双重接种根瘤菌与固氮螺菌：降低菜豆镰刀菌枯萎病严重度的可持续策略

《Advances in Agriculture》：Reducing the Severity of Fusarium Wilt in Common Beans (Phaseolus vulgaris L.) by Coinoculation of Rhizobium tropici and Azospirillum brasilense

本研究通过田间试验证实，在镰刀菌（Fusarium oxysporum f. sp. phaseoli）自然侵染条件下，菜豆（Phaseolus vulgaris L.）品种间抗病性差异显著，而联合接种Rhizobium tropici与Azospirillum brasilense可显著降低枯萎病严重度（较氮肥处理降低5%，较空白对照降低10%），并维持与氮肥处理相当的籽粒产量（GY），为豆科作物土传病害绿色防控提供了微生物互作新视角。

　　

摘要

由镰刀菌（Fusarium oxysporum f. sp. phaseoli）引起的根部病害是巴西菜豆生产的主要限制因素。本研究通过田间试验评估了联合接种Rhizobium tropici和Azospirillum brasilense对五个菜豆品种镰刀菌枯萎病严重度的影响。结果表明，Pérola和BRS FC402品种对枯萎病的抗性显著高于BRS Estilo和BRS FC104。联合接种处理使病害严重度较氮肥处理降低5%，较空白对照降低10%，且籽粒产量与氮肥处理无显著差异。研究证实，结合抗病品种筛选与有益微生物接种可有效控制镰刀菌枯萎病，为可持续豆科作物生产提供技术支撑。

1. 引言

菜豆在巴西具有重要的社会与经济价值，是低收入人群膳食蛋白的主要来源。然而，全国平均产量（1129 kg ha^?1）远低于优化管理条件下的潜力产量（3496–4111 kg ha^?1），其中土传真菌病害是主要限制因子之一。镰刀菌枯萎病由Fusarium oxysporum f. sp. phaseoli引起，其厚垣孢子可在土壤中长期存活，导致轮作防控效果有限。近年来，利用植物促生细菌（如Rhizobium tropici和Azospirillum brasilense）通过拮抗作用与系统抗性诱导机制防控病害的策略受到关注。本研究旨在明确双重接种对菜豆镰刀菌枯萎病严重度的影响，为生态防控提供理论依据。

2. 材料与方法

2.1. 试验地特征

试验在巴西戈亚斯州的Santo Ant?nio de Goiás（2018、2019年）和Abadia de Goiás（2019年）进行，两地属热带草原气候（Aw），年均降水约1460 mm。前者采用免耕系统，后者为传统耕作。

2.2. 土壤分析

播种前采集0–20 cm土层样品，测定pH、交换性钙（Ca）、镁（Mg）、铝（Al）、磷（P）、钾（K）等指标（表1）。土壤质地以砂质黏壤土为主。

2.3. 试验设计

采用5×3因子设计（5品种×3氮处理），4次重复。氮处理包括：1）联合接种（R. tropici种子接种 + A. brasilense V2–V3期叶面喷施）；2）氮肥（尿素80 kg N ha^?1）；3）空白对照。接种菌剂由Embrapa Rice and Beans微生物实验室制备。

2.4. 病害评估

在镰刀菌自然侵染区，采用1–9级病情指数（图1）定期评估枯萎病严重度。病情指数1–3为抗病，4–6为中抗，7–9为感病。通过病原分离（营养琼脂培养基）确认Fusarium oxysporum为致病菌。

2.5. 籽粒产量测定

生理成熟期收获小区中心行，折算为13%含水量下的公顷产量（kg ha^?1）。

2.6. 统计分析

数据经正态性和方差齐性检验后，采用SISVAR软件进行方差分析（F检验，p < 0.05），显著处理间用Tukey法比较。

3. 结果

3.1. 病害严重度

品种与氮源对病情指数有显著影响（表2）。2018年，BRS Estilo和BRS FC104在氮肥处理下病情指数最高（图2）；第三、四次评估中，Pérola和BRS FC402抗性最强（图3）。2019年，联合接种处理的病情指数显著低于空白对照（表3）。总体而言，Pérola和BRS FC402抗性稳定，而联合接种在所有品种中均降低病害严重度（图4）。

3.2. 籽粒产量

品种间产量差异显著（表4）。联合接种处理的产量与氮肥处理无显著差异（图5）。2018年，Pérola在氮肥处理下产量最高（3170.30 kg ha^?1），但联合接种下Pérola、BRS Notável和BRS FC402产量相当（图6）。抗病品种在缺氮条件下仍保持较高产量稳定性。

4. 讨论

品种抗性差异主要由遗传背景决定，而氮源通过改变根际微生物群落结构与病原竞争关系影响病害发展。硝酸盐营养可维持较高的真菌多样性及网络连通性，抑制镰刀菌定殖。联合接种可能通过产生铁载体（siderophore）、几丁质酶（chitinase）及脂肽类抗生素（如surfactin、fengycin）等拮抗物质，或诱导系统抗性（ISR）降低病害严重度。此外，根瘤菌与固氮螺菌的协同作用可改善植株氮素营养，促进光合作用与蛋白质合成，间接增强抗病性。环境变异（如年度间气候差异）可能通过调控根系分泌物组成，影响微生物-病原互作强度，进一步说明综合管理策略的必要性。

5. 结论

菜豆镰刀菌枯萎病的严重度受品种抗性与氮源管理的共同调控。Pérola和BRS FC402为高抗品种，联合接种R. tropici与A. brasilense可显著降低病害发生，并实现与氮肥处理相当的籽粒产量。该研究为豆科作物土传病害的生态防控提供了品种-微生物互作的理论依据与实践路径。