第十四章水生植物病原体及控制策略
14.5 结论和今后的考虑
本章旨在首次报告水生物中发生的植物病原体，回顾控制这些病原体的实际方法和未来的可能性。 每种策略都有优点和缺点，必须根据每种情况进行彻底的设计。 然而，目前联合水生系统中的治疗方法仍然有限，必须找到新的控制视角。 幸运的是，可以考虑在水培学中已经观察到的水培系统（例如植物培养基、水和慢过滤器）的抑制性。 此外，与使用有机肥料、有机植物介质或有机添加物的无土培养系统相比，系统中存在有机物是一个令人鼓舞的因素。 今后，似乎必须调查这种抑制行动，然后查明负责任的微生物或微生物联合集团并确定其特性。 根据这些结果，可以设想若干战略来提高植物抗病原体的能力。 第一个是通过养护进行生物控制，这意味着通过操纵和管理水的成分 (例如 C/N 比率、营养物质和气体) 和参数 (例如 pH 值和温度)，有利于有益的微生物。 但是，首先需要确定这些影响因素。 这种自营养和异养细菌的管理对于维持良好的硝化和保持鱼类健康也至关重要。 第二个战略是增强生物控制，通过增加释放已存在于系统中的大量有益微生物（防止方法）或少量但及时重复（接种方法）。 但是，应该实现水生 BCA 的事先鉴定和乘法。 第三种策略是输入，即引入一种通常不存在于系统中的新微生物。 在这种情况下，需要选择适应和安全的微生物，以适应水生环境。 对于最后两种策略，必须根据所需的目标考虑系统中的接种位置。 可以增强微生物活性的场所包括再循环水、根际 (包括植物培养基)、生物过滤器 (例如在已经测试过 BCA 添加的慢砂过滤器中) 和树叶层 (即空中植物部分)。 无论采取何种战略，最终目标都应该是领导微生物群落提供一个稳定、生态平衡的微生物环境，使植物和鱼类都能得到良好的生产。 总之，遵循综合植物害虫管理（IPM）的要求是正确管理系统并避免植物疾病的发展和蔓延的必要条件（Bittsanszky 等人，2015 年；Nemethy 等人，2016 年）。 IPM 的原则是在达到经济损害水平时，作为最后手段使用化学杀虫剂或其他制剂。 因此，病原体的控制必须首先基于物理和生物方法 (上文所述)、这些方法的结合以及疾病的有效检测和监测 (欧洲议会，2009 年)。
· Aquaponics Food Production Systems14.4 有机物在水生系统生物控制活动中的作用
在 [第 14.2.3 节](/社区/物品 /14-2-微生物-水生生物 #1423-有益-微生物-水生生物-微生物–可能性) 中, 提出了水生子系统的抑制性. 如前所述，主要假设与水培系统相关。 然而，第二个假设存在，这与系统中存在有机物有关。 有机物可以推动更加平衡的微生物生态系统，包括不太适合植物病原体的拮抗剂（Rakocy 2012）。 在水生物中，有机物来自供水、未食用的饲料、鱼粪、有机植物基质、微生物活性、根系渗出物和植物残留物（Waechter-Kristensen 等人，1997 年；Naylor 等人，1999 年；Waechter-克里斯滕森等人，1999 年）。 在这种系统中，异养细菌是能够将有机物作为碳和能量来源的生物体，通常以碳水化合物、氨基酸、肽或脂类的形式（Sharrer 等人，2005 年；Willey 等人，2008 年；Wipps，2001 年）。 在再循环水产养殖（RAS）中，它们主要放在生物过滤器中，并消耗被困在其中的有机颗粒（Leonard 等人，2000 年；Leonard 等人，2002 年）。 然而，异养细菌的另一个有机碳来源是腐殖物质，作为溶解的有机物，造成水的黄褐色色变色（Leonard 等人引述的武田和清野 1990 年，2002 年；平山等人，1988 年）。 