澳大利亞甘蔗科研與引種檢疫

王曉燕，李文鳳，黃應(yīng)昆，張榮躍，單紅麗，羅志明，尹 炯，申 科

（云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所/云南省甘蔗遺傳改良重點實驗室，開遠 661699）

甘蔗引種是一條快速、便捷利用世界各地最新育種成就，改良甘蔗品種結(jié)構(gòu)及增加遺傳資源的有效途徑[1]，但同時也增加了危險性病蟲害及雜草隨引進種苗傳入我國，對我國蔗糖產(chǎn)業(yè)造成巨大損失的潛在風(fēng)險。為加強國際合作，進一步完善甘蔗檢疫檢測技術(shù)體系，提高甘蔗檢疫技術(shù)水平，在云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院資助下，筆者于2011年8月至9月赴澳大利亞甘蔗試驗管理總局（Bureau of Sugar Experiment Stations，BSES）進行為期兩個月訪問學(xué)習(xí)。通過學(xué)習(xí)交流、蔗區(qū)考察等方式，與澳大利亞同行進行了深入交流，重點學(xué)習(xí)了澳大利亞先進的引種檢疫技術(shù)，同時進一步了解了其甘蔗產(chǎn)業(yè)及科研現(xiàn)狀和主要病害的檢疫與防控。

1 澳大利亞甘蔗產(chǎn)業(yè)概況

澳大利亞是世界上主要的蔗糖生產(chǎn)和出口國家之一，蔗糖的經(jīng)濟產(chǎn)值僅次于羊毛、小麥和牛肉，居第四位。在澳大利亞甘蔗主要集中種植在南緯16～30°的東部沿海多雨的平原和河谷地帶，從昆士蘭北部熱帶地區(qū)經(jīng)凱恩斯一直延伸到新南維爾士州的格拉夫頓，跨度約2000km；大部分的甘蔗地在距離海岸線50km以內(nèi)的地方，地勢平緩，土壤肥沃；干熱地區(qū)蔗地可實現(xiàn)全面灌溉，亞熱帶地區(qū)蔗地配有整套的灌溉設(shè)施，而濕潤蔗區(qū)則無需灌溉。按不同的氣候類型大致可以把澳大利亞蔗區(qū)分為6類，即昆士蘭的北部蔗區(qū)、波德肯蔗區(qū)、中部蔗區(qū)、南部蔗區(qū)，新南維爾士蔗區(qū)和西澳蔗區(qū)。

2010—2011榨季，澳大利亞甘蔗種植面積約為40萬hm2，因發(fā)生水災(zāi)，產(chǎn)原料蔗3350萬t，產(chǎn)糖360萬t。澳大利亞的甘蔗大多以家庭農(nóng)場為單位經(jīng)營和種植，每個甘蔗農(nóng)場的面積在30～250 hm2之間，從整地、播種、施肥、中耕、培土到收獲的甘蔗生產(chǎn)全過程都是機械化操作。在澳大利亞，新植蔗一般在8—10月份下種，宿根年限5～6年；甘蔗一般生長10～18個月才收割。成熟的甘蔗高2～4m，在6—12月之間收獲。

澳大利亞約有54萬hm2的土地可用來種植甘蔗，其中51萬hm2在昆士蘭州，3萬hm2在新南威爾士；共有蔗農(nóng)7120人，其中6550人在昆士蘭州；共有甘蔗農(nóng)場6000多個，其中4000多個甘蔗農(nóng)場位于東部沿海地區(qū)，沿海這些農(nóng)場的平均規(guī)模為100 hm2，一些農(nóng)場的規(guī)模甚至在1000 hm2以上；在昆士蘭州和新南威爾士州約有5800個農(nóng)場向27家糖廠供應(yīng)原料。澳大利亞甘蔗平均單產(chǎn)99t/hm2，平均公頃產(chǎn)糖13 t，生產(chǎn)每噸糖消耗原料蔗7.6 t。澳大利亞原料蔗收購實行按質(zhì)論價的政策，蔗農(nóng)的收入直接與他們種植的甘蔗含糖量和甘蔗產(chǎn)量及市場的糖價掛鉤。

