香蕉抗枯萎病研究現(xiàn)狀及展望

張俊芳+李錚+李曉慧

摘 要 香蕉枯萎病嚴(yán)重影響香蕉的種植規(guī)模及產(chǎn)量，制約香蕉產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。綜述香蕉枯萎病的癥狀與傳播途徑、香蕉抗枯萎病機理、抗病基因挖掘及防治措施等國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，并對該病的進一步研究進行展望。

關(guān)鍵詞 香蕉枯萎病 ；抗病機理 ；綜合防治

分類號 S668.1

Current Situation and Prospects of Banana Resistance

to Fusarium Wilt

ZHANG Junfang LI Zheng LI Xiaohui

（Modern Agricultural Inspection Testing and Control Center of Hainan Province，

Haikou， Hainan 571100）

Abstract Fusarium wilt is one of the major diseases of banana， which seriously affects the size and output of banana cultivation， and restricts the continuous development of banana industry. Fusarium wilt of banana has been studied from different aspects and achieved some research results by domestic and foreign scholars. This paper summarized the research progress from symptom， propagation path， disease resistance mechanism， the digged of resistance-related genes and integrated control in order to provide reference for the further study of the banana fusarium wilt.

Keywords banana fusarium wilt ； disease resistance mechanism ； integrated control

香蕉（Musa spp.）屬芭蕉科（Musaceae）芭蕉屬（Musa）多年生單子葉植物，是一種重要的熱帶作物。近年來，香蕉種植業(yè)已有較大發(fā)展，但仍面臨著香蕉主要病害——香蕉枯萎病的嚴(yán)重威脅，香蕉枯萎病已成為制約香蕉產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素之一。

1935～1939年，香蕉枯萎病摧毀了中南美洲4萬hm2蕉園；20世紀(jì)80年代，該病使得臺灣1 500 hm2約50萬株香芽蕉被毀[1]。據(jù)報道，1995年，廣東省香蕉枯萎病發(fā)生面積1.4萬hm2，到2003年，發(fā)病面積增加到2萬hm2[2-3]。2009～2014年，由于香蕉枯萎病，海南省香蕉種植面積由6萬hm2下降到不足3.33萬hm2。香蕉枯萎病發(fā)展迅猛，危害嚴(yán)重，而我國香蕉種植存在品種較單一，抗病能力普遍較差。因此，探討香蕉抗病機制，有效防治枯萎病的發(fā)生，成為當(dāng)前香蕉產(chǎn)業(yè)急需解決的重要課題。筆者綜述香蕉抗枯萎病的研究進展，包括香蕉枯萎病癥狀、香蕉抗枯萎病機理、抗病相關(guān)基因挖掘及防治措施等，以期為香蕉的生產(chǎn)應(yīng)用提供參考。

1 病害癥狀及傳播途徑

1.1 癥狀

香蕉枯萎病又稱黃葉病，是由尖孢鐮刀菌古巴?；停‵usarium oxysporum f. sp. cubense， FOC）引起的香蕉真菌病害。香蕉枯萎病菌共有4個生理小種，其中4號生理小種危害最大，幾乎能侵染所有香蕉品種。香蕉幼株感病后明顯矮縮，甚至死亡。成株感病后，葉片自下而上從葉邊緣到中脈逐漸黃化，并迅速枯萎，下垂，基部假莖縱裂，最后整株全部枯亡。剖視病株，可見假莖和球莖維管束成黃紅色病變，且越接近莖基部顏色越深。

1.2 傳播途徑

香蕉枯萎病病原菌傳播主要是通過帶病的吸芽或病土從病區(qū)擴散到無病區(qū)，被污染的灌溉水、雨水、耕作農(nóng)具等也是其傳播媒介。條件適宜時，病原菌分生孢子萌發(fā)，通過植株幼根及受傷的球莖侵入，沿維管束蔓延，植株發(fā)病。條件不適宜時，病原菌可產(chǎn)生厚垣孢子，厚垣孢子腐生能力強， 在土壤中可存活幾年到幾十年。因此，對香蕉枯萎病的預(yù)防和控制仍是一個世界性難題。

