甜菜褐斑病研究進展及防治措施

孫博微,吳則東

(黑龍江大學現代農業與生態環境學院,哈爾濱 150080)

0 引言

糖甜菜(BetavulgarisL.)是莧科、甜菜屬的二年生草本植物,營養物質豐富[1]。糖甜菜全株光滑無毛;根肥大;基生葉大,莖生葉較小;花小,兩性;單胚種子扁平,雙凸鏡狀,多胚種子為不規則球形;花期5-6月,果期7月。甜菜原產于歐洲西部和南部沿海,從瑞典移植到地中海沿岸,中國的糖用甜菜種植起始于1906年,是我國主要的經濟作物,糖用甜菜主要種植在中國的東北、華北和西北等地[2]。由于黑龍江省的土壤有機質含量高,團粒結構好,土質松軟,有利于甜菜根系的發育,所以黑龍江省是我國糖用甜菜的主產區之一。栽培甜菜根據用途不同,現在種植的甜菜類型主要有糖用甜菜、飼用甜菜、葉用甜菜和食用甜菜等[3]。隨著中國人口的增加以及居民飲食結構的改變,糖用甜菜作為重要的榨糖原料,需求量也在逐年增多[4]。

甜菜病害對甜菜的含糖率和塊根產量都會產生影響,甜菜病害的類型主要有兩種,一是病毒病害,較常見的是叢根病、黃化毒病和曲頂病;二是真菌性病害,主要有褐斑病、葉斑病、霜霉病和根腐病[5]。其中甜菜褐斑病在世界各甜菜種植區均有發生,西歐、中歐、巴爾干和美國的中、西部地區分布最廣,危害最重;在我國各甜菜產區均有發生,是我國東北、西北、華北三大甜菜產區的主要病害[6]。為此研究并防治甜菜褐斑病尤為重要,本文通過對甜菜褐斑病的發病原因和研究進展進行分析并得出結論,在了解甜菜褐斑病的研究現狀后提出未來對于褐斑病研究的展望。

1 甜菜褐斑病的癥狀識別

甜菜褐斑病(Cercosporaleafspot)是通過甜菜尾孢菌(Cercosporabeticola)侵染甜菜后所導致的甜菜真菌病害。甜菜褐斑病主要分布在種植甜菜的潮濕溫帶地區,它在希臘、意大利北部、西班牙北部、南斯拉夫、奧地利、法國南部、日本、中國、密歇根州(美國)和其他地方造成了特別嚴重的破壞[7]。甜菜尾孢菌是真菌界、半知菌亞門、不完全菌綱、叢梗孢目、尾孢科、甜菜尾孢菌屬[8]。由甜菜尾孢菌引起的甜菜褐斑病癥狀初期是在葉片上產生褐色小斑點,隨后初期的病變組織枯死,斑點中間呈灰棕色至銀灰色,末期斑點會漸漸變大成3 mm左右的紅棕色邊的圓形病斑,明顯區別于健康的組織[9-11]。在病斑上,有時會有白黃色的覆蓋,而在病斑的黑色小點上可發現甜菜尾孢菌的分生孢子及分生孢子載體。與其他導致甜菜患病的真菌不同,甜菜尾孢菌會優先從患病部位由內到外入侵,使得甜菜葉片的壞死[12]。甜菜尾孢菌進入甜菜體內后,一開始的時候甜菜組織上沒有任何變化,隨著甜菜尾孢菌的侵入,甜菜組織發生腐爛,病變的葉片部位會有眾多斑點帶紅色或棕色的圓環,硬實不會脫落,隨著病變部位的組織潰爛及植物毒素的影響會使斑點逐漸擴大,病斑逐漸連成一片,最后使葉片的脫落[13]。

2 甜菜褐斑病發病規律

甜菜褐斑病在我國各甜菜產區均有發生,主要可侵染甜菜的葉柄、葉片和種球,病斑常連成大片,降低植株的光合作用,影響塊莖的增大和糖分的積累,嚴重時導致植株死亡。通常情況下甜菜在溫度二十度、濕度七成以上更容易感染甜菜褐斑病[14]。在黑龍江省褐斑病的發病時間一般從7月初持續到9月中下旬[15]。感染病害后可導致甜菜根產量降低10%-20%,含糖率大幅度下降,嚴重時葉片全部枯死,造成整個田塊絕收[16]。甜菜尾孢菌主要留存在患病葉片的基質中,其可以通過分生孢子進行侵染,分生孢子可以通過開放的氣孔侵入葉的薄壁組織,在通過氣孔進入葉片內部后,尾孢菌會破壞葉片細胞的細胞壁,并在這些薄壁組織結構中增殖,并在細胞間生長產生毒素,導致細胞壞死[17-18]。壞死的葉片又會掉落并覆于土表,干枯的葉柄還附于植株上,外圍葉片死亡后發出新葉會使生長點上移形成菠蘿形根冠部,隨著時間的推移帶有甜菜尾孢菌的葉片以及根冠部被埋入土中,會成為分生孢子發育的場所,等待下一次利用風雨傳播再次侵染其他甜菜,進而造成甜菜大面積患病[19]。

