韭菜与黄瓜轮作控制黄瓜疫病的效应及化感作用
探究黄瓜和韭菜轮作对黄瓜疫病的控制效果，以及韭菜不同组织挥发物和浸提液对黄瓜种子萌发和甜瓜疫霉抑菌活性的影响。
将韭菜与黄瓜轮作，在第1茬黄瓜接种甜瓜疫霉，根据发病率分析轮作模式对黄瓜疫病的防控效果。以宽叶韭菜和窄叶韭菜为试验材料，统计不同质量茎、叶挥发物和不同质量浓度浸提液作用下的黄瓜种子萌发数，分析韭菜不同组织化感物质对黄瓜种子萌发的影响。进行不同质量韭菜挥发物和不同质量浓度浸提液对甜瓜疫霉菌丝的抑菌试验，分析韭菜不同组织化感物质对疫霉菌丝萌发、孢子休止和休止孢萌发的影响。
韭菜与黄瓜轮作能有效控制连作导致的黄瓜疫病发生，对黄瓜病害发生的抑制率达到24.37%；基于发病率拟合的Logistic曲线显示：黄瓜与韭菜轮作可以降低黄瓜疫病发病的最大瞬时增长速率。韭菜的挥发物和浸提液都能够有效抑制甜瓜疫霉的菌丝生长，并干扰甜瓜疫霉的游动孢子游动和休止孢萌发，其中，韭菜茎浸提液对疫霉的干扰效果优于韭菜叶。此外，少量的韭菜挥发物还能够促进黄瓜种子发芽。
韭菜与黄瓜轮作能够通过化感作用干扰甜瓜疫霉的侵染过程，有效抑制疫病的发生和传播。
Effects and Allelopathy of Leek-cucumber Crop Rotation in Controlling Cucumber Blight
To investigate the control effects of cucumber-leek crop rotation on cucumber blight, and the effect of different tissue volatiles and extracts of leek on cucumber seed germination and the inhibitory activity of Phytophthora melonis.
The leeks and cucumbers were rotated, and the cucumbers were inoculated with P. melonis in the first crop. According to the incidence rate, the control effect of crop rotation mode on cucumber blight was analyzed. Broad-leaf leek and narrow-leaf leek were used as experimental materials. The germination of cucumber seeds were counted under the influence of different weights of volatiles from stems and leaves and different mass concentrations of extracts, and the allelopathic substances from different tissues of leek on cucumber seed germination were analyzed. Antibacterial tests of different weights of leek volatiles and different mass concentrations of extracts on the mycelium of P. melonis were conducted, and the effects of allelopathic substances from different tissues of leek on the germination of P. melonis mycelium, spores rest, and germination of resting spores were analyzed.
The utilization of leek and cucumber crop rotation could effectively control the occurrence of cucumber blight caused by continuous cropping, and the inhibition rate was 24.37%. The Logistic curve based on the incidence rate fitting showed that leek and cucumber crop rotation could reduce the maximum instantaneous growth rate of the incidence rate of cucumber blight. Both volatiles and extracts of leek were able to effectively inhibit the mycelial growth of P. melonis, and also interfere with the free-swimming spores and resting spore germination of P. melonis, in which, the extracts of leek stems were more effective than the leaves. In addition, leek volatiles were also able to promote cucumber seed germination at low weight.
