（果树学专业论文）Microthecin性质及其在园艺作物上的应用研究.pdf

青岛农业大学硕士学位论文摘要 m ic r o t h e c i n 性质及其在园艺作物上的 应用研究 摘要 m i c r o t h e ci n ( 2 - h y d r o x y 一2 咄y d r o x y m e t h y 卜2 h p y r a n - 3 ( 6 h ) 一o n e ) 作为某些茵类 ( 如羊肚茵m o r c h e l l ac o s t a t a ) 及某些海洋红藻( 如龙须菜，g r a c i l a r i o p s i s l e m a n e i f o r m i s ) 的次生代谢产物，虽然其生物合成途径已经搞清楚，但其生理功能尚 不清楚。本研究探讨了m i c r o t h e c i n 及英相关酶性质，m i c r o t h e c i n 抑菌活性， i d i e r o t h e e i n 对黄瓜种子萌发及幼苗生长的影响，以期为m i c r o t h e c i n 应用于农业生产 提供理论依据主要研究结果如下： 1 利用葡聚糖裂解酶和脱水酶可从糊精生产脱水果糖和m i c r o t h e c i n 葡聚糖裂解 酶和脱水酶的k m 分布为2 1 9 8 和4 0 1 1 9 咖o l ，最大反应速度分别为l1 9 4 和1 7 5 6 t o o l ( l * m i n ) 一萄聚糖裂解酶和脱水酶酶最适温度都为4 0 ，最连p h 值分别为5 6 和 7 0 脱水果糖及相关酶的最佳储存条件为一2 0 c m i c r o t h e c i n 性质研究表瞬其在固体 状态下稳定，但在低p h 值水溶液中及1 2 0 c 高温条件下极易降解。 2 用生长速率法测定不同浓度m i c r o t h e e i n 对病原真菌的抑菌效果。结果表明，较 低浓度的m i c r o t h e e i n 争脱水果糖加酶模式对卵菌纲病原真菌黄瓜腐霉病菌和黄瓜绵疫 病菌具有良好的抑茵作用，3 6 h 的e c s o 分别为2 6 5 7 3 5m g l ，2 0 3 4 3 3m g l - l 和 2 2 6 3 3 0m g l 一，1 0 6 7 0 2m g l ，且脱水果糖加酶模式药效更好5 0 0 0m g l - i 的较 高浓度的m i c r o t h e e i n 也能完全抑制梨轮纹病菌和花生立枯病菌菌丝的生长 3 不同浓度的m i c r o t h e e i n 浸种土壤施用及叶面喷施对黄瓜种子萌发和幼苗生 长的研究表明，适当浓度的m i c r o t h e c i n 处理明显提高了黄瓜幼苗的干重和鲜重，叶绿 素舍量，根系活力，光合速率，还原性糖和蛋白质的含量其中分别以浓度为1 0 0m g l - i 的m i c r o t h e c i n 浸种或叶面喷施和1 0 0 0m g l 1 土壤施用促进作用最显著 关键词：m i c r o t h e c i n ；脱水果糖；杀真菌刺；黄瓜；幼苗生长 青岛农业大学硕士学位论文 英文摘要 c h a r a c t e r i s t i c so fm i c r o t h e c i na n di t sa p p l i c a t i o ni n h o r t i c u l t u r a lc r o p s a b s t r a c t m i c r o t h e c i ni sas e c o n d a r ym e 忸b o l i t ew i t hg l y c o g e na n ds t a r c ha sp r e c u r s o rf o u n di nc e r t a i nf i m g i ( m o r e h e l l ac o s t a t a ) a n dm a r i n er e ds e a w e e d s ( g r a c i l a r i o p s i sl e m a n e i f o r m i s ) t h eb i o s y n t h e s i sp a t h w a yo f m i c r o t h e e i ni sc l e a r , b u ti t sb i o l o g i c a lf u n c t i o ni ss t i l l w a i t i n gf o ru n v e i l i n g t h ec h a m c t e d s t i c so f m i c m t h e c i na n di t sr e l a t e de n z y m e s i t si n h i b i t i o ne f f e c t 幻s o m ep a t h o g e n sa n di t sr e g u l a t o r ye f f e c t so n p l a n tg r o w t hw e r es t u d i e di no r d e rt oe l