3 甜菜褐斑病的研究進展

傅淑云等[20]分別從不同培養基、溫度、酸度以及病菌越冬后土壤厚度和越冬場所對甜菜褐斑病的影響進行了系統的論述,得出了褐斑病的傳播與高溫多濕有著密切的關系。在甜菜褐斑病現有的研究來看,主要還是以甜菜褐斑病的防治為主要研究方向,以下將分為甜菜褐斑病抗病菌分析、甜菜抗褐斑病基因的分析、外界因素影響甜菜褐斑病情況以及甜菜褐斑病的綜合防治這四個方面介紹近年來對于甜菜褐斑病的研究進展。

3.1 病原真菌的研究方法

甜菜病害中六成以上是由病原真菌引起的,其中病原真菌種類繁多,它們的結構以及侵染方式都各不相同,所以深入了解病原真菌,對于防治甜菜真菌病害具有重要的理論和實踐意義。劉梅等[21]為了測定殺菌劑對甜菜褐斑病的田間防治效果,從甜菜中提取出甜菜尾孢菌,采用菌絲生長速率法測定甜菜尾孢菌對多菌靈、苯醚甲環唑以及氟硅唑這三種殺菌劑的敏感性,最后發現甜菜尾孢菌已經對這些殺菌劑出現了一定程度的敏感性下降或抗藥性現象。劉宇[22]則通過對甜菜葉片細胞超微結構的觀察,了解了甜菜尾孢菌侵染甜菜葉片的過程,并對甜菜尾孢菌進行了詳細的轉錄組分析,得出植物激素信號轉導、苯丙素生物合成、植物與病原體的相互作用、谷胱甘肽代謝這幾種基因與甜菜抗褐斑病關聯性高。

3.2 甜菜抗褐斑病基因的分析

甜菜育種中常用的褐斑病抗性由至少4到5個基因來控制,其影響取決于感染的嚴重程度[23]。從遺傳學上來看,通過發現分析真菌病害抗性基因,對抗病基因進行克隆培育出品質好、抗性高的品種,才能從根本上防治甜菜褐斑病。丁廣洲等[24]通過抗褐斑病種質的細胞超微結構觀察,著重研究了存在抗褐斑病基因的種質細胞與患病的種質細胞之間細胞結構的區別,結果表明患病細胞內部各結構均發生變形,而抗病細胞內結構相對完整。劉大麗等[25]利用RT-PCR 技術,分別對AtChitinase1和AtGlucanase2這兩類抗褐斑病基因的功能域進行了克隆,獲得兩個抗病基因功能片段,為以后對甜菜褐斑病的遺傳研究奠定了堅實基礎。VAGHEFI等[26]通過基因鑒定來分析甜菜感染甜菜褐斑病的途徑,得出甜菜與褐斑病群體缺乏遺傳分化,種群之間存在生殖隔離,患病甜菜是傳播甜菜褐斑病的來源之一。

3.3 外界因素對甜菜褐斑病的影響

為了有效控制甜菜褐斑病,對外界因素研究是必不可少的,充分研究了解甜菜褐斑病與外界因素的關系,可以準確的制定防治策略,對防治甜菜褐斑病具有重要的意義。楊安沛等[27]通過分析溫濕度、降雨量、陰晴天數等氣象因素與甜菜褐斑病病情的關系,發現氣溫是影響該病的基本因素,氣溫平均在22度左右有利于病害的侵染,而濕度、陰晴天數在整個病害發展過程中關系較小,但在特定條件下非常容易導致病害的迅速傳播。喬志文[28]為了摸清甜菜褐斑病發生與時間因素的關系,采用田間定期調查甜菜褐斑病病情指數的方法,調查近年來各個時間段不同因素對病情指數的影響,得出了甜菜褐斑病病情發展在9月上旬處于高峰期,同時受溫度和降雨條件雙重影響的結論。喬志文等[29]調查了黑龍江省10個地區的甜菜褐斑病病情指數,為以后找尋不同地區所適應的高抗品種提供了有力支撐。

3.4 甜菜褐斑病的綜合防治

甜菜褐斑病的相關研究中,以甜菜褐斑病的發生及防治占絕大多數,甜菜褐斑病是由甜菜尾孢菌引起的真菌性病害,在防治方面上也很難完全遏制病害。主要的防治方法分為選取種植抗病品種、農業防治、生物防治以及化學防治。

3.4.1 選取種植抗病品種

在世界上所有褐斑病經常發生的國家絕大多數都在培育甜菜抗褐斑病品種[30]。選取種植抗病品種同樣不僅有較高的經濟效益,而且可以避免或減輕因使用化學藥劑而造成的殘毒和環境污染問題。由于目前還沒有研發出不受褐斑病病害侵染的品種,甜菜褐斑病仍然是影響甜菜含糖率和塊根產量的一個重要因素,正是因為培育甜菜抗褐斑病品種的過程中很難保證甜菜的抗病性和含糖率成正比,在遺傳單胚雜交中,雜交種通常比其多代母本更易感染甜菜褐斑病[31]。LEUCKER等[32]利用高光譜成像技術,選取5種不同感病性的甜菜進行田間抗病試驗,來觀察各甜菜的患病程度。喬志文[33]為了選取高抗褐斑病性的優良甜菜品種,對15種商用甜菜的褐斑病病情指數、含糖率進行調查測定,結果表明,KWS1197的甜菜品種具有抗病性強、含糖率高等特點。