2 澳大利亞甘蔗試驗管理總局（BSES）及其生物安全研究概況

BSES隸屬于昆士蘭州政府，主要從事甘蔗育種、甘蔗分子遺傳改良技術(shù)、農(nóng)藝栽培技術(shù)、生物安全技術(shù)（昆蟲學(xué)、病理學(xué)）、農(nóng)業(yè)工程學(xué)、技術(shù)推廣、蔗糖加工和技術(shù)服務(wù)等農(nóng)務(wù)及新品種新技術(shù)的研發(fā)和推廣工作。下設(shè)6個試驗站，其中4個為甘蔗育種試驗站，即Merringa、Burdekin、Mackay、Bundaberg，1個病理農(nóng)場（Woodford）和設(shè)在布里斯班的總部辦公室、生物技術(shù)實驗室和甘蔗檢疫溫室等。年投入經(jīng)費約2000萬澳元，主要來自糖廠、政府、糖業(yè)研究與發(fā)展協(xié)會、商業(yè)合作者和其他部門。

由于獨特的地理位置，澳大利亞政府對出入境的各種物品都有著嚴格的檢疫規(guī)定，甘蔗作為澳大利亞的主要作物之一，對進/出口甘蔗品種/材料進行檢疫檢測，避免危險性病蟲草害威脅其蔗糖業(yè)的安全生產(chǎn)有著重要意義。凡是來自于其它蔗區(qū)包括國內(nèi)的引進品種和材料，皆需在專用的檢疫溫室中進行病、蟲、草害的檢疫。BSES作為澳大利亞檢疫及檢查服務(wù)處（Australian Quarantine and Inspection Service AQIS）授權(quán)的唯一一家有著甘蔗檢疫資質(zhì)的研究機構(gòu)，主要利用ELISA、組織印跡、PCR和RT-PCR等技術(shù)對進/出口甘蔗種質(zhì)材料進行甘蔗病蟲害的檢疫檢測。

目前，除了國際種質(zhì)交換和檢疫檢測外，BSES在生物安全方面開展的研究還有：在印度尼西亞開展田間釋放寄生蜂Trichogramma spp.防治甘蔗螟蟲（Chilo spp.和Scirpophaga excerptalis）及篩選抗螟蟲品種的研究工作；分別在Bundaberg、Tully和Woodford開展甘蔗抗黑穗病、根腐病、斐濟病、花葉病和宿根矮化病的品種篩選試驗；與印度尼西亞甘蔗研究所合作，對印度尼西亞發(fā)生的甘蔗病蟲害種類進行調(diào)查，并就相應(yīng)病蟲害樣品進行診斷和檢測；針對巴布亞新幾內(nèi)亞甘蔗新病害瑞木矮化病，研究明確致病病原并建立相應(yīng)的檢疫檢測技術(shù)體系；研究并建立甘蔗霜霉病的特異性檢測技術(shù)，新檢疫性病蟲害診斷技術(shù)研究和正在構(gòu)建甘蔗螟蟲的指紋圖譜等。

