中國甘蔗主要真菌性病害研究進展

暴怡雪，張木清（廣西大學亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護與利用國家重點實驗室，南寧530005）

中國甘蔗主要真菌性病害研究進展

暴怡雪，張木清*
（廣西大學亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護與利用國家重點實驗室，南寧530005）

結(jié)合課題組的研究進展，概述了中國甘蔗種植中存在的典型的梢腐病、黑穗病、卷葉?。≒homa）3種主要真菌性病害，并闡明未來相關(guān)研究的重點和思路。

甘蔗；真菌性病害；研究進展

甘蔗是我國最主要的糖料作物，種植面積和產(chǎn)糖量均占全國的90%以上［1］。近年來，隨著蔗糖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，甘蔗種植過程中產(chǎn)生的病害問題也日益突出，甘蔗病害已經(jīng)成為影響甘蔗產(chǎn)量、制約甘蔗產(chǎn)業(yè)穩(wěn)定發(fā)展的主要因素。據(jù)調(diào)查，世界上已知的甘蔗病害高達160多種，我國發(fā)現(xiàn)60多種，其中大陸蔗區(qū)大約50種［2］。這些病害不僅影響甘蔗的產(chǎn)量與糖分，同時嚴重損害甘蔗的宿根性并造成品種的退化。因此，甘蔗病害的研究顯得尤為重要。目前，國內(nèi)甘蔗主產(chǎn)區(qū)的病害主要包括真菌性病害、細菌性病害以及病毒和支原體病害三類。本文重點介紹具有代表性的梢腐病、黑穗病以及卷葉?。≒homa）三種真菌性病害。

1　甘蔗梢腐病

1.1甘蔗梢腐病發(fā)生及危害

甘蔗梢腐?。⊿ugarcane pokkah boeng）是一種全球性的真菌性病害［3］。1896年Walker和Went最早對這種病害進行了描述。該病主要發(fā)生在梢頭的嫩葉部位，感病梢頭部位葉片扭纏在一起，嚴重時會出現(xiàn)梢頭生長點腐爛，幼嫩心葉壞死，整株甘蔗枯死的情況。因此，甘蔗梢腐病成為甘蔗生產(chǎn)中的一種嚴重威脅。

近年來，隨著新臺糖22號等新品種在大陸蔗區(qū)的大面積推廣種植，蔗區(qū)梢腐病發(fā)生日益嚴重，有些感病品種的發(fā)病率高達70%～80%。甘蔗稍腐病的主要危害在于造成甘蔗節(jié)間縮短，感病菌株株高比健株平均減少30～60cm，受害蔗田平均每公頃減產(chǎn)l5～30t。在平均發(fā)病率為51.4%時，蔗莖產(chǎn)量下降24.9%，糖分降低0.56%［4-5］。因此，甘蔗梢腐病已逐漸成為我國甘蔗的主要病害之一。

1.2甘蔗梢腐病病原菌研究

甘蔗梢腐病病原菌為鐮刀菌（Fusarium），屬半知菌亞門，無性階段為串珠鐮刀菌（Fusarium moniliforme Sheldon），有性階段為串珠赤霉菌（Gibberella moniliforme Wineland）［6-8］。據(jù)記載，世界上報道的鐮刀菌超過500種。近年來，隨著組學技術(shù)日益發(fā)展，鐮刀菌屬基因組測序的種類也逐步增加，目前報道的已經(jīng)完成測序的鐮刀菌有茄類鐮刀菌（F.solani Nh63546）、禾谷鐮刀菌（F.graminearum PH-1）、尖孢鐮刀菌（F.oxysporum 4287）、輪枝鐮孢菌（F.verticillioides 7600）、串珠鐮刀菌（F.fujikuroi B14和IMI58289）。病原鐮刀菌基因組的測序完成雖然促進了致病基因的研究，但是有關(guān)引起甘蔗梢腐病病原鐮刀菌的基因研究還相對較少，甚至對于甘蔗梢腐病原致病小種的問題還存在爭議［3，9］。梢腐病主要發(fā)生在甘蔗生長最旺盛的6—9月，但是近年來我國甘蔗梢腐病開始呈現(xiàn)全年流行的趨勢，對甘蔗生產(chǎn)的危害日益顯著。所以，亟待開展引起我國甘蔗梢腐病的病原菌鑒定分類、病原菌致病基因的鑒定以及甘蔗抗病種質(zhì)資源、抗病基因的鑒定等研究。

