CN101485333A - 适应小麦玉米秸秆还田的土传病害生防菌剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适应小麦玉米秸秆还田的土传病害生防菌剂及其制备方法。目前秸秆还田地块土传病害发生呈加重趋势，并且秸秆还田后耕作质量受到严重影响。本发明生防菌剂充分解决了以上问题，具有较强的分解秸秆和土传病害防治特性，施入到秸秆还田地块后，能够在短时间内快速分解秸秆，能充分利用分解秸秆产生的营养快速繁殖，在土壤中形成优势菌群，充分利用群体优势抑制土传病原菌。达到了既加速秸秆分解、改善土壤性状，促进生防菌在土壤中的定植和增殖，又能最大限度预防和控制土传病害发生的目的。适用于防治小麦根腐病、小麦全蚀病、小麦纹枯病、玉米纹枯病和玉米茎基腐病等土传病害。

Description

适应小麦玉米秸秆还田的土传病害生防菌剂及其制备方法

所属技术领域

本发明涉及一种微生物制剂，具体说是一种适用于小麦玉米秸秆还田地块，既能有效控制作物土传病害，又能加速秸秆分解的生防菌剂及其制备方法。

背景技术

(一)秸秆还田后土传病害和耕作质量问题急需解决

小麦玉米两熟种植是中国北方粮食生产的主要形式，生产中广泛采用的秸秆还田对改良土壤发挥了重要作用。但近年来发现秸秆还田地块小麦土传病害呈加重发生趋势，例如2006年河北、山东、河南省小麦纹枯病发生面积分别达62、67、181.3万hm²；小麦全蚀病在河北、河南、山东、江苏等省发生面积也有所扩大，轻者减产10％-20％，重者减产50％以上；2008年冀鲁豫冬麦区根腐病大面积发生，导致叶片枯黄，产量下降。专家认为秸秆还田为土传病菌营造了适宜的环境条件，使其数量不断积累，导致病害加重。

小麦、玉米秸秆主要成分为纤维素、半纤维素和木质素，自然条件下腐烂分解速度很慢。尤其是玉米秸秆量大，还田后至小麦返青期土壤温度较低，春季又干旱少雨，腐解更慢。加之现有机械难以将秸秆充分粉碎和深翻，影响整地质量和播种质量，形成的虚空苗床对小麦生根和幼苗生长极为不利，还导致旱、冻灾害加重。

(二)生产中急需通过合理利用秸秆趋利避害的植保技术和产品

土传病害防治是植保领域的一大难题，利用生物防治控制土传病害是当前研究的热点。生防菌剂具有选择性强、环境兼容性好、不易产生抗药性等优点，虽然大量具有生防潜力的微生物被研究报道，但只有少数生防菌株用于商业化制剂生产，这是因为实验室中筛选到的生防菌株以活体形式进入土壤后，由于缺乏有利于迅速定植和增殖的基质，而难以形成优势种群。生防菌在土壤中的适应能力和产生拮抗物质能力的稳定性也会受到不利影响。筛选能利用分解秸秆产生的营养物质快速繁殖的生防菌株，研制菌剂，可实现加速秸秆分解、补充土壤有机质和多种养分、快速壮大生防菌种群、控制土传病害等多重功效。

(三)合理利用还田秸秆可提高生防菌剂对土传病害的防治效果

我国每年产生的作物秸秆量约6亿吨。目前黄淮海平原冬小麦秸秆由于各地大型收割机的普及，基本上实现了直接覆盖还田，而玉米秸秆还田主要采用粉碎翻耕还田的方式，在很多地区由于农机粉碎和翻埋秸秆作业效能差，加之玉米秸秆翻耕还田后分解速度缓慢，对耕层土壤结构和小麦播种、生长均造成不利影响。利用高效纤维素分解菌加速秸秆分解的研究已取得一些进展，但在农田土壤中的应用效果，同样面临因受诸多环境因素影响而大幅下降的问题。

