甜菜根腐病及其生物防治研究進(jìn)展

崔澤遠(yuǎn)，李 志，耿 貴，王宇光，王皙瑋，於麗華

(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

甜菜(Betavu lgarisL.)，藜科甜菜屬，二年生草本植物，主要分布在黑龍江、新疆及內(nèi)蒙古等地。甜菜糖產(chǎn)量占中國(guó)食糖總產(chǎn)量的10%左右，是北方地區(qū)重要的經(jīng)濟(jì)作物之一[1]。除制糖外，紅甜菜根也可作為保健防病功能食品，甜菜加工后的副產(chǎn)物可以生產(chǎn)可再生能源生物乙醇、提取果膠和生產(chǎn)糖蜜[2]，具有重要的生產(chǎn)意義。甜菜屬于深根系直根作物，在生產(chǎn)上甜菜種植提倡合理的輪作和耕作制度，但受耕地面積有限及栽培條件等因素制約，生產(chǎn)上往往進(jìn)行連作來(lái)保證甜菜的供給量[3]。經(jīng)過(guò)連年的種植，病原菌在土壤中逐年積累導(dǎo)致病害發(fā)生，對(duì)甜菜產(chǎn)量構(gòu)成嚴(yán)重威脅。甜菜根腐病是甜菜塊根在生長(zhǎng)期間受真菌和細(xì)菌侵染，造成塊根組織腐爛變褐的現(xiàn)象[4]，在中國(guó)甜菜栽培區(qū)常有發(fā)生，一般造成10%～40%的產(chǎn)量損失，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致地塊絕產(chǎn)[5]，造成不可挽回的經(jīng)濟(jì)損失。

目前，有關(guān)甜菜根腐病的防治方法多為化學(xué)防治，即在根腐病發(fā)病初期使用五氯硝基苯或50%土菌消可濕性粉劑自植株兩側(cè)或中心灌入根冠部進(jìn)行處理，或者使用藥劑拌種達(dá)到滅菌目的[6-7]。但由于長(zhǎng)期使用同一類殺菌劑會(huì)導(dǎo)致病原菌逐漸產(chǎn)生抗藥性，從而無(wú)法達(dá)到預(yù)期的目的；施用化學(xué)藥物也殺死土壤中大量有益生物，對(duì)環(huán)境造成不利的影響[8-9]。為尋求安全有效的防治方法控制甜菜根腐病病害，生物防治日漸成為病害防治的研究熱點(diǎn)。生物防治是利用有益生物及其產(chǎn)物控制有害生物種群數(shù)量的一種防治技術(shù)，本文總結(jié)了近年來(lái)的相關(guān)研究，對(duì)甜菜根腐病及其生物防治進(jìn)行概括，簡(jiǎn)要總結(jié)了根腐病的研究進(jìn)展，闡述了生物防治方法的應(yīng)用，并分析防治中存在的問(wèn)題，展望了生物防治在甜菜根腐病防治未來(lái)的發(fā)展方向及建議，為提高甜菜根腐病的生物防治效果奠定基礎(chǔ)。

1 甜菜根腐病的發(fā)生與分布

1.1 甜菜根腐病分布

根腐病是甜菜栽培生產(chǎn)上的一種土傳病害，在世界各國(guó)甜菜產(chǎn)區(qū)均有發(fā)生。1989年首次在美國(guó)得克薩斯州報(bào)道了甜菜根腐病的發(fā)生[10-11]，該病害在日本、意大利、波蘭、印度、捷克等國(guó)家均有報(bào)道。我國(guó)黑龍江、內(nèi)蒙古、新疆、甘肅、寧夏等地也均有發(fā)生。

1.2 甜菜根腐病致病因素

甜菜根腐病的發(fā)生主要受以下幾個(gè)因素影響：一是致病菌。土壤中存在多種致病病原菌，這些病原菌以菌核、菌絲或厚垣孢子的形式在土壤、病殘?bào)w上越冬[9]，第二年生存環(huán)境適宜時(shí)經(jīng)由耕作、雨水、灌溉水傳播，在甜菜出苗后，從根部傷口或其他損傷處侵入，引起根腐病的發(fā)生[12]。二是不同品種間抗病性差異。不同甜菜品種抗病性不同，抗病性弱的品種易受到病原菌侵染而感病[12]，抗病性強(qiáng)的品種則不易收到侵染。三是甜菜生長(zhǎng)環(huán)境。地勢(shì)低洼、土壤過(guò)濕或排水不良的地塊，遇上高溫高濕的氣候則更易使甜菜根腐病發(fā)生[13]。