2 香蕉抗枯萎病機理

抗病性是植物與病原物在長期進化和相互作用的過程中，逐漸形成的抵御有害病原物的特征和能力。研究發(fā)現(xiàn)，香蕉抗病品種與感病品種在組織結(jié)構(gòu)、受病原菌侵染后機體的細胞反應(yīng)及生理生化反應(yīng)都存在明顯差異。Beckman[4]發(fā)現(xiàn)，香蕉根部木質(zhì)部導(dǎo)管存在穿孔板，可以阻止病原分生孢子在導(dǎo)管中向上擴展。胡玉林等[5]認為，根系導(dǎo)管直徑及穿孔板間距顯著變小等根系維管束結(jié)構(gòu)的變化可能與威廉斯香蕉8818及其抗枯萎病突變體8818-1抗病性存在差異具有直接相關(guān)性。Li 等[6]和殷曉敏等[7]觀察和分析了綠色熒光蛋白標(biāo)記的香蕉枯萎病菌4號生理小種（GFP-Foc4）侵染香蕉根系的過程，為研究香蕉枯萎病菌與香蕉的互作提供了重要依據(jù)。鄺瑞彬[8]等發(fā)現(xiàn)，不同香蕉品種根系接種枯萎病原菌熱帶4號小種后，抗病香蕉品種維管細胞壁加厚，皮層出現(xiàn)如乳突、木質(zhì)化、產(chǎn)生侵填體等結(jié)構(gòu)抗性，這些結(jié)構(gòu)變化可能阻礙了病原菌的進一步入侵及輸導(dǎo)。李赤[9]使用香蕉枯萎病菌4號小種粗毒素和純品鐮刀菌酸處理耐病品種、感病品種幼苗葉片發(fā)現(xiàn)，感病品種葉片細胞的超微結(jié)構(gòu)受到破壞，而耐病品種對粗毒素表現(xiàn)出較強的耐性，葉片超微結(jié)構(gòu)遭到破壞的程度相對較輕。抗性品種的組織結(jié)構(gòu)及受侵染后的細胞變化雖然可以一定程度上阻礙病原菌的快速侵染，但并不能阻止病原菌侵染全株。

在生理生化方面，Ascensao等[10]用病原菌第4小種侵染抗病品種金手指，發(fā)現(xiàn)其酚類化合物的合成迅速增加。曾蕊[11]等研究香蕉苗與枯萎病菌互作認為苯丙氨酸解氨酶（PAL）、過氧化物酶（POD）、多酚氧化酶（PPO）、超氧化物歧化酶（SOD）積極參與了香蕉苗體內(nèi)的抗病反應(yīng)。吳超等[12]研究香蕉防御酶與抗枯萎病之間的關(guān)系表明過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）和多酚氧化酶（PPO）在內(nèi)的防御酶系活性的高低可以作為判斷香蕉品種對枯萎病菌抗性的一個重要生理指標(biāo)。Ascensao[13]等用病原菌細胞壁激發(fā)子處理香蕉根系發(fā)現(xiàn)植株體內(nèi)POD、PPO、PAL等相關(guān)酶系的異常增加，同時細胞壁的木質(zhì)化，認為這些酶系參與了寄主細胞壁的木質(zhì)化過程。這些研究均為進一步揭示香蕉抗枯萎病的生理生化機制奠定了基礎(chǔ)。

3 香蕉抗病基因的挖掘

隨著香蕉遺傳轉(zhuǎn)化體系的不斷完善，利用轉(zhuǎn)基因手段實現(xiàn)香蕉品種改良成為可能，特別是香蕉胚性細胞懸浮系的培養(yǎng)，為香蕉基因轉(zhuǎn)化提供了理想受體，并已成功獲得轉(zhuǎn)基因植株[14-15]。然而挖掘香蕉自身有益基因，成為獲得抗病轉(zhuǎn)基因植株首先要做好的工作之一。Echeverria等[16]獲得一個受香蕉枯萎病4號生理小種侵染后的RGC基因。Huang等[17]克隆香蕉MaSERK1基因，其表達受香蕉枯萎病4號生理小種誘導(dǎo)，可能跟抗病性有關(guān)。Upendra[18]克隆獲得的一個香蕉WRKY基因，將其轉(zhuǎn)入香蕉細胞，會提高其他抗病基因的表達。劉夢雅[19]對小果野蕉全基因組NBS抗病基因的鑒定與分析，預(yù)測了部分小果野蕉NBS基因的可能功能，為未來香蕉抗病基因的篩選提供了候選基因。此外，隨著高通量測序技術(shù)的發(fā)展，利用高通量測序技術(shù)對香蕉基因組進行研究，可更多的挖掘香蕉抗性突變體抗枯萎病的基因資源，克隆并研究重要抗性基因[20]，從而為抗病品種的培育提供依據(jù)和指導(dǎo)。

