甜菜根癭瘤畸形病

朱豐梅 ，吳則東

（1.甘肅省武威市涼州區(qū)洪祥鎮(zhèn)人民政府農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，武威733000；2.黑龍江大學(xué)農(nóng)作物研究院/中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院甜菜研究所；3.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北方糖料作物資源與利用重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱150080）

甜菜根癭瘤畸形病

朱豐梅1，吳則東2，3*

（1.甘肅省武威市涼州區(qū)洪祥鎮(zhèn)人民政府農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，武威733000；2.黑龍江大學(xué)農(nóng)作物研究院/中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院甜菜研究所；3.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北方糖料作物資源與利用重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱150080）

綜述了甜菜根幾種癭瘤畸形病的癥狀，及引起癭瘤畸形病的幾種病原菌特征及其鑒定。

甜菜根；癭瘤畸形??；病原菌；鑒定

甜菜是世界重要的糖料作物，發(fā)生的病害影響其根系發(fā)育、使組織損傷，導(dǎo)致含糖率或糖產(chǎn)量降低。在諸多病害中，甜菜根癭瘤畸形病是比較少見的，該病變是由幾種病原菌引起，其癥狀表現(xiàn)為根表面生長多個(gè)結(jié)節(jié)、癭瘤，在極端的情況下，根與大量的腫瘤變?yōu)闃O度畸形。有時(shí)這種疾病會與根瘤菌引起的根結(jié)節(jié)（農(nóng)桿菌的異名）混淆。本文綜述了引起甜菜根癭瘤畸形病的不同病原菌及其區(qū)分鑒定。

1 甜菜根癭瘤畸形病的發(fā)現(xiàn)和檢測

1.1 大田觀察及甜菜損失

2014和2015年在科沃達(dá)瓦發(fā)現(xiàn)甜菜根嚴(yán)重的癭瘤癥狀，這些癭瘤不規(guī)則，或在整根或在根冠上部。如果整根畸形，那么癭瘤就比在上部位置的大得多。如果癭瘤只在根冠部，那么癭瘤的量多而體積小。癭瘤病使甜菜根產(chǎn)量和品質(zhì)表現(xiàn)比健康根差一些，含糖率降低0.97～1.54度，產(chǎn)糖量降低12.53%～15.55%，K含量增加4.4～12.7 mmol/kg，Na 含量增加 2.1～2.7 mmol/kg，α-N 增加 0.8～1.9 mmol/kg[1]。

1.2 實(shí)驗(yàn)室鑒定

甜菜癭瘤病在畸形組織中存在的細(xì)菌已分離。根據(jù)文獻(xiàn)屬于黃桿菌屬（Xanthomonas）。將黃桿菌屬（假設(shè)的病原菌）在下列特異性生長培養(yǎng)基培養(yǎng)：King B、營養(yǎng)瓊脂（NA）、NA+0.5%酵母提取物（YNA）、YNA+1.0%蔗糖、酵母葡萄糖瓊脂、蔗糖蛋白胨瓊脂和麥芽汁瓊脂。在28℃每天24h培養(yǎng)5d觀察菌落形態(tài)，分離出的細(xì)菌可生產(chǎn)黃色色素，其特征與文獻(xiàn)[2]的描述一致。初步進(jìn)行了宏觀和微觀的以及生化反應(yīng)（氧化酶、過氧化氫酶、脲酶、硝酸還原反應(yīng)、H2S蛋白胨、吲哚，產(chǎn)酸量：葡萄糖、甘露糖、半乳糖、纖維二糖、乳糖、麥芽糖和木糖）研究，由API 20E和ID 32GN鑒定為革蘭氏陰性，屬于：假單胞菌（Pseudomonas spp.）和Pantonea spp.。然而，對分離的細(xì)菌沒有被確定為黃桿菌（Xanthomonas）。最初的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)并不能證明檢測到的細(xì)菌即是引起甜菜根癭瘤病的病原菌，因而需要詳細(xì)研究其他文獻(xiàn)。

