桑樹青枯病的發(fā)生與防治研究進展

董朝霞 于 翠 鄧 文 胡興明

(1.湖北省農(nóng)業(yè)科學院經(jīng)濟作物研究所/2.湖北省農(nóng)業(yè)科學院，武漢 430064)

桑樹是一種落葉喬木，屬薔薇目(Urticales)、桑科(Moraceae)、桑屬(Morus)，桑種(Morusalba)，廣泛分布于世界各地。在我國，桑樹的自然分布和人工栽培更是遍及全國各地，以至我國成為世界上桑樹品種資源最為豐富的國家。與大部分農(nóng)作物相同，在桑樹栽培過程中，同樣會受到多種病害的侵擾，如桑疫病、根結(jié)線蟲病、青枯病等，其中青枯病對桑樹來說可謂毀滅性病害。1969年在廣東順德縣勒流鎮(zhèn)發(fā)現(xiàn)桑樹青枯病，1972年以后，該病害迅速蔓延，1978年調(diào)查結(jié)果顯示廣東省約10%的桑園有青枯病發(fā)生，嚴重地塊植株死亡率近60%，嚴重影響蠶桑產(chǎn)業(yè)發(fā)展[1]。近年來，桑青枯病在我國重點蠶區(qū)廣西危害愈發(fā)嚴重，宜州、賓陽、柳州等地均有發(fā)生，造成桑園大量缺株，面積驟減，桑葉產(chǎn)量大幅下降，對蠶桑產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展造成威脅[2]。我國是世界上蠶桑主產(chǎn)國，對于桑青枯病的研究也越來越深入，從表型觀察、病原分離鑒定到分子水平的致病機制探索，以及各種防治措施的開發(fā)與應(yīng)用等等。本文主要綜述我國桑樹青枯病的研究概況，總結(jié)桑青枯病的發(fā)生規(guī)律、病原及致病機制，探討桑青枯病的有效防治措施。

1 植物青枯病

1.1 青枯病分布與危害

青枯病是一種世界性的植物細菌病害，被認為是“植物的癌癥”，嚴重威脅著多種農(nóng)作物及重要經(jīng)濟作物的生長。青枯病主要分布在熱帶、亞熱帶及部分暖溫帶地區(qū)，感染植物涉及范圍廣泛，包括番茄、馬鈴薯、煙草、香蕉等草本植物，還包括桑樹、柑橘、油橄欖等林木植物[3-4]。青枯病最早在印度尼西亞發(fā)現(xiàn)，當時對當?shù)責煵萆a(chǎn)造成了嚴重損失，1880年美國北卡羅來納州爆發(fā)此病，澳大利亞也報道了馬鈴薯和番茄的青枯病，之后相繼在世界各國發(fā)現(xiàn)該病害[5]。植株感染青枯病后，首先是少量葉片萎蔫，但仍是青色，故稱青枯病，之后葉片凋萎現(xiàn)象蔓延至整個植株，這種青枯現(xiàn)象在傍晚或陰雨天可以恢復(fù)，但二三天后不再恢復(fù)，最終病株死亡。橫切病株莖基部或根部，發(fā)現(xiàn)木質(zhì)部呈黃褐色或黑色，用力擠壓有乳白色粘液滲出，為細菌溢膿[6]。

青枯病危害巨大，是許多農(nóng)作物生產(chǎn)的限制因素，造成的損失更是不可估量。青枯病在東南亞、美洲及西歐等地區(qū)曾經(jīng)廣泛流行，一度成災(zāi)，致使農(nóng)作物生產(chǎn)損失嚴重。我國關(guān)于該病的報道于上世紀60年代，當時廣東省農(nóng)科院從多種植物上分離到青枯菌，之后青枯病日趨嚴重，面積不斷擴大。上世紀70年代，南方馬鈴薯生產(chǎn)受到青枯病的嚴重侵擾，據(jù)統(tǒng)計，福建省馬鈴薯每年因青枯病減產(chǎn)20%～30%，花生青枯病更是普遍，一般造成減產(chǎn)10%～20%，嚴重者達50%，甚至絕收。我國大部分油橄欖種植區(qū)均有青枯病發(fā)生。自1969年發(fā)現(xiàn)桑樹青枯病以來，廣東10%的桑園發(fā)現(xiàn)青枯病，個別桑園發(fā)病率達80%[7]。上世紀90年代，廣西煙草青枯病發(fā)病面積達67.67萬hm2(1015萬畝)，造成直接經(jīng)濟損失1 000萬元以上，華南地區(qū)桉樹青枯病發(fā)病率高達30%～70%[8]。