3 引種檢疫情況

3.1 國際檢疫

自1999年開始，澳大利亞已從20個國家引進了528份甘蔗品種/材料，并對18個國家出口Q型品種[2]。所有甘蔗品種/材料必須得到AQIS的審批許可后，才能引進或出口。對于引進甘蔗材料來說，AQIS相關(guān)人員先對材料是否攜帶危險性昆蟲和具有明顯癥狀的病害進行觀察，如果發(fā)現(xiàn)檢疫性害蟲和病害立即對甘蔗材料進行銷毀處理，如果沒有則交由BSES在其位于布里斯班的檢疫溫室中進行兩年的檢疫監(jiān)測。引進甘蔗材料砍成單芽，于50℃溫水中處理30min后（短時間溫水處理），種于無土壤的營養(yǎng)機質(zhì)中。檢疫期間，每星期觀察甘蔗材料的病蟲害發(fā)生情況；4個月后采集葉片進行甘蔗病毒病和植原體病害 （甘蔗白葉病和草苗病）的檢測；10～12個月后采集蔗汁檢測甘蔗宿根矮化病和白條病；如果檢測和觀察到檢疫性病蟲害，立即銷毀甘蔗材料；若未檢出和觀察到檢疫性病蟲害，在第1個生長周期觀察結(jié)束后，收獲甘蔗并砍成單芽，在緩慢流動的冷水中浸泡40h再經(jīng)50℃溫水處理3h后（長時間冷水浸泡和溫水處理），進行第2個生長周期的疫情監(jiān)測，第2個生長周期疫情監(jiān)測和檢測同第1個生長周期。第2個生長周期結(jié)束后仍未檢出和觀察到檢疫性病蟲害的甘蔗材料經(jīng)AQIS審核后，就可以提供給相關(guān)的甘蔗育種項目或引種機構(gòu)研究利用。為縮短從引進到最終釋放的時間（正常需要2年），BSES經(jīng)AQIS同意后，對引進甘蔗材料的檢疫程序作了部分修改，即在第1年檢疫期結(jié)束后，對經(jīng)AQIS審核批準的無任何危險性病蟲害的甘蔗材料，進行長時間冷水浸泡和溫水處理后種植，于4個月后采集莖尖進行組織培養(yǎng)，每個甘蔗材料約擴繁200苗。這些組培苗主要用于抗病性材料篩選試驗（如甘蔗斐濟病和花葉病的抗性材料篩選）和提供給BSES的試驗站進行擴繁。本著互惠互利的原則，所有篩選出的出口材料也要在檢疫溫室中進行2個生長周期的疫情監(jiān)測，以確保出口甘蔗材料無檢疫性病蟲害，具體的檢疫程序與進口甘蔗檢疫程序基本一致。近年來，澳大利亞出口的甘蔗材料多為一些新近育成的Q型品種、老品種和甘蔗高代材料等，并且每年都要對近10個國家出口甘蔗材料。澳大利亞甘蔗主要檢疫病害及檢測方法如表1所示。

表1 澳大利亞甘蔗主要檢疫病害及檢測方法

3.2 國內(nèi)檢疫

昆士蘭州是澳大利亞蔗糖生產(chǎn)的主要地區(qū)，其植蔗面積和產(chǎn)糖量占全國的93%和95%。作為最大的甘蔗種植區(qū)，依據(jù)病害發(fā)生情況，昆士蘭州共劃分為8個甘蔗病害檢疫區(qū)，即遠北區(qū)（PQA 1）、科恩-卡德威爾區(qū)（PQA 2）、卡德威爾-湯斯維爾區(qū)（PQA 2A）、湯斯維爾-鮑恩-科林斯維爾區(qū)（PQA 3）、鮑恩-科林斯維爾-羅克漢普頓區(qū)（PQA 4）、羅克漢普頓-霍華德區(qū)（PQA 5）、霍華德-新南威爾士州邊界（PQA 6）及伍德福德區(qū)（PQA 7）。各區(qū)之間以及州際間的甘蔗調(diào)運都必須通過嚴格的檢疫審批程序才能進行。如：所有甘蔗材料（蔗莖、組培苗、葉和根）要從其他州調(diào)入昆士蘭州時，需到BSES辦理檢疫許可證后，經(jīng)PPA（Plant Protection Act）檢驗員批準，才能調(diào)運；為防止甘蔗斐濟病擴散蔓延，嚴格控制甘蔗材料從PQA 4，PQA 5和PQA 6調(diào)運到PQA 2，PQA 2A和PQA 3，如果必須在這些檢疫區(qū)間調(diào)運，甘蔗材料必須在布里斯班檢疫溫室或查特斯堡開放檢疫小區(qū)進行至少為期1年的強制性檢疫。

