全 文 ：大豆连作障碍研究 Ⅱ. 大豆连作减产机理及
对土壤紫青霉菌毒素的调控对策 3
胡江春　薛德林　王书锦　(中国科学院沈阳应用生态研究所 ,沈阳 110015)
【摘要】　研究分析了土壤紫青霉菌分泌毒素对连作大豆全生育过程的危害. 结果表明 ,在
大豆种子萌动期毒素致毒作用已经开始 ;在大豆幼苗期及分枝期 ,较高浓度毒素 ( ×103 倍
稀释)使大豆完全不结瘤 ,极低浓度 ( ×105 倍稀释) 仍然抑制 40 %结瘤 ,致使重茬大豆光
合固氮能力显著降低. 而大豆残根、凋落物等通过刺激紫青霉菌的增长 ,造成对大豆进一
步的危害. 对连作大豆土壤紫青霉毒素的调控研究表明 ,使用土壤放线菌 MB 生物防治 ,
可使重茬大豆增产 8. 4～18. 9 % ;使用海洋放线菌 MB297 生物防治可使重茬大豆增产
30. 5 %.应用 MB297 制剂对连作大豆全生育过程的防病、减毒控制的综合调控 ,可使重茬
5 年大豆田间微区试验折合大豆产量达到 4575kg·hm - 2 .
关键词 　大豆 　连作障碍 　紫青霉菌毒素 　调控技术
Obstacles of soybean continuous cropping Ⅱ. Mechanism of soybean yield decline and control
strategies for toxin of Penicillium purpurogenum in soils. Hu Jiangchun , Xue Delin and Wang
Shujin ( Institute of A pplied Ecology , Academia S inica , S henyang 110015) . 2Chin. J . A ppl .
Ecol . ,1998 ,9 (4) :429～434.
Analysis on the harmfulness of toxin produced by Penicillium purpurogenum in soil in the
whole growth and development period of continuous cropping soybean shows that the toxicity
began at the stage of seed germination. At the seedling and branching stages , high toxin con2
centration (1000 delution folds) could entirely result in non2nodulation , and even low concen2
tration (100000 delution folds) could still inhibit 40 % of nodulation , resulting in an obvious
decrease of photosynthetic and nitrogen2fixing capacities of continuous cropping soybean. By
stimulating the growth of P. purpurogenum , the root residue and litter of soybean could cause
further harmfulness of soybean. Studies on controlling toxin of P. purpurogenum in soils of
continuous cropping soybean show that soil actinomyces MB antibiotic control could make con2
tinuous cropping soybean have a yield increase of 8. 4～18. 9 % ; and marine actinomyces MB2
97 biotic control could make a yield increase of 30. 5 %. With the application of MB297 bio2fer2
tilizer and comprehensive control on disease precaution and toxicity reduce in the whole growth
and development period of continuous cropping soybean , the yield of continuous cropping for
5years in micro2plot field experiment could reach 4575kg·hm - 2 .
Key words 　Soybean , Continuous cropping obstacles , Toxin of Penicillium purpurogenum ,
Control techniques.
　　3 国家“九五”科技攻关重中之重资助项目 ( G95 -
01 - 05 - ZB3) ,国家“九五”科技攻关项目 (96 - 004 - 02
- 03) .
　　1998 - 03 - 04 收稿 ,1998 - 06 - 26 接受.
1 　引 　　言
　　近年来 ,由于国内外对大豆需求量的
明显增加和大豆经济价值的提高 ,我国大
豆播种面积不断扩大 ,黑龙江省大豆重迎
茬面积已达 43 % ,个别地区达 70 %以上 ,
由于大豆重迎茬面积居高不下 ,已形成影
响大豆生产发展的严重威胁 ,国内外学者
应 用 生 态 学 报 　1998 年 8 月 　第 9 卷 　第 4 期 　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Aug. 1998 ,9 (4)∶429～434
多年的研究 ,对大豆连作障碍的成因众论
不一 , 有大豆胞囊线虫及镰刀菌主因
说[3 ,5 ] 、土壤营养元素及水分亏缺[1 ,6 ]和病
虫害加剧为主因等等[2 ,8 ,9 ,12 ] ,至今尚无统
一认识 ,也无有效的调控防治技术与对策.