大量秸秆还田使土壤生态环境发生了很大改变，结合该耕作栽培措施筛选对秸秆适应强、拮抗性广谱的功能菌株，开发有关产品和制剂，使拮抗微生物在利用秸秆获取营养的同时，加速秸秆分解、补充土壤养分、改善土壤环境、增强抑菌效果。进一步对施用方法进行系统研究，充分利用还田秸秆使之成为有益微生物在土壤中的营养来源和发挥生防作用的载体，将有利于生防菌剂在生产上大面积应用。

发明内容

针对我国北方小麦玉米两熟秸秆还田生产实际情况，筛选出对土传病菌具有较强拮抗作用，可加快秸秆分解，同时能利用分解秸秆产生的营养物质快速繁殖的多功能菌株。以资源广泛且廉价的有机材料为基质，以适量矿物营养元素为增效剂，确定多功能菌株的高效固态发酵工艺，制成多功能土传病害生防菌剂。通过大田试验测试菌剂在对土传病害的防治效果、对作物秸秆的分解能力，以及菌株在秸秆还田土壤中的增殖能力，确定多功能土传病害生防菌剂田间使用方法。最终达到通过使用该菌剂加速还田秸秆分解、改善土壤性状，生防菌在土壤中的定植、增殖能力得到提高，生防菌发挥群体优势有效控制土传病害的多重效果。

迄今为止，尚未发现任何有关具有上述多重功效生防菌剂的报道，本发明的发明人通过深入研究和实践，以最大限度减少因秸秆还田造成的不利影响为立足点，充分利用还田秸秆，快速壮大有益菌种群，达到控制作物土传病害的目的。发明人通过对有关作物的试验，研究开发出了适应小麦玉米秸秆还田的土传病害生防菌剂，从而完成了本发明。

本发明目的是提供一种适用于小麦玉米秸秆还田地块，既能有效控制作物土传病害，又能加速秸秆分解的生防菌剂。

本发明的另一个目的是提供该生防菌剂的制备方法。

本发明的发明人分别从河北、辽宁、江苏、山东、河南等地采集小麦、玉米秸秆还田土样50份，土壤取自10-20cm土层。经选择性培养和分离纯化，得到土传病菌拮抗菌株3250株，按照同时达到对全蚀病菌抑菌率大于90％、根(茎基)腐病菌抑菌率大于80％，纹枯病菌抑菌率大于80％的标准，初步确定了79个菌株。进一步采用秸秆粉失重法对拮抗作用强的菌株进行复筛，并测定了秸秆分解率和菌株增殖率。最终得到细菌菌株B1514，对全蚀病菌、纹枯病菌、根腐病菌、茎基腐病菌抑制率分别达到95.00％、80.53％、90.81％、92.45％；实验室测试24h对小麦、玉米秸秆的分解率分别为19.12％和10.79％，并对秸秆有很强的适应能力，菌株增殖率为14.6-18.2倍。经菌落形态、革兰氏染色和芽孢染色等形态学鉴定及比较16S rDNA序列的分子鉴定，菌株B1514为芽孢杆菌(Bacillus sp.)。该菌株已于2008年11月20日送至CGMCC(中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址：北京市朝阳区大屯路中国科学院微生物研究所)保存，保存编号为No.2752。

本发明的发明人综合考虑培养基成本和培养基成分获得的难易度，同时参考文献和传统固体发酵的经验培养基，经过大量试验，得到菌株B1514最优固体发酵培养基配方如下：

1、采用玉米秸秆粉，麦麸，玉米粉为固体原料，各组分最优用量(按重量)为：秸秆粉4份、麦麸3份、玉米粉2份。

2、营养液与固体原料比例为2：1(容积：重量)。营养液配方为：葡萄糖10g，MgSO₄1g，CaCl₂ 1g，(NH₄)₂SO₄ 15g，蒸馏水1000mL。

3、固体发酵培养基最优pH值为8。

本发明生防菌剂的生产工艺流程见说明书附图。

本发明的重要特点是本生防菌剂非常适应小麦玉米秸秆还田地块，施入秸秆还田土壤后在快速分解秸秆的同时，能利用分解秸秆产生的营养物质稳定定植和快速增殖，短时间内在土壤中形成优势菌群，通过群体优势实现对土传病害的有效控制。

