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魔芋软腐病与其防治进展
摘 要：软腐病是魔芋灾难性病害,其防治工作是生产中必不可少的技术环节.对魔芋软腐病防治的研究主要集中于化学防治、生物防治、农业防治与植物基因工程技术的应用等方面,已取得了一些进展.本研究通过对魔芋软腐病与其各种防治方式进行综述,旨在为生产中进行综合防治、降低发病率提供方法上的参考.
关键词：魔芋；软腐病；化学防治；生物防治；农业防治
中图分类号：S436.32 文献标志码：A 论文编号：cjas17070011
0 引言
魔芋(Amorphophallus Blume)是天南星科魔芋属植物的总称,为多年生草本植物,以地下球茎作为经济器官.现栽培利用的种中多含有丰富的葡甘聚糖(Konjac Glucomanan, KGM)[1],是一种在植物中罕见的高分子碳水化合物,具有束水性、凝胶性、增稠性、粘结性、可逆性、成膜性与赋味性等优良特性,还是一种优良的可食用纤维,因而广泛用于食品、医药、环保与化工等领域,开发利用价值极高[2].由于魔芋具有耐阴喜温暖湿润,忌高温,属半阴性植物,耐瘠薄,怕干旱与避大风等特性,使得魔芋在中国主要分布于秦岭以南的山区.
随着魔芋加工的深入,规模化种植面积不断扩大,但同时魔芋病害发生严重,其中软腐病是其生产中发生最普遍、影响最严重的一种细菌性病害,常被称为魔芋的“癌症”[3],造成产量损失往往可达20%~50%,发生严重的损失更高,已成为限制魔芋产业发展的主要因素.
近些年,对魔芋软腐病的防治进行了大量的研究,从化学防治、生物防治、农业防治到基因工程,相关工作都取得了一些进展.如王国馨等[4]较早对该病的病原菌、侵染特点与防治进行了研究,表明其致病菌危害广泛,确定了染病种芋与带菌土壤是初侵染源,得出代森铵、琥胶肥酸铜、波尔多液、链霉素、氯霉素在发病初期使用能有效控制病害发展；何斐等[5]综述了魔芋软腐病生物防治方面的研究进展,是当前国内外植病防治的研究热点.但是,生产实践中,由于各种因素,魔芋软腐病防治难度仍大.土壤、气候、耕作制度、农事操作等因素都会造成魔芋不同程度的病菌感染.为获得高产,除适宜的栽培措施,土壤消毒、种芋处理、苗后管理等过程,药剂处理是必不可少的环节,其中,化学农药与生物农药应用最为广泛.同时,农业防治、综合防治与基因工程技术的应用逐渐成为软腐病防治研究的必要措施与研究热点.
本研究综述了魔芋软腐病的发生与防治方法,并进行了展望,旨在为魔芋生产上更好地防治软腐病提供参考.
1 软腐病病原菌、致病机理与发病条件
软腐病在很多作物上有发生,如白菜、马铃薯、番茄、辣椒与胡萝卜等,主要是由肠杆菌科欧文氏菌的病原菌引起,魔芋软腐病病原菌主要是胡萝卜软腐欧文氏菌胡萝卜软腐亚种(Erwinia carotovora subsp.carotovora, Ecc)与菊欧文氏菌(Erwinia chrysanthemi,Ech),还有尚待确定的致病菌[6-10],具有多样性.
研究表明,魔芋软腐病致病菌是通过群体感应机制(quorum sensing, QS)来调控致病效应,该机制是由Fuqua 和Winans 等于1994 年首次提出[11].所谓群体感应,是指细菌能够自发产生与释放一些特定的信号分子,并能感知其浓度变化,进而调控自身群体行为的系统[12-13].引起魔芋软腐病的欧文氏菌属于革兰氏阴性细菌,它主要是以氮-酰基高丝氨酸内酯类物质(NAHLs)作为信号分子,当这些信号分子积累到一定阈值浓度时,可以与胞内相应受体结合,引起受体蛋白的构象或基因发生变化,启动细菌内相应基因表达,控制合成细胞降解酶,主要是果胶酶与纤维素酶,分泌到胞外,作用于植株,降解植株细胞壁,破坏并引起植株细胞的死亡和组织瓦解,进而导致软腐病的发生[14-16].因此,适宜的N-AHLs 浓度是引发病原菌致病因子表达的关键因子,为生物防治细菌病害提供了作用靶点[14].