1.3 甜菜根腐病病癥特征

由不同病原菌所引起的根腐病癥狀表現(xiàn)不同。鐮刀菌(Fusarium spp.)是我國(guó)甜菜根腐病的優(yōu)勢(shì)種群，主要侵染甜菜塊根傷口，輕度感病植株生長(zhǎng)不良，葉片萎蔫，中度感病植株根部呈黑褐色干腐狀，根內(nèi)出現(xiàn)空腔，重度感病可使塊根全部腐爛，地上部干枯死亡[9,14]。絲核菌(Rhizoctonia spp.)引起的根腐病主要發(fā)生在甜菜葉柄基部，由上至下逐漸腐爛，腐爛處呈褐色或深褐色，有時(shí)可在傷口附近觀察到褐色菌絲體[12]。小核菌(Sclerotium spp.)引起的根腐病癥狀表現(xiàn)為根冠處呈水漬狀腐爛，病組織開始變軟凹陷，外表皮或根冠土表處長(zhǎng)出白色絹絲狀菌絲體，后期其上長(zhǎng)出深褐色的小菌核。莖點(diǎn)屬真菌(Phoma spp.)引起的根腐病主要表現(xiàn)為根體或根冠處現(xiàn)黑色云紋狀斑塊，略凹陷，從根內(nèi)向外腐爛，表皮爛穿后出現(xiàn)裂口，除導(dǎo)管外全都變黑。由胡蘿卜歐文氏菌(Erwinia carotovora)引起的甜菜細(xì)菌性根腐病主要表現(xiàn)為塊根根尾呈水浸狀軟腐，有時(shí)會(huì)流出粘稠腐爛液并伴有酸臭味[12]。

2 甜菜根腐病病原菌

2.1 甜菜根腐病病原菌

2.1.1 鐮刀菌

鐮刀菌(Fusarium spp.)屬半知菌亞門、絲孢綱、瘤座孢目、鐮孢屬[15]，是一類廣布自然界的真菌。目前已發(fā)現(xiàn)44種和7個(gè)變種，普遍存在于土壤及動(dòng)植物有機(jī)體上，可侵染多種植物，引起植物的根腐、莖腐、莖基腐、花腐和穗腐等多種病害[16]，如腐皮鐮刀菌、輪枝鐮刀菌、尖孢鐮刀菌可導(dǎo)致甘草根腐病發(fā)生[17]；禾谷鐮刀菌可引發(fā)小麥冠腐病[18]；鐮刀菌可引起馬鈴薯干腐病[19]；尖孢鐮刀菌、茄病鐮刀菌及串珠鐮刀菌侵染可引發(fā)甜菜鐮刀菌根腐病(萎蔫病)，其中前兩種病原菌的致病性強(qiáng)，出現(xiàn)頻率高[10,20]。鐮刀菌在人工培養(yǎng)基上培養(yǎng)時(shí)，菌絲稠密蓬松，分枝較多，有分隔，可以產(chǎn)生紅色或紫色的菌絲[21]，生長(zhǎng)后期可形成圓形菌核[21-22]。

2.1.2 立枯絲核菌

立枯絲核菌(Rhizoctonia solani)屬半知菌亞門、絲孢綱、無(wú)孢目、無(wú)孢科、絲核菌屬[23]，寄主范圍廣，存活時(shí)間長(zhǎng)，因此被認(rèn)為是最具破壞力的土傳植物病原物之一[24-25]，至少可侵染43科263種植物[26]，如立枯絲核菌可引發(fā)蒙古黃芪苗期立枯病害[27]，AG-7引起大豆幼苗立枯病害[28]，接種立枯絲核菌的苜蓿幼苗根腐病發(fā)病的病情指數(shù)達(dá)到82.67[29]，也可引發(fā)馬鈴薯黑痣病[26]及菜豆根腐病[30]。立枯絲核菌在馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基上培養(yǎng)初期菌絲較稀疏，呈白色輻射狀向四周擴(kuò)展，隨著菌株生長(zhǎng)菌絲顏色加深為褐色至黑色，數(shù)量增多，體積增大并出現(xiàn)菌絲聚合體[23,26]。