3.3 主要病害檢疫與防控

3.3.1 甘蔗斐濟病 20世紀70年代至80年代早期，甘蔗斐濟病在澳大利亞南部蔗區(qū)危害嚴重。為有效控制甘蔗斐濟病的蔓延危害，在澳大利亞國內(nèi)主要是種植抗病品種、健康種苗及控制飛虱（Perkinsiella saccharicida）的種群數(shù)量，而在國際間，主要是加強檢疫力度。由于甘蔗斐濟病在Rocky Point，Broadwater和Harwood糖廠地區(qū)廣泛發(fā)生，在班達伯格/ISIS和中部地區(qū)已有15年以上未發(fā)生，而普羅瑟派恩北部地區(qū)卻從未發(fā)生過，所以為防止該病進一步向北擴散，未經(jīng)過檢疫許可，嚴禁將甘蔗從Rocky Point或新南威爾士州地區(qū)調(diào)運到其它地區(qū)。BSES主要利用癥狀觀察與PCR相結(jié)合的方法來檢測甘蔗斐濟病。甘蔗斐濟病已被昆士蘭州列為必須上報的甘蔗病害，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，必須上報PPA檢驗員。

3.3.2 甘蔗宿根矮化病 1944—1945年在澳大利亞昆士蘭州首次發(fā)現(xiàn)甘蔗宿根矮化?。≧SD）。澳大利亞主要采用種植甘蔗溫水脫毒種苗（50℃溫水處理2h或3h）來防治此病，溫水脫毒的有效率可達99%。雖然RSD不是AQIS規(guī)定的檢疫性病害，但是BSES仍然有嚴格的管理制度禁止其在各試驗站和育種小區(qū)間傳播危害。目前，BSES主要利用ELISA、相差顯微鏡和PCR技術(shù)對進/出口甘蔗材料的RSD攜帶情況進行檢測。如果在2年檢疫期結(jié)束后，仍然檢測到RSD，這些甘蔗材料將置于50℃溫水中處理3h后再進行連續(xù)2年的RSD監(jiān)測，直到未檢測出RSD才能釋放。

3.3.3 甘蔗白條病 甘蔗白條病已廣泛分布于澳大利亞的所有蔗區(qū)。BSES主要利用PCR的方法來檢測甘蔗白條病。雖然甘蔗白條病菌不是檢疫性病菌，但與RSD一樣，所有進口甘蔗材料都要在10～12個月時檢測甘蔗白條病，如果檢測出該病，甘蔗材料需再進行連續(xù)2年的病害監(jiān)測直到檢測不出才能釋放。然而與RSD不同的是50℃溫水處理3h不能有效地脫除甘蔗白條病菌，該病菌必須在流動的冷水中至少浸泡40h后再在50℃溫水中處理3h才能有效脫除。

3.3.4 甘蔗花葉病 甘蔗花葉病病原復(fù)雜多樣，通過長期執(zhí)行嚴格的檢疫制度，目前為止澳大利亞的甘蔗花葉病病原僅有甘蔗花葉病毒A株系1種。為阻止新的甘蔗花葉病毒株系、高粱花葉病毒和甘蔗條紋花葉病毒等其他花葉病病原隨引進甘蔗種苗傳入澳大利亞，BSES首先利用Agdia公司生產(chǎn)的馬鈴薯Y病毒科血清檢測試劑盒對進口甘蔗材料進行病毒檢測，檢測結(jié)果為陽性的甘蔗材料再進行特異性的RT-PCR檢測，以確定其攜帶的甘蔗花葉病病原種類。

3.3.5 甘蔗黑穗病 自2006年6月在昆士蘭州首次發(fā)現(xiàn)甘蔗黑穗病以來，該病現(xiàn)已普遍發(fā)生在昆士蘭州的中部地區(qū)，但新南威爾士州和Rocky Point尚未發(fā)現(xiàn)此病。種植抗病品種是防治黑穗病最為經(jīng)濟有效的措施，從1998年開始BSES就在印尼進行甘蔗抗黑穗病的田間篩選試驗，目前主要是在Bundaberg試驗站利用人工接種的方法篩選抗黑穗病品種，并已成功篩選出 Q200、Q208、KQ228、Q232、Q235、Q237、Q240等抗病品種用于甘蔗生產(chǎn)。為有效縮短篩選抗病品種的時間，提高抗病育種效率，目前正嘗試利用組織病理學(xué)原理，對甘蔗芽進行染色，并觀察接種后芽組織內(nèi)部的變化來提前判斷甘蔗品種的抗病性。