种芋带菌与土壤带菌是软腐病发生的主要初侵染源,病残体、杂草根、堆肥、昆虫咬伤、农事操作碰伤与风吹雨打等都可为病原菌的生存与侵染创造条件,病原菌主要从伤口侵入发病并传播蔓延.诱发软腐病的主要环境条件是湿度与温度,降雨多、温度高时,该病发生更严重[1].控制初侵染源、切断传播途径与创造不利于病害发生的条件是防治软腐病的重要环节.
2 魔芋软腐病防治方法
2.1 化学防治
化学防治是无公害蔬菜生产中病虫害防治所不可或缺的环节.目前,魔芋生产中为降低病害发病率,提高产量,化学药剂使用较普遍.魔芋软腐病属于土传病害,一般情况下,其发病规律是始发期为6—7 月,盛发期为7—8 月[17],并且种芋易带菌,防治工作应贯穿于整个栽培管理过程.
栽种前,进行土壤消毒,常用的方式是药剂熏蒸与撒施.将氯化苦熏蒸剂用注射器注入土壤,然后覆膜14 天以上,用量一般为30 L/hm2；或用或二甲苯喷洒,用量约40 L/hm2[1]；也可用三元消毒粉（草本灰:生石灰:硫磺等于50:50:2）撒施在土壤中,用量一般为750 kg/hm2[18].
种芋处理必不可少,常用的方式为药剂浸种或喷雾,用40%甲醛200~250 倍液浸种20~30 min,或0.1%高锰酸钾溶液浸种10 min,取出晾晒1~2 天；或利用两者对种芋进行熏蒸[19]；也可将种芋芽向上摆在地面,利用广谱性杀菌剂对种芋喷雾,尤其是主芽周围；或者将药剂做种芋粉衣消毒,用量为种芋重量的2%~3%,以石膏或草木灰做填充剂与药剂混匀,将浸种后的种芋取出趁湿裹上粉衣[1].另外,也可采用种芋包衣或药袋套芋的方式,前者主要是利用海藻酸钠的透气性与火棉胶的成膜性,并在其中加入适量的防治药剂,即成种芋包衣剂,后者主要是利用药物熏蒸的作用,将种芋放入内外两层均涂有药剂的纸袋[20].
出苗后,根据其发病规律和发病程度安排防治工作.在生产上多用各种含铜制剂（波尔多液、氢氧化铜、氧化亚铜、噻菌铜、喹啉铜与噻森铜等）、异氰尿酸类杀菌剂（氯溴异氰尿酸、三氯异氰尿酸）、噻唑类（噻唑锌、叶枯唑）等或与抗生素类农药混合施用,叶面喷施或灌根处理,都有一定的防治效果.从软腐病始发期到盛发期,与其他杀菌剂交替使用[21],可以降低发病率,增加魔芋产量.
2.2 生物防治
生物防治是指利用植物活性物质、微生物或微生物代谢产物来控制病虫草害的技术,具有无毒、无残留以及病虫害不易产生抗性等特性,是植物保护中不可缺少的组成部分.随着现代生物技术的研究与发展,化学农药受到了一定的约束,而农用抗生素（生物活性物质）、拮抗微生物等在病虫害防治研究中得到了较好的应用.
