姜瘟病研究進展和防治策略探討_邱正明.pdf

2015, Vol.35, No.10 中國果菜 栽培技術姜瘟病研究進展和防治策略探討邱正明1矯振彪1郭鳳領1陳磊夫1田延富2胡燕3吳金平1觹（1.湖北省農(nóng)業(yè)科學院經(jīng)濟作物研究所，湖北 武漢 430064；2.湖北鳳頭食品有限責任公司，湖北 來鳳 445700；3.武漢古郡種植專業(yè)合作社，湖北 武漢 430223）摘 要 ：生姜姜瘟病頻發(fā)已成為制約生姜種植業(yè)發(fā)展的瓶頸。筆者分析了姜瘟病的發(fā)病癥狀、病原菌、致病環(huán)境因子以及侵染路徑等方面的研究現(xiàn)狀，提出通過篩選、創(chuàng)制“優(yōu)質、抗（耐）病”的生姜資源，為生姜抗病育種提供新材料；同時，通過構建生姜根際土壤微生物宏基因組文庫，挖掘抗姜瘟病病菌的新生物活性物質或新基因，在基因組水平上為姜瘟病的生態(tài)防控提供新資源。此外，筆者還利用根際微生態(tài)平衡理論，研究了生姜根際土壤微生物群落的變化，通過土壤生物活性的改良，消除或者減輕姜瘟病的危害。關鍵詞 ：姜瘟??；進展；防治策略中圖分類號 F326.2 文獻標志碼 A 文章編號： 1008-1038(2015)10-0070-05Study Progress and Prevention Strategy for Ginger Bacterial Wilt DiseaseQIU Zheng-ming1JIAO Zhen-biao1GUO Feng-ling1CHEN Lei-fu1TIAN Yan-fu2HU Yan3WU Jin-ping1*(1.Institute of Economic Crop, Hubei Academy of Agricultural Sciences, Wuhan 430064, China; 2. Hubei Fengtou FoodstuffCo., Ltd., Laifeng 445700, China; 3. Wuhan Gujun Plant Professional Cooperatives, Wuhan 430223, China)Abstract: Ginger bacterial wilt disease occurred frequently has become the bottleneck for restricting the development ofginger planting industry. The research progress of the symptoms, the pathogens, the pathogenic factors and the infectionpathways was summarized. By screening and creating the resource for ginger of the highquality and disease resistance(tolerance), and we obtained resistance materials of bacterial wilt disease. Building new bioactive substances or new genesagainst pathogen of the bacterial wilt disease by the metagenomic libraryconstructed of the rhizosphere soil microbial ofginger, so we can obtain the new resources and strategies forecological prevention thebacterial wilt disease. By studying thechange of soil microbial community for ginger rhizosphere by the theory of the rhizospheremicroecological balance, we canreduce or eliminate thebacterial wilt disease of ginger by the modified for the soil biological activity.Key words: Ginger bacterial wilt disease; progress; prevention strategy收稿日期 ：2015-05-16基金項目 ：農(nóng)業(yè)部現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系項目（nycytx-35-02-06）；湖北省重大科技創(chuàng)新計劃項目（2014ABA034）；湖北省科技支撐計劃項目（2014BBA183）；湖北省農(nóng)科院扶持性計劃項目（2015jzxjh04）作者簡介 ：邱正明（1966 ），男，漢，研究員，研究方向為蔬菜栽培觹通訊作者 ：吳金平（1978 ），副研究員，主要研究薯芋類蔬菜栽培與育種702015, Vol.35, No.10邱正明,矯振彪,郭鳳領,等.