姜瘟病研究进展和防治策略探讨_邱正明.pdf

2015, Vol.35, No.10 中国果菜 栽培技术姜瘟病研究进展和防治策略探讨邱正明1矫振彪1郭凤领1陈磊夫1田延富2胡燕3吴金平1觹（1.湖北省农业科学院经济作物研究所，湖北 武汉 430064；2.湖北凤头食品有限责任公司，湖北 来凤 445700；3.武汉古郡种植专业合作社，湖北 武汉 430223）摘 要 生姜姜瘟病频发已成为制约生姜种植业发展的瓶颈。笔者分析了姜瘟病的发病症状、病原菌、致病环境因子以及侵染路径等方面的研究现状，提出通过筛选、创制“优质、抗（耐）病”的生姜资源，为生姜抗病育种提供新材料；同时，通过构建生姜根际土壤微生物宏基因组文库，挖掘抗姜瘟病病菌的新生物活性物质或新基因，在基因组水平上为姜瘟病的生态防控提供新资源。此外，笔者还利用根际微生态平衡理论，研究了生姜根际土壤微生物群落的变化，通过土壤生物活性的改良，消除或者减轻姜瘟病的危害。关键词 姜瘟病；进展；防治策略中图分类号 F326.2 文献标志码 A 文章编号 1008-1038201510-0070-05Study 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, ChinaAbstract 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 resistancetolerance, 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基金项目 农业部现代农业产业技术体系项目（nycytx-35-02-06）；湖北省重大科技创新计划项目（2014ABA034）；湖北省科技支撑计划项目（2014BBA183）；湖北省农科院扶持性计划项目（2015jzxjh04）作者简介 邱正明（1966 ），男，汉，研究员，研究方向为蔬菜栽培觹通讯作者 吴金平（1978 ），副研究员，主要研究薯芋类蔬菜栽培与育种702015, Vol.35, No.10邱正明,矫振彪,郭凤领,等.姜瘟病研究进展和防治策略探讨栽培技术生姜（Ginger），又称姜，也称黄姜，别名地辛，是姜科（Zingiberaceae）姜属（Zingiber）多年生宿根草本植物姜的根状块茎，既是人们日常生活中常用的重要调味品，又是传统的中药材，生姜药食两用的特点使其具有很高的经济利用价值[1]。生姜在我国西南部 、中部和东南部广为栽培，著名的品种有四川的 “竹根姜 ”、湖北的 “凤头姜 ”和山东的“片姜 ”等[2]。据农业部统计，201 年全国生姜总产量 678万 t，经济价值约 600 亿元，在经济作物中名列前茅，单位面积经济效益显著 。然而，生姜在栽培过程中易感染以青枯菌为代表的多种病害，发病地块轻者减产 2030，重者可达 80以上[3]，且一旦大面积发病，很难采取补救措施，给姜农带来巨额损失 。腐烂的生姜中还含有黄樟素，可使肝炎病人的肝细胞发生变性 、坏死，从而诱发肝癌，因此姜瘟病严重影响着我国生姜的产量和品质[4]。在实际生产上还没有理想的方法来防治，鉴于此，笔者总结了姜瘟病的研究，提出了防治策略，以期为姜农的生产提供理论参考 。1 发病症状的描述姜瘟病又称腐烂病或青枯病，主要危害生姜的地下茎和根部[5]。肉质茎初侵呈水渍状，黄褐色，失去光泽，之后内部组织逐渐软化腐烂，仅残留外皮，挤压后病部可流出污白色米水状汁液，散发臭味；根被害也呈淡黄褐色，终至全部腐烂；地上茎被害呈暗紫色，内部组织变褐 、腐烂 、残留纤维；叶片被害呈凋萎状，叶色淡黄，边缘卷曲，终至全株下垂枯死[6]。该病与真菌引起的根腐病症状近似 。2 病原菌的鉴定姜瘟病又称姜腐烂病 、细菌性青枯病 、姜青枯病，是由茄科雷尔氏菌 Ralstoniasolancearu 侵染引起的一种广泛分布于热带 、亚热带及温带地区的毁灭性病害[7]。1864年，在印度尼西亚的烟草病株上，首次发现了该病菌 。1896 年美国人 Erwin Smith 将这种引起烟草和茄青枯病的细菌命名为茄芽孢杆菌（Baciussolanacearum） 。