在以往研究基础上 ,进一步分析研究了紫
青霉菌分泌毒素对连作大豆各生长发育阶
段危害的致毒作用 ,大豆连作减产机理与
调控对策 ,本文报道了这一方面的研究结
果.
2 　材料与方法
2. 1 　材料
2. 1 . 1 大豆品种 　合交 932111 ,垦农 15 ,由黑龙
江省八五 O 农场提供.
2. 1 . 2 菌种 　紫青霉菌 891 , 961 ( Penicillium
purpurogenum 891 ,961) 为分离保存菌种 ;海洋
放线菌 MB297 ( S t reptomyces spp. MB297) 为从渤
海海水中分离保存菌种 ;大豆根瘤菌 61A76 为美
国威斯康星大学赠送 ; 大豆根瘤菌 QB113、
B16 - 11c、T487A 均为本组分离保藏.
2. 1 . 3 分析用试剂 　均为市售分析纯试剂 .
2. 2 　方法
2. 2 . 1 土壤微生物分离与计数 　按文献 [ 10 ]方法
进行.
2. 2 . 2 大豆胞囊线虫胞囊密度测定 　大豆根系上
直接计数胞囊线虫 [7 ] .
2. 2 . 3 大豆萌发吸水、发芽率的测定 　按文献
[11 ]方法进行.
2. 2 . 4 大豆根毛发育及根瘤菌结瘤的培养与观察
　大豆根瘤菌 61A76、QB113、B16 - 11c及 T487A 混
合接种大豆[11 ] .
2. 2 . 5 微区试验的田间排列 　3 ×3 拉丁方布置 ,
按文献[4 ]方法.
2. 2 . 6 大豆光合作用强度、固氮酶活性测定 　按
文献[4 ]方法.
3 　结果与讨论
3 . 1 　紫青霉菌毒素对大豆全生育过程危
害的致毒作用
3 . 1 . 1 紫青霉菌毒素对大豆种子萌动发芽
期的致毒危害 　紫青霉菌毒素对大豆的危
害 ,主要是引起大豆植物中毒 ,而且这种中
毒几乎在重茬大豆全部生长发育阶段都能
表现出来 ,可称其为全生育过程中毒. 过去
多年的研究 ,普遍认为重茬大豆减产主要
原因是幼苗期的病虫害加剧所致 ,而没有
认识到紫青霉菌毒素对大豆的危害是重茬
大豆减产的关键因子. 紫青霉菌毒素对大
豆的致毒作用早在病虫害感染以前的大豆
种子萌动发芽期就已开始 ,在实验室条件
下 ,用重茬大豆的土壤及紫青霉菌毒素作
平行比较试验 ,其结果见表 1.