The leek and cucumber crop rotation pattern can interfere with the infection process of P. melonis through allelopathy, effectively inhibiting the occurrence spread of the disease.
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Keywords:
- cucumber blight /
- leek /
- crop rotation /
- Phytophthora melonis /
- allelopathy
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黄瓜(Cucumis sativus L.)是葫芦科(Cucurbitaceae)黄瓜属(Cucumis)一年生植物，在中国广泛种植。作为全球十大蔬菜之一，黄瓜栽培面积仅次于番茄[1]。在中国近
3000 年的黄瓜栽培史中，选育了丰富的黄瓜品种，目前中国已成为全球黄瓜产量最高的国家[2]。随着市场对黄瓜需求的不断扩大，黄瓜种植面积在进一步增加。但受管理水平和极端气候的影响，黄瓜病虫害的发生近年来呈上升趋势。其中，黄瓜疫病由于发病周期短、发病迅速、扩散性强、可造成毁灭性的损失，成为黄瓜主要病害之一[3]。黄瓜疫病是由甜瓜疫霉(Phytophthora melonis)引起的卵菌性土传病害，黄瓜全生育期都面临甜瓜疫霉侵染的风险。甜瓜疫霉寄主范围广泛，主要危害黄瓜、西瓜、甜瓜、南瓜、西葫芦、冬瓜等瓜类作物[4]。目前对黄瓜疫病的防治仍主要依靠选育良种和药剂防治[5]，以及通过农业生物多样性改善田间生态系统进而有效控制土传病害发生[6]。与作物轮间作能够减少化学农药的使用，降低农药对农田生态系统的选择压力，改善土壤微生物群落，从而达到可持续病害防控的目标[7]。作为农业管理的重要技术，轮作有助于减少土壤中病虫害的发生和传播[8-9]。在生产中，黄瓜通常与小麦、玉米、大豆、大蒜、辣椒、番茄等作物轮作，或与辣椒、大蒜、韭菜等作物间作[10-12]。轮间作模式除了可以改善土壤理化性状、调节土壤肥力外[13]，其释放的化感物质还可以对病害起到一定的抑制作用[14]。有研究报道：葱属植物常与作物进行轮间作，产生的强化感物质可对真菌、细菌和卵菌病害产生广泛的抑制效果[15-16]。如：大蒜组织中释放的硫醚类化合物是主要的抑菌化感物质，可以有效抑制土传病害在田间的发生和传播[15]；韭菜也能够释放多种化感类物质，并且对辣椒疫病[17]、苦瓜枯萎病[18]和香蕉枯萎病[19]有较好的防控效果。韭菜与香蕉轮作，可以显著降低土壤中尖孢镰孢菌(Fusarium oxysporum)的数量，降低下茬香蕉枯萎病的发病率[20-21]。韭菜与黄瓜轮作是日光温室蔬菜生产的重要模式，可以显著提高生产力和经济价值，且根据观察，轮作过程中黄瓜很少出现土传疫病的严重危害，这可能是前茬韭菜发挥了重要的化感抑菌作用。在韭菜和黄瓜轮作体系中，韭菜的化感物质如何通过影响甜瓜疫霉的不同生长阶段进而控制黄瓜疫病的发生？这一问题值得深入探讨。因此，本研究对韭菜与黄瓜轮作过程中的土传疫病发生动态进行研究，明确化感物质对黄瓜生长及疫霉菌各生长阶段的干扰效果，以期为黄瓜与韭菜轮作控制黄瓜疫病提供理论依据。
1. 材料与方法
1.1 试验材料
供试黄瓜为昆明本地刺黄瓜，韭菜选用产自昆明市呈贡区的宽叶韭菜和窄叶韭菜；供试菌种为甜瓜疫霉，由中国农业大学种子病理及杀菌剂药理学研究室提供。
1.2 试验方法
1.2.1 温室试验
为探究黄瓜与韭菜轮作对黄瓜疫病的控制效果，在温室内开展盆栽轮作试验。盆栽所用的方形花盆尺寸为80 cm× 45 cm×20 cm，将经表面消毒且已萌发的黄瓜种子或韭菜苗种植于方形花盆内，种植5行，行距均为9 cm。黄瓜株距为 5 cm，每盆80株；韭菜株距为 10 cm，每盆40株。将第3行中心的黄瓜植株作为轮作第1茬的接种株，通过孢子悬浮液灌根法接菌，向其根部施加密度为1×105 mL−1的甜瓜疫霉孢子悬浮液1 mL。设置3种种植模式：(1) 黄瓜连作3茬并于第1茬中心株黄瓜接种甜瓜疫霉，记为*黄瓜→黄瓜→黄瓜；(2) 黄瓜连作3茬但不接种甜瓜疫霉，记为黄瓜→黄瓜→黄瓜；(3) 黄瓜与韭菜轮作并于第1茬中心株黄瓜接种甜瓜疫霉，记为*黄瓜→韭菜→黄瓜。在第1茬自然收获后种植第2茬作物，在第2茬自然收获后种植第3茬作物，第3茬黄瓜种植后的第20天开始观察并记录发病情况，共于第20、23、27、32、34、39、41、44、47、51、59、61、66、73和79天记录到15次数据，根据数据计算发病率。
通过Logistic模型[22]对黄瓜疫病的发病率进行评估，分析黄瓜在不同种植模式下的发病规律。使用Origin Pro 2021软件的统计程序Slogistic1得到病害发生率增长曲线、瞬时增长速率以及病害传播时期的病害最大发生率(a)、初始增长率(K)、最大瞬时增长速率(Imax)和达到最大瞬时速率的时间(t50)。
1.2.2 甜瓜疫霉的培养及产孢方法
将甜瓜疫霉接种于10% V8固体培养基上，于25 ℃恒温条件下黑暗培养4 d，用于接种和抑菌试验。将黑暗培养4 d的甜瓜疫霉平板转入25 ℃恒温条件下光照培养4 d，每皿加入灭菌水，于4 ℃静置30 min，即产生大量游动孢子。
1.2.3 收集韭菜组织及其浸提液
收集韭菜组织：用75%乙醇对韭菜苗进行表面消毒，用灭菌水冲洗3次后去除表面水分。将韭菜叶和茎分别切碎为长1 cm的小段，分别称取0.5、1.0、2.0、3.0和5.0 g置于无菌培养皿中。
