葡萄白腐病研究進(jìn)展

尹向田,季萍,袁麗芳,魏彥鋒,李廷剛,蔣錫龍,吳新穎*

(1.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院葡萄研究院,山東濟(jì)南 250100;2.煙臺市蓬萊區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心,山東煙臺 265600)

中國有悠久的葡萄種植歷史。近些年隨著葡萄產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,中國葡萄種植面積不斷擴(kuò)大。據(jù)FAO數(shù)據(jù),2021年達(dá)58.03萬hm2。葡萄白腐病是葡萄產(chǎn)區(qū)常見的真菌病害,主要出現(xiàn)在溫暖多雨的地區(qū)[1,2]。白腐病在中國最早發(fā)現(xiàn)于1899年,主要發(fā)生在東北、華北、西北和華東。目前對于白腐病已經(jīng)在病原菌鑒定、發(fā)病機(jī)制以及防治措施等方面進(jìn)行了大量研究,筆者綜述了前人在葡萄白腐病研究方面取得的進(jìn)展,為今后深入研究葡萄白腐病發(fā)病機(jī)制、防治措施提供了理論依據(jù)。

1 葡萄白腐病危害癥狀

葡萄白腐病是世界范圍內(nèi)葡萄種植區(qū)的重要病害之一,該病害每年導(dǎo)致葡萄減產(chǎn)20%～30%,造成30%～50%的經(jīng)濟(jì)損失[3,4]。2019—2021年,葡萄白腐病在山東葡萄產(chǎn)區(qū)爆發(fā),葡萄產(chǎn)量降低了50%,發(fā)病嚴(yán)重的葡萄園甚至絕產(chǎn),該病害已嚴(yán)重制約了葡萄產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

葡萄白腐病病原菌主要危害果穗,也危害新梢、葉片等部位。果穗發(fā)病,初期果?；慨a(chǎn)生淡褐色水浸狀病斑,病斑逐漸擴(kuò)大,變褐腐爛,蔓延至整粒,果粒變褐軟爛,果面密布灰色小粒點(diǎn)。嚴(yán)重時(shí)全穗腐爛,病果干縮,形成僵果。枝蔓發(fā)病,初期出現(xiàn)水浸狀淡褐色不規(guī)則病斑,病斑多縱向擴(kuò)展,后期變成褐色凹陷大斑,表面著生顆粒狀灰白色分生孢子器,病部表皮縱裂,與木質(zhì)部分離、脫落,維管束呈褐色亂麻狀。葉片發(fā)病,多在葉緣部,初期產(chǎn)生褐色水浸狀不規(guī)則病斑,逐漸擴(kuò)大成近圓形,有深淺不一的褐色輪紋,直徑多在2 cm以上,病斑可見生灰白色小粒點(diǎn),病組織干枯后常破碎。

2 病原菌

2.1 病原菌種類

世界上已報(bào)道該病的病原菌有白腐墊殼孢菌(ConielladiplodiellaSpeg.),草莓墊殼孢菌(C.fragariae),栗生墊殼孢菌(Pilidiellacastaneicola)和葡萄墊殼孢菌(C.vitis)[1,5-8]。長期以來,認(rèn)為引起中國白腐病的病原菌為白腐盾殼霉(ConiothyriumdiplodiellaSpeg Sacc)[8]。1999年,劉長遠(yuǎn)研究團(tuán)隊(duì)通過形態(tài)學(xué)研究明確了中國白腐病的病原為(C.diplodiellaSpeg. Petrak &Sydow)[3]。2017年,李興紅研究團(tuán)隊(duì)在北京、廣西、河北、河南和吉林的葡萄產(chǎn)區(qū)進(jìn)行采樣和鑒定,首次明確了C.vitis是中國葡萄白腐病的主要病原菌[1]。2022年,袁麗芳等首次報(bào)道了山東省葡萄白腐病病原菌,并鑒定為C.vitis。

