。王功帥［36 ］研究發(fā)現(xiàn)，連作降低根系氮素吸收和氮肥利用率，這可能與酚酸抑制了與硝化作用等有關(guān)的微生物和酶［37 - 38 ］，且使根系分配和消耗過多的營養(yǎng)元素，而減少了對地上部分供給，影響了蘋果地上有機(jī)無機(jī)物質(zhì)儲備，最終影響植株正常生長。此外，土壤質(zhì)地即粒度分布，可能會影響蘋果連作障礙發(fā)生的程度［39 ］，其與土壤粘粒含量呈負(fù)相關(guān)［40 ］，壤土較粘壤土和砂壤土發(fā)生蘋果連作障礙程度輕［41 ］。

2? ?化感自毒作用

自毒作用是指植物株體通過揮發(fā)、地上部淋溶、根系分泌、殘茬和凋落物腐解等途徑釋放出的化感物質(zhì)對同茬或下茬的同種或同科植物生長產(chǎn)生的抑制作用，這也是導(dǎo)致作物連作障礙的重要原因［42 - 46 ］?；形镔|(zhì)主要包括酚酸類物質(zhì)、有機(jī)酸、氨基酸、醛類、萜類、直鏈醇、單寧和生物堿等。不同植物會受不同化感物質(zhì)的影響。化感物質(zhì)植物毒素與許多果樹的再植障礙相關(guān)［9， 47 ］。

2.1? ?蘋果根系主要化感物質(zhì)—酚酸

研究認(rèn)為酚酸類物質(zhì)是蘋果根系分泌物中主要的化感自毒物質(zhì)［26， 48 - 50 ］，主要包括根皮苷、根皮素、苯甲酸、對羥基苯甲酸、間苯三酚、阿魏酸、香蘭素（香草醛）、丁香酸、咖啡酸和水楊酸等大分子物質(zhì)［26， 30， 51 - 54 ］，是造成連作障礙的重要因素，其主要通過莽草酸途徑產(chǎn)生。孫海兵等［30 ］的研究發(fā)現(xiàn)焦性沒食子酸、綠原酸和根皮苷可能是引起環(huán)渤海地區(qū)蘋果園連作障礙的關(guān)鍵酚酸物質(zhì)。趙新［55 ］在西北黃土高原的研究表明，不同蘋果砧木幼苗根系分泌的酚類物質(zhì)種類和含量不同，且各酚類物質(zhì)含量都與砧木的化感綜合效應(yīng)指數(shù)間有一定相關(guān)性，其中苯甲酸含量與之存在極顯著正相關(guān)，咖啡酸、水楊酸及酚類物質(zhì)總量與之存在顯著正相關(guān)，而各砧木抗重茬性與酚類物質(zhì)總含量相反。張江紅［52 ］通過對4種蘋果砧木根系分泌的酚類物質(zhì)分析，主要為間苯三酚、根皮素和根皮苷，占分泌總量的80%以上，其中間苯三酚占 63.7%～71.8%，是主要的分泌物質(zhì)。尹承苗［26 ］用砂培盆栽驗證土壤實測濃度的各種酚酸及其混合物對平邑甜茶幼苗傷害大小次序為混合酚酸 ＞ 根皮苷 ＞ 根皮素 ＞ 香草醛 ＞ 水楊酸 ＞ 苯甲酸 ＞ 對照，表明根皮苷、根皮素是引起蘋果園連作障礙的關(guān)鍵酚酸類物質(zhì)，是優(yōu)先考慮采取措施降解的對象，王艷芳［43 ］以第2年連作土中實測根皮苷及其降解物也得出相似的結(jié)論。此外，相立［35 ］發(fā)現(xiàn)老齡蘋果園土壤中根皮苷的含量與連作障礙的嚴(yán)重程度呈顯著正相關(guān)，可直接抑制蘋果幼苗的根系活力，影響植株生長，進(jìn)一步證明根皮苷是蘋果連作障礙的重要酚酸類物質(zhì)。這些研究結(jié)果基本一致［26， 30， 52， 55 ］。根皮苷是薔薇科果樹特有的葡萄糖苷，在土壤中可降解為根皮素、肉桂酸、對羥基苯甲酸和間苯三酚等物質(zhì)［56 ］，不僅抑制地下部分的生長，而且還阻礙植物地上部分的發(fā)育，根系受影響程度高于地上部分，表現(xiàn)為根冠比降低［43， 57 ］。