1.2 青枯病致病菌

1892年，Janse證實引起印度尼西亞煙草青枯病的是一種細菌。1896年，Erwin Smith確定馬鈴薯、番茄青枯病是由細菌引起的，分離出病原菌病命名為茄芽胞桿菌(Bacillussolanacearu)[9]，1914年又將其歸入假單胞菌屬(Pseudomonassolanacearum)。在隨后的一系列基因組測序及聚類分析的基礎(chǔ)上，1995年最終決定將青枯假單胞菌列入青枯勞爾氏菌屬(Ralstoniasolanacearum)，于1996年被國際細菌命名委員會正式改名為青枯勞爾式菌，此后在國際刊物上發(fā)表的文章均使用該名[10]。2012年，植物病理學家就植物病害進行了統(tǒng)計評估，青枯勞爾式菌在10大植物病原細菌中排名第2，該病原菌也被亞太地區(qū)植保組織、歐共體、泛非植保組織等列為檢驗檢疫對象[11]。另外，有研究報道引起桑樹類似青枯癥狀的不僅有青枯勞爾式菌，還有腸桿菌(Enterobacterspp.)[12]。

青枯勞爾氏菌為革蘭氏陰性菌，屬β變形菌綱(Betaproteobacteria)，伯克氏菌目(Burkholderiales)，伯克氏菌科(Burkholderiaceae)，勞爾氏菌屬(Ralstonia)， 可侵染50多個科，200多個種的植物。菌體呈長橢圓形，大小約(0.5～0.8)×(1.3～2.2) μm，1～4根極生鞭毛[13]。不同的青枯勞爾式菌菌株致病性有差異，在TTC培養(yǎng)基上培養(yǎng)48 h左右，強致病性菌株的菌落中心呈粉紅色，邊緣白色，具有很強的流動性；致病性弱或喪失致病力的變異型菌株的菌落為玫瑰紅或暗紅色，較干燥，會使菌體周邊的固體培養(yǎng)基變灰。

青枯勞爾式菌種類豐富多樣，目前有3種分類方法，生理小種、生化型和分子生物學分類。根據(jù)菌株對不同植物的致病性差異，青枯勞爾式菌可劃分為5個生理小種(表1)；根據(jù)菌株糖代謝特征，Hayward將青枯勞爾式菌分為5個生化型；根據(jù)限制性片段長度多態(tài)性技術(shù)和16SrRNA序列的差異可將青枯勞爾式菌分為亞洲分支“Asiaticum”和美洲分支“Americanum”兩個群體[14-15]。

表1 青枯勞爾式菌的生理小種

1.3 青枯病致病機制

關(guān)于青枯勞爾式菌的致病機制在很多寄主上都有研究，已經(jīng)有系列的報道。普遍認為病原菌先侵入寄主根部，在維管束增殖導(dǎo)致其堵塞，阻礙水分和營養(yǎng)的運輸，引起病害。

青枯勞爾式菌為土傳病原細菌，在土壤中通過鞭毛運動向根系分泌物移動，利用多糖、粘附蛋白、菌毛等細胞表面附屬成分吸附到植物根表，通過根部傷口或一些自然的開口進入根部，移動到維管束，并在24 h內(nèi)進入導(dǎo)管，病原菌在導(dǎo)管中大量繁殖，分泌相關(guān)毒力因子，形成生物膜結(jié)構(gòu)，阻礙植株水分的運輸[16-17]。