2.2 生物學(xué)特性

劉文鈺等研究表明,葡萄白腐病菌最適培養(yǎng)基為葡萄培養(yǎng)基,燕麥培養(yǎng)基相對較差,葡萄糖為最適碳源,甘氨酸和硫氨酸為最適氮源,病原菌最適生長溫度為25 ℃,菌絲致死溫度為38 ℃[9]。陳彥等研究表明,葡萄白腐病菌最適生長溫度為25～30 ℃,最適pH值3～5,最佳碳源為葡萄糖,最佳氮源為氯化銨,最適宜孢子萌發(fā)的碳、氮源也分別為葡萄糖和氯化銨,孢子萌發(fā)溫度范圍為15～30 ℃,pH值4～6[4]。王英姿等研究表明,碳氮源為葡萄糖和氯化銨時(shí)最利于菌絲生長,為蔗糖和硫酸銨時(shí)最利于病菌產(chǎn)孢[10]。

2.3 基因組

目前有兩株葡萄白腐病菌已經(jīng)完成了基因組測序,分別為C.vitisQNYT13637和C.diplodiellaWR01。

CvitisQNYT13637的基因組大小為41.54 Mb,GC含量為49.59%,檢測到7 985個(gè)蛋白編碼基因,占總基因組的27.91%。重復(fù)序列總長度為2.39 Mb,占全基因組長度的5.76%。KEGG、GO、COG預(yù)測編碼基因分別為7 256、6 814和1 931個(gè)。其中,病原體-宿主相互作用蛋白為1 120個(gè),產(chǎn)生毒力因子的蛋白為400個(gè),碳水化合物水解酶和糖苷水解酶分別為417和213個(gè)[11]。

C.DiplodiellaWR01基因組長度為40.93 Mb,GC含量為49.79%。共有9 403個(gè)蛋白編碼基因,平均蛋白編碼基因長度為1 754 bp,其中,有608和248個(gè)基因被預(yù)測為分泌蛋白和候選效應(yīng)蛋白。

3 葡萄白腐病發(fā)生規(guī)律

3.1 侵染循環(huán)

葡萄白腐病菌主要以菌絲體、分生孢子、分生孢子器隨病株殘?bào)w在土壤中或地表越冬,病菌以表土5 cm深最多,在土壤中可存活兩年以上。越冬后的病菌在次年夏天降雨后,病菌產(chǎn)生大量的分生孢子,通過飛濺的雨水進(jìn)行傳播,通過傷口或氣孔進(jìn)入葡萄枝條、葉片、果穗等部位引起初侵染,發(fā)病的植株在溫濕度合適時(shí)迅速萌發(fā),造成再次侵染。

3.2 流行規(guī)律

葡萄白腐病原菌是一種高溫高濕性真菌,中國雨熱同季的氣候特征更有利于白腐病的發(fā)生。研究表明葡萄白腐病始見于6月上旬,該病主要借風(fēng)雨傳播,地面及表土中病殘?bào)w的大量分生孢子是來年初侵染的主要來源,分生孢子在土壤中可存活多年[12-14]。葡萄白腐病菌在10～35 ℃均可侵染葡萄,其中23.8 ℃是最優(yōu)的侵染溫度,持續(xù)1 h的濕潤環(huán)境有利于病原菌的侵染[15]。7月至8月為整個(gè)生長季中孢子飛散的高峰期,影響孢子飛散的主要?dú)庀笠蛩貫闇囟群蜐穸萚16]。

4 葡萄白腐病菌侵染機(jī)制

4.1 侵染方式

研究表明傷口是葡萄白腐病菌侵染葡萄的重要途徑。在Ji的研究中,利用葡萄白腐病菌孢子懸浮液采用傷口接種和無傷接種兩種方式均可使葡萄果實(shí)發(fā)病,傷口接種的發(fā)病速度和嚴(yán)重度要高于無傷接種[15]。Chethana 等研究發(fā)現(xiàn)采用無傷接種C.vitis菌餅不能使夏黑葡萄葉片發(fā)病,袁麗芳等研究表明無傷接種和有傷接種均可使紅提葡萄離體葉片發(fā)生白腐病,Chethana采用C.vitis孢子懸浮液傷口接種的活體的葡萄植株,白腐病發(fā)病速度較慢(5周后發(fā)病)[17]。有研究表明,利用葡萄汁緩沖液配置白腐病菌的孢子懸浮液進(jìn)行接種3 d后可在活體葡萄植株上觀察到白腐病癥狀。葡萄白腐病菌孢子的萌發(fā)需要額外的營養(yǎng),在葡萄汁中的萌發(fā)率顯著高于在水中[18,19]。