u c i d a t et h eb i o l o g i c a lr o l e so fm i c r o t h e c ia n dt op r o m o t ei t s a p p l i c a t i o ni na g r i c u l t u r e t h em a i nr e s u l t sa r ca sf o l l o w s ： 1 a n h y d r o f r u c t u s ea n dm i c r u t h e c i nc a nc o m ef r o md e x t r i nt h r o u g hg l u c a nl y a s ea n dd e h y d r a t a s e w h i c h w e r e d e t e r m i n e d c h a r a c t e r i s t i c a l l y t h e r e s u l t ss h o w e d t h a t k m w a s 2 1 9 8 a n d 4 0 1 1 9 m m o l l 。t h e m a x i m u mr e a c t i o nr a t ew a s1 1 9 4a n d1 7 5 6m m o l 。( l m i n ) ，r e s p e c t i v e l y 。f o rg l u c a nl y a s aa n d d e h y d m t a s e t h eo p t i m u mt e m p e r a t u r ew a s4 0 ( 2f o rb o t he n z y m e sa n dt h eo p t i m u mp hw a s5 6a n d7 0 ， r e s p e c t i v e l y b o t he n 2 y m e sw e r es t a b l ei nt h et e m p e r a t u r eo f - 2 0 cf o rc o n s e r v a t i o n m i c r o t h e c i nw a s q u i c k l yd e g r a d e da tl o wp ha n dt h eh i g ht e m p e r a t u r eo f1 2 0 2 ，t h ep h a r a m a c o d y n a m i ca s s a y so fm i c r u t h e c i ni n d o o rw e r es t u d i e dw i t hs e v e r a lp a t h o g e n s t h e i n h i b i t i o ne f f e c to fm i c r o t h e c i nw e r et e s t e db yt h em y c e l i u mg r o w t hr a t em e t h o d s t h er e s u l t si n d i c a t e d t h a tm i c r e t h e c i nh a ds t r o n g e ri n h i b i t i o nt op y t h i u ma p h a n i d e r m a t u m ( e | m h ) f i t za n d p h y t o p h t h o r am e l o n i s k a s t u r aw i t he c 5 0v a l u e so f2 6 5 7 3 5m g - u a n d2 0 3 4 3 3m g 。l - ，r e s p e c t i v e l y ，a n dt h ee c 5 0v a l u e so f a f + a uw a s2 2 6 3 3 0m g l 1 a n d1 0 6 7 0 2 r a g - l m o r ee f f e c t i v et h a nm i c r o t h e c i nb e c a u s ea f + a ug a l l r e l e a s em i c r o t h e c i ne o u t i n u n o u s l y m i c r o t h e c i nh a dc o m p l e t ei n h i b i t i o nt or h i z o c t o n i as o l a n ik u n na n d p h y s a t o s p o r a p i r i c o l an o s ew i t ht h ec o n c e n t r a t i o no f 5 0 0 0m g l ” 3 e f f e c t so fm i c r u t h e c i no nc u m u m b e rs e e dg e r m i n a t i o na n ds e e d l i n gg r o w t hw e r es t u d i e dw