收集韭菜组织浸提液：用75%乙醇对韭菜苗进行表面消毒，分别称取韭菜茎或叶20 g，用研钵研碎成匀浆。加入灭菌水40 mL并充分振荡，静置 4 h后于12 000 r/min室温离心15 min，通过0.22 μm滤膜收集上清液，即得到0.5 g/mL浸提液母液。用灭菌水将浸提液母液稀释2、6、12、60、120倍，制成终质量浓度为250.00、83.33、41.67、8.33和4.17 mg/mL的浸提液。
1.2.4 韭菜挥发物和浸提液对黄瓜种子发芽率的影响
韭菜挥发物对黄瓜种子萌发的影响：将装有不同韭菜组织的培养皿置于直径为15 cm的培养皿中心，将经表面消毒的黄瓜种子平铺于培养皿中湿润的滤纸上，并均匀分布于韭菜组织四周，每皿10粒，以无韭菜组织的空皿作为对照处理，每个处理设置3个重复。在28 ℃的黑暗培养箱中培养，保持滤纸湿润状态，统计7 d内的发芽数。
韭菜浸提液对黄瓜种子萌发的影响：向铺有湿润滤纸的培养皿底部加入不同质量浓度的韭菜组织浸提液10 mL，再均匀放置已浸种消毒的黄瓜种子，以加入灭菌水10 mL作为对照，每个处理设置3个重复。在28 ℃的黑暗培养箱中培养，保持滤纸湿润状态，统计7 d内的种子发芽数。
分别按照公式计算黄瓜种子的发芽势、发芽率和发芽指数(germination index，GI)。发芽势=(第3天发芽种子数/种子总数)×100%；发芽率=(第7天发芽种子数/种子总数)×100%；GI=ΣGt/Dt。式中：Gt为浸种后t日的发芽数；Dt为Gt对应的发芽时间。
1.2.5 韭菜挥发物对甜瓜疫霉的抑菌作用
将表面消毒的韭菜组织置于直径为9 cm的无菌培养皿盖上，用直径为7 mm的打孔器打取甜瓜疫霉菌落边缘菌饼，并接种于PDA培养基上，倒扣在盛有不同质量韭菜组织的培养皿盖上，于25 ℃黑暗培养4 d。以不含韭菜组织的培养皿为对照，每个处理设置3个重复。采用十字交叉法[16]测量培养4 d后的菌落直径，并计算抑制率：抑制率=[(对照组菌落平均直径−处理组菌落平均直径)/对照组菌落平均直径 ]×100%。
1.2.6 韭菜浸提液对甜瓜疫霉孢子的抑菌作用
向60 mL PDA培养基中加入0.5 g/mL韭菜浸提液母液，分别制成终质量浓度为250.00、83.33、41.67、8.33和4.17 mg/mL的浸提液培养基。用7 mm直径的打孔器打取甜瓜疫霉菌落边缘菌饼并接种于平板中央，以加灭菌水600 μL的PDA平板作为对照，每个处理设置3个重复。25 ℃黑暗培养 4 d后用十字交叉法[16]测量菌落直径，并计算抑制率，计算公式同1.2.5节。
1.2.7 韭菜浸提液对甜瓜疫霉孢子的影响
取2×105 mL−1的甜瓜疫霉游动孢子悬浮液20 μL，与不同质量浓度的韭菜组织浸提液等比例混合，使终质量浓度为12.500、2.500、1.250、0.250、0.125和0.025 mg/mL，以加入灭菌水20 μL作为对照，每个处理设置3个重复。在凹玻片上20 ℃黑暗保湿培养5 min后，于10倍镜下观察休止孢和游动孢子的数量，计算游动孢子休止率：休止率=休止孢数量/(游动孢子数量+休止孢数量)×100%。3 h后观察休止孢萌发的数量，计算10倍镜视野中休止孢的抑制萌发率：抑制萌发率=1−(萌发孢子数量/总孢子数量)×100%。
1.3 数据处理与统计分析
试验数据采用SPSS 19和Excel 2013软件进行统计分析，差异显著性分析基于ANOVA检验，数据为3次重复的平均值±标准误；采用Origin Pro 2021制图。
2. 结果与分析
2.1 韭菜与黄瓜轮作控制黄瓜疫病
与黄瓜连作相比，黄瓜与韭菜轮作可以降低病害发生率(图1)。不同种植处理的第3茬黄瓜最终发病率为：*黄瓜→黄瓜→黄瓜模式(60.81%)>*黄瓜→韭菜→黄瓜模式(45.99%)>黄瓜→黄瓜→黄瓜模式(25.28%)。相较于黄瓜连作而言，黄瓜与韭菜轮作的种植模式对黄瓜病害发生率的抑制率达到 24.37%。
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图 1 不同种植模式的黄瓜发病率注：→. 轮作；*. 第1茬黄瓜接种甜瓜疫霉；下同。Figure 1. Incidence of cucumber in different planting patternsNote: →. crop rotation; *. the cucumbers were inoculated with Phytophthora melonis in the first crop; the same as below.由Logistic 模型对3种种植模式的拟合结果(图2和表1)可知：3种种植模式下，黄瓜疫病发病率的初始增长速率(K)和达到最大增长速率的时间(t50)无显著差异；轮作模式通过降低最大瞬时增长率(Imax)来降低病害发生率。
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图 2 不同种植模式下黄瓜疫病发生率的瞬时增长速率Figure 2. Instantaneous increase rate of cucumber blight disease incidence in different planting patterns表 1 甜瓜疫霉病害发生率的 Logistic 生长曲线估算参数Table 1. Estimation parameters of Logistic growth curve at the incidence rate of Phytophthora melonis种植模式 planting patterns a/% K/(%·d−1) t50/d Imax/(%·d−1) *黄瓜→黄瓜→黄瓜
* cucumber → cucumber → cucumber58.855±2.459 a 0.083±0.008 a 14.744±0.754 a 2.428±0.010 a *黄瓜→韭菜→黄瓜