4 體會

澳大利亞甘蔗生產(chǎn)從種到收全程機械化，機械化費用占耕種成本的50%以上，甘蔗原料生產(chǎn)成本低，具有很高的生產(chǎn)效率。我國甘蔗生產(chǎn)機械化程度低，僅在少數(shù)蔗地能進行機耕，大部分蔗地特別是山區(qū)農(nóng)村依舊是人工開挖或牛耕，機耕很少或無，即使部分地區(qū)有機耕，但質(zhì)量也差；甘蔗收獲100%靠人力，機械收獲還在試驗階段。由于甘蔗生產(chǎn)機械化程度低，使我國甘蔗種植成本遠高于澳大利亞，甘蔗單產(chǎn)平均水平僅相當于澳大利亞的80%。另一方面，目前我國蔗區(qū)普遍存在甘蔗種植勞動力日趨緊缺，勞力成本攀高，種植效益低。為此，應(yīng)加快我國甘蔗生產(chǎn)機械化研究和推廣應(yīng)用，特別需要探索適宜中國蔗區(qū)實際的甘蔗生產(chǎn)機械化。

澳大利亞甘蔗的高產(chǎn)高糖極大一部分得益于嚴格的引種檢疫制度，并具有完善的法律制度，確保各個環(huán)節(jié)有法可依，有章可循。如昆士蘭州和新南威爾士州都有相應(yīng)的地方性法律法規(guī)來規(guī)定和約束州內(nèi)或州際間的甘蔗材料調(diào)運及種植砍收機械的運輸?shù)取＝陙?，云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所以昆明檢疫溫室為載體，從澳大利亞和法國引進了甘蔗主要病害檢測技術(shù)以及所需的各種PCR引物和標準抗原、抗體等，通過消化、吸收和改進創(chuàng)新，建立了規(guī)范化的甘蔗主要病害檢測技術(shù)和方法及符合國際標準的、規(guī)范化的“甘蔗進/出口檢疫和疫情監(jiān)測程序”；但就國內(nèi)甘蔗病蟲害檢疫方面來說，目前尚未建立相應(yīng)的國內(nèi)甘蔗檢疫程序，國際甘蔗病蟲害檢疫也不夠健全。因此，無論是國內(nèi)還是外來病蟲害都將給我國甘蔗生產(chǎn)帶來安全隱患，為有效防止危險性病蟲害對我國蔗糖產(chǎn)業(yè)的潛在威脅，確保其穩(wěn)定可持續(xù)發(fā)展，相關(guān)機構(gòu)和單位應(yīng)進一步完善甘蔗進/出口檢疫程序和盡快建立國內(nèi)甘蔗檢疫程序。

澳大利亞甘蔗病害的前瞻性研究思路和做法值得我們學(xué)習(xí)和借鑒。早在甘蔗黑穗病在澳大利亞發(fā)現(xiàn)之前，BSES已開展了甘蔗抗黑穗病品種的篩選試驗并得到了一批抗病品種，這樣才能在發(fā)現(xiàn)甘蔗黑穗病以后通過種植抗病品種及時有效防治該病并把經(jīng)濟損失降到最低，真正做到了預(yù)防為主；而針對一些在國外嚴重發(fā)生國內(nèi)未發(fā)現(xiàn)的病害，提前對其進行研究，為科學(xué)有效防控危險性病害奠定基礎(chǔ)、提供技術(shù)支撐。

致謝：衷心感謝澳大利亞甘蔗試驗管理總局Nicole Thompson博士對筆者在澳期間學(xué)習(xí)和生活上給予的關(guān)心和幫助！

[1]鄧展云.廣西甘蔗引種檢疫的現(xiàn)狀和展望[J].廣西蔗糖，1997（4）：20-22.

[2]Nicole T，Wilson E，and Corft B.Sugarcane quarantine diseases screening in Australia[J].International sugar journal，2012,114:577-583.