研究發(fā)現(xiàn)酚類物質(zhì)在蘋果幼苗根系中分泌量大于莖葉水浸提液中的含量，根皮苷及其分解產(chǎn)物在根系浸提液中的含量大于莖葉；不同根系水浸提液中酚含量順序為中根 ＞ 粗根 ＞ 細(xì)根［52 ］。在果園中距樹體越遠(yuǎn)土壤中酚酸含量越低，即根際土的含量高于非根際土的含量，酚酸水平方向主要分布在根系0～20 cm 范圍內(nèi)［52 ］。春季酚酸垂直方向主要分布在0～30 cm的淺土層中，而夏季和秋季在30～60 cm深土層中［26 ］，這可能為降水淋洗所致［30 ］。其次，原樹穴中酚酸含量最高，秋季是行間的1.7～5.1倍，原樹穴再植幼樹的株高、干周長和分枝數(shù)都低于原行間［26 ］。土壤中酚類物質(zhì)的含量與根系的動態(tài)變化相一致，是一個長期積累的過程［26， 52 ］。外源酚酸在土壤中只能存留30 d左右［52 ］，而Haider等［58 ］采用14C標(biāo)記酚酸發(fā)現(xiàn)，90%的對羥基苯甲酸、紫丁香酸和香草酸在7 d內(nèi)被分解，84 d時降解量為95%。

2.2? ?酚酸類化感物質(zhì)作用機(jī)理

酚類物質(zhì)主要通過雨霧淋溶、根系分泌和植株分解等3種途徑進(jìn)入土壤。當(dāng)土壤酚酸類物質(zhì)積累到一定濃度時會對作物根系造成逆境脅迫［30， 59 ］，進(jìn)而對地上部的生長也起到抑制作用［60 - 63 ］。蘋果園土壤中酚類物質(zhì)的自毒作用與溫度等外界因素關(guān)系密切［64 ］。酚酸在酸性土壤中更容易表現(xiàn)化感作用［65 ］，在N、P 含量低的土壤中毒性也高［66 ］。羥基肉桂酸的化感活性在低N 和低K 條件下加強(qiáng)［67 ］。酚酸類物質(zhì)的作用強(qiáng)度與酚酸種類和濃度有關(guān)［68 ］。有研究表明一定濃度的苯甲酸對根系抗氧化酶活性和線粒體功能較同濃度羥基苯甲酸、間苯三酚、丁香酸、咖啡酸和阿魏酸具有更強(qiáng)的抑制作用［69 - 71 ］，而且?guī)追N酚酸均隨濃度提高抑制作用越強(qiáng)［71 ］。一般酚酸有低濃度促進(jìn)高濃度抑制生長的作用，如5 mg/kg濃度的苯甲酸顯著增加Fe的吸收，但25、125 mg/kg濃度的苯甲酸顯著降低N、P、K和Fe的吸收［69 ］。張江紅［52 ］研究發(fā)現(xiàn)根皮苷濃度0.001 mmol/L時促進(jìn)幼苗生長，1 mmol/ L時出現(xiàn)抑制（尹承苗［26 ］的研究結(jié)果為0.5 mmol/L），且處理濃度越高抑制作用越強(qiáng)。酚類物質(zhì)可能也有協(xié)同作用，4種酚酸混合液濃度僅為10-4 mol/L時即抑制了幼苗的生長［52 ］。