i t ht h e t r e a t m e n t so fs e e ds o a k i n g ts o i la p p l i c a t i o na n dl e a fs p r a y i n ga td i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n s t h er e s u l t s s h o w e dt h a tm i c r u t h e e i ni np r o p e rc o n c e n t r a t i o ni n c r e a s e dp l a n tf r e s ha n dd r yw e i g h t s , c h l o r o p h y l l c o n t e n t s ，r o o tv i g o r , p h o t o s y n t h e s i s ，a n dc o n t e n t so f s u g a ra n dp r o t e i n m i c r o t h e c i ns h o w e dt h eb e s te f f e c t s i ns o a k i n go rs p r a y i n gt r e a t m e n t sa tac o n c e n t r a t i o no f1 0 0m g l a n ds o i lt r e a t m e n t sa tac o n c e n t r a t i o no f 1 0 0 0r a g l 1 k e yw o r d s ：m i c r o t h e c i n ；a n h y d r o f r u c t o s a ；c u c u m b e r ；s e e d l i n gg r o w t h ；f u n g i c i d e 学位论文独创性声明 本人声明所星交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了 明确的说明并表示谢意。如不实，本人负全部责任。 学位论文作者签名阅别耘签字日期0 7 年月加日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权学校可 以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名阂别劾 签字日期：1 ) 7 年月为日 新擗诹眵 签字日期：d 7 年月2 汐日 青岛农业大学硕士学位论文 引言 引言 随着社会经济的发展，果菜类消费量的日益增加，加上效益驱动等原因，使我国各 地、特别是城市近郊从事果菜类生产的农户逐渐增多。同时，由于近年来设施农业快速 发展，塑料大棚和日光温室大面积普及，使得设施蔬菜，瓜果产业生产升温，专门用于 特定果菜类生产的设施栽培面积也由此增加，导致了果菜类蔬菜连作障碍的发生。连作 障碍问题越来越引起入们的重视，其中土传病菌、病原菌的残留是连作障碍的一项重要 原因。种农剂拌种和杀菌剂对土壤消毒在很大程度上能解决连作障碍土壤中病原菌对作 物的危害。随着对生态农业和环境意识的提高，人们开始探索利用无公害农药来减少常 规化学农药对环境的污染。目前无公害园艺产品已受到各个国家的重视，无公害土壤防 治剂将具有广阔前景。进入2 l 世纪以来，农药制剂和剂型主要向着降低毒性，提高安 全性；减少污染，减轻对作物的药害；对使用者更安全。便于使用，节约劳动力；节约 能源，降低成本；提高生物利用率的方向发展，所以具有水基化、集中或隐蔽施药、低 容量、缓释等特点，符合上述发展方向的剂型成为当今制剂开发的热点。 m i c r o t h e c i n 是以糖原和淀粉作为前体的某些菌类( 如羊肚菌m o r c h e l l ac o s t a t a ) 及 某些海洋红藻( 如龙须菜，g r a c i l a r i o p s i sl e m a n e i f o r m i s ) 的次生代谢物。以前m i c r o t h e c i n 的生产主要是通过从生物体中提取，但获得量少且成本昂贵，致使m i e r o t h e c i n 很难应 用于实际研究。近年来本实验室合作者成功克隆表达出生产m i c r o t h e e i n 所需的各种酶， 从而可以在实验室条件下通过酶法大量生产m i e r o t h e c i n ，这为m i e r o t h e e i n 的研究与应 用提供了可能。m i c r o t h e e i n 现在可以用淀粉加酶直接生产，该方法具有原材料来源广泛， 经济环保且对土壤、水源、食品和生态环境无污染。m i e r o t h e e i n 在农业上，特别是在果 蔬生产上尚无专题研究。本实验室通过研究m i c r o t h e c i n 在普通条件下的酶法生产、水 稳定性、热稳定性等相关性质及其在病虫害的防治和作物生长的具体作用表现，迸一步 探索m i e r o t h e e i n 在农业生产上的使用方法、适用范畴和作用机理等问题，以期望 m i e r o t h e e i n 能成为一种新的绿色环保型种衣剂、杀菌剂或植物生长调节剂，提高农产品 的质量和安全，为现代农业的可持续发展作出一定贡献。 