姜瘟病研究進展和防治策略探討栽培技術生姜（Ginger），又稱姜，也稱黃姜，別名地辛，是姜科（Zingiberaceae）姜屬（Zingiber）多年生宿根草本植物姜的根狀塊莖，既是人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｓ玫闹匾{味品，又是傳統(tǒng)的中藥材，生姜藥食兩用的特點使其具有很高的經(jīng)濟利用價值1。生姜在我國西南部 、中部和東南部廣為栽培，著名的品種有四川的 “竹根姜 ”、湖北的 “鳳頭姜 ”和山東的“片姜 ”等2。據(jù)農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計，201 年全國生姜總產(chǎn)量 678萬 t，經(jīng)濟價值約 600 億元，在經(jīng)濟作物中名列前茅，單位面積經(jīng)濟效益顯著 。然而，生姜在栽培過程中易感染以青枯菌為代表的多種病害，發(fā)病地塊輕者減產(chǎn) 20%30%，重者可達 80%以上3，且一旦大面積發(fā)病，很難采取補救措施，給姜農(nóng)帶來巨額損失 。腐爛的生姜中還含有黃樟素，可使肝炎病人的肝細胞發(fā)生變性 、壞死，從而誘發(fā)肝癌，因此姜瘟病嚴重影響著我國生姜的產(chǎn)量和品質4。在實際生產(chǎn)上還沒有理想的方法來防治，鑒于此，筆者總結了姜瘟病的研究，提出了防治策略，以期為姜農(nóng)的生產(chǎn)提供理論參考 。1 發(fā)病癥狀的描述姜瘟病又稱腐爛病或青枯病，主要危害生姜的地下莖和根部5。肉質莖初侵呈水漬狀，黃褐色，失去光澤，之后內(nèi)部組織逐漸軟化腐爛，僅殘留外皮，擠壓后病部可流出污白色米水狀汁液，散發(fā)臭味；根被害也呈淡黃褐色，終至全部腐爛；地上莖被害呈暗紫色，內(nèi)部組織變褐 、腐爛 、殘留纖維；葉片被害呈凋萎狀，葉色淡黃，邊緣卷曲，終至全株下垂枯死6。該病與真菌引起的根腐病癥狀近似 。2 病原菌的鑒定姜瘟病又稱姜腐爛病 、細菌性青枯病 、姜青枯病，是由茄科雷爾氏菌 Ralstoniasolancearu 侵染引起的一種廣泛分布于熱帶 、亞熱帶及溫帶地區(qū)的毀滅性病害7。1864年，在印度尼西亞的煙草病株上，首次發(fā)現(xiàn)了該病菌 。1896 年美國人 Erwin Smith 將這種引起煙草和茄青枯病的細菌命名為茄芽孢桿菌（Baciussolanacearum） 。此后，隨著分類學方法的不斷發(fā)展，將其正式命名為Ralstoniasolanaeearum.E.F.Smith 并廣泛使用8。根據(jù)不同來源菌株對不同種類植物致病性的差異，將致病菌劃分為 5個生理小種和 5 個生化型9。我國的姜瘟病主要屬生理小種 I 號，生物型屬 II 、III 、IV 。3 致病環(huán)境因子的研究青枯菌主要在作物根莖和土壤中越冬，一般可存活 2年以上，其增殖 、蔓延主要受土壤濕度和溫度的影響10，11。G.S. Shekhawat 等12研究認為，土壤含水量對姜瘟病致病菌毒性影響明顯，當土壤含水量低于 20%時，病原菌致病性顯著降低 。由于姜瘟病病原菌具 14 根鞭毛，可借助水分游動13，因此土壤水分是姜瘟病發(fā)生和擴散的重要媒介，降雨可導致姜瘟病大量發(fā)生和流行 。例如，據(jù)重慶市氣象局統(tǒng)計，2012 年 7 月平均降雨量較 2011 年增加 60%，導致 2012 年生姜姜瘟病 、莖腐?。€脖子?。┌l(fā)病率大幅提高，造成嚴重的減產(chǎn)，并最終助推了生姜價格的上漲 。姜瘟病發(fā)生與土壤溫度呈顯著正相關14，在一定溫度范圍內(nèi)生姜病原菌的致病性隨溫度的升高而加強13。例如，姜瘟病在高濕土壤中發(fā)病率顯著高于低濕土壤，且當土溫超過 24 開始發(fā)病，超過 28 大規(guī)模爆發(fā)3。主要原因在于環(huán)境影響植物的生理 、生化狀態(tài) 。例如高土壤濕度不僅能使植物地下部分細胞壁初生壁變薄并解體，增強纖維素酶的活性，而且會使防御酶活性變化，激素改變 、膜系統(tǒng)受損，代謝失調等一系列的生理改變15；高溫則會改變膜脂組成，破壞內(nèi)質網(wǎng) 、高爾基體和線粒體等內(nèi)膜系統(tǒng)的完整性和通透性等16。