* cucumber → leek → cucumber45.642±2.145 ab 0.086±0.010 a 15.127±0.828 a 1.964±0.011 ab 黄瓜→黄瓜→黄瓜
cucumber → cucumber → cucumber24.983±2.047 b 0.076±0.014 a 15.256±1.531 a 0.952±0.014 b 注：→. 轮作；*. 第1茬黄瓜接种甜瓜疫霉。a. 病害最大发生率，K. 初始增长速率，t50. 达到最大瞬时速率的时间，Imax. 最大瞬时增长率；同列不同小写字母表示差异显著 (P<0.05)，下同。
Note: →. crop rotation; *. the cucumbers were inoculated with Phytophthora melonis in the first crop. a. the maximum disease incidence rate and disease index, K. the initial incidence growth, t50. the time of reaching the maximum instantaneous rate, Imax. the maximum instantaneous growth rate; in the same column, different lowercase letters indicate significant differences at 0.05 level, the same as below.2.2 韭菜挥发物和浸提液对黄瓜种子萌发和生长的影响
韭菜挥发物对黄瓜种子萌发有“低促高抑”的影响；且以宽叶韭菜的影响更为明显(表2)。除对照处理外，宽叶韭菜挥发物为0.5 g时，黄瓜的发芽势和发芽率最高；当宽叶韭菜挥发物大于2.0 g时，黄瓜的发芽势和发芽率受到显著抑制，且韭菜茎挥发物处理的黄瓜种子发芽率和发芽势普遍低于同质量的韭菜叶处理。
表 2 韭菜挥发物对黄瓜种子萌发的影响Table 2. Effects of leek volatiles on the seed germination of cucumber部位
partm/g 宽叶韭菜 broad-leaf leek 窄叶韭菜 narrow-leaf leek 发芽势/%
germination potential发芽率/%
germination rate发芽指数
germination index发芽势/%
germination potential发芽率/%
germination rate发芽指数
germination index叶
leaf0.0 76.67±3.33 a 80.00±0.00 ab 12.32±0.43 a 76.67±3.33 a 80.00±0.00 a 12.32±0.43 a 0.5 73.33±3.33 ab 86.67±3.33 a 12.56±0.16 a 63.33±6.67 a 73.33±6.67 a 10.75±0.19 bc 1.0 70.00±0.00 ab 80.00±0.00 ab 11.00±0.21 b 70.00±0.00 a 76.67±3.33 a 10.97±0.16 bc 2.0 66.67±3.33 b 70.00±0.00 c 10.71±0.44 b 76.67±13.33 a 90.00±10.00 a 11.46±0.69 ab 3.0 36.67±3.33 c 73.33±3.33 bc 7.35±0.30 c 53.33±3.33 a 76.67±3.33 a 10.10±0.11 c 5.0 30.00±0.00 c 73.33±3.33 bc 5.17±0.25 d 70.00±0.00 a 80.00±0.00 a 10.46±0.00 bc 茎
stem0.0 76.67±3.33 ab 80.00±0.00 a 12.32±0.43 a 76.67±3.33 ab 80.00±0.00 ab 12.32±0.43 b 0.5 86.67±13.33 a 93.33±6.67 a 12.64±0.47 a 96.67±3.33 a 96.67±3.33 a 15.00±0.23 a 1.0 56.67±3.33 bc 83.33±6.67 a 9.90±0.74 b 60.00±10.00 b 86.67±3.33 a 10.58±1.39 b 2.0 36.67±3.33 c 83.33±6.67 a 6.60±0.37 c 73.33±6.67 b 83.33±6.67 ab 9.86±0.65 b 3.0 13.33±6.67 d 60.00±0.00 b 3.70±0.58 d 26.67±3.33 c 60.00±0.00 b 5.66±0.44 c 5.0 0.00±0.00 d 6.67±3.33 c 0.21±0.10 e 13.33±6.67 c 33.33±16.67 c 1.91±0.70 d 宽叶韭菜和窄叶韭菜浸提液对黄瓜种子萌发无明显的抑制作用(表3)，仅宽叶韭菜茎的浸提液为4.17 mg/mL时，黄瓜的发芽指数显著低于对照；窄叶韭菜叶的浸提液为250.00 mg/mL、茎的浸提液为83.33 mg/mL时，黄瓜的发芽指数显著低于对照。
表 3 韭菜浸提液对黄瓜种子萌发的影响Table 3. Effects of leek extracts on the seed germination of cucumber部位
partρ/(mg·mL−1) 宽叶韭菜 broad-leaf leek 窄叶韭菜 narrow-leaf leek 发芽势/%
germination potential发芽率/%