　　从表 1 可以看出 ,由于紫青霉菌毒素
致毒作用的影响 ,重茬大豆土壤较正茬大
表 1 　重茬大豆土壤及紫青霉菌毒素对大豆种子萌发吸水的影响比较
Table 1 Effect of toxins produced by P. purpurogenum and continuous cropping soil on the germination of soybean seeds
品种
Varities
项目
Item
对照
(清水)
Control
毒素稀释倍数
Toxins culture
filtrate dilution folds
250 50
正茬土
Rotation
cropping
soil
重茬土
Continuous
cropping soil
垦农　15 吸水能力 Absorbed water ( %) 100 89. 0 81. 1 96. 4 82. 7
Kennong 15发芽率 Germnation ( %) 94 6·9 0. 0 91. 2 86
酶活性 Activitiy of enzymes
蛋白酶 Proteinase + + + + + + + + + + +
胰酶 Trypsin + + + + + + + + + + +
多酚氧化酶 Polyphenoloxidase + + + + + + + + + + + + + +
932111 吸水能力 Absorbed water ( %) 100 92. 5 91. 8 93. 8 89. 7
发芽率 Germination ( %) 93. 4 18. 5 0. 0 90. 0 82. 1
酶活性 Activity of enzymes
蛋白酶 Proteinase + + + + + + + + + + +
胰酶 Trypsin + + + + + + + + + + +
多酚氧化酶 Polyphenoloxidase + + + + + + + + + + + + + +
034 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　9 卷
豆土壤的大豆种子萌动时物理吸水能力下
降 4. 1～13. 7 % ,种子发芽率降低 5. 2～
7. 9 %. 稀释 250 倍紫青霉菌毒素液 ,较清
水的大豆物理吸水能力下降 7. 51～1 % ,
种子发芽率下降 74. 9～87. 1 % ;稀释 50
倍紫青霉菌毒素液 ,较清水的大豆物理吸
水能力下降 8. 2～18. 9 % ,种子发芽率下
降 100 %. 同时大豆种子萌动时细胞生理
活性发生变化 ,蛋白酶活性及胰酶活性降
低 ,多酚氧化酶活性上升.
3 . 1 . 2 紫青霉菌毒素对大豆幼苗期、分枝
期的的致毒危害 　紫青霉菌毒素对重茬大
豆幼苗期、分枝期的的致毒危害首先是根
毛的发育被破坏 (图 1) ,从而使大豆根瘤
菌无法去识别宿主和共生结瘤 ,因此重茬
大豆的根瘤甚少 ,就是形成少量根瘤 ,其光
合固氮功能也大大降低.
图 1 　紫青霉菌分泌毒素对大豆根毛的影响
Fig. 1 Effect of toxins produced by P. purpurogenum on
soybean root hairs development .
a)对照 Control ,b) 1 :500 接入紫青霉菌分泌毒素 Inocu2
lated by 0. 2 % culture filtrate of P. purpurogenum .
　　从表 2 可见 ,1∶1000000 的稀释浓度
下 ,大豆结瘤还受到紫青霉菌分泌毒素的
部分抑制 ,而所加毒素浓度低于 1∶1000 稀
释倍数时的大豆根毛发育已趋于正常 , 但
结瘤数极低. 而田间重茬大豆根瘤少且
小 ,固氮能力大幅度降低 ,重茬 5 年大豆结
瘤只有 3. 4 个/ 株 ,轮作则为 22. 2 个/ 株.
3 . 1 . 3 紫青霉菌毒素对大豆开花期、结荚
期的致毒危害 　紫青霉菌分泌毒素对大豆
表 2 　紫青霉菌分泌毒素对大豆结瘤的影响
Table 2 Effect of culture f iltrate of P. purpurogenum on
soybean nodulation
稀释倍数 Dilution folds
Control1 ×103 5 ×103 1 ×104 1 ×105 1 ×106
3 周时结瘤数
No. of nodules
after 3 weeks 15. 3 0 1. 25 3. 6 6. 0 10. 2
( %) 100 0 8. 2 23. 5 39 67
5 周时结瘤数
No. of nodules
after 5 weeks 30. 0 0 3. 6 4. 5 18. 0 28. 0
( %) 100 0 12 15 60 93
开花期、结荚期的危害及致毒作用 ,其共性
明显表现在大豆个体植株光合2固氮共生
体系生理代谢功能的减弱 ,根据测定 ,轮作
大豆根瘤固氮活性为 2335 n molC2 H4·g - 1
h - 1 ,而连作 3 年大豆根瘤固氮活性只有
860n molC2 H4·g - 1h - 1 ;轮作 3 年大豆光合
作用强度为 30. 8mg·dm2·h - 1 ,而连作大
豆只有 12. 0mg·dm2·h - 1 (表 3) . 因此 ,重
茬大豆植株的生物量明显低于正茬大豆植
株的生物量.