酚酸作用機(jī)理主要是對根系吸收和葉片光合的影響。土壤環(huán)境中酚酸類積累達(dá)到一定濃度即對果樹形成逆境脅迫，主要是破壞細(xì)胞膜和線粒體等細(xì)胞器膜完整性，使其結(jié)構(gòu)和功能喪失［52 - 53， 71 - 74 ］。酚酸還影響各種代謝酶類活性，阻礙蛋白質(zhì)與核酸合成，打破激素平衡，阻礙細(xì)胞分裂，使根尖的超微結(jié)構(gòu)受到破壞，降低根系呼吸和活性，抑制根系生長，根系養(yǎng)分與水分吸收受到嚴(yán)重影 響［52， 69， 75 ］，地下生物量降低［26， 43， 52 ］，植物生長受到抑制甚至死亡［76 ］。土壤中酚酸累積造成的脅迫可能通過根系產(chǎn)生信號傳導(dǎo)相關(guān)蛋白對地上部分生理產(chǎn)生影響［26 ］。酚酸類物質(zhì)脅迫使蘋果幼苗葉片內(nèi)MDA含量大幅提高而抗氧化酶活性受到明顯抑制，清除自由基能力減弱導(dǎo)致脂膜過氧化程度加重［43， 53 ］，葉片超微結(jié)構(gòu)中核膜與葉綠體膜損傷甚至解體［52 ］，葉綠素含量降低，電子鏈?zhǔn)軗p，光合速率下降［43， 52， 54， 77 - 79 ］，光合與蒸騰受到抑制，葉面積和地上生物量減少［43， 52 - 53 ］。另有觀點認(rèn)為，酚酸抑制葉片光合速率的原因不在氣孔［43， 52， 54? ］，主要是Rubisco和卡爾文循環(huán)（光合暗反應(yīng)）的其它關(guān)鍵酶失活或下降，Ruibsc羧化效率和RuBP再生速率下降導(dǎo)致的［80 ］，以及葉片中啟動了除CO2固定以外如Mehler反應(yīng)、硝酸還原以及光呼吸等的其他電子利用庫［81 ］，降低了實際和最大光化學(xué)效率，增加了非光化學(xué)淬滅（NPQ）［54， 77 ］。尹承苗［26 ］研究了根皮苷等酚酸對平邑甜茶幼苗根系蛋白質(zhì)組的影響，根皮苷脅迫不僅能引起清除自由基、增強(qiáng)細(xì)胞膜抗性和抗氧化系統(tǒng)活性等的相關(guān)蛋白的上調(diào)表達(dá)，還能引起顯示生長發(fā)育受到抑制的逆境相關(guān)蛋白、過敏原相關(guān)蛋白質(zhì)和細(xì)胞骨架相關(guān)蛋白質(zhì)等的下調(diào)表達(dá)。

3? ?土壤微生物結(jié)構(gòu)失衡和致病有害真菌增加

3.1? ?土壤微生物結(jié)構(gòu)失衡

土壤熏蒸滅菌后連作蘋果生長顯著改善，證明蘋果連作障礙主要是由生物因素引起的［82 - 85 ］。引起重茬障礙的生物因素包括土壤微生物群落結(jié)構(gòu)變化、有害真菌數(shù)量增加及致病線蟲、細(xì)菌和放線菌、病毒、卵菌等的增加［86 - 91 ］。Mai等［92 ］和Mazzola［93 ］推斷蘋果重茬病害是由上述除病毒外的多種病原微生物共同作用引起，其雖在前茬果樹根部積累，未表現(xiàn)明顯傷害，卻能侵害重茬果樹或者砧木，這可能與老果園中數(shù)量較多的生防有益真菌抑制致病菌有關(guān)［35， 94 - 95 ］。Utkhede 等［96 ］給蘋果幼苗單獨接種真菌、細(xì)菌、線蟲或接種細(xì)菌+線蟲和真菌+細(xì)菌+線蟲，發(fā)現(xiàn)都可導(dǎo)致蘋果再植病害的發(fā)生。肖宏［18 ］用從16年生蘋果園分離、純化和培養(yǎng)的放線菌和真菌菌液澆灌土壤，顯著減少了平邑甜茶幼苗植株鮮重、葉面積、根面積和根密度。

許多學(xué)者研究認(rèn)為，再植果樹生長勢弱甚至死亡是由于前茬果樹長期栽培過程中有益微生物比例降低而有害微生物比例增多以及微生物群落結(jié)構(gòu)的失衡造成的［97 ］，如果土壤中不存在致病的微生物或線蟲，則重茬障礙可能是由根際微生物的改變引起的［98 ］。當(dāng)果園長期種植蘋果樹后，土壤酶的活性顯著降低，土壤細(xì)菌數(shù)量明顯減少而真菌數(shù)量明顯增加［18， 36， 99 - 101 ］，土壤中的微生物系統(tǒng)會從一個適合蘋果生長的“細(xì)菌型”向能引起重茬的“真菌型”生物系統(tǒng)轉(zhuǎn)變，即連作引起的土壤生態(tài)環(huán)境改變對拮抗細(xì)菌和放線菌生長不利，但卻有利于病原真菌和線蟲生長［26， 95， 102 - 103 ］。Mazzola［94 ］研究表明，未栽培果樹土壤中以腐生真菌、巨大芽孢桿菌和洋蔥伯克霍爾德菌等細(xì)菌為主，而連作土壤則以病原真菌為主。真菌是土壤微生物生態(tài)的重要組成部分，對土壤功能和植物健康有重要作用［104 - 106 ］。真菌群落結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，多樣性越高，可以更有效地抑制土傳病害的發(fā)生［107 - 108 ］。尹承苗 ［26 ］研究表明，蘋果連作導(dǎo)致土壤真菌多樣性指數(shù)、豐富度指數(shù)顯著下降，而優(yōu)勢度指數(shù)顯著提高，且不同連作果園土壤真菌各自構(gòu)成一個獨立、穩(wěn)定、相似度低的群落結(jié)構(gòu)。相立［35 ］采用Illumina Miseq 高通量測序的方法研究了57 個環(huán)渤海產(chǎn)區(qū)老齡蘋果園土壤真菌群落結(jié)構(gòu)，得出老果園土壤真菌物種多樣性高于其對應(yīng)的重茬果園的多樣性，重茬果園真菌的群落結(jié)構(gòu)遭到一定程度破壞，是造成果樹重茬障礙的主要原因之一，這與徐文鳳［102 ］前期采用常規(guī)培養(yǎng)分離方法研究的結(jié)果基本一致。

