全 文 ：大豆连作障碍研究 Ⅲ. 海洋放线菌 MB297
促进连作大豆增产机理 3
胡江春1 3 3 　薛德林1 　王书锦1 　何　斌2 　王德明2
(1 中国科学院沈阳应用生态研究所陆地生态过程开放实验室 , 沈阳 110016 ;
2 黑龙江省 850 农场农业科学研究所 , 虎林 158422)
【摘要】　海洋放线菌 MB297 能在重茬大豆根际成功定殖 ,对克服重茬大豆连作障碍具有显著作用 :抑制
大豆根际致害微生物 (DRMO)紫青霉菌的生长繁殖达 80 % ,减轻了土壤毒素的危害 ;防治因大豆连作而
加重的土传真菌性病害如镰刀菌等引起的根腐病达 50 %以上 ;调节优化大豆根际土壤微生物区系 ,B/ F
值显著上升 ,使土壤由低肥力的“真菌型”向高肥力的“细菌型”转化 ;MB297 对大豆有生长刺激作用. 田间
试验结果平均增产大豆 15. 2 % ,表明海洋放线菌 MB297 是一株优良的植物根际促生菌 ( PGPR) .
关键词 　大豆 　连作障碍 　细黄链霉菌
文章编号 　1001 - 9332 (2002) 09 - 1095 - 04 　中图分类号 　S565. 1 　文献标识码 　A
Obstacles of soybean continuous cropping Ⅲ. Mechanism of soybean yield increment by marine actinomyces
MB297. HU Jiangchun ,XU E Delin ,WAN G Shujin ( L aboratory of Terrest rial Ecological Process , Institute A p2
plied Ecology , Chinese Academy of Sciences , S henyang 110016) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2002 ,13 (9) :1095～
1098.
An isolate of marine actinomyces MB297 identified as S t reptomyces microf lavus could successfully colonize in the
rhizoshpere of soybean , and inhibit Penicillium purpurogenum , a soybean deleterious rhizospheric microorga2
nisms. After applied MB297 , the ratio of bacteria/ fungi in the rhizosphere of soybean was increased ,and the soil
became to be“Bacterial type”from“Fungal type”. The populations of P. purpurogenum were apparently sup2
pressed about 80 % , and the harm of toxins in soil was weak. The soybean root rot caused by soilborne fungi
such as Fusarium was decreased 50 % , and MB297 could stimulate the growth of soybean seedlings. In field
study ,the mean yield of soybean raised by 15. 2 % ,implying that S t reptomyces microf lavus was an effective
plant growth2promoting rhizobacteria on soybean.
Key words 　Soybean , Continuous cropping obstacles , S t rpotomyces microf lavus.3 国家“九五”科技攻关重中之重项目 ( G952012052ZB3) 、国家“九
五”科技攻关项目 (960040203)和中国科学院沈阳应用生态研究所陆
地生态过程开放实验室基金资助项目.3 3 通讯联系人.
2001 - 07 - 18 收稿 ,2002 - 03 - 15 接受.
1 　引 　　言
前两篇报道了连作大豆土壤中紫青霉素作用 ,
分析了大豆连作增产机理及应用拮抗紫青霉菌的海
洋放线菌 ,克服重茬大豆减产的田间应用效果[2 ,3 ] ,
本研究着重揭示应用海洋放线菌 MB297 克服大豆
连作障碍 ,促进大豆增产 ,印证对连作大豆减产机理
的分析 ,指导生产实践中对该生物制剂的合理应用 ,
以期达到连作大豆较 3 年轮作大豆少减产 ,不减产 ,
甚至增产的目的.
2 　材料与方法
211 　供试材料
21111 大豆品种 　合交 932111 和垦农 15 ,由黑龙江省八五
零农场提供.