病原菌在侵入植物之后，繁殖并產(chǎn)生大量致病因子，包括細胞壁降解酶、胞外多糖(EPS)、胞外蛋白及多種III型效應(yīng)因子等[18]。胞外多糖可保護細菌避開宿主及噬菌體的識別和攻擊，促進細菌移動和定殖，并且可以阻塞導(dǎo)管；胞外蛋白包括果膠酶、糖醛酸酶和纖維酶。病原菌的III型分泌系統(tǒng)分泌的過敏性反應(yīng)蛋白是主要的致病因子，與細菌在植物體內(nèi)的定殖和增殖密切相關(guān)[8]。另外有報道稱，DNase也是青枯勞爾式菌的毒力因子，DNase可使細菌分散，調(diào)控生物膜的形成，導(dǎo)致植株發(fā)病[19]。這些致病因子的表達受以Phc群體感應(yīng)系統(tǒng)為主導(dǎo)的復(fù)雜系統(tǒng)的調(diào)控[20]，以Phc A調(diào)節(jié)基因的啟動和轉(zhuǎn)錄為核心，由隨細菌密度變化而變化的3-羥基棕櫚酸甲基酯水平作為信號，調(diào)節(jié)有關(guān)致病基因的表達與關(guān)閉，并控制細菌生長[8]。當前對于腸桿菌所導(dǎo)致的青枯病機制的研究還很少，多集中在桑樹枯萎病方面，可引起該病的病原菌涉及腸桿菌科的多個屬，另外克雷伯氏菌屬及泛菌屬同樣可引起相應(yīng)的桑樹靑枯癥狀。

2 桑樹青枯病

桑樹青枯病主要分布在中國、印度和印尼[21]。在我國主要分布在處于亞熱帶的廣東、廣西及江浙等地，在其他蠶區(qū)桑園也時有發(fā)生，使蠶桑生產(chǎn)損失嚴重，被列為植物檢疫的對象。

2.1 桑樹青枯病的分布和危害

桑樹青枯病最早于1969年在廣東省順德縣發(fā)現(xiàn)，但未受重視，1972年以后，在順德縣勒流公社、南?？h九江公社均發(fā)現(xiàn)該病害，之后桑樹青枯病為害迅速且具有毀滅性，在杏壇、化州、均安、倫教、廣州市郊、湛江、惠陽及佛山等地都有發(fā)生，1978年普查發(fā)現(xiàn)全省桑樹青枯病面積達1 220.2 hm2，約占普查桑地的10%[22]。1995年底，桑樹青枯病面積上升到2 382.2 hm2，占全省總面積的12.5%[23]。

廣西最早于上世紀80年代初發(fā)現(xiàn)桑樹青枯病，但未引起足夠重視。1992年前后在貴港市的大圩鄉(xiāng)、三里鄉(xiāng)和博白縣的英橋鄉(xiāng)發(fā)病嚴重[24]，2010年調(diào)查結(jié)果顯示象州、宜州、上林、賓陽、蒙山、融安、環(huán)江、合浦等地都有桑青枯病發(fā)生，病原菌主要有勞爾式菌屬和腸桿菌屬細菌[25]。浙江省于1992年在衢州市高家鎮(zhèn)發(fā)現(xiàn)青枯病株，1993年夏季發(fā)病率高達48.3%，之后周圍各縣市都有桑青枯病發(fā)生，2002年桐廬縣桑園有零星青枯病株，2006年蔓延至全縣[26]。江西省于1988年在全南縣金龍鎮(zhèn)天龍村發(fā)現(xiàn)桑青枯病，之后陸續(xù)在臨近的6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)以及遂川、廣豐等地的桑園中發(fā)現(xiàn)病害，造成嚴重損失[27]。