表 3 　重茬对大豆光合作用、固氮作用生理代谢功能的
影响( 1995. 7. 23)
Table 3 Effect of continuous cropping on photosynthetic
rate and nitrogenase activity fo soybean( 1995. 7. 23)
处理
Treatment
含紫青
霉菌数
No. of
P. purpur2
ogenum
(102·g - 1
soil)
分泌毒
素强度
Phyto2
toxin
seceect
activity
光合作
用强度
Phyto2
synthe2
tic rate
(mg·dm2
·h - 1)
根瘤固氮
酶活性
Nitro2
genase
activity
(n mol
C2H4·g - 1
·h - 1)
生物量
Biomass
(g·plant - 1)
正茬大豆 < 1. 0 无或弱 30. 8 2335. 0 28. 6
Rotation None or weak
重茬 3 年大豆
Conti2 2. 0～10. 0 强 12. 0 860. 0 21. 1
nuous Strong 21. 1
3 years
3 . 1 . 4 重茬大豆残根、凋落物对大豆的致
毒危害 　重茬大豆残根及凋落物对大豆幼
苗有一定的抑制作用[3 ] ,更主要的则是通
过影响大豆根际微生物类群变化 ,特别是
对土壤紫青霉菌刺激成倍、成 10 倍的数量
生长 (表 4) 和更多地分泌紫青霉菌毒素 ,
造成对重茬大豆进一步危害 ,而且随着大
豆重茬年限的增多 ,这种影响更为严重.
1344 期 　　　　　　　　　　　　胡江春等 :大豆连作障碍研究 Ⅱ. 　　　　
表 4 　重茬大豆残根、重茬大豆凋落物对土壤紫青霉菌
的影响
Table 4 Effect of soybean residues on P. purpurogenum
population in soil
处理
Treatment
紫青霉菌数
No. of P. purpurogenum
(cell·g - 1·soil)
Ⅰ正茬土 (对照) 8. 0
Ⅱ正茬土 + 残根 138. 0
Ⅲ正茬土 + 凋落物 159. 0
Ⅳ重茬 4 年土 (对照) 78. 0
Ⅴ重茬 4 年土 + 残根 760. 0
Ⅵ重茬 4 年土 + 凋落物 720. 0
Ⅰ. Soybean rotation cropping soil (CK) , Ⅱ. Soybean rota2
tion cropping soil + Residual roots , Ⅲ. Soybean rotation
cropping soil + Leaves and stems residues , Ⅳ. Soil of soy2
bean continuous cropping for 4 years(CK) , Ⅴ. Soil of soy2
bean continuous cropping for 4 years + Residual roots , Ⅵ.
Soil of soybean continuous cropping for 4 years + leaves and
stems residues.
3 . 2 　大豆连作减产机理
　　重茬大豆根际土壤紫青霉菌分泌毒素
对大豆全生长发育过程的中毒危害 ,是大
豆连作减产的主要原因 ,而重茬大豆残根、
凋落物等的某些成分 ,主要也是通过刺激
土壤紫青霉菌成倍或 10 倍数量的速度增
长 ,从而更多地分泌紫青霉菌毒素 ,致使大
豆免疫功能降低、病虫害增多、土壤微生态
环境变劣 ,造成大豆植株群体结构被破坏 ,
叶面积系数和生物量 (或干物质积累)的显
著降低等等. 重茬大豆土壤紫青霉菌毒素
对大豆全生育过程致毒危害的大豆连作减
产机理如图 2 所示.
图 2 　大豆连作减产机理
Fig. 2 Mechanism of soybean yields reduction due to soil sickness by continuous cropping.