21112 菌种 　紫青霉菌 ( Penicillium purpurogenum ) 891 和
961 为分离保存菌种 ; 海洋放线菌 MB297 (细黄链霉菌 S t reptomyces microf lavus)为从渤海海水中分离保存的菌种.21113 试剂 　试剂均为市售分析纯试剂 ; 海洋放线菌 MB297 生物制剂为中国科学院沈阳应用生态研究所研制.212 　研究方法土壤微生物分离与计数 :参照文献 [4 ]方法 ;大豆胞囊线虫胞囊密度测定 :在大豆根系上直接计数胞囊线虫 [4 ] ; 大豆萌发吸水、发芽率的测定 :参照文献 [6 ]方法 ;微区试验的田间排列 :3 ×3 拉丁方布置 ;大豆生长刺激试验 :采用豆苗弯曲法 ;田间调查大豆根腐病 :参照文献 [1 ]方法.3 　结果与讨论311 　海洋放线菌 MB297 对连作大豆土传病害的控制由于连作 ,土壤中大豆病原菌的数量自然较 3年轮作大豆土壤有所增加 ,土传病害首当其冲 , 土
应 用 生 态 学 报 　2002 年 9 月 　第 13 卷 　第 9 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Sept . 2002 ,13 (9)∶1095～1098
壤中真菌数量增加 ,而真菌类群构成呈现单一化倾
向 ,分泌毒素的紫青霉菌 ( Penicilli um purpuro2
genum)增多 ,且有强烈致毒作用[2 ,3 ] ,而根际 DR2
MO (deleterious rhizosphere microorganisms) 的作用
往往限于根或幼苗发育不良 ,生长缓慢 ,不产生其它
明显的症状 ,因此 ,对其病原性很难阐明 ,核心是要
找到对植物的作用物质 (即毒素) ,并排除寄生作用.
在马铃薯、甜菜和百日草等植物根际已查明了 DR2
MO 危害的情况[7 ] ,大豆病原菌立枯丝核菌 ( Rhi2
zoctonia solani) 等的非寄生致毒作用也有报道[8 ] .
紫青霉菌符合典型的 DRMO 特征 ,大豆连作使其数
量增加 ,并且以镰刀菌 ( Fusari um ) 为主的病原真菌
比例也增加. Fusari um solani , F. oxysporum 回接
大豆危害严重 ,表现为显著的根腐病症状 , Rhizoc2
tonia sp . 及 Pythi um sp . 的数量也增加. 田间根腐病
病情指数大大提高[9 ] ,且约有 10 %的死苗. 因此 ,实
现对病原真菌的有效生物控制 ,是克服大豆因连作
而减产的关键. 我们以 P. purpurogenum 、Fusari2
um solani 等为目标菌 ,从海洋放线菌中筛选到十几
株拮抗活性强的菌株 ,通过盆栽土壤检验确定 ,海洋
放线菌 MB297 能够在大豆根际成功定殖 (另文发
表) ,为田间试验用菌种. 该菌广谱抗真菌 ,研制成生
物制剂 ,从 1997 年开始连续进行了 3 年的连作大豆
田间微区 (3 ×3 拉丁方排列) 和大田放大试验 ,即大
豆连作 5 年、6 年和 7 年的试验 ,对 DRMO 危害防
治取得了令人满意的结果. 对大豆根腐病的防治效
果达到 50 %以上 ,由于连续施用海洋放线菌 MB297
生物制剂 ,土壤微生物区系得到调节和优化 ,病原菌
的生长繁殖受到抑制 ,大豆土传病害大为减轻 ,根系
生长发育状况改善 ,从而使连作大豆根系胞囊线虫
数量也大大减少 (表 1) .
