花生葉部病害研究進展

范 燕,趙雪飛,劉曉光

(唐山市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，河北唐山 063000)

花生(Linn.)屬薔薇目豆科一年生草本植物,是世界重要的油料和經(jīng)濟作物。作為一種經(jīng)濟效益高的大田作物,花生在保障我國居民膳食營養(yǎng)健康、提高農(nóng)民收入、發(fā)展農(nóng)業(yè)生態(tài)等方面具有重要現(xiàn)實意義。目前,我國花生播種面積為 465萬 hm,不到世界花生種植面積的1/5,但總產(chǎn)量和單產(chǎn)均位居世界第一?；ㄉ俏覈匾某隹趧?chuàng)匯作物,出口全球 80 多個國家,花生在我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中占有重要地位。然而病害嚴重制約了花生品質(zhì)和產(chǎn)量,其中葉部病害的影響在所有花生病害中尤為突出。據(jù)調(diào)查,我國花生主要的葉部病害有早斑病、晚斑病、網(wǎng)斑病、銹病、瘡痂病、焦斑病、炭疽病。該研究綜述花生主要葉部病害的研究進展,旨在為花生葉部病害的研究及防控提供參考。

1 花生早斑病

又稱褐斑病,全世界花生產(chǎn)區(qū)均有發(fā)生。主要發(fā)生在葉片,嚴重時可侵害葉柄、托葉、莖稈甚至果針。病斑邊緣有黃色暈圈,在葉片正面呈黃褐色或深褐色,背面呈黃褐色。該病害常發(fā)生在25 ℃左右,一般于開花期開始發(fā)病。病原為花生尾孢菌(Hori),在葉片正面產(chǎn)生分生孢子。以子座、子囊腔及菌絲團在花生病殘體上越冬,翌年條件適宜時產(chǎn)生分生孢子進行侵染,主要傳播方式為氣流傳播。

關(guān)于花生早斑病病原的研究,Orner等在2015年報道了花生尾孢菌的基因組序列。謝瑾卉等對119個花生早斑病標(biāo)樣的rDNA-ITS基因進行了測序,發(fā)現(xiàn)所有樣本的基因序列完全一致,表明病原菌不具有遺傳多樣性。病原適宜生長的溫度范圍,不同研究學(xué)者觀點略有不同,Davis等認為是10～37 ℃,最適溫度為25～30 ℃,低于10 ℃或高于37 ℃均不能生長；謝瑾卉等則認為是5～35 ℃,分生孢子在10～35 ℃內(nèi)均可萌發(fā),但他們對產(chǎn)孢最適溫度的觀點是一致的,均為25 ℃,水為產(chǎn)孢的必要條件。周如軍等發(fā)現(xiàn)病原菌在葉面相對濕度90%以上,溫度在20～30 ℃時極易侵染,即相對高溫和極度潮濕條件有利于花生早斑病菌的傳播。

關(guān)于花生早斑病的季節(jié)流行研究,周如軍等發(fā)現(xiàn)季流行曲線均為典型S形曲線,病害流行階段存在一定差異,這可能與田塊初始菌源量、花生品種抗性、地區(qū)間和年份間的氣象因素有關(guān)。

在早斑病田間病情研究方面,由于分生孢子可隨風(fēng)雨進行反復(fù)傳播,評估可以以田間孢子捕捉的方式替代高強度的田間病情調(diào)查工作。于舒怡等研究發(fā)現(xiàn)前7 d平均氣溫、平均相對濕度、平均葉面濕潤時數(shù)、累計降雨量這4個因素可作為預(yù)測早斑病模型關(guān)鍵的輸入變量。