此后，随着分类学方法的不断发展，将其正式命名为Ralstoniasolanaeearum.E.F.Smith 并广泛使用[8]。根据不同来源菌株对不同种类植物致病性的差异，将致病菌划分为 5个生理小种和 5 个生化型[9]。我国的姜瘟病主要属生理小种 I 号，生物型属 II 、III 、IV 。3 致病环境因子的研究青枯菌主要在作物根茎和土壤中越冬，一般可存活 2年以上，其增殖 、蔓延主要受土壤湿度和温度的影响[10，11]。G.S. Shekhawat 等[12]研究认为，土壤含水量对姜瘟病致病菌毒性影响明显，当土壤含水量低于 20时，病原菌致病性显著降低 。由于姜瘟病病原菌具 14 根鞭毛，可借助水分游动[13]，因此土壤水分是姜瘟病发生和扩散的重要媒介，降雨可导致姜瘟病大量发生和流行 。例如，据重庆市气象局统计，2012 年 7 月平均降雨量较 2011 年增加 60，导致 2012 年生姜姜瘟病 、茎腐病（烂脖子病）发病率大幅提高，造成严重的减产，并最终助推了生姜价格的上涨 。姜瘟病发生与土壤温度呈显著正相关[14]，在一定温度范围内生姜病原菌的致病性随温度的升高而加强[13]。例如，姜瘟病在高湿土壤中发病率显著高于低湿土壤，且当土温超过 24 ℃开始发病，超过 28 ℃大规模爆发[3]。主要原因在于环境影响植物的生理 、生化状态 。例如高土壤湿度不仅能使植物地下部分细胞壁初生壁变薄并解体，增强纤维素酶的活性，而且会使防御酶活性变化，激素改变 、膜系统受损，代谢失调等一系列的生理改变[15]；高温则会改变膜脂组成，破坏内质网 、高尔基体和线粒体等内膜系统的完整性和通透性等[16]。这些生理生化状态的变化，都可能显著影响植物对病害的抗性 。刘汉军等[17]研究表明，土壤姜瘟病发病率与速效磷含量呈显著正相关，与速效氮和速效钾呈显著负相关或负相关，与 E. L.Furtado[18]和王渭玲等[19]报道相同 。营养元素参与植物关键生理生化代谢途径 、组织结构的形成，以及抗氧化剂 、植保素 、黄酮类物质等抗性相关物质的合成，从而影响作物健康及防御反应，因而植物的营养水平与其防卫机制密切相关[20，21]。4 侵染路径的观察青枯菌通常从植物根部或茎部的伤口侵入，随后进入木质部并且扩散至植物顶部，通过脂多糖识别寄主，产生大量胞外多糖造成维管束阻塞，影响和阻塞植物体内的水分运输，同时分泌胞外蛋白酶降解细胞壁，导致寄主植物快速萎蔫而死亡[22]。除生姜外，青枯菌可侵染约44 个科的 300 多种植物[23]，对该病的防控一直是困扰学术界的一大难题 。研究表明，在土表以下 220cm 的深度内，青枯劳尔氏菌的密度最大，所引起的作物幼苗发病率最高，累计712015, Vol.35, No.10 中国果菜 栽培技术病株率高达 456，20cm 以下的土层病菌密度降低，病株率低于 18 。在自然条件下，青枯菌可以从植物的伤口侵入内部，甚至可以直接从次生根根冠上的自然孔口侵入，在细胞间隙中生长，然后陆续侵入相邻的细胞，破坏细胞的中胶层，引起植物细胞解体，质壁分离，细胞器变形，在细胞内部形成空腔[24-26]。5 防治策略姜瘟病的传播途径多，发病期长，防治较为困难 。目前尚无理想的药剂，因而应以农业防治措施为主，结合物理防治，辅之以药剂防治，以切断传播途径，尽可能控制病害的发生和蔓延[22,27,28]。现代分子生物技术的发展，为姜瘟病的防治提供了新的思路 。5.1 筛选 、创制 “优质 、抗 （耐 ）病 ”的生姜资源我国自古栽培生姜，地方品种颇多，资源十分丰富，这些地方品种都是在当地的自然条件下，经过人们长期的选择 、驯化和培育而成的，一般均具有较强的适应性 、良好的丰产性和独特的风味品质 。生姜的地方品种多以地名或根茎的颜色或姜芽的颜色取名 。国外品种资源也非常丰富，如印度生姜大约有 50 个品种，如 Suprbha 、Suruchi 、Varada 、Himgiri 、Mahima 和 Raiatha 等 。目前，我国各地大量应用的主栽品种都是地方品种，大约 3040个，产量 、抗性 、品质 、风味等各有特点[29]。