以上省市是我國桑樹青枯病發(fā)生較嚴重地區(qū)，此外有報道稱陜西、寧夏、云南、山東桑樹種植區(qū)也有青枯病發(fā)生[28-29]。

2.2 桑樹青枯病發(fā)病特點及規(guī)律

2.2.1 癥狀

青枯病是木質(zhì)部維管束病害，無論桑苗或不同樹齡的桑樹均能受害。地上部癥狀有兩種，一種是葉片首先失去光澤，之后上部葉片卷曲萎蔫，但仍呈青色，隨后大部分葉片青枯凋萎，直至全部掉落；另一種是發(fā)病初期中上部葉片的葉尖、葉緣先失水，隨后葉片褐化干枯，之后大部分葉片枯萎且呈褐色，最后腐爛掉落。地下部初期癥狀不明顯，撕開根部表皮，木質(zhì)部有褐色條紋，隨著病情的發(fā)展，病株莖枝出現(xiàn)同樣癥狀，發(fā)病后期木質(zhì)部變成黑褐色，病根或紙條切口有污白色膿狀菌液溢出[8,30]。桑青枯病一半是個別植株或零星植株開始發(fā)病，之后病情向臨近植株擴展蔓延形成發(fā)病中心，若有多個發(fā)病中心，則蔓延至全田，造成整塊地的植株死亡[22]。

2.2.2 氣候與發(fā)病的關(guān)系

霍兆江等[31]在上世紀70年代對廣東省桑樹青枯病的發(fā)生情況進行了為期5年的調(diào)查，系統(tǒng)研究的桑青枯病的發(fā)病規(guī)律。該病發(fā)生于每年4—11月間，8—10月為植株死亡高發(fā)期，這期間死亡植株占病死株的78.04%，9月份死亡率最高，占總病死株的40.27%。據(jù)其分析，每年4—10月廣東地區(qū)溫度為20～30 ℃，且濕潤多雨，利于病原菌的繁殖和傳播。通過田間觀察，高溫多雨季節(jié)有利于發(fā)病，雨后晴天使發(fā)病率急劇增加。接種實驗證實發(fā)病率高低主要決定于溫度和濕度，發(fā)病遲早與空氣濕度密切相關(guān)，當濕度在85%以上時，發(fā)病較早(接種后4～11 d)，低于80%時，發(fā)病遲(接種后15～26 d)[32]。

2.2.3 剪伐與發(fā)病的關(guān)系

桑樹的采伐收獲方式與桑青枯病的發(fā)病輕重密切相關(guān)。陳愛萍等[33]的研究結(jié)果顯示，夏伐桑比春伐桑死亡率增加28%，桑樹伐條后根系受損，體液及營養(yǎng)消耗極大，同時要供給新芽的萌發(fā)生長，植株抗病性大大下降，夏伐時正值高溫多雨，細菌生長繁殖旺盛，故桑樹極易感染青枯病而死亡。但是，春伐桑在5月份已進入旺盛生長期，樹勢好，抗病性強，所以發(fā)病較少，危害也相對較輕。王越等[26]指出桑樹樹形養(yǎng)成與青枯病的發(fā)生也有一定關(guān)系，矮干速成法造成桑樹抗病性差容易感染發(fā)病，而成林早樹齡長的桑樹根系發(fā)達，吸收營養(yǎng)能力強，樹體營養(yǎng)充足，相對不易感染發(fā)病。

2.2.4 土壤與發(fā)病的關(guān)系

青枯病是一種土傳性的細菌病害，土壤狀態(tài)與發(fā)病的關(guān)系密切。地勢低洼，排水不良的地塊容易發(fā)病。韋廣鋒等[34]調(diào)查研究顯示，水田的發(fā)病更為嚴重，廣東象州縣沿河一帶桑樹發(fā)生比較普遍。不同土壤類型發(fā)病情況有差異，王越等[26]研究表明沿江溪旁的沙壤土種植的桑園發(fā)病率在60%以上，而偏辟山區(qū)山垅田壤土發(fā)病較輕，易發(fā)病的土壤依次是砂壤土>壤土>沙礫土?；粽捉萚31]認為，土壤肥力狀況與桑青枯病的發(fā)生無明顯相關(guān)性。不過桑園的肥培管理對青枯病的發(fā)生有影響，如果常年偏施氮肥，會造成土壤理化性質(zhì)改變，土壤偏酸性，氣候潮濕時更有利于病菌繁殖侵染，但是常年施用有機肥或配施磷鉀肥桑園的桑樹發(fā)病率低[26]。

