東北地區(qū)大豆孢囊線蟲病發(fā)生和防控技術(shù)研究進(jìn)展

孟凡立，于瑾瑤, ，李春杰，黃銘慧，趙 磊, ，王 旋,，姜 野，秦瑞峰，王從麗*

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，哈爾濱 150030；2.中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，中國科學(xué)院大豆分子設(shè)計育種重點實驗室，哈爾濱 150081）

大豆是我國重要糧油作物之一，同時具有經(jīng)濟(jì)、政治和社會三重屬性，確保其產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展對我國糧食安全、產(chǎn)業(yè)發(fā)展等具有重大戰(zhàn)略意義。我國是世界大豆消費大國，在2020～2021 年，中國進(jìn)口大豆數(shù)量占世界大豆總進(jìn)口數(shù)量60%，食用大豆約7 440萬t，高于美國4 630萬t大豆總產(chǎn)量[1]。東北地區(qū)土壤肥沃，是我國大豆主產(chǎn)區(qū)，主要包括黑龍江、吉林、遼寧和內(nèi)蒙古東部地區(qū)，產(chǎn)量超過全國50%。

大豆孢囊線蟲（Heterodera glycinesIchinohe，Soybean cyst nematode，SCN）病是嚴(yán)重制約大豆生產(chǎn)的病害之一，是僅次于大豆花葉病毒的第二大病害[2]。大豆孢囊線蟲是植物內(nèi)寄生線蟲，也侵染其他不同種類豆角、豇豆、豌豆等豆科植物和雜草[3]。SCN 侵染根部形成孢囊，影響植株發(fā)育，可造成5%～10%減產(chǎn)，在發(fā)病嚴(yán)重地塊高達(dá)30%以上，甚至絕產(chǎn)，每年我國因大豆孢囊線蟲病造成損失達(dá)6 億元以上[4]。SCN 使寄生根部發(fā)育不良，形成創(chuàng)面也易被其他土傳病原菌侵染，加劇減產(chǎn)，因此大豆孢囊線蟲病防治對我國大豆生產(chǎn)至關(guān)重要。

利用高毒高殘留化學(xué)藥劑防治大豆孢囊線蟲病不符合可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展需要，高效低毒化學(xué)農(nóng)藥仍然較少?？共∑贩N最經(jīng)濟(jì)有效，但目前抗性單一，無法同時抗SCN 多個生理小種或多種病害；適于大面積種植的抗性品種少，部分地區(qū)因經(jīng)濟(jì)效益驅(qū)動或氣候原因，堅持輪作存在困難，所以綜合利用各種防控措施是有效防治大豆孢囊線蟲病的重要策略。本文從大豆孢囊線蟲病在東北地區(qū)發(fā)生規(guī)律和當(dāng)前防控措施方面開展綜述，以期為東北地區(qū)大豆豐產(chǎn)和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 東北地區(qū)大豆孢囊線蟲病發(fā)生規(guī)律

1.1 大豆孢囊線蟲生活史

大豆孢囊線蟲生活史可分為卵期、幼蟲期和成熟期3個主要階段，由卵期開始發(fā)育，一齡幼蟲J1 在卵內(nèi)發(fā)育。在受外界環(huán)境和根系分泌物刺激后，J1 通過蛻皮成為二齡幼蟲J2 從卵內(nèi)孵出，進(jìn)入土壤中定位尋找寄主，J2 階段不取食，通過消耗自身儲存能量移動到寄主根部[5]；利用口針刺入根尖部位后侵入寄主并遷至維管束組織，直至找到合適取食位點；通過口針分泌纖維素酶溶解細(xì)胞壁，使相鄰細(xì)胞原生質(zhì)體融合形成多核細(xì)胞，稱之合胞體。合胞體在SCN 生育周期中具有重要作用，并為其生長發(fā)育提供營養(yǎng)[6]。SCN 四齡幼蟲分化成雌蟲或雄蟲，分化的雌蟲蟲體繼續(xù)膨大，留在根內(nèi)，分化的雄蟲變成蠕蟲狀，離開根部尋找雌蟲交配。交配后雌蟲產(chǎn)卵，每個雌蟲產(chǎn)卵200～600個，充滿卵的雌蟲死后變成褐色孢囊，脫落到土壤中。無寄主時，孢囊可在土壤中休眠，遇到合適寄主后卵孵化，開始下一代生活周期。在適宜環(huán)境條件下SCN 完成一代生活史需24～30 d，一年可完成數(shù)代，東北春大豆一般發(fā)生3代[7-8]。

