甜菜褐斑病研究進(jìn)展及防治措施

孫博微,吳則東

(黑龍江大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與生態(tài)環(huán)境學(xué)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(yǎng)物質(zhì)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(guī)則球形;花期5-6月,果期7月。甜菜原產(chǎn)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(jīng)濟(jì)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(jī)質(zhì)含量高,團(tuán)粒結(jié)構(gòu)好,土質(zhì)松軟,有利于甜菜根系的發(fā)育,所以黑龍江省是我國糖用甜菜的主產(chǎn)區(qū)之一。栽培甜菜根據(jù)用途不同,現(xiàn)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(jié)構(gòu)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(chǎn)量都會產(chǎn)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(qū)均有發(fā)生,西歐、中歐、巴爾干和美國的中、西部地區(qū)分布最廣,危害最重;在我國各甜菜產(chǎn)區(qū)均有發(fā)生,是我國東北、西北、華北三大甜菜產(chǎn)區(qū)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(fā)病原因和研究進(jìn)展進(jìn)行分析并得出結(jié)論,在了解甜菜褐斑病的研究現(xiàn)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(dǎo)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(qū),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(yán)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(chǎn)生褐色小斑點(diǎn),隨后初期的病變組織枯死,斑點(diǎn)中間呈灰棕色至銀灰色,末期斑點(diǎn)會漸漸變大成3 mm左右的紅棕色邊的圓形病斑,明顯區(qū)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(diǎn)上可發(fā)現(xiàn)甜菜尾孢菌的分生孢子及分生孢子載體。與其他導(dǎo)致甜菜患病的真菌不同,甜菜尾孢菌會優(yōu)先從患病部位由內(nèi)到外入侵,使得甜菜葉片的壞死[12]。甜菜尾孢菌進(jìn)入甜菜體內(nèi)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(fā)生腐爛,病變的葉片部位會有眾多斑點(diǎn)帶紅色或棕色的圓環(huán),硬實(shí)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(diǎn)逐漸擴(kuò)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(fā)病規(guī)律

甜菜褐斑病在我國各甜菜產(chǎn)區(qū)均有發(fā)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(yán)重時導(dǎo)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(fā)病時間一般從7月初持續(xù)到9月中下旬[15]。感染病害后可導(dǎo)致甜菜根產(chǎn)量降低10%-20%,含糖率大幅度下降,嚴(yán)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(zhì)中,其可以通過分生孢子進(jìn)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(jìn)入葉片內(nèi)部后,尾孢菌會破壞葉片細(xì)胞的細(xì)胞壁,并在這些薄壁組織結(jié)構(gòu)中增殖,并在細(xì)胞間生長產(chǎn)生毒素,導(dǎo)致細(xì)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(fā)出新葉會使生長點(diǎn)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(fā)育的場所,等待下一次利用風(fēng)雨傳播再次侵染其他甜菜,進(jìn)而造成甜菜大面積患病[19]。

3 甜菜褐斑病的研究進(jìn)展

傅淑云等[20]分別從不同培養(yǎng)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(jìn)行了系統(tǒng)的論述,得出了褐斑病的傳播與高溫多濕有著密切的關(guān)系。在甜菜褐斑病現(xiàn)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(jìn)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(jié)構(gòu)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(shí)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(huán)唑以及氟硅唑這三種殺菌劑的敏感性,最后發(fā)現(xiàn)甜菜尾孢菌已經(jīng)對這些殺菌劑出現(xiàn)了一定程度的敏感性下降或抗藥性現(xiàn)象。劉宇[22]則通過對甜菜葉片細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)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(jìn)行了詳細(xì)的轉(zhuǎn)錄組分析,得出植物激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、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(guān)聯(lián)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(yán)重程度[23]。從遺傳學(xué)上來看,通過發(fā)現(xiàn)分析真菌病害抗性基因,對抗病基因進(jìn)行克隆培育出品質(zhì)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(zhì)的細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)觀察,著重研究了存在抗褐斑病基因的種質(zhì)細(xì)胞與患病的種質(zhì)細(xì)胞之間細(xì)胞結(jié)構(gòu)的區(qū)別,結(jié)果表明患病細(xì)胞內(nèi)部各結(jié)構(gòu)均發(fā)生變形,而抗病細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)相對完整。劉大麗等[25]利用RT-PCR 技術(shù),分別對AtChitinase1和AtGlucanase2這兩類抗褐斑病基因的功能域進(jìn)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(shí)基礎(chǔ)。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(guān)系,可以準(zhǔn)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(shù)等氣象因素與甜菜褐斑病病情的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)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(shù)在整個病害發(fā)展過程中關(guān)系較小,但在特定條件下非常容易導(dǎo)致病害的迅速傳播。喬志文[28]為了摸清甜菜褐斑病發(fā)生與時間因素的關(guān)系,采用田間定期調(diào)查甜菜褐斑病病情指數(shù)的方法,調(diào)查近年來各個時間段不同因素對病情指數(shù)的影響,得出了甜菜褐斑病病情發(fā)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(jié)論。喬志文等[29]調(diào)查了黑龍江省10個地區(qū)的甜菜褐斑病病情指數(shù),為以后找尋不同地區(qū)所適應(yīng)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(guān)研究中,以甜菜褐斑病的發(fā)生及防治占絕大多數(shù),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(nóng)業(yè)防治、生物防治以及化學(xué)防治。