4 香蕉枯萎病的綜合治理

盡管香蕉枯萎病一旦發(fā)病，其病原孢子很難根除，但經(jīng)過不斷的生產(chǎn)實踐和科學(xué)研究，合理的栽培措施、有效的化學(xué)、生物防治及培育抗病品種，可以減低香蕉枯萎病的發(fā)病率。

4.1 間作或輪作

研究表明，韭菜提取液能有效抑制香蕉枯萎病菌的萌發(fā)，大棚盆栽試驗中，韭菜處理的巴西香蕉苗和廣粉1號粉蕉苗枯萎病發(fā)病率降低70%、76.7%[21]。田間試驗表明，香蕉套作韭菜配施生物有機肥對土壤微生態(tài)環(huán)境和土壤營養(yǎng)狀況的改善具有促進作用，可顯著抑制香蕉枯萎病的發(fā)生[22]。此外，水稻輪作聯(lián)合稻稈的添加也能有效降低土壤中病原菌的數(shù)量和下茬香蕉枯萎病的發(fā)病率[23]。這些都為防治香蕉枯萎病防治提供了新的途徑。

4.2 化學(xué)防治

不少化學(xué)藥劑，如噁霉靈、咪鮮胺、多菌靈、丙環(huán)唑等[24-27]在室內(nèi)實驗室中顯示，對香蕉枯萎病菌具有明顯的抑制效果，但在田間使用常規(guī)噴霧或淋灌進行香蕉枯萎病防治時，效果并不明顯。蒲小明[28]研制出一種膠囊殺菌劑綠茵2號，有效成分為噁霉靈，將膠囊劑注入香蕉葉鞘內(nèi)，取得了較好的防止效果，也為香蕉枯萎病的化學(xué)防控提供了新的思路。

4.3 生物防治

生物防治香蕉枯萎病研究中起步較晚，但發(fā)展較快。研究表明，枯草芽孢桿菌、熒光假單孢菌、木霉及淡紫擬青霉等[29-32]均對香蕉枯萎病菌具有一定的拮抗或抑制效果。拮抗微生物和有機肥結(jié)合后再施入土壤中用來降低香蕉枯萎病的發(fā)病率，已經(jīng)成為研究熱點。

4.4 抗病育種

培育抗性品種被認為是防治香蕉枯萎病的根本途徑，通過雜交、誘變、芽變選種、生物技術(shù)等手段均獲得過抗病植株。由于栽培香蕉品種多為三倍體、誘變育種方向難以掌握等原因，在一定時期內(nèi)，芽變選種是香蕉品種改良的重要方法。寶島蕉、農(nóng)科1號、高把香蕉、短腳香蕉、仙人蕉、油蕉、紅河一號等優(yōu)良品種都是通過此法[33-34]。

5 展望

目前，香蕉抗枯萎病機理研究主要集中在組織結(jié)構(gòu)和生理生化水平上，分子水平的研究缺乏，雖然獲得了很多抗病相關(guān)基因，但是信號傳遞途徑和基因調(diào)控路徑尚不完善。因此要加快抗病基因的挖掘，完善信號傳遞途徑和基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，從而為香蕉抗枯萎病育種提供理論指導(dǎo)。

合理的農(nóng)業(yè)栽培管理措施及生物菌劑等的使用雖然可以在一定程度上減輕香蕉枯萎病的發(fā)病率，但至今沒有一種措施可以完全抑制香蕉枯萎病的發(fā)生?？剐云贩N培育是防治香蕉枯萎病的根本途徑，因此，一是要加強對抗性種質(zhì)資源的收集，為香蕉的抗病育種提供一定原始材料；二是要優(yōu)化抗病育種方法，特別是加強轉(zhuǎn)基因技術(shù)的利用。香蕉胚性懸浮細胞培育的成功，為轉(zhuǎn)基因香蕉提供了理想受體，Subramanyam[35]、李敬陽等[36]、胡春華等[37]利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法，以香蕉胚性懸浮細胞為受體，獲得轉(zhuǎn)基因再生苗。這些研究為利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育抗枯萎病香蕉品種奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，也推動了香蕉基因工程向?qū)嶋H應(yīng)用的邁進。

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