由于生姜有性杂交困难，所以人工选育品种很少 。生物技术等新技术的发展和利用为生姜的新品种选育工作提供了新的途径 。史秀娟等为明确引自国内外的不同生姜品种对姜瘟病的抗病性，人工病圃内采用人工接种方法测定了 58 个生姜品种对姜瘟病的抗病性，并在无姜瘟病发生的试验田内，对各品种的农艺性状进行了测定 。结果表明，供试生姜不同品种的抗病性差异明显，现有生姜品种多为高感病品种，其中，安徽阜阳大姜 、四川犍为黄口姜 、厦门同安土姜等 3 个品种表现为中抗，7 个品种表现为轻抗，9个品种表现为感病，39 个品种表现为高感 。主要农艺性状测定结果表明，3 个中抗品种的产量性状表现突出，是姜瘟病重发区推广应用的首选品种[30]。利用转基因抗姜瘟病生姜的培育是一种较好的方法 。戢俊臣等通过农杆菌介导，对生姜导入抗病外源基因（葡萄糖氧化酶基因Go）进行了深入研究，盆裁和田间小区试验结果表明，在相同的条件下，转基因姜较对照延迟发病 30d 以上，发病率为对照的 520[31]。可见，转抗姜瘟病基因的生姜对姜瘟病的抗性明显增强 。5.2 挖掘新的生防微生物资源大量研究表明，部分细菌 、放线菌是较理想的生姜青枯病拮抗菌[32]。王学海等[33]对莱芜市不同生姜产区生姜根际土壤及根围土样样品进行分离 、纯化，得到放线菌 66 株 、细菌 18 株，采用平板对峙培养法筛选出对姜瘟病菌有拮抗作用的放线菌 9 株 、细菌 14 株；盆栽结果表明，菌株 JT-9 对姜瘟病的防效最好，防病效果高达74.2 。张成玲等[34]从山东各地姜田采集土样 30 份，利用稀释分离法分离获得放线菌 621 株，采用琼脂移块法筛选出对姜瘟病菌具有拮抗作用的放线菌菌株 53 株，并对其中拮抗活性最强的菌株 Y7 进行形态学 、生理生化特性和分子生物学鉴定，将其鉴定为淡紫灰链霉菌（Streptomyceteslavendulae） 。刘勇等[35]测定了枯草芽孢杆菌 Bs204 对生姜姜瘟病的防病促生作用，结果表明，该菌能显著降低生姜因姜瘟病导致的死亡率，并使姜苗和生姜分别增产 52.5和 51.2 。张敏等[36]发现蜡状芽孢杆菌菌株 L1 对茄科雷尔氏菌等 8 种病原菌具有较强的拮抗能力，具有广谱抗性；经离子交换柱纯化 、SD-PAGE 分析，从菌株 L1 中得到一个表观分子量约为 40 kDa 的拮抗蛋白 Lp，该蛋白具有光稳定性，在pH6.0 ～8.0、温度 2060℃条件下对茄科雷尔氏菌表现出极强的拮抗能力 。生物防治的第一步就是生防菌株的筛选 。到目前为止所涉及到的筛选策略都是基于体外对病原菌的拮抗活性进行的[37]。但是，虽然在筛选过程中很多生防菌株会表现出拮抗活性，只有大约 1的菌株能够在温室实验中表现出一定的生防效果，而这个比例到了田间会更少[38]。因此，筛选策略依然是生物防治所面临的难点问题 。近年来发展起来的宏基因组学技术能够避开传统的微生物分离培养步骤[39]，通过构建宏基因组文库，从中筛选目的基因 。因此，构建生姜感病植株根际土壤微生物宏基因，从中挖掘抗姜瘟病菌新的生防微生物资源，不失为获取新的生防微生物资源的一种有力工具 。另外，研究生姜根际土壤微生物种群遗传多样性，探讨根际微生物变化与姜瘟病的互作机理，有望从根际微生态平衡角度为防控姜瘟病提供理论依据 。722015, Vol.35, No.10栽培技术参考文献 [1] 李清春, 张景强. 速溶保健姜粉的研究[J]. 中国调味品, 201,3 11-12.[2] 李月文. 生姜资源及开发利用 [J]. 中国林副特产, 205, 124-25.[3] 刘铭, 张敏, 戢俊臣, 等. 中国姜瘟病的研究进展[J]. 中国农学通报, 2005, 216 337-357.[4] 刘汉军, 陈强, 杨玉国, 等. 犍为县姜瘟病发生与土壤养分及环境因子关系研究[J]. 四川农业大学学报, 2015, 1 39-44.[5] Tsuchiya K. 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