2.2.5 桑樹品種與發(fā)病的關(guān)系

在桑青枯病發(fā)現(xiàn)之初，研究者就發(fā)現(xiàn)不同桑樹品種抗病力有差異，霍兆江等[31]發(fā)現(xiàn)上世紀七八十年代廣東推廣種植的倫40、本地桑及一代雜交桑均為易感病品種。王越等[26]也指出浙江農(nóng)桑系列品種易感病，而種植湖桑系列品種的桑園幾乎未發(fā)生或極少發(fā)生青枯病。廣東省選育出的抗青10號、順農(nóng)2號等品種抗病力較強，其中抗青10號抗性在90%以上，但是需無性繁殖，速度慢，并且桑葉品質(zhì)不理想，順農(nóng)2號則易繁殖，成本低，葉質(zhì)好，但抗性只有70%左右[35]。

2.2.6 間作套種與發(fā)病的關(guān)系

桑園間作套種、輪作等栽培措施對發(fā)病率也有一定影響。桑園套種茄科、豆科等作物易引起交叉感染，使病情加重，輪作甘蔗可明顯降低發(fā)病率，輪作年限越長，重新種桑時發(fā)病率越低，霍兆江等[31]指出在重病地種植甘蔗3年后重新栽桑，發(fā)病率可降到1%以下，輪作6年后則全無發(fā)病。

2.3 桑樹青枯病的傳播途徑

青枯勞爾式菌多存在于土壤和感病植株中，傳播途徑廣泛。主要傳播途徑包括土壤傳播、苗木傳播和枝條傳播。發(fā)病區(qū)土壤普遍帶菌，病原菌可隨土壤流水向四周蔓延，往往可見發(fā)病中心的擴展隨水流方向彎彎曲曲的延伸。在帶病園區(qū)繁育出的實生苗或嫁接苗均攜帶病原菌，待移栽后，病菌會傳播到其他桑園，這也是病原遠距離傳播的主要途徑。感病植株的枝條也攜帶病原菌，在病地取枝進行嫁接可把病害傳到新桑園[31]。另外，耕作、剪伐刀具也可造成病菌傳播，剪伐刀具可直接帶病，造成病原交叉感染[36]。

2.4 桑樹青枯病的發(fā)生機制

賴文姜等[37]于1978年初次對桑青枯病的病原進行了分離鑒定，通過生理生化特性鑒定和血清學反應(yīng)實驗推斷引起桑樹青枯病的為假單胞桿菌屬青枯菌(Pseudomonassolanacearum，后更名為Ralstoniasolanacearum)，通過寄主范圍實驗初步認為桑青枯病病原菌與番茄青枯病病原菌可能是同一個種的不同小種，1982年，賴文姜等[38]認為桑青枯病菌屬于生理小種1。但是，任欣正等[39]在對九種寄主植物青枯菌菌株的致病性進行研究后指出桑青枯菌株不能列入小種1，可能為一個新的生理小種。華靜月等[40]通過對80個青枯菌株的生化型研究表明桑青枯菌有生化型III和生化型V兩種類型，呂志強等[41]也得出了同樣的結(jié)論。而李磊[8]對110株感染桑樹的青枯勞爾式菌進行鑒定發(fā)現(xiàn)，80%的菌株為生化型I型，其余為III型或V型。由此可見，感染桑樹的青枯勞爾式菌的生理小種和生化型劃分相當復(fù)雜，不能單一的歸為一種生理小種或生化型。

早在1982年，賴文姜等[38]就發(fā)現(xiàn)桑青枯病有兩種癥狀，一種是葉子失水而青枯，一種是葉緣由黃變褐而干枯。2006年，在浙江桑園發(fā)現(xiàn)一種由腸桿菌(Enterobacter)引起的桑樹枯萎病，與桑青枯病極為類似，首先下部老葉開始出現(xiàn)癥狀，逐步蔓延至嫩葉，葉片先局部褐化，進而全部變成棕褐色直至掉落，當時研究者稱這種癥狀的病害為桑樹細菌性枯萎病[42]。李磊[8]在對廣西、廣東地區(qū)的桑青枯病進行調(diào)查時也發(fā)現(xiàn)有兩種病癥，一種是青枯，一種是褐枯，本文暫且把由腸桿菌引起的桑樹褐枯型枯萎病也一同介紹。