在土壤和水耕中，腐殖酸可以刺激植物生长，并在非生物胁迫条件下维持植物（Bohme 1999；du Jardin 2015）。 水中的蛋白质可被植物用作替代氮源，从而提高其生长和抗病原体性（Adamczyk 等人，2010 年）。 在再循环水中，自由生存的异养细菌的丰富性与生物可用性有机碳和碳氮比例（C/N）相关（Leonard 等人，2000 年；Leonard 等人，2002 年；Michaud 等人，2006 年；Attramadal 等人，2012 年）。 在生物过滤器中，C/N 比率的增加增加了异养细菌的丰度，而牺牲了负责硝化过程的自营养细菌的数量（Michaud 等人，2006 年；Michaud 等人，2014 年）。 正如所暗示的那样，异养微生物可能对系统产生负面影响，因为它们与自营细菌（例如硝化细菌）竞争空间和氧气。 其中一些是植物或鱼类病原体，或造成鱼类中的异味（1970 年昌浩；丰克-詹森和霍肯赫尔 1983 年；琼斯等人，1991 年；伦纳德等人。2002 年；诺盖拉等人，2002 年；米绍等人，2006 年；穆克基，菲普斯，2001 年；兰格瓦和弗德海姆德海姆德海姆德海姆德海姆德海姆德，2015 年）。 然而，参与该系统的异养微生物也可能是阳性的（Wipps 2001；Mukerji 2006）。 在水培中使用有机肥料或有机无土培养基进行的一些研究表明，居住的微生物群能够控制植物疾病的有趣效果（Montagne 等人，2015 年）。 所有有机基材都有自己的物理化学特性。 因此，培养基的特征将影响微生物的丰富性和功能。 因此，选择特定的植物培养基可能会影响微生物的发育，从而对病原体产生抑制作用（蒙塔涅等人，2015 年；Grunert 等人，2016 年；蒙塔涅等人，2017 年）。 与有机碳有关的病原体抑制的另一种可能性是在水培中使用有机添加物（Maher 等人，2008 年；Vallance 等人，2010 年）。 通过在土壤中常用的无土介质中添加堆肥，预计会产生抑制效果（Maher 等人，2008 年）。 另一种可能性是，如 Pagliaccia 等人（2007 年）和 Pagliaccia 等人（2008 年）所报告的，通过添加一些配方的碳来源（例如硝吡啶基产品）来增强或维持某种特定的微生物，例如假单胞菌 _ 种群。 有机无土培养物的出现也突出表明有益微生物对植物病原体的参与，这些病原体得到使用有机肥料的支持。 藤原等人（2013 年）、钦塔等人（2014 年）和钦塔等人（2015 年）报告说，用玉米陡液进行施肥有助于控制牛孢菌株。 生菜上的奶粉和白葡萄糖中的白葡萄酒和生菜上的 在番茄植物上的自由基-溶液杀菌剂。 即使几乎不建议用于水生生物，1 克/升的鱼基可溶性肥料（筱原等人，2011 年）抑制了由水培中产生的番茄细菌枯萎（Fujiwara 等人，2012 年）。
· Aquaponics Food Production Systems14.3 保护植物免受水生物中病原体的影响
目前，操作耦合系统的水生从业者在植物疾病发生时相对无助，尤其是在根源病原体的情况下。 没有专门开发出用于水生物的农药或生物杀虫剂（拉科奇 2007 年；拉科奇 2012 年；萨默维尔等人，2014 年；比特桑什基等人，2015 年；西拉科夫等人，2016 年）。 简言之，仍然缺乏治疗方法。 只有 Somerville 等人（2014 年）列出了可用于对抗水生物中真菌的无机化合物。 无论如何，必须对引起疾病的病原体进行适当诊断，以确定治疗措施的目标。 这种诊断需要在观察能力、植物病原体周期的了解和情况分析方面具有良好的专业知识。 然而，在通用（非特定）症状的情况下，并取决于所需的准确性程度，通常需要使用实验室技术来验证有关因果因素的假设（Lepoivre 2003）。 