青岛农业大学硕士学位论文 文献综述 文献综述 1m i c r o c h e c i n 与脱水果糖( a d 的概述 1 9 7 9 年日本学者n a i t o 在一种真菌( m i c r o t h e c i u mc o m p r e s s u ma n dm s o b e l i i ) 培养基 中发现tm i c r o t h e c i n 2 一h y d r o x y - 2 - h y d r o x y m e t h y l 2 h - p y r a n - 3 ( 6 h ) o n e “。m i c r o t h e c i n 作为某些菌类( 如羊肚菌m o r c h e l l ac o s t a t a ) 及某些海洋红藻( 如龙须菜，g r a c i l a r i o p s i s l e m a n e i f o r m i s ) 的次生代谢物由脱水果糖酶解产生f 2 卅。m i c r o t h e c i n 经非酶转化在中性缓 冲液中生成4 - d e o x y - g 易彬p 阳- h e x o 2 , 3 - d i u l o s e l 5 1 。这些化合物的生物学性质还不清楚，但 m i e r o t h e c i n 的医用抗细菌作用意味着它在抵抗病原体可能起到一定的作用用。长久以来 人们很少知道m i c r o t h e c i n 的生物合成途径和在这些真菌中的相关酶 6 1 。b a u t e 等【2 川 a n db r o b e r g 等【4 s 1 从几种真( m o r e l sm o r c h e l l ac o s t a t aa n dm v u l g a r i s ) 和红藻 ( g r a c i l a t i o p s i sl e m a n e i f o r m i s ) 提取t m i c r o t h e e i n 并证实m i c r o t h e c i n 的形成是由于脱水 果糖存在的结果。b a u t e 等嗍认为脱水果糖被脱水酶催g 生成m i c r o t h e e i na n da p p ，但 是却没有提纯和表达这种脱水酶。m i 锄h e c i n 的探损8 是利用薄层层析( n ) 或g l c m s ( 气 相色谱一质谱联用仪) 嗍的方法，过去m i e r o t h e c i n 主要通过从一些海洋藻类中提取获得， 产量低且提取成本极其昂贵，以致于m i e r o t h e e i n 的研究无法深入。于书坤等于1 9 9 5 年提 出了提出了一种糖原和淀粉代谢的新途径脱水果糖途径1 9 “o l 。如下图所示： s t a r 曲! 竺墼 皎芋 a n h y & o f i u c t o s e m i c r o t h e c i n 糖原或淀粉经葡聚糖裂解酶生成脱水果糖，脱水果糖经脱水酶催化生成m i c r o t h e e i n 。近 年来，随着丹麦d a n i s c o a s ( 3 3 尼斯科) 公司对m i e r o t h e e i n 生物合成机理和技术研究的 不断深入，发现一系列用于生产a f 和m i c r o t h e c i n 的新酶f 1e ，j ，这使得利用淀粉大规模 生产a f 和m i c r o t h e e i n 成为可能，降低m i e r o t h e c i n 生产成本，为深入研究m i c r o t h e e i n 提供 了必要条件。 m i c r o t h e c i n 对周围环境条件的改变很敏感。在固体状态下表现稳定。在水溶液中则 青岛农业大学硕士学位论文 文献综述 在高p h 值下这种转化也会轻微发生f 埘。其转化的机理如下图所示： 哗导哗：。羔岬p ”一竹母“一 h 乞乙。 3 l - o 与在水溶液中不同，在缓冲溶液中m i c r o t h e e i n 发生了另外的转化。据k e n n e 等报道 在p h 值为6 6 温度为3 0 。c 的柠檬酸缓冲液中经一夜m i c r o t h e c i n 将转化为另一种呋喃糖 4 - d e o x y - g l y c e r o h e x o 2 3 一d i u l o s e 如下图所示： c i t r a t e , p h & 6 3 0 c o v e r n i g h t h d w c r o t h e c i n 2 脱水果糖的化学合成最初是被德国学者“c h t e n t l l a l e r 和其合作者在1 9 8 0 年报道1 1 3 】。 1 9 8 8 年日本n i p p o n k a y a k u c o ，l t d 发现了别的合成方法并获得专利【川。 