2 引起口袋?。╬ocket disease）的Xanthomonas beticola

2.1 口袋病的特征

根據(jù)文獻(xiàn)，首先，根據(jù)癥狀和植物疾病手冊分類為甜菜結(jié)節(jié)病或黃桿菌屬（Xanthomonas）癭瘤。多年來該病沒有再研究過，所有的描述似乎都是來自同一處信息的復(fù)制品。假設(shè)的由X.beticola引起的病原菌卻不存在。而調(diào)查的結(jié)果，最多的描述是X.campestris pv.betae或Pantoea sp.，而沒有X.beticola[3]。所描述的X.beticola病的名字在波蘭是“'tuberkuloza”，在美國稱為口袋病（pocket disease）[4]。與Benada等著的《甜菜病蟲害手冊》描述的X.beticola相同，該細(xì)菌的特點(diǎn)是需氧、革蘭氏陰性，有鞭毛，無芽孢桿，大?。?.6～0.8μm×1.5～2.0μm；能溶解明膠，使牛奶凝結(jié)、產(chǎn)生黃色菌落，減少硝酸鹽，在蛋白胨液體和明膠培養(yǎng)基產(chǎn)生吲哚；也可使用一定數(shù)量的糖作為營養(yǎng)來源并生產(chǎn)酸。最適生長溫度為29℃，最大39℃，最低1.5℃；最佳pH值6.5，最小pH為4.5～4.8、最大pH為9.0～9.5。該細(xì)菌不耐霜凍但容易在干燥的條件下生存，可堅(jiān)持在土壤中長時(shí)間保持致病性能甚至長達(dá)14年，細(xì)菌通過植物傷口侵染，且喜歡濕土?？诖∨c農(nóng)桿菌癭瘤不同，口袋病不規(guī)則的癭瘤連在甜菜根冠上[1，5]；農(nóng)桿菌（A.tumefaciens）形成的癭瘤其組織橋狹窄，而X.beticola形成的癭瘤其組織橋幾乎像癭瘤那么寬。X.beticola可造成食用甜菜、糖甜菜及飼用甜菜產(chǎn)生結(jié)節(jié)。該病發(fā)生在美國，在俄羅斯聯(lián)邦以及摩爾多瓦、格魯吉亞、亞美尼亞和烏克蘭普遍發(fā)生。較高的溫度和空氣相對濕度（90%以上）有利于細(xì)菌感染的發(fā)育。該病發(fā)病率可達(dá)17%～21%（亞美尼亞的數(shù)據(jù)），病變的根含糖大大降低，塊根在繼發(fā)感染的影響下腐爛很快。該病的控制需要優(yōu)化農(nóng)業(yè)措施，包括作物輪作，種植相對抗病品種，小心去除植物殘留物，用殺蟲劑處理種子和植物[6]。自然感染食用甜菜，人工接種感染飼用甜菜和糖甜菜的試驗(yàn)表明，由X.beticola引起的甜菜癭瘤病是屬種子傳播，但大田條件只有1.9%～7%，也可通過土壤侵染，尤其是受傷的根。

2.2 對口袋病的認(rèn)識過程

細(xì)菌口袋病發(fā)生在美國的科羅拉多、馬里蘭州、密歇根州、新墨西哥州、猶他州、弗吉尼亞州、威斯康星州和懷俄明州。本病又稱細(xì)菌性潰瘍病，是由X.beticola引起[1]。該病長期在土壤中生存，通過根或根冠附近的傷口進(jìn)入根。細(xì)菌分布在土壤中可隨灌溉水和機(jī)械移動。癭瘤能在地面根冠上生長也可在葉柄和根下發(fā)生。癭瘤的中央部分被水浸泡狀、變黃。當(dāng)癭瘤大小增加時(shí)，就會變得粗糙和龜裂。X.beticola引起的病在后期甜菜葉片數(shù)目增多。值得注意的是，甜菜癭瘤病第一份數(shù)據(jù)發(fā)生在20世紀(jì)初的美國。在1910—1912年美國收集的甜菜表現(xiàn)出一定的根冠癭瘤，這被認(rèn)為是根冠癭瘤（農(nóng)桿菌癭瘤），但許多沒有表現(xiàn)出典型的根冠癭瘤特征。癭瘤由結(jié)節(jié)開始，看起來像是種植傷口。有些癭瘤或多或少呈光滑球形，看起來更像根冠癭瘤。當(dāng)橫切癭瘤時(shí)里面有一定的棕色區(qū)域。產(chǎn)生甜菜結(jié)節(jié)的病菌早在1911年命名為Bacterium beticolum，疾病被命名為細(xì)菌囊病，1913年將該微生物稱為B.beticola。B.beticola為短的可動的桿形，通常成對，但也可單獨(dú)發(fā)生，或團(tuán)塊或6～10細(xì)胞連在一起。其生長中的菌落呈黃色，在大多數(shù)介質(zhì)中都可傳播。細(xì)菌是革蘭氏陰性，使硝酸鹽還原為亞硝酸鹽，還原亞甲基藍(lán)，不產(chǎn)生吲哚，慢慢液化明膠。屬于傷口寄生，能刺激結(jié)節(jié)形成變色癭瘤（通常包含棕色區(qū)域的流體腔）。口袋病的結(jié)節(jié)可在甜菜和觀賞甜菜由創(chuàng)傷接種而再生。盡管該病外觀很像根冠癭瘤，但可通過副產(chǎn)物、是否有口袋、內(nèi)部組織有變色很容易地與之區(qū)分。典型的根冠癭瘤組織通常是白色和健康的，這種疾病只發(fā)生在富含氮肥的土壤中[1]。