1.2 大豆孢囊線蟲生理小種

目前，大豆孢囊線蟲致病性分化劃分模式有兩種，Race 生理小種和HG Type 劃分[9-11]。東北SCN 已報道有10 個生理小種（Race 1、3、4、5、6、7、9、10、13 和14 號）和13 個HG Type（0、2、6、7、1.3、2.7、6.7、1.3.7、2.5.7、1.2.3.7、1.3.4.7、1.2.3.5.7和1.2.3.5.6.7）[12-14]。我國生產(chǎn)上主要采用生理小種模式。大豆孢囊線蟲在田間為混合小種，所鑒定小種是優(yōu)勢小種，生理小種不斷變化。在80～90年代，黑龍江省以3號生理小種占優(yōu)勢，未發(fā)現(xiàn)其他生理小種，遼寧省有1號和3號兩個生理小種，吉林省有3 號（優(yōu)勢小種）、5 號、13號和1號4個生理小種[15]。1995年，在黑龍江省安達(dá)鹽堿地連作地塊發(fā)現(xiàn)1號生理小種，但3號生理小種仍為優(yōu)勢小種[16]；2008年，安達(dá)地區(qū)檢測到4 號和14 號生理小種，但2015 年，安達(dá)地區(qū)14 號生理小種變化為優(yōu)勢小種，同時存在4號和9號生理小種[12,17-18]。2019年，黑龍江11個大豆主產(chǎn)區(qū)報道有5 個生理小種（1 號、3 號、4 號、6 號和14號），其中3 號優(yōu)勢生理小種保持不變[14]。生理小種變化同樣也發(fā)生在遼寧省和吉林?。?007～2008年，遼寧省大豆產(chǎn)區(qū)調(diào)查發(fā)現(xiàn)有1 號、3 號和6 號生理小種，其中3號生理小種分布廣泛[19]；吉林省大豆產(chǎn)區(qū)1992年發(fā)現(xiàn)7號生理小種[20]，2017年報道有1 號、3 號、5 號、6 號、9 號和10 號生理小種，仍以3號生理小種分布最廣[21]。連續(xù)種植抗線品種是導(dǎo)致大豆孢囊線蟲生理小種變化主要原因之一[18,22]。雖然3 號生理小種在東北大豆主產(chǎn)區(qū)仍是優(yōu)勢小種，但新小種不斷出現(xiàn)增加大豆孢囊線蟲病防治難度。

1.3 大豆孢囊線蟲病發(fā)生程度

大豆孢囊線蟲在東北大豆產(chǎn)區(qū)普遍發(fā)生，發(fā)生程度一般與土壤中大豆孢囊線蟲孢囊量有關(guān)，也與土壤類型、土壤營養(yǎng)狀況、土壤環(huán)境及耕作方式有關(guān)。劉大偉等2006～2008年通過調(diào)查遼寧省26 個市、縣和區(qū)大豆田土樣，發(fā)現(xiàn)88%大豆產(chǎn)區(qū)有大豆孢囊線蟲，孢囊數(shù)目低于10 的地區(qū)主要在東部和南部沿海地區(qū)，孢囊數(shù)目大于30 主要分布在西部和北部地區(qū)；大豆連作地區(qū)孢囊密度大，病害發(fā)生嚴(yán)重，如康平縣；土壤狀況影響大豆孢囊線蟲病發(fā)生和危害程度，如建平縣土質(zhì)硬線蟲不易發(fā)生，遼陽市沙壤土通氣適于線蟲生長和發(fā)育，大洼縣堿性土壤更適于大豆孢囊線蟲繁殖[23]。孫玉秋等2007～2008 年在黑龍江省采集35 個縣市共112個樣品，從每個樣品中均檢測到大豆孢囊線蟲，但各地SCN 種群密度差異較大，嫩江土壤中SCN卵量最多，虎林和撫遠(yuǎn)較少，總體上西部地區(qū)卵密度高于東南部地區(qū)，這可能與土壤類型、有機質(zhì)含量、pH、土壤環(huán)境及作物殘茬等因素相關(guān)[24]。黑龍江西部地區(qū)春季干旱少雨，土壤溫度高、濕度低，利于大豆孢囊線蟲發(fā)育，導(dǎo)致大豆孢囊線蟲病發(fā)病嚴(yán)重[25]。