這些生理生化狀態(tài)的變化，都可能顯著影響植物對病害的抗性 。劉漢軍等17研究表明，土壤姜瘟病發(fā)病率與速效磷含量呈顯著正相關，與速效氮和速效鉀呈顯著負相關或負相關，與 E. L.Furtado18和王渭玲等19報道相同 。營養(yǎng)元素參與植物關鍵生理生化代謝途徑 、組織結構的形成，以及抗氧化劑 、植保素 、黃酮類物質等抗性相關物質的合成，從而影響作物健康及防御反應，因而植物的營養(yǎng)水平與其防衛(wèi)機制密切相關20，21。4 侵染路徑的觀察青枯菌通常從植物根部或莖部的傷口侵入，隨后進入木質部并且擴散至植物頂部，通過脂多糖識別寄主，產(chǎn)生大量胞外多糖造成維管束阻塞，影響和阻塞植物體內(nèi)的水分運輸，同時分泌胞外蛋白酶降解細胞壁，導致寄主植物快速萎蔫而死亡22。除生姜外，青枯菌可侵染約44 個科的 300 多種植物23，對該病的防控一直是困擾學術界的一大難題 。研究表明，在土表以下 220cm 的深度內(nèi)，青枯勞爾氏菌的密度最大，所引起的作物幼苗發(fā)病率最高，累計712015, Vol.35, No.10 中國果菜 栽培技術病株率高達 45%6，20cm 以下的土層病菌密度降低，病株率低于 18% 。在自然條件下，青枯菌可以從植物的傷口侵入內(nèi)部，甚至可以直接從次生根根冠上的自然孔口侵入，在細胞間隙中生長，然后陸續(xù)侵入相鄰的細胞，破壞細胞的中膠層，引起植物細胞解體，質壁分離，細胞器變形，在細胞內(nèi)部形成空腔24-26。5 防治策略姜瘟病的傳播途徑多，發(fā)病期長，防治較為困難 。目前尚無理想的藥劑，因而應以農(nóng)業(yè)防治措施為主，結合物理防治，輔之以藥劑防治，以切斷傳播途徑，盡可能控制病害的發(fā)生和蔓延22,27,28。現(xiàn)代分子生物技術的發(fā)展，為姜瘟病的防治提供了新的思路 。5.1 篩選 、創(chuàng)制 “優(yōu)質 、抗 （耐 ）病 ”的生姜資源我國自古栽培生姜，地方品種頗多，資源十分豐富，這些地方品種都是在當?shù)氐淖匀粭l件下，經(jīng)過人們長期的選擇 、馴化和培育而成的，一般均具有較強的適應性 、良好的豐產(chǎn)性和獨特的風味品質 。生姜的地方品種多以地名或根莖的顏色或姜芽的顏色取名 。國外品種資源也非常豐富，如印度生姜大約有 50 個品種，如 Suprbha 、Suruchi 、Varada 、Himgiri 、Mahima 和 Raiatha 等 。目前，我國各地大量應用的主栽品種都是地方品種，大約 3040個，產(chǎn)量 、抗性 、品質 、風味等各有特點29。由于生姜有性雜交困難，所以人工選育品種很少 。生物技術等新技術的發(fā)展和利用為生姜的新品種選育工作提供了新的途徑 。史秀娟等為明確引自國內(nèi)外的不同生姜品種對姜瘟病的抗病性，人工病圃內(nèi)采用人工接種方法測定了 58 個生姜品種對姜瘟病的抗病性，并在無姜瘟病發(fā)生的試驗田內(nèi)，對各品種的農(nóng)藝性狀進行了測定 。結果表明，供試生姜不同品種的抗病性差異明顯，現(xiàn)有生姜品種多為高感病品種，其中，安徽阜陽大姜 、四川犍為黃口姜 、廈門同安土姜等 3 個品種表現(xiàn)為中抗，7 個品種表現(xiàn)為輕抗，9個品種表現(xiàn)為感病，39 個品種表現(xiàn)為高感 。主要農(nóng)藝性狀測定結果表明，3 個中抗品種的產(chǎn)量性狀表現(xiàn)突出，是姜瘟病重發(fā)區(qū)推廣應用的首選品種30。利用轉基因抗姜瘟病生姜的培育是一種較好的方法 。戢俊臣等通過農(nóng)桿菌介導，對生姜導入抗病外源基因（葡萄糖氧化酶基因Go）進行了深入研究，盆裁和田間小區(qū)試驗結果表明，在相同的條件下，轉基因姜較對照延遲發(fā)病 30d 以上，發(fā)病率為對照的 5%20%31?？梢?，轉抗姜瘟病基因的生姜對姜瘟病的抗性明顯增強 。5.2 挖掘新的生防微生物資源大量研究表明，部分細菌 、放線菌是較理想的生姜青枯病拮抗菌32。王學海等33對萊蕪市不同生姜產(chǎn)區(qū)生姜根際土壤及根圍土樣樣品進行分離 、純化，得到放線菌 66 株 、細菌 18 株，采用平板對峙培養(yǎng)法篩選出對姜瘟病菌有拮抗作用的放線菌 9 株 、細菌 14 株；盆栽結果表明，菌株 JT-9 對姜瘟病的防效最好，防病效果高達74.2% 。張成玲等34從山東各地姜田采集土樣 30 份，利用稀釋分離法分離獲得放線菌 621 株，采用瓊脂移塊法篩選出對姜瘟病菌具有拮抗作用的放線菌菌株 53 株，并對其中拮抗活性最強的菌株 Y7 進行形態(tài)學 、生理生化特性和分子生物學鑒定，將其鑒定為淡紫灰鏈霉菌（Streptomyceteslavendulae） 。