germination rate发芽指数
germination index发芽势/%
germination potential发芽率/%
germination rate发芽指数
germination index叶
leaf0.00 96.67±3.33 a 100.00±0.00 a 15.65±0.28 a 96.67±3.33 a 100.00±0.00 a 15.65±0.28 a 4.17 100.00±0.00 a 96.67±3.33 a 15.77±0.01 a 96.67±3.33 a 93.33±3.33 a 15.35±0.44 ab 8.33 100.00±0.00 a 86.67±6.67 a 15.56±0.06 a 96.67±3.33 a 93.33±3.33 a 14.98±0.17 ab 41.67 90.00±5.77 a 90.00±5.77 a 14.34±0.92 a 96.67±3.33 a 96.67±3.33 a 15.23±0.20 ab 83.33 93.33±6.67 a 93.33±6.67 a 14.53±0.40 a 100.00±0.00 a 100.00±0.00 a 15.93±0.00 a 250.00 83.33±16.67 a 100.00±0.00 a 15.37±0.56 a 93.33±6.67 a 93.33±6.67 a 14.66±0.30 b 茎
stem0.00 96.67±3.33 a 100.00±0.00 a 15.65±0.28 a 96.67±3.33 a 100.00±0.00 a 15.65±0.28 a 4.17 90.00±0.00 a 90.00±0.00 a 14.34±0.00 b 96.67±3.33 a 96.67±3.33 a 15.23±0.20 a 8.33 93.33±3.33 a 96.67±3.33 a 14.86±0.23 ab 93.33±3.33 a 96.67±3.33 a 15.29±0.31 a 41.67 93.33±6.67 a 90.00±5.77 a 14.76±0.55 ab 100.00±0.00 a 100.00±0.00 a 15.93±0.00 a 83.33 96.67±3.33 a 96.67±3.33 a 15.08±0.23 ab 90.00±5.77 a 90.00±5.77 a 14.17±0.06 b 250.00 96.67±3.33 a 90.00±0.00 a 14.93±0.30 ab 96.67±3.33 a 96.67±3.33 a 15.40±0.20 a 2.3 韭菜挥发物和浸提液对甜瓜疫霉的抑制作用
2.3.1 对甜瓜疫霉菌丝生长的影响
由图3可知：宽叶韭菜茎挥发物对甜瓜疫霉的抑制作用强于叶挥发物；1.0和2.0 g窄叶韭菜茎挥发物对甜瓜疫霉的抑菌率高于同质量处理的叶挥发物，但0.5、3.0和5.0 g窄叶韭菜茎挥发物对甜瓜疫霉的抑菌率低于同质量处理的叶挥发物。
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图 3 韭菜挥发物对甜瓜疫霉菌菌丝生长的影响注：不同小写字母表示同一韭菜部位不同处理间差异显著；下同。Figure 3. Effects of leek volatiles on the mycelium growth of Phytophthora melonisNote: Different lowercase letters indicate significant differences among different treatments in the same leek part; the same as below.由图4可知：宽叶韭菜不同部位浸提液对甜瓜疫霉菌丝的抑菌率高于窄叶韭菜。在浸提液质量浓度为250.00 mg/mL时，韭菜各部位抑菌率分别为：宽叶韭菜茎(71.92%)>宽叶韭菜叶(54.87%)>窄叶韭菜茎(49.67%)>窄叶韭菜叶(40.63%)。低质量浓度(4.17~83.33 mg/mL)韭菜茎浸提液的抑菌率低于叶浸提液，而高质量浓度(250.00 mg/mL)韭菜茎浸提液的抑菌率则高于叶浸提液。
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图 4 韭菜浸提液对甜瓜疫霉菌菌丝生长的影响Figure 4. Effects of leek extracts on the mycelium growth of P. melonis2.3.2 韭菜浸提液对甜瓜疫霉游动孢子休止的影响
由表4可知：韭菜茎浸提液对甜瓜疫霉游动孢子的抑制游动作用强于叶浸提液。当韭菜茎浸提液为0.250 mg/mL时，处理5 min，可使70%以上的游动孢子休止；而2.500 mg/mL叶浸提液处理5 min时，才能使70%以上的游动孢子休止。宽叶韭菜和窄叶韭菜浸提液对甜瓜疫霉游动孢子的抑制游动作用均随着浸提液质量浓度的升高而增强，且抑制作用无明显差别。
表 4 韭菜浸提液对游动孢子休止的影响Table 4. Effects of leek extracts on the zoospore resting品种
variety部位
partρ/(mg·mL−1) 0 0.025 0.125 0.250 1.250 2.500 12.500 宽叶韭菜
broad-leaf leek叶 leaf + + + ++ ++ +++ +++ 茎 stem ++ ++ ++ +++ +++ +++ +++ 窄叶韭菜