耕作方式和種植結(jié)構(gòu)對大豆孢囊線蟲群體數(shù)量影響大，朱艷等發(fā)現(xiàn)撂荒條件下顯著降低孢囊數(shù)量，水改旱次之，然后是輪作，連作導(dǎo)致根上和根內(nèi)孢囊線蟲數(shù)量顯著增加[26]。此外，研究發(fā)現(xiàn)土壤中大豆孢囊線蟲單孢囊中卵數(shù)量與作物輪作方式及其作物種類關(guān)系密切[27]。超過15 年大豆長期連作使孢囊中含卵量大大降低，孢囊中寄生真菌數(shù)量增加可能是自然衰退（卵量降低）的原因；不同輪作方式導(dǎo)致二齡幼蟲真菌寄生率有差異；連續(xù)休閑區(qū)孢囊數(shù)量最低[28-29]。大豆與作物輪作改變土壤生物食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)，輪作后土壤中線蟲群落指數(shù)增加，生防菌數(shù)量豐富度增加，說明輪作使食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而導(dǎo)致大豆孢囊線蟲數(shù)量降低[30-31]。黑龍江北部主要受積溫影響，種植結(jié)構(gòu)較難調(diào)整，大豆連作導(dǎo)致SCN 孢囊在土壤中密度增加，但因土壤肥沃，開墾年限短，有機質(zhì)含量高，作物生長茂盛，危害不嚴(yán)重。南部地區(qū)因玉米經(jīng)濟(jì)效益高，大豆種植面積較小，可實施輪作，大豆孢囊線蟲病發(fā)生程度較輕。內(nèi)蒙赤峰地區(qū)2014～2019 年大豆連作期間，隨大豆連作年限增加，孢囊線蟲發(fā)生強度逐年增加，大豆生長受抑制，產(chǎn)量逐年降低，最高減產(chǎn)幅度達(dá)44.43%[32]。

在田間種植不同抗性程度大豆品種對大豆孢囊線蟲群體密度有較大影響，種植抗線品種明顯減少田間SCN 二齡幼蟲數(shù)量，原理為抗線蟲侵入或發(fā)育[33]。但單一抗性品種長期使用及大豆孢囊線蟲生理小種不斷變異，導(dǎo)致抗性降低或喪失[12,18]。了解大豆孢囊線蟲病發(fā)生程度有助于制定其有效防治措施。

2 大豆孢囊線蟲病防控技術(shù)研究與應(yīng)用

大豆孢囊線蟲病為土傳病害，同時受孢囊外殼的保護(hù)作用可在土壤中存活多年，防治困難。為降低SCN 引起的經(jīng)濟(jì)損失，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，綜合防治策略尤為重要。種植品種以抗多種生理小種為佳，播種時利用種衣劑包衣，種植前后及時清除田間雜草等寄主。因在田間消除線蟲非常困難，所以綜合防控宗旨是在降低線蟲群體密度情況下，盡量減少產(chǎn)量損失，結(jié)合其他防治措施提高大豆產(chǎn)量潛力。

2.1 農(nóng)業(yè)措施

種植非寄主或抗病品種和利用輪作措施是降低線蟲數(shù)量最經(jīng)濟(jì)有效方法。大豆與非寄主植物太陽麻輪作時，大豆孢囊線蟲卵被太陽麻根部分泌物刺激孵化，形成二齡幼蟲，但由于二齡幼蟲在進(jìn)入其根部后無法正常發(fā)育，從而降低大豆孢囊線蟲群體密度[34]。在東北地區(qū)可輪作的作物有苜蓿、大麥、小麥、高粱、甜菜等，但這些作物相對玉米均是小作物，輪作面積小，主要以大豆--玉米輪作為主。前文提及不同輪作方式明顯影響大豆孢囊線蟲群體數(shù)量，東北三省多地田間試驗表明麥-雜-豆、玉米-玉米-大豆輪作明顯減輕病害作用，大豆孢囊線蟲嚴(yán)重地塊可開展5年以上輪作以達(dá)到減輕危害[27,35]。深耕整地和倒壟也是大豆高產(chǎn)栽培重要農(nóng)業(yè)措施，播種前淺耕去除作物殘根以減少初始線蟲種群密度，播種時深耕可保溫，出苗前覆土保溫，增加大豆出苗率，實行倒壟增加植物透光透氣，提高長勢，降低線蟲危害。