3.2? ?致病有害真菌增加

在多數(shù)地區(qū)，連作土壤中有害真菌數(shù)量的增加是造成連作障礙的主要原因［11， 109 - 112 ］。在環(huán)渤海產(chǎn)區(qū)［113 ］、西北黃土高原產(chǎn)區(qū)［97 ］，土壤線蟲不是引起蘋果連作障礙的主要因素。土壤有害真菌是引起蘋果連作障礙的主要原因［109 - 110， 114 - 116 ］，但在不同地區(qū)由于地理環(huán)境和氣候等因素，微生物群落有巨大差異，導(dǎo)致不同地區(qū)或果園的土壤病原菌不同［6， 114 ］。從世界蘋果產(chǎn)區(qū)看，對果樹再植造成危害的真菌主要有絲核屬（Rhizoctonia）、腐霉屬（Pythium）、疫霉屬（Phytophthora）、柱盤孢屬（Cylindro-carpon）、鐮孢霉屬（Fusarium）等［93， 116 - 120 ］。這些從根系皮層或土壤中分離出的真菌部分與蘋果幼苗生長呈顯著負(fù)相關(guān)［118 ］，可以引起頸腐病、腐爛病和造成樹體衰弱，特別是黑腐皮殼屬（Valsa）和殼囊孢屬（Cytospora）真菌常常可以造成蘋果樹的死亡；其次，還有鏈格孢屬（Alternaria sp.）、鐮刀菌屬（Fusarium）、支頂孢屬（Acremonium Link）等有害真菌屬與蘋果重茬障礙發(fā)病程度相關(guān)［118， 121 - 123 ］。早期王功帥［36 ］對我國環(huán)渤海蘋果產(chǎn)區(qū)遼寧、河北和山東省11個縣市再植蘋果幼園（2～3 a）微生物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)查，相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，鐮孢屬真菌與連作障礙程度呈顯著正相關(guān)，這與Franke-Whittle 等［118 ］的研究結(jié)果一致，而被孢霉屬與連作障礙程度呈顯著負(fù)相關(guān)。此后相立［35 ］在同一區(qū)域的研究和王曉寶等［124 ］在西北黃土高原的研究也得出相同結(jié)論，而且鐮孢菌對再植幼樹具有強(qiáng)烈的致病性［35， 124 ］。毛殼菌屬與連作障礙嚴(yán)重程度正相關(guān)［124 ］。同時，徐文鳳［102 ］和相立［35 ］發(fā)現(xiàn)重茬果園土壤中具有致病性的鐮孢屬真菌數(shù)量明顯多于老果園，也說明鐮孢菌屬真菌是引起蘋果連作障礙的關(guān)鍵因子，這一結(jié)果也在河北和北京等地得到驗證［125 - 126 ］。徐文鳳［102 ］、劉志［95 ］和王功帥［36 ］進(jìn)一步運用形態(tài)學(xué)特征和測序的方法從環(huán)渤海灣蘋果產(chǎn)區(qū)分離和鑒定出主要鐮孢真菌為尖孢、串珠、腐皮和層出鐮孢菌，并驗證了這些真菌均對平邑甜茶幼苗具有強(qiáng)烈的致病性，也與蘋果連作障礙具有較強(qiáng)相關(guān)性。因此，鐮孢菌被認(rèn)為是導(dǎo)致中國蘋果主產(chǎn)區(qū)連作障礙的主要病原菌［35 - 36， 124 - 126 ］。其次，尖孢鐮刀菌（F. oxysporum）和鐮刀菌（Fusarium）在我國蘋果主產(chǎn)區(qū)連作障礙中也有致病性［122， 127 - 128 ］。