narrow-leaf leek叶 leaf + + ++ ++ ++ +++ +++ 茎 stem + + ++ +++ +++ ++ ++++ 注：+. 30%以下的游动孢子静止；++. 30%~70%的游动孢子静止；+++. 70%以上的游动孢子静止；++++. 全部游动孢子静止。
Note: +. less than 30% of the zoospores are stationary; ++. 30%-70% of the zoospores are stationary; +++. more than 70% of the zoospores are stationary; ++++. all zoospores are stationary.2.3.3 韭菜浸提液对甜瓜疫霉休止孢萌发率的影响
由图5可知：低质量浓度韭菜浸提液可促进甜瓜疫霉休止孢萌发，高质量浓度韭菜浸提液则抑制休止孢萌发。韭菜各部位浸提液为2.500 mg/mL时，均可抑制90%以上的甜瓜疫霉休止孢萌发。此外，宽叶韭菜浸提液的抑制率高于窄叶韭菜浸提液，韭菜茎浸提液的抑制率高于叶浸提液。
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图 5 韭菜不同部位浸提液对甜瓜疫霉休止孢萌发的影响注：不同小写字母表示同种韭菜同一部位的不同质量浓度浸提液处理间具有显著差异(P<0.05)。Figure 5. Effects of extracts from different parts of leek on the germination of P. melonisNote: Different lowercase letters indicate significant differences among the treatments of different mass concentrations of the same leek part (P<0.05).3. 讨论
3.1 轮作调控最大瞬时增长率以降低病害发生
轮作是有效的田间病害防控措施，能够改善土壤性质，提高土壤肥力，增加作物产量，保护农田生态系统的持久稳定性[23-24]。轮作过程中上茬作物的根系可以改变土壤微环境并影响下茬作物的生长和健康。本研究表明：接种甜瓜疫霉的黄瓜连作后疫病发生严重，发病率达到60.81%，而通过与韭菜轮作可以将黄瓜疫病的发病率降低至45.99%。可见，利用韭菜与黄瓜轮作能够有效控制连作导致的黄瓜疫病。已有研究发现：选择大蒜、葱等葱属植物进行轮作，可以有效减轻后茬作物的枯萎病、疫病等土传病害。如：大蒜化感物质对各个阶段的甜瓜疫霉具有较强的抑制作用，因此，大蒜与黄瓜轮作可以控制黄瓜疫病的发生；大蒜和西瓜轮作可以降低土壤中真菌的数量，从而降低枯萎病的发病率；大蒜秸秆残体可促进西瓜尖孢镰刀菌菌丝生长，但也能显著降低菌丝的生物量，并对尖孢镰刀菌的孢子萌发和酶活性有抑制作用[14, 16-18]。
已有大量研究基于生物量和产量数据拟合Logistic曲线研究植物的动态生长过程[25-26]，而植物发病率增长往往也呈现出与植物生长类似的S型曲线，因此，基于发病率数据拟合Logistic曲线来研究植物病害的动态增长过程是可行的。已有研究对田间茴香与辣椒间作体系辣椒疫病的发病率进行Logistic曲线拟合，动态且全面地评估了间作控制辣椒疫病的防治效果[22]。本研究通过Logistic曲线评估了连作或轮作种植模式下黄瓜疫病的发病率动态变化，明确了黄瓜与韭菜轮作可以降低黄瓜疫病发病率的最大瞬时增长速率，进而降低整个生育期疫病对后茬黄瓜的危害。前茬韭菜可能通过根系分泌等方式释放了抑菌活性物质，干扰土壤中疫霉菌的生长和繁殖，或重塑了土壤微生物群落结构，进而降低了病原菌在后茬作物的侵入和繁殖速度。可见，基于发病率拟合的Logistic曲线适用于植物病害发生动态的研究，通过判断最大瞬时生长速率及其达到时间，可以预测病害发生趋势最快的阶段，从而确定最佳病害防控干预时机。
3.2 韭菜轮作通过化感物质抑制黄瓜疫霉生长
轮作模式中，前茬作物通过根系分泌、残体腐解等方式释放化学物质，经化感作用影响下茬植物的生长[27]。作物种间表现为互相促进或互相竞争，是多样性种植是否具备生产力优势的关键。本研究发现：韭菜挥发物对黄瓜种子萌发有“低促高抑”的影响；而各质量浓度的韭菜浸提液对黄瓜种子的萌发无显著影响。轮作过程中，韭菜主要以植株残体在土壤中腐解来发挥化感作用，其在土壤中的含量处于较低水平。这一结果说明韭菜和黄瓜轮作模式对黄瓜种苗的萌发和后续生长可能具有促进作用。另有研究表明：低浓度的大蒜浸提液和挥发物对黄瓜疫病无抑制效果[16]。因此，设计轮作模式时，应当根据物种的相互作用搭配合理的作物，尽可能利用化感植物的互促效应避免有害影响。
在多样性种植模式中，作物间的化感效应不仅存在于植物相互作用中，也体现在植物和微生物的相互影响中[28]。轮作中，前茬作物可以通过残体腐解、根系分泌等方式释放具备促生或抑菌活性的物质，进而改变土壤微生物的群落结构和功能[29-33]。本研究发现：韭菜的挥发物和浸提液都能够有效抑制甜瓜疫霉的菌丝生长，其中宽叶韭菜茎挥发物的抑菌效果最强，且宽叶韭菜浸提液的抑菌效果普遍高于窄叶韭菜浸提液。研究表明：韭菜不同组织的浸提液也能抑制辣椒疫霉菌的菌丝生长[16]；其他葱属类植物的浸提液和挥发物也表现出对多种土传病害的抑菌效果[17-19]。本研究还表明：韭菜的挥发物和浸提液对甜瓜疫霉的游动孢子游动和休止孢萌发也表现出显著的干扰效果，其中，韭菜茎浸提液对疫霉菌的干扰效果强于叶浸提液。游动孢子游动和休止孢萌发是疫霉菌侵染的重要阶段，在病害的发生和传播过程中发挥了关键作用。研究表明：大蒜的主要化感成分大蒜素能够显著抑制辣椒疫霉菌的孢子萌发[34]。因此，韭菜残体的挥发物和浸提液对甜瓜疫霉的抑制能力可能是韭菜与黄瓜轮作控制黄瓜疫病的关键作用机制。
4. 结论