2.3 Xanthomonas beticola的真實(shí)性探尋

黃桿菌屬（Xanthomonas）植物病原細(xì)菌通常在介質(zhì)中含有黃色色素，該菌能引起世界性分布植物的多種疾病[1]。X.beticola已在國家植物病原細(xì)菌（NCPPB）采集登記[7]，在1966年有兩株細(xì)菌添加到采集中。X.beticola菌株NCPPB 1831號于1927年在美國由H.A.Elcock從Beta vulgaris分離。細(xì)菌的致病性被確認(rèn)之前初始冷凍干燥，但培養(yǎng)的真實(shí)性是不確定的。這兩菌株可能不是黃桿菌屬（Xanthomonas），名字也不合法（NCPPB），通過脂肪酸分析驗(yàn)證兩菌株NCPPB 1831和1927的真實(shí)，它們是小芽孢桿菌（Bacillus pumilus）而不是X.becticola。對Xanthomonas spp.的X.beticola進(jìn)行追蹤調(diào)查[1]。該病菌來源于細(xì)菌學(xué)系普通培養(yǎng)收集，在加州大學(xué)戴維斯致病菌國際采集（ICPB）保存。由于培養(yǎng)皿編號導(dǎo)致錯(cuò)誤。編號ICPB XB 109目前應(yīng)屬于X.campestris pv.Betlicola，其寄主植物是Peper betle[8]。后來X.beticola在1984年出現(xiàn)在烏克蘭。有人描述該病原菌和根癌農(nóng)桿菌的特性。將X.beticola用于測試搜索短小芽孢桿菌（Bacillus pumilus）的抗菌性[9]。近年來在俄羅斯沒有人見過口袋?。ǘ碚Z“tuberkulez korneplodov”），老文獻(xiàn)說該病在亞美尼亞是最有害的。與甜菜相關(guān)的其他黃桿菌是X.campestris pv.betae，可導(dǎo)致葉斑病。其他已知的菌株名稱是X.pv.betae或X.axonopodis pv.betae。在巴西發(fā)現(xiàn)X.beticola非典型的痕跡。Lordello等測定菊芋（Cynara scolimus L.）病株的X.beticola var.cynarae n.var.，但沒有接種試驗(yàn)，試圖清理可能存在的致病性[1]。

3 引起甜菜癭瘤病的其它病原菌

3.1 引起甜菜結(jié)節(jié)癭瘤病的Pantoea agglomerans pv.betae

然而，如今更多的是P.agglomerans pv.betae在東歐引起甜菜癭瘤病的原因，尤其是烏克蘭和俄羅斯。P.agglomerans也從甜菜根內(nèi)部分離，癥狀類似根腐病，P.agglomerans也被記錄為其他植物的壞死性病原體，尤其是在烏克蘭的大豆植物[10]。在甜菜口袋病研究中出現(xiàn)的問題是P.agglomerans和相關(guān)的種廣泛自然發(fā)生，加之它幾乎存在于所有的植物上，并與其他細(xì)菌侵染和發(fā)病有關(guān)。伊格納托夫強(qiáng)調(diào)P.agglomerans侵染25%的Xanthomonas spp.和Pseudomonas spp.，但只有10%的這些菌株顯示過敏反應(yīng)，甚至較少的數(shù)量對寄主植物有較高的毒力。說明P.agglomerans對環(huán)境和宿主要求很嚴(yán)，例如，一些P.agglomerans可以發(fā)生在溫度高于25℃和特定寄主上[11]。P.agglomerans pv.betae作為甜菜寄生菌，該細(xì)菌是革蘭氏陰性，無莢膜，不形成芽孢，屬非產(chǎn)芽孢厭氧菌，具可活動的棒。它能夠在傷口部位形成癭瘤，主要在莖的冠部區(qū)域。P.agglomerans pv.betae的寄主是Beta vulgaris和Gypsophila paniculata。P.agglomerans pv.gypsophilae使Gypsophila致病而引起甜菜過敏反應(yīng)。毒力基因必須將該附生細(xì)菌轉(zhuǎn)化到植物病原菌并與寄主成分相互作用，不過此工作尚未完成。P.agglomerans pv.betae生長素和細(xì)胞分裂素的生物合成途徑被確認(rèn)，二者生物合成途徑失活引起癭瘤變小但并未消除癭瘤產(chǎn)生。通過hrp基因簇突變使癭瘤完全抑制，證明效應(yīng)器III是癭瘤形成的關(guān)鍵。觀察表明，致病活性的模式是由于病原菌與寄主植物產(chǎn)生的質(zhì)粒（pPATH）、hrp基因簇、毒力效應(yīng)器III和植物激素，因?yàn)橥ㄟ^植物反應(yīng)生長調(diào)節(jié)劑合成誘導(dǎo)效應(yīng)器III使癭瘤形成[5，11]。數(shù)據(jù)表明癭瘤形成的關(guān)鍵是由寄主植物分泌的植物激素，由病原體產(chǎn)生的物質(zhì)并不是癭瘤所必需的[1]。對于該病的控制：使用無病原體植物，搞好環(huán)境衛(wèi)生[11]。還沒有抗性品種可用，但將PtHg（Gypsophila致病基因）導(dǎo)入到P.agglomerans pv.betae可使甜菜致病變種引起過敏性反應(yīng)而替代甜菜癭瘤。PtHg蛋白作甜菜Avr蛋白的功能表明該寄主具有抗性基因識別PtHg蛋白作用。過敏性反應(yīng)也在其他的甜菜品種產(chǎn)生，這表明，在屬內(nèi)抗性蛋白是保守的。