3.3? ?鐮孢真菌致病機(jī)理

鐮孢菌在木質(zhì)部導(dǎo)管中的定殖和增殖以及植物被侵染后，都會在根系導(dǎo)管中形成大量胼胝質(zhì)和木質(zhì)素，阻礙水分通過木質(zhì)部運輸，導(dǎo)致脫水，植株出現(xiàn)病理萎蔫和葉片生理性缺水［129 - 130 ］，光合作用受到抑制，凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）和蒸騰速率（Tr）等光合參數(shù)顯著下降［35 ］，隨CO2同化量下降，因反饋抑制光合電子傳輸導(dǎo)致活性氧增加［131 - 132 ］，葉綠體受到損傷，葉綠素a/b及類胡蘿卜素含量均極顯著減少［35 ］，Rubisco酶活性和羧化效率降低，光能利用率下降［133 - 134 ］。相立［35 ］研究腐皮鐮孢菌侵染后葉片熒光參數(shù)發(fā)現(xiàn)，PSII 反應(yīng)中心被破壞，實際光能捕獲效率大幅降低，降低和抑制了電子傳遞，葉片吸收的光能更多地以熱耗散形式消耗。

鐮孢菌侵染下蘋果幼苗根系內(nèi)積累大量活性氧，其與宿主細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)、脂類和核酸發(fā)生反應(yīng)，引起膜質(zhì)過氧化和過氧化產(chǎn)物丙二醛（MDA）激增加劇膜損傷和酶鈍化，根系細(xì)胞代謝功能紊亂甚至死亡［135 - 137 ］，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)脯氨酸和可溶性糖及一種降解真菌細(xì)胞膜的PRs蛋白相關(guān)基因表達(dá)水平迅速增加［35 ］，抗氧化酶由感染初期的迅速增加到此后迅速下降，植物抗氧化等防御系統(tǒng)被破壞，導(dǎo)致表皮和皮層細(xì)胞裂解死亡，根尖壞死和功能性根毛幾乎完全喪失［35， 138 - 139 ］。同時，過氧化使根系細(xì)胞質(zhì)膜H+-ATPase 活性下降，減少了根系生長發(fā)育所需要能量，降低根系營養(yǎng)元素吸收功能的發(fā)揮［35 ］。而且，鐮孢菌的次生代謝產(chǎn)物鐮孢菌毒素（鐮孢菌酸和恩鏈孢菌素等）也強(qiáng)烈抑制根系生長，協(xié)助致病菌菌絲體穿過植物根系的細(xì)胞壁并破壞根系結(jié)構(gòu)［140 ］。相立［35 ］用腐皮鐮孢菌侵染蘋果砧木‘M9T337和王功帥［36 ］用尖孢鐮孢菌、層出鐮孢菌、腐皮鐮孢菌和串珠鐮孢菌接種蘋果幼苗，30～60 d，均顯著降低了生長量，加重重茬障礙，致死率為37.5%～50%。

4? ?根際微生態(tài)與連作障礙

根際是植物、土壤和微生物相互作用的重要界面，是物質(zhì)和能量交換的節(jié)點，也是土壤中活性最強(qiáng)的小生境。根際微生態(tài)系統(tǒng)是一個以植物為主體，以根際為核心，以植物—土壤—微生物及其環(huán)境條件相互作用過程為主要內(nèi)容的生態(tài)系統(tǒng)［141 ］。

