转炉渣肥料浸种对Burkholderia glumae引起的水稻细菌性苗腐病的抑制效果

《Journal of General Plant Pathology》：Suppression of bacterial seedling rot of rice caused by Burkholderia glumae by soaking rice seeds in a suspension of converter slag fertilizer

　　

由Burkholderia glumae引起的水稻细菌性苗腐病是一种严重病害，会损害幼苗发育并导致苗枯病。为了不依赖化学杀菌剂来控制该病害，由于抗杀菌剂菌株的出现和农业对环境的影响，需要新的策略。在本研究中，研究人员评估了将转炉渣肥料（一种由无机元素组成的炼钢副产品）混入浸种溶液中的抑制效果。浸种溶液中较高浓度的粉状转炉渣肥料显著抑制了病害发展。此外，病害抑制呈阶梯式发生，随着肥料用量的增加，症状按严重程度依次被抑制。对浸种溶液中水溶性元素的分析表明，从肥料中溶出的多种元素可能与浸种过程中产生的抑病环境有关。值得注意的是，Ca²⁺是最丰富的水溶性元素，可能有助于抑制病害。这些发现表明，转炉渣肥料是管理水稻细菌性苗腐病的一种有前景的方法。

水稻细菌性苗腐病（bacterial seedling rot, BSR）由种传病原菌Burkholderia glumae引起，严重损害水稻幼苗发育并导致苗枯。现有化学防治依赖春雷霉素、福美双、恶喹酸和铜制剂等杀菌剂，但已出现抗药性菌株；微生物杀菌剂在低温下防效不稳定；温汤浸种对高带菌种子防效不足；抗病基因RBG1不能完全抑制病害。因此，亟需开发不依赖化学农药的新策略。转炉渣肥料（converter slag fertilizer, CSF）是炼钢副产品，主要含Fe、Ca、Mg等元素，已有研究将其混入浸种液促进水稻早期生长。本研究旨在明确CSF对BSR的抑制效果及其有效用量，并分析浸种溶液中水溶性元素组成，以揭示可能的抑病机制。

研究人员利用来自日本广岛县的商业水稻品种‘Akitakomachi’健康种子（带菌率0%）和经田间接种B. glumae菌株BgNo18-1的发病种子（带菌率93%），以及通过真空接种方法制备的带菌种子，开展了系列试验。关键技术方法包括：采用电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）和杜马斯燃烧法测定粉状转炉渣肥料（powdered converter slag fertilizer, PCSF）的总元素含量；建立可重复的BSR严重度评价方法，对10种幼苗症状进行频度统计；利用人工土壤育苗并控制光照、温度和湿度条件，系统评价不同PCSF用量（0–1.0 g）浸种处理对BSR的抑制效果；通过原子吸收光谱法、离子色谱法、钼蓝法、红外分光光度法及ICP-AES等手段定量分析浸种溶液中的水溶性元素。所有试验均设置阳性对照（接种种子不加PCSF）和阴性对照（健康种子不加PCSF），并采用Dunnett检验、Bonferroni检验、Tukey HSD检验、Steel–Dwass检验及单侧Welch t检验进行统计分析。

**PCSF的总元素含量**：元素分析显示，PCSF共检测出16种元素，Ca含量最高（30.0%），其次为Fe（18.7%），Si（4.98%）和Mg（4.67%）中等，Mn（1.34%）较低，还含有P、C、Al、S、K、Na、Ni、Zn、B、Mo、Cu等微量元素，N低于定量限。这些元素合计占PCSF总组成的61.7%。

**浸种溶液中有效抑制B. glumae所致BSR的PCSF用量**：通过设置0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 g六个PCSF用量处理，发现随着PCSF用量增加，BSR症状频率呈阶梯式下降。0.2 g时多数症状频率明显下降；0.4 g时部分症状与健康对照无显著差异；0.6 g时仅剩少数弱症状；0.8 g时仅剩芽鞘和第一叶褐变；1.0 g时所有症状完全消失。同时，幼苗叶龄、芽鞘长度和冠根数随PCSF用量增加而提高，0.6 g及以上处理与健康对照无显著差异，表明至少0.6 g PCSF可有效抑制BSR引起的生长抑制。

**所选PCSF用量抑制病害的可重复性**：在0.6 g PCSF条件下进行多次独立重复试验，结果表明处理幼苗的10种BSR症状频率均与健康对照无显著差异，且抑制效果在超过30次试验中稳定重现，证明该方法具有高度可重复性。

**含PCSF浸种溶液中的水溶性元素**：对含或不含水稻种子的PCSF悬浮液进行水溶性元素分析，发现含种子溶液中检测到的元素种类和浓度明显高于无种子溶液。在有种子条件下，0.6 g PCSF与0.2 g相比，Ca²⁺、Mg²⁺、溶解态Mn、Fe²⁺、SO₄^2?和溶解态B浓度显著增加，而pH变化很小（6.5至6.7），说明pH不是抑病的主要因素。Ca²⁺是最丰富的水溶性元素，可能通过增强细胞壁结构等方式参与抑病；H₃SiO₄^?、溶解态B等也可能促进幼苗生长并帮助逃避侵染。此外，高用量下褪绿症状的抑制可能与病原菌产生的毒黄素（toxoflavin）活性降低有关，而褐变症状的抑制可能涉及草酸与Ca²⁺的沉淀作用。

讨论部分进一步指出，PCSF抑制BSR的过程可分为三个定量阶段：低用量（0.2 g）产生广泛但中度的症状抑制；中等用量（0.4 g）特异性抑制严重症状（第二叶萎蔫和褐变）；高用量（0.6 g及以上）实现整体病害抑制。这种阶梯式抑制与浸种溶液中可溶性元素浓度的变化相吻合。尽管pH对抑病环境有一定影响，但0.2 g与0.6 g处理间pH差异极小而抑病效果差异显著，表明pH并非唯一决定因素，PCSF溶出的水溶性元素是主要贡献者。研究还发现，PCSF溶液与种子相互作用后，元素的溶出与沉淀、种子和微生物释放物质、pH下降等因素共同影响水溶性元素的最终组成。

研究结论为：将PCSF添加到水稻浸种溶液中可有效抑制BSR。病害抑制呈阶梯式发生，从低浓度的广泛抑制，到中等浓度的特定抑制，再到高浓度的整体抑制。这种抑制与浸种溶液中水溶性元素组成差异相关。本研究首次证明PCSF对种传细菌病害的防效。该方法简单可行，仅需在浸种溶液中加入PCSF，有望减少化学杀菌剂的使用，并可用于BSR的防控。