關(guān)于花生抗早斑病的分子學(xué)研究,孟丹娜等利用外源化學(xué)物質(zhì)誘導(dǎo),發(fā)現(xiàn)硅酸鈉具有較好的誘抗效果。Sundaresha等從芥菜型油菜()和胡盧巴(-)中過表達了1和防御素兩個基因,這兩個基因?qū)ㄉ绨卟”憩F(xiàn)出不同程度的抗性,轉(zhuǎn)基因植株表現(xiàn)為病斑數(shù)量減少和發(fā)病延遲。Rathod等鑒定了花生抗尾孢菌感染植株后的防御相關(guān)基因。利用RNA-Seq方法研究花生植株中早期植物-病原體的相互作用,共鑒定了8 591個EST- SSR標(biāo)記,確定了基因本體分析和與植物防御機制相關(guān)的途徑。Zongo等利用6個親本(NAMA、B188、PC79-79、QH243C、TS32-1和CN94C) 6×6個F全雙列雜交群體,評估早斑病的抗性性狀的遺傳方式,得出以下4個結(jié)論：①加性和非加性基因作用均參與了早斑病抗性性狀的遺傳,但以加性基因作用為主；②胞質(zhì)效應(yīng)對早斑病抗性也有影響；③早期世代選擇對早斑病的抗性是有效的；④親本系NAMA、PC79 - 79和B188可作為抗早斑病育種的良好供體。Agarwal等從“Tifrunner” 中定位了7個早斑病抗性QTL,開發(fā)了一個SNP標(biāo)記“B05_22527171”,該標(biāo)記可用于早斑病抗性輔助選擇。

關(guān)于抗性品種篩選的報道,周如軍等采用田間病圃鑒定法和田間自然藥圃法,發(fā)現(xiàn)多數(shù)花生品種抗早斑病差,整體上缺乏較高抗品種。由于氣候、地理、土壤等因素不同,以及栽培方法、施用藥劑、水肥管理等多方面差異的影響,同一品種在不同的試驗區(qū)域表現(xiàn)抗性也不同。林英等還認為花生品種垂直抗性是改善此病害的關(guān)鍵因素。

關(guān)于花生早斑病不同藥劑防治的研究,不同學(xué)者有不同看法。溫少華等認為,咪酰胺2 000 mg/kg的田間防治效果最佳,適用于重病地區(qū)。Johnson等認為吡唑醚菌酯、戊硫吡啶和丙硫唑醇有較好的防治效果。沈一等認為含多菌靈、茉醚甲環(huán)唑、三唑類的氟硅唑或氟環(huán)唑和異菌脲的藥劑對早斑病病原菌的抑制效果較佳。何獻聲認為吡唑醚菌酯與苯醚甲環(huán)唑混劑防治效果最佳。安福濤等認為5%己唑醇懸浮劑1 000倍液處理防效最高。

2 晚斑病

又稱黑斑病,是危害最重、分布最廣的真菌性病害,全世界花生區(qū)均有發(fā)生。一般在結(jié)莢期發(fā)生,有時也會在下針期發(fā)生。病斑比早斑小,為1～5 mm,近圓形或圓形,呈黑褐色,葉片正反面顏色相近,個別品種也存在周圍黃色暈圈。病菌的分生孢子位于葉片的背面,這是區(qū)分于早斑病的重要特征。病情嚴重時會侵染莖稈,使其變黑枯萎。病原為落花生短胖孢[(Berk.& Curt.)Deighton],病菌在10～35 ℃均可生長,最適溫度為28 ℃,致死溫度是60 ℃,最適pH為6。分生孢子萌發(fā)最適溫度為25 ℃,致死溫度為52 ℃,最適pH為6,由于孢子萌發(fā)需要一定的濕度,故清晨露水剛消失和下雨之前是分生孢子擴散的高峰期。另外,光暗交替有利于菌絲生長和孢子的萌發(fā)。由于葉片被病斑覆蓋,影響光合作用,在花生中后期,有大量葉片枯死脫落,導(dǎo)致植株早衰減產(chǎn),嚴重時減產(chǎn)50%以上,晚斑病在全球花生生產(chǎn)中每年造成的損失達6億美元。