從2011年開始，本課題組對中國廣西、云南、福建、廣東等?。▍^(qū)）的甘蔗主產(chǎn)區(qū)采集的梢腐病樣品進行病原菌的分離、純化、培養(yǎng)與鑒定。林鎮(zhèn)躍等初步闡明引發(fā)我國甘蔗梢腐病的病原鐮刀菌有兩個種（F. verticillioides gx1和F.proliferatum gx2），其中g(shù)x1為優(yōu)勢病菌，代表菌株為CNO-1，是梢腐病的主要病原，占鑒定的所收集的梢腐病病原的85%以上；gx2的代表菌株是YN41。率先完成了相關(guān)菌的分子鑒定，研發(fā)了一種結(jié)合TaqMan-qPCR的鑒定檢測方法［10］。這是我國首次發(fā)現(xiàn)并鑒定出引發(fā)甘蔗梢腐病發(fā)病的兩個病原種，為后續(xù)深入研究梢腐病致病菌的致病機理等方面提供了研究基礎(chǔ)。

2　甘蔗黑穗病

2.1甘蔗黑穗病發(fā)生及危害

甘蔗黑穗?。⊿ugarcane smut disease）是一種氣傳性真菌病害［11］，又稱鞭黑穗病、黑粉病、灰包?。?2］。該病最早在1877年的南非納塔爾發(fā)現(xiàn)，隨后在亞洲和非洲的大部分國家均有報道。黑穗病不但造成甘蔗產(chǎn)量損失，還使甘蔗糖分降低，嚴重影響品質(zhì)。甘蔗染病后典型癥狀為蔗株梢頭長出一條黑穗，黑穗長短因品種而異，有些品種甚至高達1m［13］。1932年，我國在廣州首次發(fā)現(xiàn)甘蔗黑穗病，隨后該病逐步在中國蔗區(qū)蔓延。目前，中國甘蔗的主栽品種普遍受到黑穗病感染，田間發(fā)病率超過l0%，有的甚至超過50%，經(jīng)濟損失嚴重［14］。根據(jù)發(fā)病程度的不同，黑穗病會引起甘蔗產(chǎn)量損失10%～30%不等，發(fā)病嚴重的田塊甚至高達50%～70%［15-16］。甘蔗黑穗病的泛濫給甘蔗安全生產(chǎn)以及可持續(xù)發(fā)展造成了嚴重隱患［11，17］，已經(jīng)成為大陸蔗區(qū)經(jīng)濟危害性最嚴重的主要甘蔗病害之一［14，18］。

2.2甘蔗黑穗病病原菌研究

甘蔗黑穗病病原菌（Ustilago scitaminea Syd）屬擔子菌亞門黑粉菌屬真菌［19-20］，病菌營養(yǎng)菌絲無色，具有分隔分枝。營養(yǎng)菌絲分離成單個產(chǎn)孢的小菌塊，同時形成黑色的近圓形的厚垣孢子堆，表面布滿細刺。其厚垣孢子在潮濕的環(huán)境下萌發(fā)成長短不一的擔孢子［21-22］，其上著生4個無色透明、橢圓形的擔孢子，其中2個為“+”交配型，2個為“-”交配型，“+”和“-”交配型的擔孢子相結(jié)合才能形成具有侵染力的雙核菌絲體［23］；單獨的“+”和“-”擔孢子不能形成菌絲，也不具有侵染力。