Postma 等人（2008 年）回顾了在水培中检测植物病原体的不同方法，并确定了四组： 直接宏观和微观观察病原体 病原体的分离 血清学方法的使用 分子方法的使用 #14.3.1 非生物保护方法 控制植物病原体的良好农业做法是旨在限制农作物疾病的各种行动（粮农组织，2008 年）。 可转用于水生动物的 GAP 基本上是非治疗性物理或种植做法，可以分为预防措施和水处理。 ** 预防措施 ** 预防措施有两个截然不同的目的。 第一个方法是避免病原体接种进入系统，第二个方法是限制 (一) 植物感染，(二) 发育和 (三) 病原体在生长期的传播。 旨在避免初次接种进入温室的预防措施包括：休假期、特定的卫生房间、室内卫生设施 (例如清除植物碎片和表面消毒)、特定衣服、认证种子、植物发芽和物理障碍（防止昆虫媒介）（斯坦格利尼和拉斯穆森 1994 年；贾维斯 1992 年；阿尔巴杰斯等人。2002 年；萨默维尔等人，2014 年；帕尔瓦塔·雷迪 2016）。 第二类预防措施使用的最重要做法包括：使用耐药性植物品种、工具消毒、避免植物非生物应力、良好的植物间隔、避免藻类发育和环境条件管理。 最后一项措施，即环境条件管理，是指控制所有温室参数，以便通过干预疾病的生物循环来避免或限制疾病 (同上)。 一般来说，在大型温室结构中，计算机软件和算法用于计算最佳参数，从而实现植物生产和疾病控制。 测量的参数除其他外包括温度 (空气和营养液)、湿度、蒸汽压力缺陷、风速、露水概率、叶片湿度和通风 (同上)。 从业人员通过操纵加热、通风、遮光、灯光补充、冷却和雾气这些参数（同上）。 ** 水处理 ** 可利用物理水处理来控制潜在的水病原体。 过滤（孔径小于 10 微米）、热和紫外线处理是消除病原体而不会对鱼类和植物健康产生有害影响的最有效的方法之一（Ehret 等人，2001 年；Hong 和 Moorman 2005；Postma 等人，2008 年；范奥斯 2009 年；蒂蒙斯和埃贝林 2010 年）。 这些技术可以通过减少灌溉系统的疫苗、病原体的数量及其增殖阶段来控制疾病的爆发 (同上)。 物理消毒将水病原体降低到一定水平，具体取决于治疗的侵略性。 一般来说，热和紫外线消毒的目标是将初始微生物数量减少 90—99.
· Aquaponics Food Production Systems14.2 水生物中的微生物
微生物存在于整个水生系统中，并在该系统中发挥关键作用。 因此，它们被发现在鱼，过滤（机械和生物）和作物部分。 通常，微生物群（即某一特定环境的微生物）的特征是在循环水、周期植物、植物（根际、树叶层和果实表面）、生物过滤器、鱼饲料、鱼肠和鱼粪上进行的。 到目前为止，在水生物学方面，大多数微生物研究都侧重于硝化细菌（Schmautz 等人，2017 年）。 因此，目前的趋势是利用现代测序技术确定系统所有隔层中的微生物的特征。 Schmautz 等人（2017 年）确定了该系统不同部分的微生物组成，而 Munguia-Fragozo 等人（2015 年）则提供了如何利用尖端技术从分类学和功能角度对水生菌群进行表征的观点。 在以下小节中，重点将仅放在与水生系统中植物相互作用的微生物作用的微生物上，成为植物有益的微生物和植物病原微生物。 #14.2.1 植物病原体 在水生系统中发生的植物病原体理论上是无土系统中常见的病原体。 水栽培和水培植物培养的一个特殊性是水在系统中的持续存在。 这种雪茄/水生环境适合几乎所有植物致病真菌或细菌。 对于根源病原体而言，一些特别适应这些疾病，如属于母细菌分类群的伪真菌（例如，由 phithium_ spp. 和 Phytophthora spp. 引起的根腐病），它们能够产生一种称为动物孢子的运动形式。 这些动物孢子能够在液体水中积极移动，因此能够极快地扩散到整个系统。 