4.2 致病機(jī)理

Liu等研究了C.Diplodiella同葡萄的互作,轉(zhuǎn)錄組分析表明,有9 115個(gè)基因參與了轉(zhuǎn)錄表達(dá),基因本體富集分析表明,高度富集的基因與碳水化合物代謝和次生代謝物合成有關(guān)。從C.DiplodiellaWR01克隆了43個(gè)假定效應(yīng)因子,其中一種蛋白在本氏煙草葉片中瞬時(shí)表達(dá)后,對BCL2相關(guān)X(BAX)誘導(dǎo)的超敏反應(yīng)表現(xiàn)出強(qiáng)烈的抑制作用[7]。Qin等推測細(xì)胞壁降解酶(CWDEs)在發(fā)病機(jī)制中起關(guān)鍵作用,毒力強(qiáng)的菌株比毒力弱的菌株具有更強(qiáng)的木聚糖酶和木葡聚糖酶的水解活性,CvGH74A和CvGH74B同屬于糖苷水解酶GH74家族,CvGH74A的缺失突變株不僅可降低病原菌木聚糖酶和木葡聚糖酶的活性,同時(shí)也降低了病原菌感染葡萄葉片的能力[20]。

5 葡萄白腐病抗性評價(jià)

不同葡萄品種對葡萄白腐病抗性具有很大差異,歐亞種葡萄抗性差,易感病,歐美種對白腐病的抗性較強(qiáng)。李峰等調(diào)查了1 000份葡萄種質(zhì)資源白腐病發(fā)病情況,發(fā)現(xiàn)美洲種群、美洲雜交種、山歐雜交種和山美雜交種對葡萄白腐病的抗性最強(qiáng)[21]。張穎等對78個(gè)葡萄屬17個(gè)種進(jìn)行離體接菌評價(jià),表明刺葡萄是最抗白腐病的種質(zhì),美人指最易感病;刺葡萄株系是研究抗白腐病機(jī)理的理想材料[22]。劉麗婷通過對101份不同葡萄品種進(jìn)行葉片抗白腐病鑒定,篩選出了北冰紅、雙紅、甜冬、雙豐、雙慶、雙優(yōu)等九份高抗白腐病的材料;白腐病抗性與氣孔大小及海綿組織厚度存在顯著性關(guān)系,且葡萄品種抗性與POD、CAT活性成正相關(guān)[23]。

馮虎等以抗病葡萄品種刺葡萄和感病品種黑比諾為試材,分別鑒定出具有白腐病抗性的轉(zhuǎn)錄因子VdWRKY53和VdWRKY49[24,25]。Zhang等研究表明,VdWRKY53可能參與了防御相關(guān)基因的激活,從而增強(qiáng)了植物對病原體的抗性,并且通過對386個(gè)葡萄品種資源的白腐病鑒定,篩選出了8個(gè)與葡萄白腐病抗性相關(guān)的候選基因[26]。賈云飛等對在白腐病侵染后的Mlo基因家族進(jìn)行了差異表達(dá)分析,初步篩選出了一個(gè)具有白腐病抗性的候選基因VdMlo15[27]。Su等通過QTL定位,共獲得了4個(gè)與白腐病抗性相關(guān)的穩(wěn)定QTL位點(diǎn),發(fā)現(xiàn)了2個(gè)參與白腐病抗性的基因[28]。

6 葡萄白腐病防治措施

6.1 選擇抗病品種

不同品種葡萄對白腐病的抗性呈現(xiàn)出很大差異,研究發(fā)現(xiàn),易感白腐病的品種有紅地球、美人指、長相思、雷司令、黑比諾和梅鹿輒等,受白腐病影響較小的有葡萄園皇后、赤霞珠、白玉霓和西拉。因此在病害經(jīng)常流行地塊,盡可能避免種植感病品種,盡量選擇抗性好、品質(zhì)好、商品率高的高抗和中抗品種。