3.4.1 選取種植抗病品種

在世界上所有褐斑病經(jīng)常發(fā)生的國家絕大多數(shù)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(jīng)濟(jì)效益,而且可以避免或減輕因使用化學(xué)藥劑而造成的殘毒和環(huán)境污染問題。由于目前還沒有研發(fā)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(chǎn)量的一個重要因素,正是因?yàn)榕嘤鸩丝购职卟∑贩N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(shù),選取5種不同感病性的甜菜進(jìn)行田間抗病試驗(yàn),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(yōu)良甜菜品種,對15種商用甜菜的褐斑病病情指數(shù)、含糖率進(jìn)行調(diào)查測定,結(jié)果表明,KWS1197的甜菜品種具有抗病性強(qiáng)、含糖率高等特點(diǎn)。

3.4.2 農(nóng)業(yè)防治

農(nóng)業(yè)防治措施在絕大多數(shù)情況下是結(jié)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(nóng)業(yè)防治與其他防治措施具有良好的可協(xié)調(diào)性,農(nóng)業(yè)防治與化學(xué)防治或生物防治的矛盾較小,易互相配合達(dá)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(fā)病條件以及防治措施等這四方面對甜菜褐斑病進(jìn)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(nóng)業(yè)防治上實(shí)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(shù)量。潘海光等[35]對甜菜褐斑病的現(xiàn)狀進(jìn)行了研究發(fā)現(xiàn)適當(dāng)晚播可以推遲發(fā)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(fā)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(biāo)病害的一種方法。其簡單、高效、對環(huán)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(yīng)武等[36]研究發(fā)現(xiàn),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(jìn)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(jìn)行分光光度測定,研究殼聚糖(CHT)以及抗性誘導(dǎo)劑(ASM)對甜菜褐斑病的防治效果,研究表明當(dāng)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(yán)重程度,同時1 mg/mL的殼聚糖能強(qiáng)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(dǎo)劑在50 mg/mL的濃度下可以增強(qiáng)對病害的控制。

3.4.4 化學(xué)防治

由于甜菜高度抗病品種的產(chǎn)量、含糖率和總的經(jīng)濟(jì)效益比較低,高產(chǎn)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(fā)生嚴(yán)重的地區(qū),化學(xué)防治是目前防治甜菜褐斑病、提高經(jīng)濟(jì)效益最有效的方法。被廣泛應(yīng)用于防治甜菜褐斑病的化學(xué)藥劑可分為二硫代氨基甲酸鹽類[38]、有機(jī)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(huán)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(yàn),發(fā)現(xiàn)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(dá)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(jìn)行試驗(yàn)對比處理。采用全面調(diào)查法,進(jìn)行全區(qū)逐株調(diào)查,每次施藥前通過觀察植株病狀參照病情分級調(diào)查甜菜褐斑病的病情指數(shù)和防治效果,最后分別從藥劑噴灑次數(shù)以及施藥間隔來分析,得出噴藥次數(shù)在4次以內(nèi),施藥間隔時期為3周時防治效果最好。

4 討論與結(jié)論

本文主要分析了甜菜褐斑病的發(fā)病癥狀及規(guī)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(jìn)展進(jìn)行了總結(jié),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(xué)藥劑篩選領(lǐng)域的研究居多。化學(xué)藥物防治仍然是當(dāng)今甜菜褐斑病防治主要的手段,化學(xué)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(dāng)或用量過多還會導(dǎo)致污染環(huán)境以及甜菜自身的農(nóng)藥殘留超標(biāo),長期單一的使用一種或少數(shù)幾種殺菌劑還會導(dǎo)致病原菌產(chǎn)生抗藥性。因此在化學(xué)防治的時候要把握藥劑的使用,適時進(jìn)行抗藥水平監(jiān)測以制定合理的用藥方案,同時注意與其他不同作用機(jī)制的殺菌劑交替使用或合理混配,以達(dá)到有效防治病害以及延緩病原菌抗藥性發(fā)生與發(fā)展的目的。

同時通過研究發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的抗病育種用時長,分子標(biāo)記技術(shù)的應(yīng)用將顯著提高育種效率。分子標(biāo)記輔助選擇是通過分子標(biāo)記手段實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)基因快速篩選的育種新方法,進(jìn)行深入研究有關(guān)甜菜分子標(biāo)記輔助育種的工作并加入化學(xué)藥劑的篩選和檢測的研究能夠?qū)Ψ乐翁鸩撕职卟∑鸬街陵P(guān)重要的作用。