甘蔗黑穗病病原菌存在多個生理小種分化的現(xiàn)象，由于世界各國對小種鑒定使用的鑒別寄主不一，各國小種命名的方式也存在差異。我國大陸和臺灣地區(qū)也有不同生理小種的相關(guān)報道，但是由于病原菌在不同環(huán)境條件下與不同品種的互作表現(xiàn)存在差異，所以迫切需要從分子水平上明確我國蔗區(qū)甘蔗黑穗病菌小種分化、分布及危害情況，這對生產(chǎn)中控制該病害的傳播流行具有非常重要的意義。目前，對于黑穗病病原菌的研究仍處于起步階段，甘蔗與黑穗病菌互作的分子機制只進行了初步研究。闕友雄等完成了基因組的測序和初步組裝，并應(yīng)用熒光顯示DDRT-PCR技術(shù)分析了甘蔗受黑穗病菌侵染后的基因差異表達，對甘蔗與黑穗病菌互作的分子機制研究進行了更加詳盡的闡述，為甘蔗抗黑穗病分子育種打下了基礎(chǔ)［24］。盧文潔等在前人的基礎(chǔ)上建立了甘蔗黑穗病菌基因組DNA提取及PCR檢測鑒定方法，大大提高了病害的檢測效率，為甘蔗生產(chǎn)中大批量檢測鑒定該病害提供了依據(jù)［25］。

3　甘蔗卷葉病病害（Phoma）

3.1甘蔗卷葉?。≒homa）發(fā)生與危害

甘蔗卷葉病（Sugarcane twisted leaf disease），是由Phoma sp.引起的甘蔗真菌性病害，2012年在我國廣西地區(qū)首次發(fā)現(xiàn)該類病害，并未正式命名［26］。該類病害在田間癥狀與甘蔗梢腐病相似，癥狀開始時表現(xiàn)為甘蔗葉片泛黃，隨后泛黃部位進一步蔓延至整個葉片，導致葉片整體扭曲和卷曲。甘蔗卷葉病（Phoma）作為近幾年來新發(fā)現(xiàn)的真菌性病害，國內(nèi)對于它的研究甚少，處于起步階段。同時，由于該病害在田間癥狀與梢腐病相似，所以剛開始人們一直將其認為是梢腐病，直到2012年發(fā)現(xiàn)后才開始重視起來。近幾年來，通過對田間病害的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，該類病害已經(jīng)開始逐步蔓延，甚至有些地區(qū)的田間隨處可見，對甘蔗的生產(chǎn)造成了很大的影響。

3.2甘蔗卷葉病病原菌研究

甘蔗卷葉病病原菌（P.sorghina var.saccharum），屬莖點霉屬（Phoma）真菌［27］。該屬寄主范圍極其廣泛，可寄生于多種植物、動物以及人的皮膚上，同時可引起植物的葉枯、莖枯、根腐、花腐等，其中許多種是農(nóng)作物和其它經(jīng)濟作物的重要病原菌，對于作物生產(chǎn)以及植物生長造成嚴重損害，更甚者會導致植物直接死亡，經(jīng)濟損失嚴重。目前世界上已經(jīng)報道的Phoma種類已將近2000種，但是我國所報道的Phoma只有50個種［28-29］，說明我國對于該屬的認知、研究尚淺。此前臺灣等地曾報道過病原菌（P.sorghina）導致甘蔗產(chǎn)生葉片病害，在此基礎(chǔ)上，我國更加細致地對于引起病害的病原菌進行了分析研究，最終確定目前引起我國甘蔗發(fā)生卷葉?。≒homa）的病原菌為P.sorghina var.saccharum［27，30］。這是我國第一個發(fā)現(xiàn)、鑒定并命名的引起該病害的小種。隨著病害的不斷蔓延，針對病害及病原菌的研究應(yīng)當引起足夠的重視，以便針對其制定有效的防治措施，減少損失。

4　展望

近年來，我國蔗糖產(chǎn)量以及消費量躍居世界第三，甘蔗主產(chǎn)區(qū)廣西的甘蔗單產(chǎn)也接近世界甘蔗單產(chǎn)平均水平，由此可以看出，我國甘蔗產(chǎn)業(yè)在世界上擁有舉足輕重的地位。與此同時，也對我國甘蔗的生產(chǎn)、發(fā)展提出了更高的要求，特別是針對甘蔗病害方面，有很多問題急需解決。