本发明产品的另一个特点是有利于改善秸秆还田地块的土壤性状，对作物无残留，对环境无污染，对人畜安全，成本低，施用方便。

本发明中生防菌剂对小麦玉米主要土传病害的控制效果，通过以下试验结果加以说明：

试验例1：

本发明的生防菌剂用于玉米秸秆还田后控制冬小麦土传病害试验

试验作物：冬小麦(品种为石麦14)

地点：河北农业大学农林教学基地试验田

试验设计：

1、小区设置

每小区面积33.3m²。小区之间用双层油毡隔开，油毡埋深50cm，玉米秸秆还田量为7500kg/hm²，秸秆粉碎后均匀翻埋至30cm深土层。

2、土传病害防治效果测定

采用人工接种病原菌，菌种分别为3种小麦土传病原菌(禾谷丝核菌Rhizoctonia cerealisVander Hoeven、禾顶囊壳小麦变种Gaeumannomyces graminis var.tritici、平脐蠕孢菌Bipolarissorokiniana(Sacc.)Shoem.)，小麦播种前将本发明的生防菌剂与还田玉米秸秆一起均匀翻埋至耕层土壤。以只接种3种病原菌地块为对照，随机区组设计，每处理4次重复。分别于拔节期和灌浆中期在每小区5点取样，每点调查20株小麦发病情况，计算病情指数、防效(见表1)。于小麦成熟期测定不同处理产量(见表2)。

3、田间分解秸秆能力测定

将粉碎的玉米秸秆经80℃烘干48h。称取100g均匀拌入土壤后装入网袋，埋于不同处理0-20cm土层，每小区埋7袋。小麦生长季取样4次，玉米生长季取样3次，每次每小区取1袋，采用烘干法测定秸秆残留量，计算玉米秸秆分解率(见表3)。

4、菌株B1514田间增殖情况测定

在小麦生长期内在不同处理小区，采用5点取样，从5-20cm土层取土。用选择性培养基和稀释平板法分离菌株B1514，计数并计算菌株增殖率(见表4)。

试验结果：

本发明的生防菌剂对全蚀病、纹枯病和根腐病的防治效果为68.04％-79.98％。经菌剂处理地块与对照相比产量明显增加，全蚀病地块、纹枯病地块和根腐病地块用菌剂处理后产量损失分别减少11.7％、9.40％和10.35％。

本发明生防菌剂可以显著提高的玉米秸秆还田后的分解速度，用生防菌剂处理地块小麦全生育期玉米秸秆分解率比对照地块分别提高了18.94％、20.89％和16.29％。

在小麦全生育期，不同处理中菌株B1514增殖率均在350倍以上，说明菌株B1514能充分利用分解秸秆产生的营养物质快速繁殖。

表1  生防菌剂对小麦土传病害的田间防治效果

表2  生防菌剂对小麦产量的影响

*注：正常地块未进行任何处理。减损率＝(B1514处理折实产量-对照折实产量)/正常地块实际产量

表3  生防菌剂对玉米秸秆的分解率

表4  不同时期菌株B1514的增殖率

试验例2：

本发明生防菌剂用于小麦秸秆覆盖还田、免耕播种玉米地块控制土传病害的试验

试验作物：玉米(郑单958)

地点：河北农业大学农林教学基地试验田

试验设计：

1、小区设置

在试验例1的小区内继续播种玉米。上茬冬小麦秸秆全量均匀覆盖还田。

2、土传病害防治效果测定

病原菌采用人工接种方法，菌种为玉米纹枯病、茎基腐病的病原菌(禾谷丝核菌Rhizoctonia cerealis Vander Hoeven、禾谷镰刀菌Fusarium graminearum)。生防菌剂于玉米出苗后开沟施入行间。以只接种2种病原菌地块为对照。于玉米成熟期在小区五点取样，调查植株发病情况，计算病情指数、防效，并测定产量，结果见表5。

3、田间分解秸秆能力测定

将粉碎的小麦秸秆经过80℃烘干48h。准确称取100g装入网袋，埋于不同处理5-20cm土层，每小区埋3袋。玉米生长季取样3次，每次每小区取1袋，同时取试验例1中埋设的玉米秸秆1袋，测定小麦、玉米秸秆分解率。测定方法同时试验例1，结果见表6。