劉勇等35測定了枯草芽孢桿菌 Bs204 對生姜姜瘟病的防病促生作用，結果表明，該菌能顯著降低生姜因姜瘟病導致的死亡率，并使姜苗和生姜分別增產(chǎn) 52.5%和 51.2% 。張敏等36發(fā)現(xiàn)蠟狀芽孢桿菌菌株 L1 對茄科雷爾氏菌等 8 種病原菌具有較強的拮抗能力，具有廣譜抗性；經(jīng)離子交換柱純化 、SD-PAGE 分析，從菌株 L1 中得到一個表觀分子量約為 40 kDa 的拮抗蛋白 Lp，該蛋白具有光穩(wěn)定性，在pH6.0 8.0、溫度 2060條件下對茄科雷爾氏菌表現(xiàn)出極強的拮抗能力 。生物防治的第一步就是生防菌株的篩選 。到目前為止所涉及到的篩選策略都是基于體外對病原菌的拮抗活性進行的37。但是，雖然在篩選過程中很多生防菌株會表現(xiàn)出拮抗活性，只有大約 1%的菌株能夠在溫室實驗中表現(xiàn)出一定的生防效果，而這個比例到了田間會更少38。因此，篩選策略依然是生物防治所面臨的難點問題 。近年來發(fā)展起來的宏基因組學技術能夠避開傳統(tǒng)的微生物分離培養(yǎng)步驟39，通過構建宏基因組文庫，從中篩選目的基因 。因此，構建生姜感病植株根際土壤微生物宏基因，從中挖掘抗姜瘟病菌新的生防微生物資源，不失為獲取新的生防微生物資源的一種有力工具 。另外，研究生姜根際土壤微生物種群遺傳多樣性，探討根際微生物變化與姜瘟病的互作機理，有望從根際微生態(tài)平衡角度為防控姜瘟病提供理論依據(jù) 。722015, Vol.35, No.10栽培技術參考文獻 ：1 李清春, 張景強. 速溶保健姜粉的研究J. 中國調味品, 201,3: 11-12.2 李月文. 生姜資源及開發(fā)利用 J. 中國林副特產(chǎn), 205, 1:24-25.3 劉銘, 張敏, 戢俊臣, 等. 中國姜瘟病的研究進展J. 中國農(nóng)學通報, 2005, 21(6): 337-357.4 劉漢軍, 陳強, 楊玉國, 等. 犍為縣姜瘟病發(fā)生與土壤養(yǎng)分及環(huán)境因子關系研究J. 四川農(nóng)業(yè)大學學報, 2015, 1: 39-44.5 Tsuchiya K. Genetic diversity of Ralstoniasolanacearum anddisease management strategy J. Journal of General Plant Pathology,2014, 80(6): 504-509.6 史秀娟, 劉振偉, 李立國, 等. 生姜品種資源對姜瘟病的抗病性鑒定J. 植物保護, 2011, (2): 124-126, 132.7 Mitsuo H, Kazutaka Y, Kenichi Y. PCR-based specific detectionof Ralstoniasolanacearum race 4 stains J. Journal of General PlantPathology, 2004, 70: 278-283.8 YabuuchiE., KosakoY., YanoI., et al. Transfer of twoBurkholderia and Alcaligenes species to Ralstonia gen. Nov.:proposal ofRalstoniapickettii (Ralston, Palleroni and Doudororoff1973) comb. Nov., Ralstoniasolanacearum (Smith 1896) comb. Nov.and Ralstoniaeutropha (Davis 1969) comb. Nov J.Microbiollmmunol,1995, 39: 897-904.9 Peeters N, Guidot A, Vailleau F, et al. Ralstoniasolanacearum, awidespread bacterial plant pathogen in the post-genomic era J.Molecular Plant Pathology, 2013, 14(7): 651-662.10 Mohumad TM, Sijam K. Ralstoniasolanacearum: The BacterialWilt Causal Agent J. Asian Journal of Plant Sciences, 2010, 9(7):385-393.1 霍沁建, 張深, 王若焱. 煙草青枯病研究進展J. 