晚斑病抗性分子研究方面,有學(xué)者認為晚斑病抗性是受隱性基因控制，有學(xué)者認為是受主效基因控制，也有學(xué)者認為是晚斑病抗性以基因加性效應(yīng)為主。關(guān)于晚斑病抗性QTL定位研究有不少。Sujay等鑒定出28個QTL位點。Zhou等分別在染色體A01、A04、A05、A06、A08、A10、B01、B04、B06和B10上鑒定出20個晚斑病抗性QTL位點。Kolekar等在AhXV上定位了與晚斑病抗性緊密連鎖的QTL(GM2009-IPAHM103),鑒定出3個與晚斑病抗性相關(guān)的高貢獻率的QTL位點。Pandey等發(fā)現(xiàn)22個抗晚斑病QTLs。Agarwal等發(fā)現(xiàn)2個分別位于連鎖群A05和連鎖群B03的主效QTL。 Han等發(fā)現(xiàn)一個抗晚斑病主效QTL位于B05染色體上。Chu等鑒定出3個抗晚斑病QTLs(qLLSA05、qLLSB03和qLLSB05) 。Ahmad等利用“GJG17”,定位到A03染色體上331.7 kb區(qū)間,并獲得了SSR_GO340445抗晚斑病輔助選擇標(biāo)記。Shirasawa等通過對3個抗性導(dǎo)入系“GPBD 4”“ICGV 86699”和“VG 9514”進行全基因組重測序,定位到A02染色體1.2 Mb區(qū)間,并預(yù)測了4個候選基因。一些報道認為轉(zhuǎn)基因可有效提高花生晚斑病抗性?；ㄉ羞^表達其他生物基因,如芥菜防御素基因()、細菌、水稻幾丁質(zhì)酶基因、龍葵-和蘿卜-2基因?qū)ν戆卟】剐运接幸欢ǖ奶岣?。Kumar等從花生野生種中克隆抗晚斑病基因轉(zhuǎn)化煙草對晚斑病抗性有所增加。

目前已公布的抗晚斑病花生栽培種約有185份(品種128份,品系57份)?？雇戆卟∮N方面報道有一些。Chu等利用晚斑病抗性資源“PI203396”和“PI576638”,先后培育了“Georganic”“Tifrunner”“NC94022”等品種和品系。Kelly等育成高抗晚斑病新品種“Sutherland”。Dwivedi等選育出5個抗晚斑病親本材料,分別為ICGV99006、ICGV99013、ICGV99004、ICGV9903、ICGV99001。 董煒博等引進高抗晚斑病品種“UF91108”。Stalker培育出“GPBD4”和“ICGV86699”等抗晚斑病品種。袁虹霞等篩選出5個抗早斑和晚斑病的品種,分別為開農(nóng) 31、豫花 6號、濮花 8030、豫花 11號、豫花 15號。

3 網(wǎng)斑病

主要分布在溫帶花生區(qū),我國主要分布于黃淮及以北區(qū)域。網(wǎng)斑病是花生重要的葉部病害,主要發(fā)生在花生生長中后期,以侵害葉片為主,嚴重時也可使葉柄、莖稈受害。該病發(fā)病快、蔓延迅速、危害嚴重。在我國,因網(wǎng)斑病花生一般可減產(chǎn)10%～20%,嚴重時可達30%以上。

網(wǎng)斑病有3種類型：一是類早斑型,病斑較小、近圓形,周圍有黃色暈圈,病斑可穿透葉片,但背面的病斑較小; 二是網(wǎng)紋型,病斑較大,病斑網(wǎng)紋狀或星芒狀,病斑不規(guī)則形,邊緣不清晰,常擴大或連片形成黑褐色病斑,病斑不穿透葉片；三是污斑型,病斑相對較小,不規(guī)則形,邊緣清晰,周圍無黃色暈圈。

病原為花生莖點霉()。Zhang等報道了引起網(wǎng)斑病的Wb2的基因組序列草圖，約為34.11 Mb,包含37 330個ORFs,其中GC含量為49.23%。之后,Li等報道了病原的基因組序列YY187,大小為47.3 Mb,由26個contig組成( N50=2.2 Mb ),G + C含量為56.37%。病菌以菌絲、分生孢子器或假囊殼在花生病殘體上越冬,來年分生孢子借風(fēng)雨、氣流傳播。低溫、多濕導(dǎo)致病害的流行。影響網(wǎng)斑病發(fā)生的主要因素依次是生育日數(shù)>相對濕度>氣溫。