表 1 　MB297 对根腐病的防治效果及大豆胞囊线虫危害情况
Table 1 Biological control effect of MB297 agent on soybean root rot
and soybean cyst nematode
连作年限
Years of
cropping
(yr. )
大豆品种
Soybean
varieties
防 　效
Root rot control ( %)
对照
Control
处理
Treatment
胞囊线虫数
Cyst nematode per plant
对照
Control
处理
Treatment
5 合 　交 932111 0 50 15. 4 8. 8
Hejiao 932111
6 合 　交 932111 0 60 20. 2 11. 0
Hejiao 932111
7 垦 　农 15 0 65 - -
Kennong 15
312 　海洋放线菌 MB297 对连作大豆土壤减毒作用
利用紫青霉菌在查氏培养基上产生红色素的特
点 ,应用土粒法在大豆开花期测定土壤中紫青霉菌
数量及其产生毒素的情况 ,结果表明 ,重茬 7 年大豆
根际土壤中几乎 100 %有红色素反应 (图 1a) ,而应
用 MB297 生物制剂的土壤红色素反应则不到 10 %
(图 1b) ,与正茬土壤相近 (图 2a ) ,而用连作大豆残
根与连作大豆土壤保温培养两周后 ,产生红色素反
应的土粒达 80 %(图 2b) . 表明应用海洋放线菌 MB2
97 有效地抑制了重茬大豆土壤中的紫青霉菌 ,从而
减轻了毒素对大豆的危害. 土壤中毒素对大豆的影
响情况如何 ? 前文[3 ]报道重茬大豆土壤对大豆全
生长发育过程中毒从大豆种子萌发期即开始 ,本文
对连续几年应用海洋放线菌 MB297 调控的重茬 7
年大豆根际土壤进行相同的毒性测试 ,结果见表 2.
表 2 　应用 MB297 生物制剂后重茬大豆土壤对大豆种子萌发的影响
Table 2 Effect of continuous cropping 7 years soil on soybean seeds ger2
mination after using MB297 agent
测定项目
Item
垦农 15 Kennong 15
对照
Control
处理
Treatment
合交 932111 Hejiao 932111
对照
Control
处理
Treatment
吸水能力 ( %) 100 115 100 109
Absorb water
发芽率 ( %) 85 91 8512 88. 5
Germination
蛋白酶 + + + + + + + + + +
Proteinase
胰　酶 + + + + + + + + + +
Trypsin
多酚氧化酶 + + + + + + + + + +
Polyphenoloxidase
　　由表 2 结果可见 ,应用海洋放线菌 MB297 制剂
处理的重茬大豆土壤 ,可以减轻大豆种子萌发期中
毒症状.
313 　海洋放线菌 MB297 对连作大豆土壤微生物区
系的调节
海洋放线菌 MB297 生物制剂对连作大豆土壤
微生物区系影响的研究结果如表 3 所示. 对各个时
期大豆连作、轮作根际土壤中细菌、真菌、放线菌及
好氧性自生固氮菌数量的测定结果表明 ,连作使除
真菌外的其它微生物类群的数量比轮作低 ,真菌数
量反而超出 ,与于贵瑞[10 ]和刘增柱[4 ]的结果相一
致. 真菌的富集 ,特别是病原菌数量的增加是导致
大豆病害加重的主要原因. 另外 ,土壤中细菌与真菌
数量的比值 (B/ F) 大小 ,在某种程度上表征土壤肥
力的高低 ,而连作大豆 B/ F 值显著降低. 应用海洋
放线菌 MB297 不仅抑制病原真菌 ,而且调节了重茬
大豆根际土壤微生物区系. 由表 3 可见 ,经过调控后
的大豆根际土壤细菌与放线菌的数量增加 ,真菌数
量大大下降 ,B/ F 值显著增高 ,土壤肥力类型由低肥
力的“真菌型”转化为了高肥力的“细菌型”,并且真
菌类群中病原菌所占比例较连作对照大为降低. 大
豆连作使土壤微生物多样性下降 ,土传病害增加. 应
6901 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　13 卷
图 1 　海洋放线菌 MB297 对重茬大豆土壤中紫青霉菌的抑制
Fig. 1 Inhibition of marine actinomyce MB297 to P. purpurogenum in
soil of continuous cropping soybean.
a)重茬 7 年大豆土壤对照 Soybean continuous cropping for 7 years ;b)
应用 MB297 制剂处理 Using MB297 agent .