2.1.3 小核菌

小核菌(Sclerotium spp.)屬無(wú)孢科，具有廣泛的寄主范圍，可侵染500多種植物[31-33]，侵染甜菜根部引發(fā)白絹型根腐病[9]。該菌以齊整小核菌(Sclerotium rolfsii)為代表種[33]，易引起花生、蘋果、鐵皮石斛、茉莉花等多種植物白絹病的發(fā)生[32-36]。小核菌菌絲多核且分枝，尖端具索狀聯(lián)合，不產(chǎn)孢子。小菌核圓形或扁圓形，外皮層褐色，內(nèi)部白色，菌核間無(wú)菌絲相連，表面光滑或粗糙[33]。

2.1.4 莖點(diǎn)屬真菌

甜菜莖點(diǎn)霉(Phoma betae Frank),半知菌亞門、腔孢綱、球殼孢目、莖點(diǎn)屬真菌(Phoma spp.)，侵染甜菜根部引發(fā)蛇眼菌根腐病[20]，擬莖點(diǎn)霉菌(Phomopsismangiferae Ahmad)可引起獼猴桃軟腐病[37]、杧果蒂腐病[38]、杧果枯枝病[39]、藍(lán)莓枝干潰瘍病[40]等。擬莖點(diǎn)霉菌在馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基上培養(yǎng)呈白色絨毛狀，略稀疏，放射狀生長(zhǎng)，基質(zhì)初期為白色，后期變化為黃褐色，分生孢子橢圓形，無(wú)隔膜[38,41]。

2.1.5 胡蘿卜歐文氏菌

歐文氏菌為一類具有分解或降解土壤中有機(jī)磷化合物為有效磷素能力的微生物[42]，胡蘿卜歐文氏菌(Erwinia carotovora)可引起馬鈴薯[43]、番茄[44]、魔芋[45]、芥菜[46]等多種植物軟腐病的發(fā)生，也可侵染甜菜根部，引發(fā)甜菜細(xì)菌性尾腐根腐病。

2.2 甜菜根腐病病原菌生物學(xué)特性

2.2.1 溫度對(duì)病原菌生長(zhǎng)發(fā)育的影響

引發(fā)甜菜根腐病各種主要病原菌在10～35℃內(nèi)均可以生長(zhǎng)，在5℃以下或40℃以上時(shí)停止生長(zhǎng)。尖孢鐮刀菌及立枯絲核菌在25℃時(shí)生長(zhǎng)最快，適宜培養(yǎng)溫度為20～30℃[22,47]；茄病鐮刀菌及小核菌適宜培養(yǎng)溫度為25～30℃[34,48]；擬莖點(diǎn)霉菌在19～31℃時(shí)可生長(zhǎng)，25～31 ℃為最適溫度，高于34℃或低于13℃時(shí)生長(zhǎng)受到抑制[38]。

2.2.2 PH對(duì)病原菌生長(zhǎng)發(fā)育的影響

尖孢鐮刀菌在PH為3～10的培養(yǎng)基上均能生長(zhǎng)，適宜PH為7.0、8.0[47]；茄病鐮刀菌最適PH為7～10[48]；立枯絲核菌在PH為5.0時(shí)菌絲生長(zhǎng)和菌核萌發(fā)最快[23]；小核菌菌絲生長(zhǎng)最適PH值為7. 0[50]；擬莖點(diǎn)霉菌在PH為4～10時(shí)正常生長(zhǎng)，PH為6～6.5時(shí)生長(zhǎng)最快[38]。

2.2.3 光照對(duì)病原菌生長(zhǎng)發(fā)育的影響

尖孢鐮刀菌適宜在黑暗條件下培養(yǎng)[47]；光照對(duì)茄病鐮刀菌菌絲生長(zhǎng)無(wú)顯著影響[22]；立枯絲核菌受光強(qiáng)度影響較小，在持續(xù)黑暗條件下生長(zhǎng)最快[49]；黑暗可促進(jìn)擬莖點(diǎn)霉菌分生孢子器的形成[38]。