關(guān)于網(wǎng)斑病抗性的研究有一些報道。用水楊酸等物質(zhì)作為誘抗劑可提高花生網(wǎng)斑病的抗性,減輕侵染程度。貝萊斯芽孢桿菌BP-1菌液對防治花生網(wǎng)斑病具有很好的效果,其發(fā)酵原液稀釋200倍后,在田間防治效果可達60.65%。Liu等利用高通量全基因組測序技術(shù)對花生的網(wǎng)斑病抗性進行了QTL定位,構(gòu)建了分布在20個連鎖群(LGs )上的包含3 634個標(biāo)記的高密度遺傳圖譜,平均遺傳距離為0.5 cM，檢測到8個抗網(wǎng)斑病QTL和2個主效QTL qWBRA04和qWBRA14(與40個負責(zé)編碼NBS-LRR或其他相關(guān)抗病蛋白的候選基因連鎖)。

4 花生銹病

主要分布于亞熱帶和溫帶,在我國主要發(fā)生于長江流域以南。病原為銹菌(Speg.),侵染花生葉片,使其正面和背面出現(xiàn)針尖大小的淡黃色病斑,后擴大為淡紅色突起斑。嚴重時葉片很快干枯呈燒焦?fàn)?但不脫落。銹病夏孢子靠氣流遠距離傳播。銹病可使莢果變小,含油量降低,減產(chǎn)50%,若與其他葉斑病同時發(fā)生減產(chǎn)可達70%,甚至絕收。

近年來有一些關(guān)于銹病的分子學(xué)研究報道。2018年,Shirasawa等對來自感病系TAG24和抗病系GPBD4的重組自交系( RILs )進行基因分型分析,QTL分析分別揭示了A02和A03染色體LLS和抗銹性的主要遺傳位點。2019年,Chaudhari等研究發(fā)現(xiàn)66個基因型對銹病有抗性,其中 9個抗LLS和銹病基因型在病壓條件下產(chǎn)量比對照增產(chǎn)77%～120%,可作為LLS和銹病抗性育種的潛在親本。2020年,Rathod等對抗銹病和感銹病花生基因型進行了RNA-Seq對比分析。Marka 等發(fā)現(xiàn)-基因的表達可提高花生銹病的抗性。Ahmad等驗證了1個具有誘導(dǎo)超敏反應(yīng)( HR )作用的包含基因和抗性相關(guān)基因的銹病主效QTL,檢測到12個抗LLS和銹病的基因型。2021年,Bertioli等報道花生野生近緣系的2個誘導(dǎo)異源四倍體GA-BatSten1和GA-MagSten1對葉斑病、銹病和根結(jié)線蟲具有較高的抗性。

5 花生瘡痂病

近年來,該病害在我國多數(shù)花生產(chǎn)區(qū)呈日益嚴重趨勢。葉片上的病斑約1 mm,呈淡褐色,圓形或不規(guī)則,病斑中部凹陷,邊緣突起。葉柄和分枝上連片形成更大更不規(guī)則的病斑,嚴重時可發(fā)展為呈燒焦?fàn)畹臐€瘡痂。病害后期,莖稈嚴重扭曲呈“S”狀。病原為落花生痂圓孢菌(Bitaucourt et Jenkins),通過病殘體越冬成為來年的侵染源,田間通過氣流傳播。

目前花生瘡痂病的研究主要集中在特定地區(qū)的發(fā)生規(guī)律、藥劑篩選防治等方面,花生品種抗病篩選的研究有少量報道。分子學(xué)研究還剛剛起步,主要集中在病原菌的鑒定、生物學(xué)特性和病菌毒素等方面。焦文莉首次揭示了花生瘡痂病菌全基因組,獲得6.28 Gb的高質(zhì)量測序數(shù)據(jù),基因組總長約為33.18 Mb,GC含量為48.24%?；蚪M包含9 174個蛋白編碼基因,其中734個分泌蛋白,124個轉(zhuǎn)運蛋白相關(guān)基因(TCDB),949個含有信號肽的蛋白編碼基因,1 829個跨膜蛋白編碼基因,以及127個非編碼RNA和13個假基因。許夢雪構(gòu)建了花生瘡痂病菌突變體庫,對病菌生物學(xué)特性、毒力次生代謝、侵染過程及重測序進行了研究。李元杰等篩選出8條適用于花生瘡痂病菌遺傳多樣性分析的ISSR引物。