在脱水果糖催化生成m i c r o t h e c i n 的过程中如果改变反应条件则可生成一系歹 j 其它 中间产物( a p p ，a p m ) 1 1 1 i 如下图所示： 蛳哪交葶螽蕾娓 a 5 c 叩”a 撕m a 蹦)嫡出村m 抽且x a b e ，2 g 2m 时( ，叫x 小k3 3 0a m ) 卜啜篙”一* a ，棚”口n p a p p ) o 叫x j b ；，2 8 9 日l n ， 钟呼 众 青岛农业大学硕士学位论文 文献综述 由脱水果糖产生的一系列衍生物( a p m ，a p t , a p p ，m i c r o t h e c i na n de c h i n o s p o r i n ) i s - , 9 1 ， 和代谢过程中酶( a f d ha n da p t m ) 的发现支持了这种不同于糖酵解的新的途径。脱 水果糖是天然的糖主要发现在可食用的蘑菇和海藻中。现在从细菌2 0 1 到哺乳动物1 2 1 捌 都有发现。大量的方法可用来测定脱水果糖，比色法和高效液相色谱这些方法可以对脱 水果塘进行定性和定量的分析。比色法是利用3 ，5 二硝基水杨酸选择性的检测脱水果 糖嗍。a p m ，a p p 和m i c r o t h e c i n 可以利用紫外分光光度计测定，在不同波长下有吸收峰 如下图所示： 妒力刃勇鼻 m i c w 虹慨z 幻肿 绷 笛5 n l n 舯 蠲0 i l n l 胙 l 岫挑 * 气 扛 本实验室与丹麦d a n i s c o ( 丹尼斯科) 公司于书坤博士合作，致力于研究和开发脱水 果糖及其一系列衍生物的作用及功能，并取得了一定的成果。研究发现了脱水果糖能有 效防止绿茶褐变和降低黑葡萄酒的混浊，脱水果糖到m i c r o t h e c i n 反应的中问产物a p p 在 防褐变中应用范围更广，在各种农产品如苹果、梨、马铃薯、莴苣和各种绿茶中均有很 好的防褐变效果，其有效浓度从3 0 0p p m 至u 5 0 0 p p m ，作用机理类似与同本酒曲酸，表现为 抑制多酚氧化酶，能够对苯醌漂白脱色膦； 脱水果糖及其一系列衍生物在食品和其他领域都有应用，许多应用处于进一步的探 索中。现概括如下： a f 与其衍生物a s c o p y r o n ep 可能用作抗癌物 塌 可能用作抗血小板凝结的试剂【2 6 】 - a f 衍生物m i c r o t h e c t i n 可能用在农业上控制真菌性病害及用作种子包衣剂【2 刀 - a f 衍生物a s c o p y r o n ep 用作工业用的抗氧化剂 2 s l a f 同其它种类的糖相比甜度小但能量高，可用作一些食品的添加剂f 2 9 l a f 在果实产品中有很好的抗氧化，抗褐变的作用【2 4 j - a l e 在医疗上有抗菌的作用，并且可以和其它抗菌剂协同使用 青岛农业大学硕士学位论文 文献综述 一a f 用作化学试剂制造业中优良的原材料并且可用于制造新型低聚和多聚物3 0 , 3 1 - a f 用作保湿剂 a f 更多的作用有待开发。 a f 的衍生物m i c r o t h e c i n 过去主要通过从一些海洋藻类中提取获得，产量低且提取成 本极其昂贵，以致于m i c r o t h e c i n 的研究无法深入，仅发现m i e r o t h e e i n 具有抑制细菌生长 的作用，但作用效果不是很理想。近年来本实验室合作者于书坤博士通过酶法可以大量 制造生产m i e r o t h e c i n ，添加到甜菜种衣剂中发现对甜菜生长有良好作用。本实验室在此 基础上期望能把m i e r o t h e c i n 的有益作用加以确定并为其应用提供理论支持。 2m i c r o t h e c i n 与种衣剂、农用杀菌剂 种衣剂( s e e dc o a t i n gf o r m u l a t i o n ) 是一种用于作物或其他植物种子包衣的、具有成膜 特性的物质。种衣剂作为良种包衣专用产品，是一项增加种子科技含量、促进农业增产增 收的高新技术产品，是国家实施的“种子工程”的重要组成部分和战略突破口。它在高产、 优质、高效农业的可持续发展中发挥着重要的作用p 2 】。从应用领域看，种衣剂作为一种 农药制剂被广泛应用迄今只不过十几年时间，其显著的防效和环保意义已经被广泛认 可。1 9 9 6 年我国正式启动种子产业化工程，将种衣剂技术列为一期重点工程，提出包衣 率每年要以2 0 的速度递增。1 9 9 9 年中央农村工作会议提出要在“九五”期间完成l 亿公顷 的良种包衣面积，这样每年大约需要不同型号种衣剂2 2 2 5 万吨。而全国现有种衣剂厂 的总生产能力只有2 6 万吨年印1 。种衣剂的市场前景是十分乐观的。 通常种衣剂是由农药原药( 杀虫剂、杀菌剂等) 、成膜剂、分散剂、防冻剂和其他剂 加工制成的，可直接或经稀释后包覆于种子表面，形成具有一定强度和通透性的保护膜的 制剂m l 。它和用于浸种和拌种的农药乳油、粉剂、可湿性粉剂等不同，种衣剂是包在种 子上能立即固化成膜为种衣，种衣在土中遇水吸胀透气而几乎不被溶解，从而使种子正常 发芽，使农药和种肥等物质缓慢释放，具有杀灭地下害虫、防止种子带菌和苗期病害、促 进种苗健康生长发育、改进作物品质、提高种子发芽率、减少种子和农药使用量、提高 产量等功能，达到减少环境污染、防病治虫保苗的目的。