中國農(nóng)業(yè)科學, 2007, 23(8): 364-368.12 Shekhawat G S, Perombelon M C M. Factors affecting survivalin soil and virulence of Pseudomonas solanacearumJ. Zeitschrift furPflanzenkrankheiten and Pflanzenschutz, 1991: 98.13 白小軍, 王曉菁, 毛國璋, 等. 青枯菌的運動性野生型菌株的發(fā)現(xiàn)和鑒定J. 西北農(nóng)業(yè)學報, 2000, 9(2): 28-32.14 Navi S S, Yang X B. Foliar symptom expression in associationwith early infection and xylem colonization by Fusuriumvirguliforme(formerlyF.solanif. sp. glycines)，the causal agent of soybean suddendeath syndrome J. Plant Health Progress doi: 10.1094/PHP-2008-0222-01-RS.15 Munns R. Comparative physiology of salt and water stressJ.Plant Cell and Environment, 2002, 25(2): 239-250.16 Collins G G, Nie X L, Saltveit M E. Heat shock proteins andchilling sensitivity of mung bean hypocotyls J. Journal ofExperimental Botany,1995, (46): 795-802.17 李霄. 高效防治生姜姜瘟病J. 中國蔬菜, 2009, (05): 28.18 Furtado E L，Bueno C J，Oliveira A L D, et al. Relationshipbetween occurrence of Panama disease in banana trees of cv.Nanicaoand nutrients in soil and leaves J. Tropical Plant Pathology, 2009,34(4): 211-215.19 王渭玲, 梁宗鎖, 仇理云, 等. 礦質營養(yǎng)元素對黃芪生長發(fā)育及抗病性的影響J.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報, 2007, 15(2): 41-43.20 Garcia M J M. Plant nutrition and defense mechanism: frontierknowledgeM. /Advances in Citrus Nutrition. Springer Netherlands,2012: 12.21 Spann T M, Schumann A W. Mineral nutrition contributestoplant disease and pest resistance J. UF/IFAS Extension. 2010, 1:1-4.22 Tumer M, Jauneau A, Genin S, et al. Dissection of bacterial Wilton Medicagotruncatula revealed two type III secretion systemeffectors acting on root infection process and disease developmentJ .Plant Physiology, 2009, 150(4): 1713-1722.23 Prasath D, Karthika R, Habeeba NT, et al.Comparison of theTranscriptomes of Ginger (ZingiberofficinaleRocs.) and MangoGinger (Curcuma amadaRoxb.) in Response to the Bacterial WiltInfectionJ. PLoS One, 2014, 9(6): e99731.24 Haywaid A C. Characterisrics of pseudomonas solanaceanmiJ.Journal of Applied Bacteriology,1964, 27: 265-277.25 Schmit J. Microscopic study of early stages of infection byPseudomotmssolanacearum on “invitro“ growntomato seedlingsJ. Inproceedings of 4th ICPPB, 1978, 841-856.26 Wallis F M, Truter S J. Histopathology of tomato plants infectedwith Pseudomonas solanacearum, with emphasis on ultrastructureJ.Physilo Plant Pathol, 1978, (13): 307-315.27 王照龍. 