黄瓜与韭菜轮作可以通过抑制菌丝生长、孢子游动和萌发来干扰甜瓜疫霉在土壤中的传播，有效降低了下茬黄瓜疫病的发生与扩散，其中，降低发病率的最大瞬时增长速率是重要的作用机制，有助于黄瓜疫病的长期防控。宽叶韭菜的抑菌作用强于窄叶韭菜，韭菜茎的抑菌效果优于韭菜叶。因此，在田间通过轮作防控黄瓜疫病时，需要选择合适的韭菜品种以及合理的种植模式，以达到病害生态防控的最佳效益。
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图 1 不同种植模式的黄瓜发病率
注：→. 轮作；*. 第1茬黄瓜接种甜瓜疫霉；下同。
Figure 1. Incidence of cucumber in different planting patterns
Note: →. crop rotation; *. the cucumbers were inoculated with Phytophthora melonis in the first crop; the same as below.
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图 2 不同种植模式下黄瓜疫病发生率的瞬时增长速率
Figure 2. Instantaneous increase rate of cucumber blight disease incidence in different planting patterns
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图 3 韭菜挥发物对甜瓜疫霉菌菌丝生长的影响
注：不同小写字母表示同一韭菜部位不同处理间差异显著；下同。
Figure 3. Effects of leek volatiles on the mycelium growth of Phytophthora melonis
Note: Different lowercase letters indicate significant differences among different treatments in the same leek part; the same as below.
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图 4 韭菜浸提液对甜瓜疫霉菌菌丝生长的影响
Figure 4. Effects of leek extracts on the mycelium growth of P. melonis
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图 5 韭菜不同部位浸提液对甜瓜疫霉休止孢萌发的影响
注：不同小写字母表示同种韭菜同一部位的不同质量浓度浸提液处理间具有显著差异(P<0.05)。
Figure 5. Effects of extracts from different parts of leek on the germination of P. melonis
Note: Different lowercase letters indicate significant differences among the treatments of different mass concentrations of the same leek part (P<0.05).
表 1 甜瓜疫霉病害发生率的 Logistic 生长曲线估算参数
Table 1 Estimation parameters of Logistic growth curve at the incidence rate of Phytophthora melonis
种植模式 planting patterns a/% K/(%·d−1) t50/d Imax/(%·d−1) *黄瓜→黄瓜→黄瓜
* cucumber → cucumber → cucumber58.855±2.459 a 0.083±0.008 a 14.744±0.754 a 2.428±0.010 a *黄瓜→韭菜→黄瓜
* cucumber → leek → cucumber45.642±2.145 ab 0.086±0.010 a 15.127±0.828 a 1.964±0.011 ab 黄瓜→黄瓜→黄瓜
cucumber → cucumber → cucumber24.983±2.047 b 0.076±0.014 a 15.256±1.531 a 0.952±0.014 b 注：→. 轮作；*. 第1茬黄瓜接种甜瓜疫霉。a. 病害最大发生率，K. 初始增长速率，t50. 达到最大瞬时速率的时间，Imax. 最大瞬时增长率；同列不同小写字母表示差异显著 (P<0.05)，下同。
Note: →. crop rotation; *. the cucumbers were inoculated with Phytophthora melonis in the first crop. a. the maximum disease incidence rate and disease index, K. the initial incidence growth, t50. the time of reaching the maximum instantaneous rate, Imax. the maximum instantaneous growth rate; in the same column, different lowercase letters indicate significant differences at 0.05 level, the same as below.