3 . 3 　土壤紫青霉菌毒素对连作大豆危害
的调控对策
3 . 3 . 1 放线菌 MB 生物制剂对重茬大豆的
生物调控 　从 1991～1995 年 ,应用土壤放
线菌的 MB 生物制剂 ,1996～1997 年应用
海洋放线菌 MB297 生物制剂对重茬大豆
根际土壤紫青霉菌毒素进行生物调控试
验 ,结果表明 (表 5) ,应用土壤放线菌的
MB 生物制剂 ,可使重茬大豆增产 8. 4～
1 8 . 9 % ,应用海洋放线菌MB297生物制 表 5 　MB、MB297 生物制剂调控对重茬 3 年大豆产量的影响Table 5 Effect of MB and MB297 bio2fertilizer on theyield of soybean continuous cropping for 3 years试验Experiment 处理Treatment 大豆产量 Soybean yieldkg·hm - 2 %Ⅰ 对照 Control 1758. 0 100. 0MB 2091. 0 118. 95Ⅱ 对照 Control 1819. 5 100. 0MB 1972. 3 108. 4Ⅲ 对照 Control 2206. 5 100. 0MB297 2880. 0 130. 5剂 ,可使重茬大豆增产 30. 5 % ;海洋放线菌研制的 MB297 生物制剂 ,对重茬大豆全
234 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　9 卷
生育过程具有防病、减毒和提高大豆免疫
功能的作用.
3 . 3 . 2 海洋放线菌 MB297 抗病、减毒生物
制剂为主的综合调控对策 　1995 年从海
洋中分离获得 1 株海洋放线菌 MB297
( S t reptom yces sp . MB297) ,对紫青霉菌 (图
3)和镰刀菌具有很强的拮抗作用 ,盆栽模
拟对紫青霉菌造成的大豆植物中毒有减毒
图 3 　海洋放线菌 MB297 ( S t reptomyces sp . MB297) 对紫
青霉菌的拮抗作用
Fig. 3 Antibiotic effect on P. purpurogenum by S t repto2
myces sp . MB297.
a 为 MB297 ;b 为制霉菌素 100μ·ml - 1Nystatin.
的效果 ,对镰刀菌引起的大豆根腐病也有
防治效果 ,较过去所用土壤放线菌的 MB
制剂更为有效 ,应用海洋放线菌 MB297 研
制的 MB297 抗病减毒制剂 ,除进行实验室
条件下的模拟试验外 ,主要还在黑龙江省
八五 O 农场布置了田间微区试验 (2m ×
2m 微区 ,3 ×3 拉丁方排列) ,对重茬 5 年
大豆进行了综合调控 ,试验结果见表 6、图
4 和表 7.
　　从表 6、图 4 及表 7 可以看出 ,重茬 5
年大豆以应用海洋放线菌 MB297 生物调
控为主进行的综合调控田间微区试验效果
显著. 在应用 MB297 抗病减毒制剂时 ,除
采取对重茬大豆全生育过程抗病、减毒的
调控措施外 ,还结合相关的各种重要因素
(包括常规农业措施和高新生物技术措施)
表 6 　重茬 5 年大豆 MB297 生物调控为主的田间微区
试验拷苗结果( 1997. 6. 24)
Table 6 Agronomic characters of 5 years continuous crop2
ping soybean by biological control P. purpurogenum in
micro2plot( 1997. 6. 24)
处理
Treat2
ment
株高
Stalk
height
(cm)
生物量
Biomass
(gDW/
plant)
根瘤数
No. of
nodules
胞囊线
虫数
No. of cyst
nematodes
根腐病率
Root rot
( %)
a 正茬 17. 5 1. 4 22. 2 6
b 重茬 5 年 13. 5 0. 7 3. 4 15. 4 100
c 重茬 5 年 16. 5 1. 3 15. 4 8. 8 63
调控
a :Rotation cropping ; b : Continuous cropping for 5 years ;
c :Continuous cropping for 5 years + MB297. 下同 The
same below.