真菌性病害在甘蔗病害中占有很大比例，該類病害也一直是學術(shù)界研究的熱點所在。由于導致甘蔗真菌性病害的病原菌種類繁多，地理分布復(fù)雜，寄主廣泛，寄生繁殖能力強，所以給研究帶來了很大的阻礙。近年來，隨著分子技術(shù)的不斷發(fā)展，組學技術(shù)的不斷更新，越來越多的技術(shù)難題被攻破。分子生物學技術(shù)發(fā)展極大推進了甘蔗病害的研究進程，特別是Pac-bio三代測序的興起，大大加快了全基因組測序的進程，這將會把病害研究推向一個新的高度。針對甘蔗具有代表性的真菌性病害：黑穗病、梢腐病、卷葉?。≒homa）的研究也在不斷進行。目前病害的研究熱點主要包括病原發(fā)現(xiàn)、鑒定；病原與寄主植物的互作；病害及病原菌的分子進化等方面。但是，由于我國地域遼闊，氣候多變，不同環(huán)境下甘蔗病害的發(fā)展情況復(fù)雜，所以要想針對病害進行有效的防治必須結(jié)合生理與分子方面的研究，更加全面地制定措施，任重而道遠。

［1］Chen R K，Yuan Z N.Sugarcane production and research in China［J］.International Sugar Journal，2010，112:452-457.

［2］魯國東，黎常窗，潘崇忠，等.中國甘蔗病害名錄［J］.甘蔗，1997，4（4）：19-23.

［3］Siddique S.Pathogenicity and aethiology of Fusarium species associated with pokkah boeng disease on sugarcane［D］.Thesis，University of Malaysia，Malaysia，2007.

［4］Dohare S，Mishra M，Kumar B.Effect of wilt on juice quality of sugarcane［J］.Annals of Biology，2003，19:183-186.

［5］Goswami D，Handique PJ，Deka S.Rhamnolipid biosurfactant against Fusarium sacchari the causal organism of pokkah boeng disease of sugarcane［J］.Journal of Basic Microbiology，2014，54（6）:548-557

［6］Martin J，Wismer HLH E.Pokkah boeng，in:Martin，JP，Abbott，EV，Hughes，CG，（Eds），Sugarcane Diseases of the World［M］. Elsevier Publishing Company，Amsterdam.1961，PP.247-257.

［7］Suman A，Lal S，Shasany A K，et al.Molecular assessment of diversity among pathotypes of Colletotrichum falcatum prevalent in sub-tropical Indian sugarcane［J］.World Journal of Microbiology and Biotechnology，2005，21（6-7）:1135-1140.

［8］Lyrene P，Dean J，James N.Inheritance of resistance to pokkah boeng in sugarcane crosses［J］.Phytopathology，1977，67:689-692.

［9］Viswanathan R，Poongothai M，Malathi P.Pathogenic and molecular confirmation of Fusarium sacchari causing wilt in sugarcane［J］. Sugar Tech，2011，13:68-76.

［10］Lin Z，Xu S，Wang J，Zhang M，et al.Species-Specific Detection and Identification of Fusarium Species Complex，the Causal Agent of Sugarcane Pokkah Boeng in China.PLoS ONE 2014，9（8）:e104195.doi:10.1371/journal.pone.0104195.

［11］SCHENCK S，PEAR H M，LIU Z，et al.Genetic variation of Ustilago scitaminea pathotypes in Hawaii evaluated by host range and AFLP marker［J］.Sugar Cane International，2005，23（3）:15-19.

［12］盧文潔，李文鳳，黃應(yīng)昆.甘蔗黑穗病發(fā)生及防治研究進展［J］.中國糖料，2008，30（3）：64-66.

［13］WU K K，HEIZ D J，MEYER H K.Heritability of sugarcane smut resistance and correlation between smut grade and yield components［J］.Crop Sci，1983，23:54-56.

［14］沈萬寬.廣東蔗區(qū)甘蔗病害現(xiàn)狀與綜合防治措施［J］.甘蔗糖業(yè)，2004（1）：1-5.

