利用植物促生微生物（PGP）生物防治技术缓解苹果再植病害（ARD）的机制与田间应用研究

本研究系统评估了植物促生真菌（PGP-F）和根际细菌（PGP-R）对苹果再植病害（ARD）的防治效果。结果表明，PGP-R处理（含 Bacillus subtilis 和 Streptomyces griseoviridis）通过提高根际细菌多样性、降低真菌多样性，显著促进苹果树生物量积累（根干重增加32%），其效果与化学熏蒸（氯苦素，FC）相当，且对土壤微生物群落的负面影响更小，为ARD绿色防控提供了可靠替代方案。

　　

摘要

苹果再植病害（Apple Replant Disease, ARD）是苹果种植业面临的重大挑战，会导致果树死亡率上升、结果期延迟和产量下降，造成果园生命周期内高达每公顷6万美元的损失。传统化学熏蒸法虽有效但存在环境污染、破坏有益微生物群落等问题。本研究通过在加拿大安大略省诺福克县Simcoe研究站开展田间试验，评估了商用植物促生微生物（Plant Growth-Promoting Microbes, PGP）对ARD的防治效果。试验设置五种处理：空白对照、氯苦素熏蒸对照（FC）、植物促生真菌（PGP-F）、植物促生根际细菌（PGP-R）及二者混合（PGP-M），采用随机区组设计重复5次。通过两年内三次采样，分析了果树生长指标和根际微生物群落变化。结果显示，PGP-R处理根干重最高（较对照增加32%），FC次之（增加10%）；FC的地上部生物量最高（较对照增加30%），PGP-R次之（增加6%），而PGP-F表现甚至低于对照。微生物群落分析表明，PGP-R处理显著提高细菌多样性并降低真菌多样性，FC则呈现相反趋势。两年后，PGP-R对细菌群落的调控作用持续存在，而FC土壤微生物群落恢复至接近对照水平。研究表明，PGP-R生物防治可作为苹果园ARD管理的有效替代策略。

引言

ARD是一种由土壤微生物群落失衡引起的复杂病害，在重茬种植苹果的土壤中持续数十年，主要致病因子包括真菌、卵菌和线虫等。现有化学熏蒸剂（如氯苦素）虽能短期抑制病原，但会破坏土壤生态功能，且效果不稳定。植物促生微生物（PGP）通过增强养分吸收、诱导系统抗性等机制促进植物健康，已成为绿色农业的研究热点。本研究旨在评估PGP真菌和细菌对安大略地区ARD的防治效果，并解析其对土壤微生物群落的长期影响。

方法论

试验位于安大略作物研究中心（北纬42°51′28.7″，西经80°16′17.2″），土壤为Brady砂壤土，前作为2006年种植的嘎拉/B.9砧木果园。2020年5月定植1年生‘Aztec Fuji’/M.9 T337砧木苗，密度为2500株/公顷。五种处理包括：对照（无处理）、氯苦素熏蒸（FC）、PGP真菌（PGP-F，含 Trichoderma virens, Gliocladium catenulatum, Glomus spp.）、PGP根际细菌（PGP-R，含 Bacillus subtilis, Streptomyces griseoviridis）及混合处理（PGP-M）。熏蒸处理于种植前2周实施，生物防治剂通过蘸根（Rootshield? PLUS+）和定植时喷根（200 mL/株）方式施用，42天后以灌根方式再次施用。

果树生长指标包括根干重、根表面积（ImageJ分析）、地径（距地面20 cm处测量）及果实性状。根际土壤样品采集后经0.9% NaCl溶液悬浮离心，提取DNA后通过16S rRNA（V4–V5区，引物515F/806R）和ITS（引物ITS1F/ITS4R）测序（Illumina MiSeq平台），使用CLC Workbench进行OTU聚类和多样性分析（Shannon–Weiner指数）。统计采用广义线性混合模型（SAS 9.4），差异显著性通过Tukey检验（α=0.05）评估。

结果

果树生长特性

2020年生长季各处理间无显著差异，但2021年PGP-R和FC处理显著提高根干重和地上生物量（p<0.05）。FC处理果实数最多（9.9个/株），PGP-R次之（9.0个/株）。2022年FC单果重最高（15.4 g），PGP-R为14.9 g。存活率方面，FC和PGP-R最高（86.7%），对照仅40%。相关性分析显示果实数与地径（r=0.73）、根重（r=0.69）显著正相关。

微生物群落特征

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  细菌群落：2021年PGP-M和PGP-R的细菌Shannon多样性最高（H=0.99和0.90），FC最低（H=0.79）。PGP-R和PGP-M处理中 Bacillus 和 Streptomyces 丰度显著升高（p<0.01），且 Bacillus subtilis 仅存在于接种处理中。优势菌门为放线菌门（Actinobacteria）和变形菌门（Proteobacteria），PGP处理促进放线菌门增殖。

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  真菌群落：PGP-R和PGP-M处理初期提高真菌多样性，但2021年其多样性最低（H=0.59–0.80），FC最高（H=1.03）。子囊菌门（Ascomycota）为绝对优势门，病原菌 Ilyonectria, Nectria 等均被检出。

差异丰度分析

PGP-R处理显著富集有益细菌（如 Bacillus, Streptomyces），减少致病菌；FC处理与对照的微生物群落相似度较高，表明其效应可能通过短期病原抑制而非长期群落调控实现。

讨论与总结

本研究证实PGP-R（含 Bacillus subtilis 和 Streptomyces griseoviridis）可通过调控微生物群落缓解ARD，其效果与氯苦素熏蒸相当，但作用机制迥异。PGP-R通过持续提升细菌多样性、抑制真菌病原建立健康根际微环境，而FC依赖广谱杀菌作用且对土壤生态负面影响较大。PGP-F效果不佳源于其菌剂（如 Trichoderma, Glomus）在田间定殖能力差，未能持久改变微生物群落。未来需筛选适应性更强的真菌菌株（如 Aspergillus, Pseudomonas），并探索生物防治与轻度熏蒸的联合应用策略。

结论与展望

PGP-R生物防治为ARD治理提供了环境友好型解决方案，其长期效果和机制值得深入研究。结合微生物组学技术和田间验证，可进一步优化菌剂配方和应用策略，推动果园可持续发展。

致谢

感谢安大略作物研究中心的技术支持及圭尔夫大学的生物信息学分析。