表 7 　MB297 综合调控田间微区试验的大豆增产效果
( 3 ×3 拉丁方排列)
Table 7 Soybean yield of soybean effected by MB297 bio2
fertilizer in micro2plot ( 3 ×3 Latin f ields)
处理
Trea2
tment
微区
产量
(A)
Yield
(g·4m - 2)
平均
产量
(M)
Mean yield
(g·4m - 2)
产量差数6 V
(V = A - M)
D/ mD
Rate
可靠性
Relia2
bility
( %)
a A1 1415. 0
A2 1497. 0 1478. 3 126. 7
A3 1523. 0
b B1 845. 0
B2 960. 0 988. 6 344. 6
B3 1161. 0
c C1 1705. 0
C2 1738. 0 1832. 6 444. 6 5. 4 99. 99
C3 2055. 0
图 4 　MB297 调控重茬 5 年大豆生育景观 (1997. 7. 18)
Fig. 4 Biological control P. purpurogenum on soybean of 5
years continuous cropping.
a. Treatment ,b. Control ,c. Rotation cropping.
进行综合调控 ,可获得重茬5年大豆高
产 ,为实现重茬大豆少减产、夺高产目标提
供了科学依据.
4 　结 　　论
4 . 1 　土壤紫青霉菌分泌毒素对连作大豆
全生长发育过程的危害是大豆连作减产的
主要原因 ,也是大豆连作减产机理的核心
3344 期 　　　　　　　　　　　　胡江春等 :大豆连作障碍研究 Ⅱ. 　　　　
之一. 病虫害加剧、土壤生态环境恶化等因
素也有一定影响.
4 . 2 　重茬大豆残根、凋落物等 ,主要也是
通过刺激紫青霉菌成倍或 10 倍数量的速
度增长 ,从而更多地分泌紫青霉菌毒素 ,造
成对重茬大豆进一步的危害.
4 . 3 　应用海洋放线菌 MB297 抗病、减毒
生物制剂为主 ,结合农业生物技术的综合
调控 ,减轻了大豆连作障碍 ,获得了田间微
区试验显著效果. 这为实现重茬大豆少减
产、夺高产的目标提供了科学依据.
致谢 　中国科学院沈阳应用生态研究所张淑香、
马成新、于殿臣、刘海玲参加部分分析测试工作 ;
黑龙江省八五 O 农场王德明、何 　斌、翟崇高、杨
敦启、金国龙、许晓明等参加田间微区部分的工
作.
参考文献
1 　于广武等. 1993. 大豆连作障碍机制研究初报. 大豆
科学 ,12 (3) :237～243.
2 　于贵瑞等. 1988. 大豆、向日葵等作物连作障碍与轮
作效应机理的研究初报. 生态学杂志 ,7 (2) :1～8.
3 　王震宇等. 1991. 重茬大豆生长发育障碍机制初探.
大豆科学 ,10 (1) :31～36.
4 　王书锦等. 1993. 低湿耕地综合治理对微生物生态
的影响及大豆增产的研究. 见 :张宪武主编. 土壤微
生物研究. 沈阳 :沈阳出版社 ,286～297.
5 　计钟程、许文芝. 1995. 重茬大豆减产与土壤环境变
化. 大豆科学 ,14 (4) :321～329.
6 　计钟程. 1990. 大豆重迎茬减产的主要原因及对策.
土壤通报 ,21 (2) :76～86.
7 　刘增柱等. 1990. 大豆连、轮作土壤微生物生态分布
与大豆胞囊线虫群体动态研究. 大豆科学 , 9 ( 3) :
206～211.
8 　邹永久等. 1996. 大豆连作障碍因素研究 I. 连作对
土壤腐殖质组分性质的影响. 大豆科学 ,15 (3) :235
～241.
9 　杨庆凯等. 1994. 黑龙江省大豆重迎茬问题及对策.
大豆科学 ,13 (2) :157～163.
10 　胡江春、王书锦. 1996. 大豆连作障碍研究 I. 大豆连
作土壤青霉菌毒素作用的研究. 应用生态学报 , 7
(4) :422～427.
11 　联合国粮食及农业组织. 1983. 共生固氮技术手册.
罗马.
12 　成田保三郎. 1982. 连轮作土壤微生物区系. 日本土
壤肥料学杂志 ,53 (1) :11～14.
434 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　9 卷