［15］Chona B L.Chairman'address，pathology section［C］.Proceedings of the International Society of Sugar Cane Technologists，1956，11: 739-742.

［16］Anon.Smut and cane yield［C］.Annual Report of the South African Sugar Technologists Association，1979，71:1978-1979.

［17］熊國如，李增平，趙婷婷，等.海南蔗區(qū)甘蔗病害種類及發(fā)生情況［J］.熱帶作物學報，2010，31（9）：1588-1595.

［18］吳偉懷，李銳，賀春萍，等.海南島甘蔗病害初步調(diào)查［J］.熱帶作物學報，2007，28（4）：112-l16.

［19］Saumtally S，Autrey L J C，Daniels M J.Differentiation of Xant homonas campestru pv.vasculorum by DNA probe［J］.Sugar Cane，1990，6:8.

［20］Davis M J，Rott P.Mutiplex polymerase chain reaction（PCR）for diagnosis of leaf scald and ratoon stunting diseases［J］.Sugar Cane Tech.，1997，92（6）:26.

［21］ANTOINE R.Smut［M］//MARTIN J P，ABBOTT E V，HUGHES C G.Sugarcane disease of the world［M］.Amsterdam:Elsevier Publishing Company，1961:327-354.

［22］ALEXANDER K C，KRISHNA R K.Studies on smut disease（Ustilago scitaminea）of sugarcane:longevity and viability of teliospores［J］.Indian Journal of Sugarcane Technology，1978 1:47-49.

［23］ALEXANDER K C，SRIN1VASAN K V.Sexuality in Ustilago scitaminea Syd［J］.Current Science，1966，35:603-604.

［24］Que You Xiong，Xu Li Ping，Chen Ru Kai.Isolation and Identification of Differentially Expressed Genes in Sugarcane Infected by Ustilago scitaminea［J］.Acta Agronomica Sinica，2009，35（3）:452-458.

［25］盧文潔，李文鳳，黃應(yīng)昆.甘蔗黑穗病菌DNA提取及PCR檢測［J］.西南農(nóng)業(yè)學報，2012，25（2）：531-532.

［26］Lin Z，Que Y，Deng Z，Xu S，Rao GP，Zhang M.First Report of Phoma sp.Causing Twisting and Curling of Crown Leaves of Sugarcane in Mainland of China［J］.Plant Disease，2014，98（6）:850-850.

［27］Lin Z，Wei J，Xu S，Zhang M.（2014）Identification and Characterization of a New Fungal Pathogen Causing Twisted Leaf Disease of Sugarcane in China［J］.Plant Disease，2015，99（3）:325-332.

［28］戴芳瀾.中國真菌總匯［M］.北京：科學出版社，1979：1025-1048.

［29］魏景超.真菌鑒定手冊［M］.上海：上海科學技術(shù)出版社，1979：407-420.

［30］Sanguino A，Tokeshi H.Fungus pathology in sugarcane caryopses［J］.Proc.Int.Soc.Sugar Cane Technol.，1980，17:1563-1568.

Research Progress on Fungal Diseases of Sugarcane in China

BAO Yi-xue，ZHANG Mu-qing*
（National Key Laboratory of Subtropical Agricultural Biological Resources Protection&Utilization，Guangxi University，Nanning 530005，China）

In this paper，combining with the research progress of the projects'group，we summarized the sugarcane typical fungal diseases，pokkah boeng，smut and leaf curl disease（Phoma）in China and clarified the focus of the future related research and thinking.

sugarcane；fungal diseases；research progress

S435.661

B

1007-2624（2016）05-0063-03

10.13570/j.cnki.scc.2016.05.023

2016-03-16

國家自然科學基金項目“甘蔗梢腐病病原菌的致病性分化及其種屬特異（LS）染色體區(qū)的基因鑒定”。

暴怡雪，女，河南省新鄉(xiāng)市人，廣西大學作物遺傳育種研究生。

張木清，E-mail:zmuqing@hotmail.com