3 生物防治

生物防治憑借其高效、安全、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)被視為最有潛力的植物病害防治方法[51-52]，將微生物用于植物病害防治的方法日漸廣泛，微生物可通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)、拮抗、寄生及誘導(dǎo)抗性四種防治機(jī)制作用于植物，增強(qiáng)植物抗性[13]。甜菜根腐病可以通過(guò)利用自然界中存在的對(duì)甜菜根腐病病原菌有拮抗特性的微生物，結(jié)合生物和化學(xué)技術(shù)來(lái)進(jìn)行生物防治[53]。

3.1 真菌

3.1.1 叢枝菌根真菌

叢枝菌根真菌是土壤中有益微生物之一，可與陸地85%以上的植物根系形成菌根共生體，保護(hù)植物免受生物與非生物脅迫，具有重要的生態(tài)意義和農(nóng)業(yè)意義[54-56]。前人研究表明，叢枝菌根真菌根外菌絲可擴(kuò)展作物吸收的表面積，從而提高作物對(duì)氮、磷等元素的吸收能力，促進(jìn)植株生長(zhǎng)發(fā)育，提高壯苗指數(shù)[57]。黃瓜接種地表球囊霉后，可顯著促進(jìn)黃瓜生長(zhǎng)并有效的抑制了由立枯絲核菌引發(fā)的立枯病[58]；接種扭形球囊霉后，有效降低了紫花苜宿根腐病的發(fā)病率[59]；接種根內(nèi)根孢囊霉可有效抑制尖孢鐮刀菌引發(fā)的西瓜枯萎病[60]；接種摩西管柄囊霉可緩解番茄早疫病病害[61]。接偉光等人[62]從甜菜根圍土壤中分離出大量摩西球囊霉孢子，并對(duì)根系進(jìn)行了分子檢測(cè)，證明了叢枝菌根真菌可侵染甜菜根系，為后續(xù)探究叢枝菌根真菌拮抗甜菜根腐病病原菌提供了理論依據(jù)。

3.1.2 木霉菌

木霉菌屬半知菌亞門、絲孢綱、絲孢目、叢梗孢科，是一類廣泛分布在全球的真菌，拮抗作用具有廣譜性[63-64]，大量研究表明，多數(shù)木霉菌可產(chǎn)生生物活性物質(zhì)，對(duì)植物病原真菌具有拮抗作用，可降低植物病害并促進(jìn)植物生長(zhǎng)[64]。黃瓜經(jīng)哈茨木霉菌處理后可降低其直根苗根腐病的發(fā)病率和發(fā)病指數(shù)[65]；哈茨木霉及短密木霉均對(duì)水稻立枯病有抑制作用[66]；棘孢木霉對(duì)尖孢鐮刀菌、根串珠霉菌、擬莖點(diǎn)霉均有抑制效果[67]；有效降低花生炭腐病發(fā)病率[68]；甘氏木霉可應(yīng)用于小麥枯萎病的防治[69]、長(zhǎng)枝木霉可應(yīng)用于辣椒立枯病的防治[70]。除此之外，木霉生物菌劑也被廣泛應(yīng)用于植物病害的防治[64,71-72]，其對(duì)立枯絲核菌及鐮刀菌均有一定抑制作用[73-74]，目前在甜菜栽培上的應(yīng)用研究較少。