由于施肥、作物吸收的偏愛性、根系分泌物如酚類、有機(jī)酸等酸性物質(zhì)的積累和根際微生物活動都會造成土壤酸堿度的下降，影響到土壤有機(jī)質(zhì)的礦化和養(yǎng)分形態(tài)的轉(zhuǎn)化過程［37 ］，隨蘋果種植年份土壤中營養(yǎng)物質(zhì)含量不均衡越加明顯，一是造成如土壤鋁、錳毒害，使蘋果根系中毒，生長發(fā)育受阻、樹勢衰弱，導(dǎo)致蘋果果實品質(zhì)變差、產(chǎn)量減少［29 ］。此外，因土壤中各種礦物營養(yǎng)缺乏造成的脅迫均會刺激根系向環(huán)境中釋放大量不同組成和比例的有機(jī)物和無機(jī)物并引起化感自毒作用進(jìn)而直接影響樹體對礦質(zhì)元素的吸收［142 - 152 ］。Turner等［153 ］認(rèn)為根際礦物營養(yǎng)通過影響根系分泌物的種類和數(shù)量間接影響根際微生物的種群密度和種類如N對土壤微生物的種群數(shù)量和密度的影響［154 ］。Graham等［155 ］認(rèn)為根際微生物通過改變根際營養(yǎng)狀況和植物體內(nèi)激素含量來改變植物體內(nèi)生理生化過程，并以代謝產(chǎn)生的激動素來減弱和降低細(xì)胞膜的流動性和通透性，以及有選擇地利用根分泌物中的特定成分等來改變根系分泌物如自毒物質(zhì)的種類和數(shù)量，對自毒作用的程度起到重要作用。根分泌物可以影響根際微生物種類和種群數(shù)量，并間接地影響作物內(nèi)部同化產(chǎn)物的分配比例［156 ］。土壤微生物的分布類群與酚酸的種類和濃度也有一定的關(guān)系［157 ］。一方面自毒物質(zhì)作為微生物的碳源和能源，低濃度時直接刺激病原菌［158 ］，促進(jìn)其菌絲生長和分生孢子繁殖［26， 43， 159 - 160 ］。酚酸促使連作土壤中的有害真菌富集，使其成為連作土壤中的優(yōu)勢種群，加劇連作土壤真菌群落結(jié)構(gòu)比例失衡［26， 49， 159 ］，但毒害了某些有益菌減少細(xì)菌數(shù)量［159 ］，減弱或消除了有益菌對有害菌的拮抗作用［161 ］，引起各種微生物種群密度的較大改變［45 ］，從而造成病害的嚴(yán)重發(fā)生。另一方面，隨著土壤中某些有毒物質(zhì)的逐漸積累，當(dāng)超過一定閾值時，就會對該植物產(chǎn)生自毒作用，首先破壞根系細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，使病菌更易侵入，其結(jié)果也表現(xiàn)為發(fā)病率高，造成土傳病害嚴(yán)重發(fā)生［162 ］。姜維濤等［159 ］的研究證明，在酚酸和病原菌的共同影響下加重了重茬障礙。根系分泌物酚酸、土壤礦質(zhì)元素、土壤微生物等直接對樹體的生長發(fā)育產(chǎn)生影響，或各因素相互作用間接影響樹體生長，而環(huán)境又作用于各因素，影響其各自作用的發(fā)揮。

5? ?建議與展望

國內(nèi)現(xiàn)有蘋果園抗重茬機(jī)理方面的研究大部分針對東部環(huán)渤海灣產(chǎn)區(qū)，但有關(guān)黃土高原重茬建園研究文獻(xiàn)較少。西北黃土高原地理環(huán)境獨特，是我國蘋果栽培的優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)，近年來老果園重建步伐加快，但部分果園仍然存在樹勢偏弱，生長緩慢等問題，對重茬園的研究和重建經(jīng)驗尚存在不足。應(yīng)在借鑒國外和東部產(chǎn)區(qū)的基礎(chǔ)上，結(jié)合西北實際，系統(tǒng)開展各方面的研究，并拓展研究內(nèi)容，提升研究層次，多角度剖析重茬產(chǎn)生的原因，找出影響當(dāng)?shù)刂夭缯系K的主要因素；同時從重茬園中有益菌和有害菌、主要酚酸、各種酶類、土壤養(yǎng)分和樹體生長及其相互間的關(guān)系等角度綜合分析，重點對根系分泌物與根際微生物間的相互作用和土壤微生態(tài)中各因子之間協(xié)同作用機(jī)理研究，強(qiáng)調(diào)全面和重點相結(jié)合；微觀上從亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)和分子角度探究，深入分析重茬病害機(jī)理，全方位認(rèn)識這一栽培現(xiàn)象。再者，應(yīng)針對當(dāng)?shù)刂虏≌婢訌?qiáng)病原菌生物學(xué)特性的研究，將有助于抗重茬方法的改進(jìn)。此外，蘋果作為多年生作物，在同一地點長期栽培，以及不當(dāng)管理的累積效應(yīng)都會出現(xiàn)在新一茬種植中，如頻繁使用除草劑造成的危害、殘留農(nóng)藥和重金屬對土壤的污染等在一些重茬園會更加突出，應(yīng)有針對性地開展相關(guān)機(jī)理研究，尋找適宜的重茬解決方案。

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