6 花生焦斑病

我國各產(chǎn)區(qū)均有發(fā)生,以山東、河南、湖北、廣東和廣西等地發(fā)生較為嚴重。該病有兩種病斑,一種為在葉片末端呈楔形且邊緣有黃帶的焦斑,另一種為在葉片表面呈密密麻麻小黑點的胡麻斑。病原為落花生小光殼菌(),常在花生病殘體上越冬,來年以子囊孢子傳播。

目前,關(guān)于花生焦斑病的研究國內(nèi)外報道較少,主要集中在田間識別和防治方面。在病菌的生物學(xué)特性方面,郭金利等發(fā)現(xiàn)病菌菌絲最適生長條件為25 ℃,pH 6,碳素營養(yǎng)以可溶性淀粉最佳,氮素營養(yǎng)以牛肉膏、蛋白胨為最佳。光暗交替有利于菌絲生長。關(guān)于病菌的產(chǎn)孢條件還沒有相關(guān)報道。另外,郭金利研究發(fā)現(xiàn),河南花生焦斑病菌具有豐富的遺傳多樣性。

7 花生炭疽病

世界范圍內(nèi)美國、印度、阿根廷、塞內(nèi)加爾、烏干達等國家有報道分布,我國有發(fā)生但危害程度較輕。

病斑多發(fā)生于葉尖或葉緣,呈半圓形或不定形,褐色至暗褐色,有不明顯輪紋,邊緣為淺黃褐色。病斑沿主脈發(fā)展擴大,后期斑面出現(xiàn)針頭大小黑粒,即為分生孢子盤。病原為平頭刺盤孢[(Schw.) Andr.et Moore],以菌絲體或分生孢子盤附著在病殘體、莢果或種子上越冬,來年借風(fēng)雨傳播。

花生炭疽病的相關(guān)報道很少,2020年Zhao等首次報道,來自荷蘭大豆炭疽病的病原菌可引起花生炭疽病。

8 研究前景和展望

花生葉部病害的防治有以下4個基本思路。①選育抗病品種，抗病花生品種的廣泛推廣是最直接高效的防治手段。抗病種質(zhì)資源的篩選以及野生種高抗病性的利用是培育出抗病高產(chǎn)花生的有效途徑。②田間微調(diào)控，輪作倒茬?；ㄉ~部病害病原菌寄主單一,與薯類或禾谷類輪作倒茬可有效控制病害的危害程度。一般輪作換茬2年以上效果較好，間套作模式種植?；ㄉ~部病害主要靠氣流傳播,間作植株較花生高,對分生孢子的流行起到了阻隔作用,稀釋了病害的危害程度；及時清除病株殘體,深耕土壤,使土表病菌失去侵染能力而減少初侵染來源；適時播種,合理密植,平衡施肥,提高植株抗病能力；選用環(huán)保型農(nóng)藥,根據(jù)病害發(fā)生規(guī)律適時適量,對癥用藥。篩選高效、低毒的生物農(nóng)藥制劑在未來有更大發(fā)展前景。③抗病分子育種研究,通過對花生葉部病害各病原菌的生物學(xué)特性研究和抗性基因的定位,構(gòu)建抗病基因分子選育平臺。轉(zhuǎn)基因?qū)胫仓?培育抗病花生新品種,該研究手段在未來將大有作為。④病害智能管理系統(tǒng)的構(gòu)建,以計算機視覺技術(shù)為手段,結(jié)合圖像處理技術(shù),通過提取病斑的顏色、形狀以及紋理特征實現(xiàn)模型的構(gòu)建,精準(zhǔn)判斷病害類型。努力構(gòu)建花生智能管理信息系統(tǒng),通過病害的快速識別,及時提供防治方法,幫助農(nóng)民科學(xué)管理花生種植。目前,張爍等已在該方面進行了初步研究。加快數(shù)字化農(nóng)業(yè)的推進將是未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的方向。