2.2.1 生物活性物质的利用生物活性物质指的是来自生物体内对生命现象具有影响的少量或微量物质.在生物农药研究领域,主要利用一些微生物代谢产物或植物提取物来研究其对植物病虫害的抑制作用.微生物提取物利用方面,农用链霉素是最常用的防治魔芋软腐病的抗生素类杀菌剂,以其为主要成分的复合制剂——汰腐净,通过浸种、喷叶和灌根对软腐病与白绢病都有较好的防效.中生菌素、四霉素、春雷霉素等均是可用于防治细菌性病害的农用抗生素,可作为农用链霉素退市后的替代品来使用.此外,用抗生素与生长调节剂配合处理,防治作用也比较好.覃宇等用1000 万单位农用链霉素+40 mg/kg NAA、1000 万单位农用链霉素+100 mg/kg 6-BA处理魔芋植株,结果表明不仅能提高植株抗性,降低软腐病的田间发病率,还能提高产量[22].植物提取物研究方面,Petrovic 等以水为溶剂从菊苣中提取到的水提取物[23]、周燚等以乙醇为溶剂从瓦松中提取到的有机提取物[24]、张伟从大蒜种提取的大蒜素[25]均发现对软腐病具有较强的抑制作用.
2.2.2 生防菌的研究利用目前,利用生防菌来防治植物病虫害,是一种环保的防治方式,也是生物防治研究的热点.生防菌主要有生防细菌和生防真菌,如枯草芽孢杆菌,是一种生防细菌,利用其生产出的生物制剂在生产上应用普遍且杀菌效果较好.魔芋软腐病防治研究中的生防菌主要是从魔芋根际土壤和病健组织中筛选的拮抗微生物,该类微生物多数是溶杆菌属类、放线菌类与芽孢杆菌类.
溶杆菌属细菌是一类具有极大生防潜力的生防菌,能够溶解一些病原细菌、真菌及线虫[26].用溶杆菌属生防菌13-1、06-4 来研究对其魔芋软腐病抑制效果,发现该类菌对软腐病具有良好的抑制作用[27-28].通过从魔芋根际施入抗生素溶杆菌菌剂,表明不仅能有效地控制魔芋软腐病,还能增产,防控效果达79.16%且增产达14.30%[29].放线菌是抗生素的主要产生菌,具有防病促生多种功能,对作物根域微生物区系及作物生长有显著影响.从魔芋根际土壤中分离得到的11株魔芋软腐病拮抗放线菌中筛选出的放线菌SJK18 对魔芋软腐病具有显著的拮抗作用[30].另外,生防芽孢杆菌能够产生多种抗生素、植物激素或植酸酶等物质,能够有效预防和控制农作物病害的发生和发展,并且能够直接或间接促进植物生长[31].周盈等从被细菌污染的花魔芋愈伤组织中分离的魔芋内生菌中筛选到了能抑制软腐病病原菌生长、产芽孢的杆状菌BSn5,发现其能够削弱软腐病的致病能力,具有生防菌的潜力[32].苏娜等利用从魔芋不同生育期体内分离到的枯草芽孢杆菌YUPP-1、固氮类芽孢杆菌YUPP-2、解木聚糖类芽孢杆菌YUPP-3、枯草芽孢杆菌YUPP-4、蜡状芽孢杆菌YUPP-5 等5 种高效抑制软腐病病菌的生防菌,按等比例混配灌根处理,能有效控制软腐病的发生,防治效果好于农用链霉素[19].
2.3 农业防治
农业防治是为防治作物病虫草害所采取的农业技术综合措施,调整和改善作物的生长环境,以增强作物对病虫草害的抵抗力,创造不利于病原物、害虫和杂草生长发育或传播的条件,以控制、避免或减轻病虫草的危害[33].依据魔芋的生物学特性,优选适宜其栽培的地区与地块；培育与选用无病中小型球茎或根状茎做种芋；深沟高畦栽培；在高温强光季节,适当遮荫栽培有利于魔芋植株生长,降低发病率与提高产量.近年来,关于增加田间生物多样性进行作物抗病虫害的研究多有报道.有人认为,多样性种植控制病害的主要机制是能对病原菌起阻隔效应,通过合理搭配形成的作物条带群落,互为病害蔓延的物理障碍,阻隔病害传播[34].将魔芋与生态相对较好的麦类、豆科、玉米、高粱等作物通过轮作、间套作等方式,一方面能直接增加地上部物种多样性,有效改善栽培环境的生态功能,另一方面能间接增加地下部微生物多样性,有助于减轻连作障碍危害,降低魔芋软腐病的的发病率[35-36].在与玉米轮作的条件下再进行间作同单作相比,不仅能延迟发病高峰期,还能提高59%控病效果.此外,合理的施肥制度也能降低魔芋软腐病的发生概率,根据崔鸣等的报道,每公顷增施300 kg氧化钾,病株率较单一施纯氮减少48.28%,产量提高27.52%[37].因此,防治魔芋软腐病除用前述的药剂处理,还要结合农业栽培措施等进行综合防治.