此外，种衣荆的使用既保证了种 子丸粒化、标准化，也杜绝了粮种不分，有效地防止种子经营中假冒伪劣种子的流通，从 而加速了种子产业化的进程吲。 含有农药( 高效低毒) 、肥料以及激素等化学活性物质，功效较全面的化学型种衣 剂是目前种衣剂的主流，也是今后薄膜种衣剂主要发展方向之一i 圳。然而，种衣剂中化 6 青岛农业大学硕士学位论文 文献综述 学农药的使用还停留在克百威、多菌灵、福美双、甲拌磷等高毒农药，对人、畜安全隐 患极大，人、畜中毒事故时有发生，迫切需要高效低毒杀虫剂来更新或取代p ”。且当前 我国现有的种衣剂几乎是清一色的农药悬浮胶体型种衣剂，配方单一，对不同生态地区、 不同作物出现的新害虫和病害往往效果不明显，有些农药型种衣剂对种子的发芽和出苗 还有不良影响：这都不能适应现代化农业生产对绿色环保种衣剂的需求，而直到目前尚 没有开发出可替代它们的产品【弼1 。 农用杀菌剂是保障农业高产高收的一种重要生产资料，广泛用于农林业预防或治疗 作物的各种病害中。农药杀菌剂是指对病原菌起抑制或者杀灭作用的物质，具有杀死病 菌孢子、菌丝体或者抑制其发育、生长的作用。农用杀菌剂从1 8 8 2 年开始应用，但是这 个时期主要是使用无机杀菌剂，其中就有著名的波尔多液d 9 4 0 1 。1 9 3 4 年福美林杀菌剂 【4 l , 4 2 1 的诞生，标志着农用杀菌剂进入有机杀菌剂时代，有机杀菌剂逐渐得到广泛的应用。 农药杀菌剂在全世界范围内的普遍使用，在给人类带来巨大利益的同时，也给人类的生 活环境造成了极大的破坏。随着人们环保意识的提高，各国纷纷从立法的角度对农药的 发展进行种种限制，这些限制对于农药的发展趋势有着根本性的影响，对农药制剂技术 和剂型的发展也产生了深远的影响。进入2 l 世纪以来，农药制剂和剂型主要向着降低毒 性，提高安全性；减少污染，减轻对作物的药害；对使用者更安全，便于使用，节约劳 动力；节约能源，降低成本；提高生物利用率的方向发展【4 3 】。具有水基化、集中或隐 蔽施药、低容量、缓释等特点，符合上述发展方向的剂型成为当今制剂开发的热点。对 于制剂的安全化主要体现在对现有的品种进行低毒化剂型改造和具有更高安全性新剂 型的开发方面 4 4 1 。理想的杀菌剂，应当具有高效性、高选择性，对环境友好、对植物无 药害，并能提高植物的抗病能力，不在人、畜体内积蓄。 本实验室合作者于书坤等发现m i c r o t h e c i n 做甜菜种衣剂对甜菜根腐病 ( a p h a n m y c e sc o c h l i o i d e s ) 、斑腐病( p y t h i u mu l t i m u m ) 、小麦白粉病( b l u m e r i ag r a m i n i s f s p ) 有很好的抑制作用，并且与其它杀菌剂如福美双( t h i r a m ) 、恶霉灵( h y m e x a z 0 1 ) 混合使用，对其它杀菌剂的药效有促进作用。与恶霉灵( h y m e x a z 0 1 ) 相比，对根腐病 达到相同的作用效果时，成本更低。m i c r o t h e c i n 通过淀粉加酶制造，原料具有来源广 泛，成本低廉，生产过程无污染，安全，淀粉( 糊精、脱水果糖) 加酶的模式可以直接 在田间地头应用于生产m i c r o t h e c i n ，方法简单，廉价，高效，无污染，用于植物保护 具有缓释性，完全符合现代农业发展绿色环保要求，有利于农业的可持续发展。本实验 7 青岛农业大学硕士学位论文 文献综述 室将在已有的研究基础上，进一步扩大m i c o t h e c i n 的研究范围。 3m i c r o t h e c i n 与连作障碍 3 1 园艺作物连作障碍现状及存在问题 连作狭义的连作是指在同一块地里连续种植同一种作物( 或同一科作物) 。广义的连 作是指同一种作物或感染同一种病原菌或线虫的作物连续种植。同一作物或近缘作物连 作以后，即使在正常管理的情况下，也会产生产量降低、品质变劣、生育状况变差的现 象，这一现象就是连作障碍。引起作物连作障碍的原因是复杂的，是作物和土壤2 个系 统内部诸多因素综合作用结果的体现。作物种类和栽培条件不同，其产生连作障碍的原 因是不同的。1 9 8 3 年日本的泷岛【4 5 1 将产生连作障碍的原因归纳为五大因子：土壤养 分亏缺；土壤反应异常；土壤理化性状恶化：来自植物的有害物质；土壤 微生物变化啡l 。综合国内外学者的研究成果，将作物连作障碍发生的主要原因概述如下： 3 1 1 土壤问题 某种特定的作物对土壤中矿质营养元素的需求种类及吸收的比例是有特定的规律 的，尤其是对某种微量元素更有特殊的需求，出现了作物对土壤养分的选择性吸收。同 一种作物长期连作，必然造成土壤中某一种或某几种营养元素的亏缺，在得不到及时补 充的情况下便出现“木桶效应”，进而引发缺素症，影响作物的正常生长。产量和品质下 降，严重者导致植株死亡。不合理的单一施肥导致作物被动吸收，致使植株体内各种养 分比例失调，植物的抗逆能力下降，如抗病虫害能力差，根冠比失调等。