3.2 引起甜菜根癭瘤的Bradyrhizobium betae sp.nov

Rivas等人從兩株變形植物癭瘤中分離出幾種內(nèi)生緩慢生長的細(xì)菌。DNA區(qū)域編碼16S rRNA的系統(tǒng)發(fā)育分析表明，這些菌株屬于慢生根瘤菌屬（Bradyrhizobium）。16S～23S rDNA基因間隔區(qū)序列分析表明，這些新的菌株形成一個(gè)不同于先前描述的所有慢生根瘤菌屬（Bradyrhizobium）的種群。本屬目前包括4個(gè)種，在幾個(gè)豆類能夠產(chǎn)生根瘤。Rivas等人建議，根據(jù)表型和分子分類方法，這些菌株代表了慢生根瘤菌屬的系統(tǒng)發(fā)育與B.japonicum相似。提出的名稱B.betae sp.nov.為慢生根瘤菌屬的新種[12]。

3.3 引起甜菜根癭瘤的Urophlyctis leproides（Physoderma leproides）

甜菜冠癭瘤病為Urophlyctis leproides（Physoderma leproides）侵染甜菜Beta vulgaris發(fā)育而來。疾病的癥狀是根冠和根長疣[13]。這是1894年在阿爾及利亞第一次報(bào)道，自那以后，在阿根廷、意大利、西班牙、英國、巴勒斯坦和美國有記錄。該病在2003—2005三年收獲期間在埃及尼羅河三角洲的3個(gè)地點(diǎn)不同的甜菜品種觀察到。該病發(fā)病率由2003的1%上升至2004的2%和2005的3%。該病表現(xiàn)典型的根冠癥狀，偶爾發(fā)生在葉柄和葉片。發(fā)病葉片和葉柄表現(xiàn)為畸形癭瘤，癭瘤為綠褐色、外表粗糙。冠癭瘤大小為1～10cm。這些癭瘤為球形，綠色，隨著年齡變黃色到褐色，其狹窄的基部附著于寄主上。以單獨(dú)或復(fù)合形式發(fā)生。通過根冠癭瘤組織切片顯示腔由厚壁孢子囊（休眠孢子）填充包圍。孢子囊呈淺褐色，球形至卵圓形或凹形。當(dāng)癭瘤分解時(shí)休眠孢子囊釋放到土壤，可在土壤中檢測到。這種疾病的癥狀出現(xiàn)在侵染后11d，未接種的對照植株沒有癥狀。最后的孢子囊分離成熟癭瘤組織[14]。

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Galls Malformation Disease of Beet Root

ZHU Feng-mei1,WU Ze-dong2,3*
（1.Agrotechnical Station,People's Government of Hongxiang Town,Liangzhou District,Wuwei 733000,Gansu;2.Crop Academy of Heilongjiang University/Sugar Beet Research Institute of Chinese Academy of Agricultural Sciences,Harbin 150080;3.Key Laboratory of North Sugar Crop Resource and Utilization,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Harbin 150080,Heilongjiang）

This paper reviewed symptoms,characteristics and identification of pathogen of several galls malformation disease in beet root.

beet root;gall malformation disease;pathogen;identification

S435.663

B

1007－2624（2017）06－0071－03

10.13570/j.cnki.scc.2017.06.022

2017-04-29

國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)體系資助。

朱豐梅（1979-），女，助理農(nóng)藝師，主要從事農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣及病蟲害防治工作。

吳則東（1972-），男，副研究員，博士，主要從事甜菜遺傳及分子育種的研究。Email：wuzedong1972@qq.com