姜瘟病綜合防治技術 J. 安徽農(nóng)學通報, 2014, (5):92, 107.28 楊自保, 姚繼貴, 丁祖明. 生姜姜瘟病發(fā)病因素與防治對策J. 長江蔬菜, 2004, (8): 30-31. 29 羅天寬, 張小玲. 生姜脫毒與高產(chǎn)高效栽培M. 中國農(nóng)業(yè)出版社, 2009, 6-7.30 史秀娟, 劉振偉, 李立國, 等. 生姜品種資源對姜瘟病的抗病性鑒定J. 植物保護, 2011, (2): 124-126, 132.31 戢俊臣, 張敏, 劉銘, 等. 四川省姜瘟病菌生物型鑒定初報邱正明,矯振彪,郭鳳領,等.姜瘟病研究進展和防治策略探討 732015, Vol.35, No.10 中國果菜行業(yè)動態(tài)!栽培技術J. 四川農(nóng)業(yè)大學學報, 2004, 4(22): 391-394.32 劉潤葉, 楊土風, 陳曉梅, 等. 一株拮抗姜瘟青枯勞爾氏菌的泛菌的分離及鑒定J. 四川大學學報（自然科學版）207, 4(3):683-686.3 王學海, 劉振偉, 史秀娟, 等. 姜瘟病拮抗菌篩選研究初報J. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技, 2006, (2): 26.34 張成玲, 趙永強, 于曉慶, 張薇, 解永梅, 李向東, 張廣民. 姜瘟病菌拮抗放線菌的篩選與鑒定J. 植物病理學報, 208, 38(4):46-49.36 張敏, 湯志良, 舒凱, 陳華保, 袁杭, 胡曉, 趙丹萍. 姜瘟病菌生防芽孢桿菌蛋白的分離及其生物活性J. 四川農(nóng)業(yè)大學學報,2010, 28(2): 96-99.37 Ahmed Idris H, Labuschagne N, Korsten L. Screeningrhizobacteria for biological control of Fusarium root and crown rot ofsorghum in EthiopiaJ. Biol cont. 2007. 40 (1): 97-106.38 Yang J H, Liu H X, Zhu G M, et al. Diversity analysis ofantagonists from rice associated bacteria and their application inbiocontrol of rice diseases J. J of AppMcrobiol. 2008，104 (1):91-104.39 Handelsman J. Metagenomics: application of genomicstouncultured microotganismsJ. Microbiology and Molecular BiologyReviews, 2004, 68(4): 669-685.據(jù)紅酒世界網(wǎng)消息，來自澳大利亞的研究人員研究發(fā)現(xiàn)，自 1980 年起，由于氣候變暖葡萄采收期平均每10 年提前 8 天 。研究人員稱，現(xiàn)在葡萄種植者不能再推遲采收時間，當然，葡萄種植者可以改變葡萄樹的朝向，或者使用葡萄護具防止過度日曬來避免高溫侵襲 。目前，對高溫的預測越來越準確，葡萄種植者也開始做好各種應對全球變暖的準備，并努力在全球變暖的氣候條件下，保持葡萄酒的品質 。好消息是，目前仍有很多可以調整的空間，但從長遠看，有的地區(qū)可能在數(shù)十年后就不再適合種植葡萄 。保羅 佩特里博士（Dr. Paul Petrie）說： “有許多可以控制葡萄生長期和采收期的方法，這樣可以使葡萄的整個種植過程能得到更好的控制 。一些果園管理的方法也開始試驗性地用于葡萄種植中，但并不能確定適用于其他水果的辦法能不能很好地適應葡萄 ?！卑土_薩谷（BarossaValley）已經(jīng)采取了措施推遲進行葡萄樹的修剪，這樣可以使葡萄采收期往后延遲兩個星期 。消息來源：中國食品網(wǎng)研究發(fā)現(xiàn)葡萄采收期每 10 年提前 8 天“74