另外，农民对 钙及微肥认识不足，多数不施用钙及微肥，导致土壤大量元素偏商，而中微量元素相对 缺乏，造成养分不均衡，易出现生理障碍。 盐分是指土壤中的可溶性盐，大部分通过肥料施入，也称之“肥料盐”。造成土壤盐 溃化的主要原因有：化肥用量过大，导致土壤含盐量不断增加，加剧盐渍化；土 壤表层水分不断蒸发，使深层水分不断通过毛细管作用上移，导致深层土壤盐分聚积到 表层；为防止地内湿度增加和地温下降，人j f f - - j 惯的“小水勤浇”的灌溉方式，不但 不能把多余的盐分带到土壤深层，还易造成土壤板结，增加盐分在表层的积累【4 7 j 。土壤 盐类积累，造成土壤溶液浓度增加，使土壤的渗透势加大，作物根系的吸水吸肥能力减 弱，植物生长发育不良，进而影响作物的产量和品质。随着盐类浓度的升高，土壤微生 物活动受到抑制，铵态氮向硝态氮的转化速度下降，作物被迫吸收铵态氮，叶色变深甚 至卷叶，发育不良。土壤溶液浓度过高，元素之间的拮抗作用常影响到作物对某些元素 8 青岛农业大学硕士学位论文文献综述 的吸收。氮肥过剩，分解后产生铵离子过多时，影响对k + 、c a 2 + 、m 矿的吸收，造成 养分吸收不平衡，作物生长受到危害。 随着种植年限的增加，土壤的结构发生明显改变，水稳性团粒结构( o 2 5 2n u n ) 随 着种植年限的增加而增加，土壤毛管孔隙发达，持水性好，这主要是因为多年培肥所致 2 1 。但非活性孔隙比例相对降低，耕作层浅，土壤通气透水性差，物理性状不良。 由于复种指数高，引起土壤酸化的原因主要有：过多施用酸性或生理酸性肥料， 如氯化钾、过磷酸钙、硝酸铵等；大量施用氮肥，早作条件下过量施用氮肥，在作 物不能充分吸收利用而发生积累时，大量氮素转化为硝态氮，硝酸根离子( n 0 3 ) 与等当 量的钙离子( c a 2 + ) 结合而随水流失，使h + 相对过剩，导致土壤有机质含量下降，缓冲性 能降低，土壤酸化。p h 过低，往往伴随着n 0 3 + 含量高、盐类浓度高及营养失衡等问题。 3 1 2 作物残茬对作物生长发育的毒害作用 作物残体在其分解过程中会产生一些植物毒素，抑制下茬作物的生长，这方面的研 究报道在大田作物上较多。目前的研究结果认为，作物残茬在微生物的作用下，在降解 过程中可能会产生一些对同一种或同一科作物生长发育不利的物质，或者作物残体的病 原菌积累等，都是连作障碍的一个重要因素。 3 1 3 作物根系分泌物 根系分泌物是植物在生长过程中通过根的不同部位向生长基质( 如土壤、营养液等) 释放的一组种类繁多的物质，但有时狭义指通过溢泌作用进入土壤中的可溶性有机物。 广义上的根分泌物主要包括下列3 种类型：渗出物：为根细胞中被动扩散出来的一类 低分子量的化合物：分泌物：代谢过程中细胞主动释放的物质； 粘胶质、脱落物： 根冠细胞、未形成次生壁的表皮细胞和根毛上的粘胶状物质及脱落的细胞碎片。根生长 在土壤中，土壤中营养元素状况对根分泌物的组成成分及数量影响很大，同时根分泌物 亦可活化土壤中难以利用的元素，将其转变为可利用状态，有利于植株养分吸收和生长 发育。张福锁等人的研究结果表明，植物缺z n 时，根细胞内铜锌超氧化物歧化酶( s o d ) 活性下降，丽n a d p h 氧化酶活性增加，细胞内自由基大量累积产生毒害作用，使细胞 脂质产生过氧化作用，膜结构破坏，透性增加，根溢泌的无机离子和低分子量有机化合 物( 如氨基酸、碳水化合物和酚类化合物) 的数量大大增加【4 8 1 。有研究结果表明，酚类化 合物是植物生长的抑制物，它的数量上升抑制了植物生长。y uj q 和m a t s u i 从黄瓜的根 分泌物中分离出1 1 种酚类物质，其中有1 0 种酚类物质具有生物毒性，当黄瓜连续种植时， 9 青岛农业大学硕士学位论文文献综述 根系释放的酚类物质积累到一定程度时，就会抑制下茬作物的生长，酚酸类物质己成为 公认的化感物质1 4 9 1 。由此推之，作物营养不均衡【营养亏缺) 对连作障碍有直接的作用， 亦可能是由于营养元素亏缺的胁迫作用，使根系分泌物种类和数量产生变化的间接作 用。根分泌物不仅是土壤微生物的营养源，而且其种类和数量的改变极大地影响着土壤 微生物的种群动态。根分泌物的作用，使根际微生物的数量远远超过非根际微生物的数 量。贾新民等的研究结果表明，重迎茬大豆根分泌物对大豆根腐病病原菌有增殖作用1 5 0 l 。 一般认为，前茬作物的根分泌物能刺激某些有害微生物的生长和繁殖，这些微生物抑制 下茬同一类作物的生长，从而造成连作障碍。 3 1 4 土传病害 连作提供了根系病害赖以生存的寄生和繁殖场所，作物残体上病原菌积累，使土传 病害严重发生。有关连作障碍的原因调查表明，土传病害是引起连作障碍的主要因子。 特别是近年来，由于化肥使用过量带来土壤中病原菌拮抗菌的减少，更加重了士传病害 的发生，如尖镰孢子引起的番茄根腐病。黄瓜残体在土壤中腐烂后，促进了腐霉菌( 黄瓜 苗期病害病原菌) 的腐生活动和侵染，加重了下茬黄瓜苗期病害的发生。土壤有害微生 物增加，土传病虫害严重土传病虫害是引起作物连作障碍最主要的因子【”】。日本的调查 结果表明，引起作物连作障碍的7 0 左右的地块是由土壤传染性病虫害引起的【5 2 1 。