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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:

  1. 直接宏观和微观观察病原体

  2. 病原体的分离

  3. 血清学方法的使用

  4. 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—99.9%(同上)。 最常用的过滤技术是缓慢过滤,因为它的可靠性和低成本。 一般使用的过滤基材为沙子, 石棉或火花盆 (同上). 过滤效率主要取决于孔径和流量。 为了有效地作为消毒处理,需要在孔径小于 10 μm 且流速为 100 升 /msup2/sup/h 的情况下完成过滤,即使结合参数较少表现出令人满意的性能(同上)。 缓慢过滤并不能消除所有病原体;超过 90% 的有氧细菌仍留在污水中(同上)。 尽管如此,它还能抑制植物碎片、藻类、小颗粒和一些土壤传播的疾病,如 pythiumPhytophthora(效率取决于属)。 缓慢的过滤器不仅通过物理作用,而且由于拮抗微生物,也表现出微生物抑制活性,如第 14.2.3 节所述(Hong 和 Moorman 2005;Postma 等人,2008 年;Van Os 2009;Vallance 等人,2010 年)。 热处理对植物病原体非常有效。 然而,它需要在至少 10 秒内达到 95 摄氏度,以抑制所有类型的病原体,包括病毒。 这种做法会消耗大量能源,并在将经处理的水重新注入灌溉循环之前实施水冷(热交换器和过渡罐)。 此外,它的缺点是杀死所有微生物,包括有益微生物(洪和穆尔曼,2005 年;Postma 等人,2008 年;范奥斯,2009 年)。 最后一种技术,也许最应用的是紫外线消毒。20.8% 的欧盟水上生产中心从业人员使用它(比利亚罗埃尔等人,2016 年)。 紫外线辐射具有 200 至 280 纳米的波长。 它对微生物产生有害影响,直接损害 DNA。 根据病原体和水的湍流,能量剂量在 100 至 250 毫焦/CMSUP 之间变化,才能有效(Postma 等人,2008 年;范奥斯,2009 年)。

物理水处理可以消除进水中的大部分病原体,但是当系统中已经存在的时候,它们无法根除这种疾病。 物理水处理并不涵盖所有水(尤其是根部附近的常设水区),也不包括受感染的植物组织。 例如,紫外线处理通常无法抑制根腐病(Sutton 等人,2006 年)。 然而,如果物理水处理能够减少植物病原体,从理论上讲,它们也会对非病原微生物产生影响,可能对疾病抑制作用。 事实上,热和紫外线处理会产生微生物真空,而缓慢的过滤会导致污水微生物群组成的变化,从而提高疾病抑制能力(Postma 等人,2008 年;Vallance 等人,2010 年)。 尽管水培中紫外线和热处理能够消除再循环水中 90% 以上的微生物,但没有观察到疾病抑制能力的减弱。 这可能是由于经过处理的水量过少以及水在接触灌溉系统、根系和植物介质后再次污染 (同上)。

通过化学品进行水生水处理在连续应用中受到限制。 臭氧化是一种在再循环水产养殖和水培中使用的技术。 臭氧处理的优点是消除所有病原体,包括在某些条件下的病毒,并能迅速分解为氧气(洪和摩尔曼 2005 年;范奥斯 2009 年;蒂蒙斯和埃贝林 2010 年;贡萨尔维斯和加农 2011 年)。 然而,它有几个缺点。 在原水中引入臭氧会产生副产品氧化剂和大量残余氧化剂(例如对鱼类有毒的溴化合物和卤氧阴离子),例如,在返回鱼类部分之前,需要通过紫外线辐射去除(Gonçalves 和 Gagnon 2011 年审查)。 此外,臭氧处理费用昂贵,在人类接触时对粘膜具有刺激性,在浓度范围为 0.1—2.0 mg/L 时需要 1 至 30 分钟的接触时间,需要一个时间层,以完全从 OSub3/Sub 减少到 OSub2/Sub,并可氧化营养液中存在的元素,如铁螯合物,从而使它们无法用于植物(香和穆尔曼 2005;范奥斯 2009;蒂蒙斯和埃贝林 2010;贡萨尔维斯和加农 2011)。