3.4.2 農業防治

農業防治措施在絕大多數情況下是結合耕作栽培管理措施來防治病害,通過改變土壤的透氣性、肥力以及播種時間等來防治甜菜褐斑病。農業防治與其他防治措施具有良好的可協調性,農業防治與化學防治或生物防治的矛盾較小,易互相配合達到更好的防治效果。例如戴繼宇[34]分別從甜菜褐斑病的癥狀、病原菌的傳播和侵染、發病條件以及防治措施等這四方面對甜菜褐斑病進行了淺要解析,得出由于地方差異較大防治甜菜褐斑病的措施要因地制宜,農業防治上實行4年以上輪作,及時清理殘株病葉可有效減少土壤中的病菌數量。潘海光等[35]對甜菜褐斑病的現狀進行了研究發現適當晚播可以推遲發病時期和減輕損失,及時疏松土壤,合理施肥,可以提高植株抗病能力,減輕甜菜褐斑病的發生。

3.4.3 生物防治

生物防治是利用生物間的拮抗作用防治目標病害的一種方法。其簡單、高效、對環境友好且對病害的控制成本較低,是病害防治的綠色良藥。史應武等[36]研究發現,多粘芽孢桿菌對甜菜褐斑病有抑制作用,且對甜菜的生長有促進作用。RICARDO等[37]通過對接種后不同時間段采集的葉片樣本中進行分光光度測定,研究殼聚糖(CHT)以及抗性誘導劑(ASM)對甜菜褐斑病的防治效果,研究表明當甜菜噴灑一定濃度的殼聚糖時,可有效降低甜菜褐斑病的嚴重程度,同時1 mg/mL的殼聚糖能強烈抑制甜菜褐斑病的生長,更高濃度的殼聚糖對菌絲生長的抑制并無改善,抗性誘導劑在50 mg/mL的濃度下可以增強對病害的控制。

3.4.4 化學防治

由于甜菜高度抗病品種的產量、含糖率和總的經濟效益比較低,高產和高糖的品種仍是主要的種植品種,但這些品種普遍抗褐斑病的能力有限,在褐斑病發生嚴重的地區,化學防治是目前防治甜菜褐斑病、提高經濟效益最有效的方法。被廣泛應用于防治甜菜褐斑病的化學藥劑可分為二硫代氨基甲酸鹽類[38]、有機錫類[39]、苯并咪唑類[40-41]、甾醇脫甲基化酶抑制劑類[42-44]、甲氧基丙烯酸類[45]等5類,代表性藥劑分別為代森錳鋅、三苯基乙酸錫、多菌靈、苯醚甲環唑、吡唑醚菌酯[46-47]。

李艷麗等[48]通過不同藥劑不同濃度的田間對比試驗,發現不同種類不同濃度的殺菌劑對甜菜褐斑病均有一定抑制作用,防治甜菜褐斑病效果最好的殺菌劑是甲基硫菌靈與吡唑醚菌酯,防效分別達到最高的75.36%,74.13%。喬志文等[49]通過選用不同種類不同濃度配比的殺菌藥劑來進行試驗對比處理。采用全面調查法,進行全區逐株調查,每次施藥前通過觀察植株病狀參照病情分級調查甜菜褐斑病的病情指數和防治效果,最后分別從藥劑噴灑次數以及施藥間隔來分析,得出噴藥次數在4次以內,施藥間隔時期為3周時防治效果最好。

4 討論與結論

本文主要分析了甜菜褐斑病的發病癥狀及規律,從病原真菌的研究方法、甜菜抗褐斑病基因的分析、外界因素對甜菜褐斑病的影響以及甜菜褐斑病綜合防治4個方面對甜菜褐斑病研究進展進行了總結,目前對甜菜褐斑病的防治措施中主要以選取種植抗病品種以及化學藥劑篩選領域的研究居多?；瘜W藥物防治仍然是當今甜菜褐斑病防治主要的手段,化學藥劑雖然有著無法比擬的防治效果,但防治過程中操作不當或用量過多還會導致污染環境以及甜菜自身的農藥殘留超標,長期單一的使用一種或少數幾種殺菌劑還會導致病原菌產生抗藥性。因此在化學防治的時候要把握藥劑的使用,適時進行抗藥水平監測以制定合理的用藥方案,同時注意與其他不同作用機制的殺菌劑交替使用或合理混配,以達到有效防治病害以及延緩病原菌抗藥性發生與發展的目的。

同時通過研究發現傳統的抗病育種用時長,分子標記技術的應用將顯著提高育種效率。分子標記輔助選擇是通過分子標記手段實現對目標基因快速篩選的育種新方法,進行深入研究有關甜菜分子標記輔助育種的工作并加入化學藥劑的篩選和檢測的研究能夠對防治甜菜褐斑病起到至關重要的作用。