3.2 細(xì)菌

3.2.1 芽孢桿菌

芽孢桿菌具有分布廣、抗病蟲性強(qiáng)和耐受性好的特點(diǎn)，能有效促進(jìn)植物生長(zhǎng)，可產(chǎn)生抗菌物質(zhì)、與病原菌競(jìng)爭(zhēng)以及誘導(dǎo)宿主系統(tǒng)抗性，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域[75-76]。特基拉芽孢桿菌對(duì)腐皮鐮刀菌、禾谷鐮刀菌、尖孢鐮刀菌和擬枝孢鐮刀菌均有不同程度的拮抗作用[77]；枯草芽孢桿菌發(fā)酵液對(duì)尖孢鐮刀菌導(dǎo)致的苜蓿根腐病具有較好的防治效果[78]；類芽孢桿菌QHZ11對(duì)由立枯絲核菌引起的馬鈴薯黑痣病起顯著抑制效果[79]；解淀粉芽孢桿菌可降低馬鈴薯黑星病發(fā)病率[80]；貝萊茲芽孢桿菌可控制覆盆子植株真菌感染從而提升其產(chǎn)量[81]。劉洪等[82]對(duì)不同甜菜品種土壤微生物比較發(fā)現(xiàn)，感病較輕品種中富集了芽孢桿菌等有益菌，證實(shí)植物可以在生長(zhǎng)過(guò)程中招募有益菌作為抵御病原菌的侵染第一道防線，從而提升自身抗病能力。

3.2.2 假單胞菌

假單胞菌是最為常見(jiàn)的生防菌之一，通過(guò)與病原物競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與空間位點(diǎn)、分泌次生代謝物以及誘導(dǎo)系統(tǒng)抗性來(lái)有效防治多種植物病害[75,83]。綠刺假單胞菌可產(chǎn)生胞外抗真菌藥，抑制花生莖腐病主要病原菌的生長(zhǎng)[84]；利用熒光假單胞菌釋放的揮發(fā)性有機(jī)化合物制作生物熏蒸劑，控制柑橘青霉菌[85]；熒光假單胞菌也可抑制濕地松猝倒病的病原菌[86]；綠針假單胞菌有效抑制苦瓜和黃瓜枯萎病病菌[87]；枯草芽孢桿菌可在一定程度上預(yù)防番茄枯萎病[88]。劉杰賢等人[89]研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)熒光假單胞菌處理過(guò)的甜菜種子，防治立枯病效果達(dá)75%以上，還能促進(jìn)甜菜幼苗生長(zhǎng)勢(shì)。

3.3 放線菌

放線菌是一類呈邊緣呈放射狀、以孢子繁殖的原核生物，可以促進(jìn)植物吸收養(yǎng)分、抵御病害，維持植物體內(nèi)微生態(tài)的平衡[90]。放線菌4-21對(duì)稻瘟病菌抑制率高達(dá)84.12%[91]；放線菌菌株SF1對(duì)粉紅聚端孢、SF4對(duì)蘋果炭疽菌、SF20對(duì)灰葡萄孢均有較強(qiáng)的抑制作用[92]；菌株 6-C可作為馬鈴薯晚疫病的生物防治劑[93]；對(duì)胡蘿卜蛀斑病的病原體產(chǎn)生拮抗作用[94]；放線菌LY26可對(duì)辣椒疫霉產(chǎn)生生防效果[95]。王琦等人[96]篩選出鏈霉菌屬的三種放線菌，可有效抑制由多粘菌引發(fā)的甜菜叢根病，但目前放線菌對(duì)甜菜根腐病的研究仍相對(duì)較少。

4 總結(jié)與展望

甜菜根腐病發(fā)病原因復(fù)雜，危害嚴(yán)重且防治難度大，已經(jīng)成為制約甜菜糖分含量及產(chǎn)量的一大難題。傳統(tǒng)的化學(xué)防治易存在糧食安全及環(huán)境污染等問(wèn)題，而生物防治可以更安全環(huán)保的進(jìn)行甜菜及相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)。

近年來(lái)對(duì)甜菜根腐病病原菌及發(fā)生的研究取得了一定進(jìn)展，但對(duì)其作用機(jī)理的研究甚少，因此應(yīng)進(jìn)一步明確甜菜病原菌作用機(jī)理及其與生防微生物拮抗效應(yīng)；其次，目前發(fā)現(xiàn)的針對(duì)甜菜根腐病的微生物及生防菌制劑種類較少，因此需繼續(xù)發(fā)掘拮抗菌種類；最后，許多研究發(fā)現(xiàn)，將實(shí)驗(yàn)室中篩選出的生防微生物應(yīng)用于大田時(shí)，防治效果不穩(wěn)定，因此需要進(jìn)一步研究生防微生物的生物學(xué)特性及加深防治機(jī)制的研究，以期達(dá)到理想化防治目的。