我 国在这方面尚无专门的调查结果，但唐咏和吴风芝等研究发现，日光温室土壤与露地土 壤的微生物状况和酶活性有明显差别；随着连作年限的增加，有害真菌( 病原菌) 的种类 和数量增加，细菌的种类和数量随着连作年限的增加而减少t s j , 5 4 1 。 3 2 连作障碍的防治措施 3 2 1 选用抗性种苗 连作障碍地块种植植 乍物时，选用抗再植病的静茁是比较理想的措施，但其主要是 辅助措施。 3 2 2 测土施肥。 此法能充分发挥棚内煎茬残留肥料的作用，减少肥害，降低成本，增加收入。施用半 腐熟的有机肥或秸秆，由于其碳氮i 七( c n ) 较大，进一步腐熟时，土壤微生物吸取土壤 溶液中的氮素，并暂时加以固定，从而降低土壤溶液的盐分浓度和渗透压，缓解盐害：同 时还可以培肥土壤，改善土壤韵生物活性，促进各类群微生物的正常活动和均衡发育，并 减少土壤中病原真菌的繁殖5 5 1 。 1 0 青岛农业大学硕士学位论文文献综述 3 2 3 利用自然降雨淋溶与合理的灌溉技术，以水化盐。 经一冬一春的种植，温室及大棚内土壤盐分已积聚较多，宜在夏熟蔬菜收获后，深翻 起垄，揭去薄膜，任雨水入渗，并挖好棚周围排水沟，让盐分随水排走。每次浇水应浇足 浇透，将表土积聚的盐分稀释下淋。供根系吸收，有条件的地方也可采用喷灌或滴灌排盐。 3 2 4 转产 当一种作物连作2 年，结合市场需求，转产适合当地生产的另一作物，当转产作物种 植2 年左右再转产原作物或其它作物。通过合理的轮换，可以改善土壤结构，降低土传 病菌、病原菌，地下害虫的发生指数，使作物获得高产。实行轮作黄瓜与其他蔬菜进 行轮作，瓜类不要进行连作障碍生产，最好与茄果类、绿叶菜等进行轮作【5 6 1 。由于受经 济效益的影响，一种作物在一定的时期内市场需求量往往看好，致使大部分棚户不想 转产其它作物。 3 2 5 嫁接 在果菜栽培中，对难以育成抗病、虫品种的，采用抗性砧木如瓠瓜、南瓜进行嫁接栽 培，可以有效地防止多种土传性病害和线虫危害。嫁接对黄瓜枯萎病，番茄青枯病、褐色 根腐病，茄子青枯病、黄萎病、枯萎病、根结线虫等都有显著的防除作用。在日本，黄瓜 栽培全部实行嫁接，茄子绝大部分也进行嫁接，番茄栽培嫁接比例约占5 0 。我国山东、 辽宁等省已进行黄瓜嫁接栽培，取得了良好的收效。 3 2 6 换土 对连作2 年左右的保护地运用人工的、机械的方法将耕层土壤挖走( 深2 0 c m 以上) ， 然后从远离棚区的地方，选优质、肥沃、无病菌、无地下害虫的土壤进行换士，因棚区附 近病菌残留量大，如直接在棚区附近换土，则影响换土质量，不能有效地根除土传病菌 和地下害5 刀。但工作量大、劳动强度高。 3 2 7 生物防治 生物防治是在农业生态系统中调节植物的微生态环境，使其不利于病原物或者使其 对病原物与微生物的相互作用发生有利于寄主而不利于病原物的影响，从而达到防治病 害的目的。传统的诱变和重组技术对改良微生物的拮抗物和发展活力菌的研究有着巨大 的潜力，利用特定的定位点诱变技术，可以创造出特殊的病原体无毒生物型，由于它高 度的生态位置重叠性，使无毒的生物型将成为有毒菌系的有效竞争者。拮抗菌与病原菌 有着相似的生态适应性，特别是根围细菌，可以通过调节农业生态环境，促进有益菌的 青岛农业大学硕士学位论文 文献综述 生长、繁殖，提高其与有害微生物的竞争力，起到防病增产的目的。与寄主范围的遗传 操作相比，生物工程对致病菌的生物防治上的效果也很明显，并且比前者见效更快，易 被公众所接受，可望在植物病害防治上走出一条新路。另一种是利用对寄主无毒的拮抗 菌和细菌素进行生物防治。细菌素是一种细菌的某些菌株所产生的对另一些菌株或关系 较近的细菌具有杀伤作用的非复制的含蛋白抗菌物质，有些细菌素对不同种或者不同属 间的病原菌都有拮抗作用，产细菌素的特性多是由质粒基因控制的，用产细菌素菌株对 植物细菌性病害进行防治，一般要求该菌株对寄主无毒。无毒菌株多是从自然界分离到 的，少数是通过有毒菌株诱变而来。枯草芽孢杆菌对多种病原菌具有广谱抗菌性，对枯 萎病和腐霉病有较强抗性的还有链霉菌、木霉、青霉等，但是有的种的拮抗作用不稳定， 受环境条件的制约较强，影响了它们的实用性。 3 2 8 药剂防治 推广应用种衣剂拌种，减轻病虫危害。土壤消毒能有效杀死因连作而引起的各种土 传病菌如：青枯病、萎病、根腐病，立枯病、黑茎病、茎基病、根肿病等。且经过消毒 的费用远远小于提高产量所形成的效益。如氯化苦、溴甲烷等土壤消毒，每两年进行一 次，可以使作物的产量维持在同一水平上。即每年投资3 0 0 元，可能多产出1 0 0 0 元的效 益【”l 。农药多菌灵、百菌清、托布津、代森锌、代森锰锌等对真菌性病原菌均具有较好 的防治作用，对镰刀菌防效也相当好。用法以拌种、灌根、叶面喷施等为主。但必须贯 彻以防为主的原则，一旦病害蔓延，各种防治措施的效力就会大减，甚至失去作用。 药剂防治是解决连作障碍的较好的方法，但由于使用的化学药刺大都毒性强，对人 类的健康和环境造成严重危害，有些化学药剂国际社会已禁止使用。随着对生态农业和 环境意识的提高，人们开始探索利用无公害农药来减少常规化学农药对环境的污染”目前 无公害果品已受到各个国家的