一旦植物被感染，该疾病就会迅速蔓延到系统，特别是因为水的再循环（贾维斯 1992 年；洪和穆尔曼 2005 年；萨顿等人，2006 年；波斯特马等人，2008 年；瓦伦斯等人，2010 年；拉科奇 2012 年；罗斯伯格 2014 年；萨默维尔等人，2014 年）。 虽然燕麦是根病期间检测到的最常见的病原体之一，但它们往往与其他病原体形成复合物。 一些镰刀菌物种（存在着很适合水生环境的物种）或属的物种 — — 根茎 — — 和 — 泰拉维病 — — 可作为这些复合物的一部分，也可能自身造成重大损害（Paulitz 和 Bélanger 2001；Hong 和 Moorman，2005 年；Postma等人，2008 年；瓦伦斯等人，2010 年）。 其他真菌属，如黄霉菌和地霉菌，但也有细菌，如 Lalstonia，___xhanomonas _，_菌 _ 和 _ 假单胞菌 ，以及病毒（如番茄马赛克、黄瓜拼接、甜瓜坏死斑病毒、生菜病毒和烟草病毒）在水培中检测或灌溉用水, 造成船只, 茎, 叶或果实损害 (贾维斯, 1992 年; 洪和穆尔曼, 2005 年).
· Aquaponics Food Production Systems14.1 导言
如今，水生系统是众多研究工作的核心，旨在更好地了解这些系统，并应对粮食生产可持续性方面的新挑战（Goddek 等人，2015 年；Villarroel 等人，2016 年）。 标题中提及 “水生” 或衍生术语的出版物的累计数量由 2008 年初的 12 份增至 2018 年的 215 份（2018 年 1 月斯科普斯数据库研究结果）。 尽管论文数量越来越多，研究主题涉及大量领域，但仍然缺少一个关键点，即植物害虫管理（Stouvenakers 等人，2017 年）。 根据对欧盟 Aquaponic 中心成员的调查，只有 40% 的从业人员对害虫和植物害虫控制有一些观念（Villarroel 等人，2016 年）。 在水生动物中，这些疾病可能类似于温室结构下的水培系统中发现的疾病。 就传播而言，最有问题的病原体之一是亲水性真菌或真菌样的原体，这些原体对根部或领部疾病负有责任。 为了考虑水生学中植物病原体的控制，首先，区分耦合系统和分离系统是非常重要的。 分离系统允许鱼类和作物隔间的水分断 (见 [第 8 章](/社区/物品/第 8 章-解耦-水壶-系统)). 这种分离可以优化和更好地控制每个隔间的不同参数（例如温度、矿物或有机成分和 pH 值）（Goddek 等人，2016 年；Monsee 等人，2017 年）。 此外，如果作物单位的水不回到鱼部分，则可以允许在这里使用植物检疫处理（例如农药、生物杀虫剂和化学消毒剂）。 耦合系统建于一个循环中，水回流在系统的所有部分（见第 [5] 章（/社区/文章/第二部分-特定-水壶-技术）和 [7]（/社区/文章/第 7 章耦合-水壶-系统））。 然而，在耦合系统中，由于鱼类和有益微生物的存在，将鱼类污泥转化为植物养分，植物害虫控制更加困难。 它们的存在限制或排除了现有消毒剂和化学处理的应用。 此外，还没有专门研制用于水生动物的农药或生物杀虫剂（拉科奇等人，2006 年；拉科奇 2012 年；萨默维尔等人，2014 年；比特桑什基等人，2015 年；内梅西等人，2016 年；西拉科夫等人；2016 年）。 因此，控制措施主要以非治疗性物理做法为基础（见 [第 14.3.1 节]（/社区/物品/14-3-保护植物-水喉科病原体 #1431-非生物保护方法））（Nemethy 等人，2016 年；Stouvenakers 等人，2017 年）。
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