6.2 加強(qiáng)農(nóng)業(yè)管理

生長季及時(shí)剪除病果、病葉和病蔓,落葉后結(jié)合冬剪徹底清除病果、病枝和病葉,帶出園外集中處理,減少當(dāng)年再侵染菌源。科學(xué)施肥灌水、防治病蟲害、合理負(fù)載,增強(qiáng)樹體抗病能力。通過摘心、抹芽、綁蔓、摘副梢、中耕除草、雨季排水和適時(shí)套袋等田間管理工作,保持葡萄園通風(fēng)透光,降低果園濕度,科學(xué)疏花疏果。

6.3 化學(xué)防治

發(fā)芽前后、花前、套袋前是白腐病防治的關(guān)鍵時(shí)期,發(fā)芽前可將50%福美雙粉劑、3～5 °Be石硫合劑、碳酸鈣混勻后撒在葡萄園地面上,每666.7 m2撒1～2 kg。開花前后,噴波爾多液、波爾錳鋅等保護(hù)劑預(yù)防病害。從病害始發(fā)期(一般在6月中旬)開始,每隔7～10 d噴1次藥,連噴3～5次,直至采果前15～20 d。可選擇藥劑有50%苯菌靈可濕性粉劑1 500倍液、70%甲基硫菌靈可濕性粉劑1 000倍液、50%福美雙800倍液或70%代森錳鋅700倍液等。

6.4 生物防治

目前,利用拮抗微生物防治葡萄白腐病也多有報(bào)道。貝萊斯芽孢桿菌、放線菌、皮爾瑞俄類芽孢桿菌等對葡萄白腐病菌有良好的拮抗作用[29-31]。胡?，幍壤梦⑸鷳B(tài)制劑與化學(xué)農(nóng)藥交替施用,對葡萄白腐病的防效可達(dá)90.8%[32]。但將生防菌研發(fā)成微生物制劑用于田間的菌株仍然較少。

7 總結(jié)與展望

葡萄白腐病是葡萄生產(chǎn)中的重要病害,同時(shí)侵染葉片、枝條和果實(shí),造成葡萄產(chǎn)量和品質(zhì)的嚴(yán)重降低。目前國內(nèi)葡萄白腐病的病原主要為Coniellavitis,病菌主要以分生孢子器和菌絲體在病株殘?bào)w和土壤中越冬,翌年春天條件適宜時(shí)產(chǎn)生分生孢子隨風(fēng)、雨進(jìn)行傳播,主要通過傷口侵入,引起初次侵染,7～8月是發(fā)病盛期,高溫高濕、多雨和傷口是病害發(fā)生的關(guān)鍵因子。葡萄白腐病菌的寄主范圍較窄,除了危害葡萄外,也可侵染葡萄科的爬山虎[33]。

目前葡萄白腐病的防治主要以化學(xué)防治為主,病原菌極易產(chǎn)生抗藥性。2007年已有報(bào)道檢出了對多菌靈高抗的白腐病菌[34]。李寶燕等明確膠東地區(qū)的葡萄白腐病菌對抑霉唑的敏感性及抑霉唑與常規(guī)殺菌劑之間的交互抗性。供試69株葡萄白腐病菌株對抑霉唑和吡唑醚菌酯的EC50分別在0.13～55.53 μg/mL和0.176～6.012 μg/mL之間,田間已出現(xiàn)抑霉唑低抗菌株,占檢測總株數(shù)的8.70%,抑霉唑與戊唑醇存在一定的交互抗性。與吡唑醚菌酯單獨(dú)作用相比,添加水楊肟酸(SHAM)后,吡唑醚菌酯對葡萄白腐病菌的毒力提高了1.17倍[35,36]。今后研發(fā)重點(diǎn)將向綠色防控技術(shù)研究發(fā)展,以綠色防控機(jī)理研究為基礎(chǔ),將生防菌劑與化學(xué)藥劑防治相結(jié)合,為葡萄白腐病的防治提供新的策略,為葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供支撐。