图 2 　重茬大豆残根对土壤中紫青霉菌的刺激作用
Fig. 2 Stimulation of soybean root residue on growth of P. purpuro2
genum in soil.
a)正茬土壤对照 Soil of rotation cropping soybean ;b) 与大豆重茬残根
保温培养两周 Co2culture with soybean root residue for 2 weeks.
用 MB297 制剂丰富了微生物生物多样性 ,因而提高
了土壤生态系统的稳定性 ,减少了土传病害.
314 　海洋放线菌 MB297 对大豆的生长刺激作用 图 3 　海洋放线菌 MB297 对大豆的生长刺激作用Fig. 3 Stimulation effect of MB297 metabolic on soybean seedlings in wa2ter culture.CK:清水对照 Control ; T :处理 Treatment .　　采用大豆苗弯曲法测定海洋放线菌 MB297 对大豆的生长刺激作用. 将海洋放线菌 MB297 菌种接于高氏液体发酵培养基培养 4d ,离心取上清液 ,50倍稀释处理大豆苗 ,置于室温下培养 2～3d ,结果表明海洋放线菌 MB297 能分泌刺激大豆生长的生理活性物质 (图 3) .315 　海洋放线菌 MB297 制剂减轻大豆连作障碍DRMO 危害及增产效果　　大面积示范试验 (试验面积2hm2 ,对照地面积
表 3 　应用 MB297 生物制剂后对连作大豆土壤微生物区系的影响(收获期测定)
Table 3 Soil microorganism population of soybean continuous cropping after using MB297 agent ( Determined in harvest stage)
大豆品种
Varieties
重茬年限
Cropping
years(yr. )
项目
Item
真菌数
Fungi
( ×104cfu·g - 1soil)
细菌数
Bacteria
( ×107cfu·g - 1soil)
放线菌
Actinomyces
( ×104cfu·g - 1soil)
B/ F 产量
Yield
( %)
合交 932111 6 对照 Control 6. 1 1. 48 2. 0 242. 6 100. 0
Hejiao 932111 处理 Treatment 2. 6 1. 0 1210 384. 6 113. 9
8572422 6 对照 Control 7. 0 2. 0 8. 0 285. 7 100. 0
处理 Treatment 1. 5 1. 6 3710 1066. 7 162. 0
垦农 15 7 对照 Control 3. 1 4. 0 910 129. 0 100. 0
Kennong 15 处理 Treatment 4. 2 13 3. 1 309. 5 118. 3
表 4 　重茬大豆应用 MB297 生物制剂大面积示范试验
Table 4 Demonstration f ield experiments of soybean continuous cropping using MB297 agent
连作年限
Cropping
years
(yr. )
品　种
Varieties
处　理
Treatment
大豆产量
Soybean yield
(kg·hm - 2) %
根际放线菌 ( ×104cfu·g - 1soil)
Actinomyces in rhizosphere
总数
Total
MB297 菌数
No. of MB297 紫青霉菌毒素强度 3Toxin level
6 合交 932111 对照 Control 3318. 0 100. 0 2. 0 0 强 Strong
Hejiao 932111 处理 Treatment 3780. 0 113. 9 12. 0 10. 0 弱 Weak
6 8572422 对照 Control 2220. 0 100. 0 8. 0 0 强 Strong
处理 Treatment 2600. 0 117. 0 37. 0 30. 0 弱 Weak
7 垦农 15 对照 Control 1756. 0 100. 0 2. 0 0 强 Strong
Kennong 15 处理 Treatment 2078. 0 118. 3 15. 0 12. 6 弱 Wweak3 强 :毒素强度土粒法培养出现红色素的比例 ,中 :红色素比例 50 %左右 ,弱 :红色素比例 < 25 %. Strong : Red pigment percentage > 75 % ,Mod2
erate :Red pigment percentage about 50 % , Weak :Red pigment percentage < 25 %.