4、菌株B1514田间增殖情况测定

测定方法同试验例1，结果见表7。

试验结果：

本发明生防菌剂对玉米纹枯病和茎基腐病防效均达到70％以上。

经菌剂处理地块与对照相比产量明显增加，纹枯病、茎基腐病地块减损率分别为29.2％、35.2％。

用生防菌剂处理地块小麦秸秆分解率提高了23.13％和25.68％，玉米秸秆全年分解率达到了93.01％和93.73％，分别比对照提高了47.44％和48.27％。

在玉米全生育期不同处理地块中菌株B1514增殖率均在700倍以上。

表5  生防菌剂对玉米土传病害的田间防治效果和减少产量损失效果

*注：正常地块未进行任何处理，实收产量为8758.95公斤/公顷。

减损率＝(B1514处理实收产量-对照实收产量)/正常地块实收产量。

表6  生防菌剂处理后不同时期小麦、玉米秸秆的分解率

表7  生防菌剂处理地块中不同时期菌株B1514的增殖率

附图说明

附图是本发明生防菌剂的生产工艺流程图

具体实施方式

通过以下实施例进一步阐述本发明生物制剂的生产工艺流程(见附图)。

将玉米秸秆烘干，经机器粉碎至粉末状，加入固定比例(重量比)的麦麸和玉米粉(秸秆粉:麦麸:玉米粉＝4:3:2)，再加入营养液(葡萄糖10g，MgSO₄ 1g，CaCl₂ 1g，(NH₄)₂SO₄ 15g，蒸馏水1000mL)充分搅拌均匀，使含水量达到200％(容积：重量)。装袋后，经高压湿热灭菌(121℃灭菌60min)，制成无菌固体培养料。

将B1514原菌种活化，LB培养基平板划线培养，28℃培养18h。培养结束后，每培养皿加入5ml无菌水，涂匀，制成菌悬液，按2％接种量接入液体LB培养基，进行摇床培养，200rpm培养24h即成接种液。

将制好的接种液接入pH为8的无菌固体培养料中，接种量为15％(容积：重量)。固体培养料接种后放入发酵室，28℃培养，经检验每克固体培养料中菌株B1514数量达到2×10⁸个的菌剂质量标准后，包装标记得本发明菌剂成品。

Claims (5)

1、一种适用于小麦玉米秸秆还田地块，既能有效控制小麦玉米土传病害，又能加速小麦玉米秸秆分解的生防菌剂及其制备方法，其特征是：包括菌株B1514，菌株B1514固体发酵培养基配方，固体发酵工艺。

2、权利要求1所述多功能生防菌B1514为芽孢杆菌属细菌(Bacillus sp.)。

3、权利要求1所述生防菌剂所用最优固体发酵培养基配方如下：采用玉米秸秆粉，麦麸，玉米粉为固体原料，各组分最优用量(按重量)为：秸秆粉4份、麦麸3份、玉米粉2份；营养液与固体原料比例为2∶1(容积：重量)，营养液配方为：葡萄糖10g，MgSO₄ 1g，CaCl₂ 1g，(NH₄)₂SO₄ 15g，蒸馏水1000mL；固体发酵培养基最优pH值为8。

4、权利要求1所述固体发酵工艺特点为：将玉米秸秆烘干，经机器粉碎至粉末状，加入麦麸和玉米粉，搅拌均匀，加入营养液再次充分混匀；再装袋，送入高温灭菌(121℃灭菌60min)，制成无菌固体培养料；将配制好的接种液接入无菌固体培养料中，接种量为15％(容积：重量)；固体培养料接种后送入培养室，28℃下培养，经检验每克固体培养料中菌株B1514数量达到2×10⁸个的菌剂质量标准后，包装标记得本发明菌剂成品。

5、根据权利要求1所述的生防菌剂防治小麦玉米秸秆还田地块的小麦根腐病、小麦全蚀病、小麦纹枯病、玉米纹枯病和玉米茎基腐病的应用。

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