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表 2 韭菜挥发物对黄瓜种子萌发的影响
Table 2 Effects of leek volatiles on the seed germination of cucumber
部位
partm/g 宽叶韭菜 broad-leaf leek 窄叶韭菜 narrow-leaf leek 发芽势/%
germination potential发芽率/%
germination rate发芽指数
germination index发芽势/%
germination potential发芽率/%
germination rate发芽指数
germination index叶
leaf0.0 76.67±3.33 a 80.00±0.00 ab 12.32±0.43 a 76.67±3.33 a 80.00±0.00 a 12.32±0.43 a 0.5 73.33±3.33 ab 86.67±3.33 a 12.56±0.16 a 63.33±6.67 a 73.33±6.67 a 10.75±0.19 bc 1.0 70.00±0.00 ab 80.00±0.00 ab 11.00±0.21 b 70.00±0.00 a 76.67±3.33 a 10.97±0.16 bc 2.0 66.67±3.33 b 70.00±0.00 c 10.71±0.44 b 76.67±13.33 a 90.00±10.00 a 11.46±0.69 ab 3.0 36.67±3.33 c 73.33±3.33 bc 7.35±0.30 c 53.33±3.33 a 76.67±3.33 a 10.10±0.11 c 5.0 30.00±0.00 c 73.33±3.33 bc 5.17±0.25 d 70.00±0.00 a 80.00±0.00 a 10.46±0.00 bc 茎
stem0.0 76.67±3.33 ab 80.00±0.00 a 12.32±0.43 a 76.67±3.33 ab 80.00±0.00 ab 12.32±0.43 b 0.5 86.67±13.33 a 93.33±6.67 a 12.64±0.47 a 96.67±3.33 a 96.67±3.33 a 15.00±0.23 a 1.0 56.67±3.33 bc 83.33±6.67 a 9.90±0.74 b 60.00±10.00 b 86.67±3.33 a 10.58±1.39 b 2.0 36.67±3.33 c 83.33±6.67 a 6.60±0.37 c 73.33±6.67 b 83.33±6.67 ab 9.86±0.65 b 3.0 13.33±6.67 d 60.00±0.00 b 3.70±0.58 d 26.67±3.33 c 60.00±0.00 b 5.66±0.44 c 5.0 0.00±0.00 d 6.67±3.33 c 0.21±0.10 e 13.33±6.67 c 33.33±16.67 c 1.91±0.70 d
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表 3 韭菜浸提液对黄瓜种子萌发的影响
Table 3 Effects of leek extracts on the seed germination of cucumber
部位
partρ/(mg·mL−1) 宽叶韭菜 broad-leaf leek 窄叶韭菜 narrow-leaf leek 发芽势/%
germination potential发芽率/%
germination rate发芽指数
germination index发芽势/%
germination potential发芽率/%
germination rate发芽指数
germination index叶
leaf0.00 96.67±3.33 a 100.00±0.00 a 15.65±0.28 a 96.67±3.33 a 100.00±0.00 a 15.65±0.28 a 4.17 100.00±0.00 a 96.67±3.33 a 15.77±0.01 a 96.67±3.33 a 93.33±3.33 a 15.35±0.44 ab 8.33 100.00±0.00 a 86.67±6.67 a 15.56±0.06 a 96.67±3.33 a 93.33±3.33 a 14.98±0.17 ab 41.67 90.00±5.77 a 90.00±5.77 a 14.34±0.92 a 96.67±3.33 a 96.67±3.33 a 15.23±0.20 ab 83.33 93.33±6.67 a 93.33±6.67 a 14.53±0.40 a 100.00±0.00 a 100.00±0.00 a 15.93±0.00 a 250.00 83.33±16.67 a 100.00±0.00 a 15.37±0.56 a 93.33±6.67 a 93.33±6.67 a 14.66±0.30 b 茎
stem0.00 96.67±3.33 a 100.00±0.00 a 15.65±0.28 a 96.67±3.33 a 100.00±0.00 a 15.65±0.28 a 4.17 90.00±0.00 a 90.00±0.00 a 14.34±0.00 b 96.67±3.33 a 96.67±3.33 a 15.23±0.20 a 8.33 93.33±3.33 a 96.67±3.33 a 14.86±0.23 ab 93.33±3.33 a 96.67±3.33 a 15.29±0.31 a 41.67 93.33±6.67 a 90.00±5.77 a 14.76±0.55 ab 100.00±0.00 a 100.00±0.00 a 15.93±0.00 a 83.33 96.67±3.33 a 96.67±3.33 a 15.08±0.23 ab 90.00±5.77 a 90.00±5.77 a 14.17±0.06 b 250.00 96.67±3.33 a 90.00±0.00 a 14.93±0.30 ab 96.67±3.33 a 96.67±3.33 a 15.40±0.20 a
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表 4 韭菜浸提液对游动孢子休止的影响
Table 4 Effects of leek extracts on the zoospore resting
品种
variety部位
partρ/(mg·mL−1) 0 0.025 0.125 0.250 1.250 2.500 12.500 宽叶韭菜
broad-leaf leek叶 leaf + + + ++ ++ +++ +++ 茎 stem ++ ++ ++ +++ +++ +++ +++ 窄叶韭菜
narrow-leaf leek叶 leaf + + ++ ++ ++ +++ +++ 茎 stem + + ++ +++ +++ ++ ++++ 注：+. 30%以下的游动孢子静止；++. 30%~70%的游动孢子静止；+++. 70%以上的游动孢子静止；++++. 全部游动孢子静止。
Note: +. less than 30% of the zoospores are stationary; ++. 30%-70% of the zoospores are stationary; +++. more than 70% of the zoospores are stationary; ++++. all zoospores are stationary.
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