2.4 基因工程的应用
随着生物技术的发展,利用基因工程改良植物已成一大趋势.Dong 等首次从芽孢杆菌240B1 中克隆到酰基高丝氨酸环内酯酶基因aiiA,aiiA 蛋白能降解软腐病病原菌的信号分子N-AHLs[38].此后利用该基因,通过基因工程技术获得生防菌株或转化魔芋获得抗病植株的研究均有报道.
Molina 等将该基因转入荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)P3,产生了能使AHLs 降解的生物菌株[39]；周燚等将从苏云金芽孢杆菌中扩增出的aiiA 基因克隆到pET28a 表达载体中,转化大肠杆菌BL21(DE3),经IPTG诱导表达aiiA蛋白,室内检测结果表明,aiiA 蛋白能较好地抑制魔芋软腐病的致病性[40].柴鑫莉等采用农杆菌介导的遗传转化方法将来自苏云金芽孢杆菌经子优化的aiiA 基因导入花魔芋,以提高魔芋抗软腐病的能力,通过对酰基高丝氨酸环内酯酶活性检测表明转基因魔芋叶片的蛋白可以降解酰基高丝氨酸环内酯信号分子[41].随着对aiiA 基因的克隆应用,魔芋软腐病防治找到了一种新方法,通过转基因技术获得更多的生防菌与抗病材料,不再仅限于传统的“田间管理+农药处理”的模式.
3 展望
从现有的魔芋种质资源看,除少数品种外,一般所用品种多数属于没有经过品种选育和更新的“原始种”,区域性强,抗病材料少,且大多从群体中筛选而来,生产上尚无抗软腐病品种[1]；中国栽培品种比较单一,长期栽培的一些优良品种在不断退化,现有的魔芋品种已不能满足生产的需求[42]；同时,在魔芋的品种选育与抗性育种方面的工作严重滞后.因此,有必要广泛收集种质资源并加以研究,采用多种育种相关技术（杂交育种、诱变育种、生物技术育种、建立良种繁育体系等）选育出更多既抗病、经济价值又较高的魔芋新品种.
生产上对魔芋软腐病的防治主要选用化学药剂,长期使用药性长的化学农药,不仅使病菌逐渐产生抗药性,还会增加环境中的农药残留.但化学农药自产生以来,一直是农业生产中病虫害防治最有效、最经济、最简便的方法,随着对环境保护意识的加强和食品质量安全要求的提高,对化学农药开发利用的要求越来越高,高效、低毒、低残留与易降解的化学农药将成为研发重点.
生物防治方面,虽然中国微生物防治已步入世界先进行列,但理论研究在应用领域仍然不足.首先拮抗菌的研究方面,一些研究报道了从根际微生物中或魔芋软腐病发病组织中筛选出的微生物具有较好的抑制软腐病的能力,但在实际生产应用中可供选择的抗软腐病的微生物菌剂种类还是比较单一,而自然界中能够通过培养获得的拮抗菌种类极少,有待进一步加强对拮抗微生物的筛选和培养技术.其次抗生素研究方面,市场上能够用来防治魔芋软腐病的农用抗生素药剂种类较多,生产上采用与化学农药交替使用,有较好的效用.虽然目前仍没有找到能很好的防治软腐病的方法,但生物农药具有环境相容性、不易产生抗性、资源丰富且开发成本低等优势.加大对生物制剂研究力度,配合合理的栽培技术,软腐病防治现状将有所改观.
综上所述,魔芋软腐病的防治已做了大量研究工作,取得了一些进展,但迄今仍未能找到防治该病特别有效的方法,防治仍较为困难,加强以预防为主的综合防治是魔芋生产中的必要措施.
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