79019 期 　　　　　　　　胡江春等 :大豆连作障碍研究 Ⅲ. 海洋放线菌 MB297 促进连作大豆增产机理 　　　　　　　　
表 5 　重茬大豆应用 MB297 制剂大面积推广示范试验结果
Table 5 Field experiments of soybean continuous cropping using MB297
agent for spreading demonstration
地 　点
Site of
experiment
连作年限
Cropping
years
(yr. )
产 　量
Yield (kg·hm - 2)
对照
Control
处理
Treatment
产 　量
Yield ( %)
对照
Control
处理
Treatment
同江 Tongjiang 5 2517 2784 100. 0 110. 6
海伦 Hailun 3 3112. 5 3495 100. 0 112. 3
海伦 Hailun 4 3555 3885 100. 0 109. 4
海伦 Hailun 3 4725 5190 100. 0 110. 1
海伦 Hailun 3 3190. 5 3663 100. 0 114. 5
海伦 Hailun 3 3750 4750. 2 100. 0 126. 6
海伦 Hailun 4 4750 5250 100. 0 110. 5
饶河 Raohe 2 2320. 5 2647. 5 100. 0 114. 1
虎林 Hulin 3 2535 3000 100. 0 118. 6
虎林 Hulin 3 2325 2599. 5 100. 0 111. 8
庆丰农场 Qingfeng farm 3 2355 2445 100. 0 110. 38
庆丰农场 Qingfeng farm 4 1950 2150 100. 0 110. 26
宝清 Baoqing 3 2500 2667 100. 0 106. 7
856 农场 Farm 856 6 1584 2006. 4 100. 0 126. 67
856 农场 Farm 856 6 1277. 5 1687. 5 100. 0 132. 1
857 农场 Farm 857 4 2738. 8 3551. 7 100. 0 129. 67
857 农场 Farm 857 4 2611. 4 3240 100. 0 124. 24
853 农场 Farm 853 3 2445 2749 100. 0 109. 4
850 农场 Farm 850 7 1756 2077 100. 0 118. 3
枣阳 Zaoyang 1 2505 2670 100. 0 106. 6
武汉 Wuhan 1 16249 18240 100. 0 112. 3
0. 67hm2)结果 (表 4、表 5) 表明 ,应用海洋放线菌
MB297 活菌制剂具有克服大豆连作障碍 ,促进大豆
增产作用 ,大面积推广示范试验 19 个基点 ,综合平
均增产大豆 15. 2 % ;湖北省的试验结果表明 , MB2
97 制剂对正茬大豆或青毛豆也有增产效果.
　　植物根际是植物、土壤和微生物三者之间相互
影响较深的部位. 根际微生物种类繁多且活跃 ,构成
特有的微生物区系 ,其中能够促进植物生长、防治病
害、增加作物产量的微生物被称为根际促生菌
(plant growth2promoting rhizobacteria , 简称为 PG2
PR) [5 ] . PGPR 对土壤有害病原微生物与非寄生性
根际有害微生物 (DRMO) 都有生物防治作用 ,对植
物吸收利用矿质营养也有促进作用 ,并可产生有益
植物生长的代谢物 ,从而促进植物的生长发育. 自
1978 年 Burr 等人首先在马铃薯上报道 PGPR 以
来 ,已发现包括假单胞菌和芽孢杆菌等 20 多个属的
根际微生物具有防病促生潜能. 从我们的研究结果
来看 ,海洋放线菌 MB297 是一株优良的 PGPR 菌
株 ,MB297 生物制剂能减轻大豆连作障碍 DRMO 危
害 ,增加大豆产量.
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作者简介 　胡江春 ,男 ,1966 年出生 ,博士 ,副研究员. 主要
从事微生物资源与发酵工程研究 ,发表论文 20 余篇. Tel :
024223916248 ,E2mail : Hujc @iae. ac. cn
8901 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　13 卷