14.3.2 生物保护方法

在水培学方面,许多科学论文回顾了使用拮抗微生物(即能够抑制其他生物)控制植物病原体的情况,但到目前为止,尚未对其用于水生物的研究进行研究。 这些拮抗微生物的作用模式是根据坎贝尔 (1989 年)), 鞭普斯 (2001 年) 和纳拉亚纳萨米 (2013 年) 分组:

  1. 竞争营养物质和壁龛

  2. 寄生

  3. 抗生素

  4. 植物耐病性的诱导

在水生系统中引入微生物的实验侧重于通过添加硝化细菌来增加硝化作用(Zou 等人,2016 年),或使用植物生长促进剂(PGPR),如巴西龙螺旋菌和芽孢杆菌,以提高植物性能(Mangmang 等人)。2014 年;芒芒等人,2015 年 a;芒芒芒等人,2015 年 b;芒芒芒等人,2015 年 c;达席尔瓦·切罗齐和菲茨西蒙斯 2016;巴泰尔梅等人,2018 年)。 现在迫切需要开展针对水生生物学中植物病原体的生物控制剂的工作,因为合成治疗治疗方法的使用受到限制、培养的高价值以及世界上水生生物系统的增加。 在这种情况下,BCA 被定义为对植物病原体产生拮抗作用的病毒、细菌和真菌(坎贝尔 1989 年;纳拉亚纳萨米 2013 年)。

一般来说,在无土系统中,采用 BCA 被认为更容易。 事实上,水培根环境比土壤更容易接近,基材的微生物群也因生物真空而不平衡。 此外,温室的环境条件可以被操纵,以满足 BCA 的增长需求。 从理论上讲,所有这些特征都可以更好地引入、建立和与水培植物的相互作用,而不是在土壤中(Paulitz 和贝朗格尔 2001 年;Postma 等人,2009 年;Vallance 等人,2010 年)。 然而,在实践中,BCA 接种控制根源病原体的有效性在无土系统中可能存在很大差异(Postma 等人,2008 年;Vallance 等人,2010 年;蒙塔涅等人,2017 年)。 其中一个解释是,BCA 的选择是基于体外试验,这些试验并不代表实际条件,随后这些微生物对水培或水生生物中使用的水生环境的适应性较弱(Postma 等人,2008 年;Vallance 等人,2010 年)。 为了控制植物病原体,尤其是那些对根腐病负有责任的病原体,需要选择和鉴定水生系统中所涉及的微生物,这些微生物对植物病原体具有抑制作用。 在无土培养中,可以采摘几种拮抗微生物,因为它们的生物周期与根病原体相似,或者它们在水性条件下生长的能力。 这种情况就是非病原菌和细菌,其中假单胞菌、_ 芽孢杆菌 _ 和溶菌杆菌在文献中的代表性最大(保利茨和贝朗格 2001 年;汗等人,2003 年;查特顿等人,2004 年;Folman 等人,2004 年;Sutton 等人;2007 年;波斯特马等2008 年;波斯特马等人,2009 年;瓦伦斯等人,2010 年;索弗尔和萨顿 2011 年;胡尔特贝格等人;2011 年;李和李 2015 年;马丁和洛珀 1999 年;莫鲁齐等人;2017 年;通卡姆和贾纳克索恩,2017 年)。 还研究了直接添加一些微生物代谢物,如生物表面活性剂(斯坦格利尼和米勒,1997 年;尼尔森等人,2006 年;尼尔森等人,2006 年)。 虽然一些微生物能够有效地控制根源病原体,但还有其他问题需要克服才能产生生物杀虫剂。 主要挑战是确定接种手段、接种密度、产品配方(Montagne 等人,2017 年)、以低成本生产足够数量的方法以及配方产品的储存。 对鱼类和生物有益微生物系统中的生态毒理学研究也是一个重要的问题。 另一种可以利用的可能性是使用一系列拮抗剂,如抑制土壤技术中所观察到的(斯帕达罗和古利诺,2005 年;Vallance 等人,2010 年)。 事实上,微生物可以发挥协同作用,也可以采用互补的行动模式(同上)。 添加修正案还可以通过充当益生元来增强 BCA 的潜力(见 [Sect.14.4](/社区/文章/14-4-生物控制物-活动在水生生物系统中的作用))。


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