對于桑青枯病發(fā)生機制的研究多數(shù)是病原菌的分離及鑒定，具體的病原因子及致病機制的研究還很少有報道。2011年，E. mori菌株LMG25706的全基因組被測序，發(fā)現(xiàn)其基因組中沒有與毒力相關(guān)III型分泌系統(tǒng)，但是有I型、II型及VI型分泌系統(tǒng)相關(guān)基因[43]。李磊[8]對桑青枯勞爾式菌的侵染途徑進行了初步研究，認為病原菌首先定植于桑根維管束內(nèi)，之后大量繁殖，堵塞導(dǎo)管，阻止桑根進行水分運輸，最終導(dǎo)致植株萎蔫死亡。

3 桑樹青枯病的防治

青枯病是植物“癌癥”，關(guān)于青枯病的防治也是世界性的難題，目前主要是預(yù)防為主。我國研究者在發(fā)現(xiàn)了桑樹青枯病之后，對其防治措施也進行了系統(tǒng)的研究，主要包括優(yōu)化栽培措施、藥劑防治和抗性品種選育等方面。

3.1 栽培措施

青枯病菌主要通過苗木和土壤水流傳播，針對傳播途徑可進行有效防治。在苗木選擇上，首先是加強植物檢疫，嚴禁帶病苗木、接穗進入無病區(qū)；其次要培育無病桑苗，選擇無病土地做苗圃，用無病的接穗或砧木進行嫁接。在田間，一旦發(fā)現(xiàn)病株，應(yīng)及時將病株清除，并對病穴土壤進行消毒。對于低洼積水地塊應(yīng)及時排水，注意合理密植，通風透氣。對于發(fā)病嚴重的地塊，可進行輪作，栽種水稻、小麥、玉米等非青枯病寄主植物可有效降低發(fā)病率[44]。

3.2 藥劑防治

王越等[26]提出，在田間發(fā)現(xiàn)少量病株時，可適時進行藥物防治，在病穴及周圍土壤用1∶100福爾馬林溶液進行消毒或含1.0%有效氯的漂白粉液7～7.5 kg灌注病穴并覆土蓋膜。對病株周圍的健康植株用銅氨合劑(碳銨3 kg+硫酸銅0.5 kg混合，密閉24 h)稀釋液澆灌。黃漢能[45]在調(diào)查象州桑青枯病時提出，72%農(nóng)用硫酸鏈霉素WP4 000倍液，77%可殺得WP500倍液，20%噻菌銅SC對細菌性病害的防治效果均在70%以上。不過，由于化學藥劑殘留污染土壤，并且化學藥劑對家蠶有一定的毒性[46]，在防治過程中應(yīng)慎重使用。

3.3 抗性品種選育

上世紀70年代末，研究人員就開始了抗性品種的選育工作。由湛江市蓖麻蠶科學研究所選育的“抗青10號”對桑青枯病具有很高的抗性，在病區(qū)栽植該品種，發(fā)病率在1%以下。該品種在1988年通過了技術(shù)鑒定，1990年獲得廣東省科技進步三等獎，并得到廣東省農(nóng)作物品種審定委員會審定通過[23]。后來又選育出順農(nóng)2號、順農(nóng)3號、桑抗1號等抗性品種，對于青枯病都有較好的防治效果。但是抗青10號需無性繁殖，速度慢，且葉質(zhì)不夠理想。順農(nóng)系列易繁殖，葉質(zhì)好，不過抗性只有中抗[35]。

4 展 望

目前，對于桑青枯病的研究主要在病情調(diào)查，病原菌的分離鑒定，對致病機制的研究非常有限，在防治方面也提出了多種行之有效的措施，培育出了抗病品種等，但是在生物藥劑防治方面還有所欠缺，抗病品種也主要是葉用桑樹品種，抗病果桑品種非常少。近年來發(fā)現(xiàn)，土壤微生物環(huán)境對于土傳植物病害具有重要影響，但桑青枯病的微生態(tài)作用機制研究還是空白。今后，多角度研究桑青枯病的發(fā)生機制及防治措施，對于蠶桑產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。