2.2 化學(xué)防治

目前應(yīng)用于大豆防治線蟲的化學(xué)殺線劑較少，生產(chǎn)上主要依靠種衣劑防治大豆孢囊線蟲病，但效果不明顯。我國農(nóng)藥網(wǎng)上已登記的殺線劑主要是種衣劑，其種類、成分、登記號和主要功能如表1所示[36]。其中多?？酥饕煞种粸榭税偻?，又名呋喃丹或大扶農(nóng)，屬于高毒高殘留農(nóng)藥，在蔬菜、果樹、茶葉、煙草和中草藥上已被禁止使用，多福甲維鹽和阿維多福為低毒。這些種衣劑不僅防治大豆孢囊線蟲病，也防治大豆根腐病。此外大部分化學(xué)種衣劑對大豆出苗均有抑制作用[37]。

表1 國內(nèi)已登記抗大豆孢囊線蟲種衣劑Table 1 Registered seed coating agents resistant to soybean cyst nematode in China

2.3 生物防治

在土壤中存在較多大豆孢囊線蟲生防因子，可用于線蟲生物防治。如食線蟲真菌、食線蟲細(xì)菌、捕食性線蟲等，但較難實現(xiàn)商品化，目前產(chǎn)品多以生物菌肥和種衣劑為主?！岸关S一號”和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院“保根菌劑”作為早期生防制劑，在20個世紀(jì)90年代黑龍江農(nóng)場應(yīng)用較為廣泛?！岸关S一號”是東北地區(qū)最早開發(fā)的生防菌劑，從1995～2001 年間在遼寧和黑龍江兩省推廣，創(chuàng)收直接經(jīng)濟(jì)效益可觀；該制劑大大降低土壤中線蟲數(shù)量，改變土壤微生態(tài)群落結(jié)構(gòu)，增產(chǎn)增收，降低化學(xué)農(nóng)藥用量而減少環(huán)境污染[38]?！氨８鷦辈粌H對當(dāng)年大豆孢囊線蟲有較高致死率，還可延續(xù)至第二年生產(chǎn)中，降低防治成本，此為區(qū)別于化學(xué)藥劑的明顯特性[39]。

土壤中存在大量生防因子，具有應(yīng)用潛力，篩選和鑒定生防因子是開發(fā)重要生防制劑前提。宋潔等證明22 年大豆連作形成的抑制性土壤中后垣輪枝菌（Vertiillium chlamydoporia）數(shù)量增加，該菌為SCN重要生防真菌[40]。大豆孢囊線蟲生防真菌主要有淡紫擬青霉[Paecilo myceslilacinus(Thom.)Samson]、黑曲霉菌（Aspergillusniger）、叢枝菌根（Arbuscular mycorrhizal fungi，AMF）和輪枝菌（Ver?ticilliumspp.）等。生防細(xì)菌有芽孢桿菌（Bacillusspp.）和根瘤菌（Rhizobiumspp.）等[41]。多數(shù)生防菌或者其代謝物均具有抑制SCN 卵孵化和對二齡幼蟲毒殺作用或抑制二齡幼蟲活性[42-44]。采用厚垣輪枝菌HDQI8活性產(chǎn)物制備的生物種衣劑HNDI對大豆孢囊線蟲病田間防效為60.5%[45]。郭寧等使用（復(fù)配菌株F1024，B482，A4+元素組合+助劑）處理不僅有效抑制大豆孢囊線蟲繁殖，還可抑制大豆孢囊線蟲侵染與發(fā)育[46]。菌線克系列生物種衣劑，其主要成分是以大豆根瘤和根際土中分離篩選出菌株的發(fā)酵液復(fù)配制成[47]。

植物生長促生細(xì)菌（Plant growth promoting rhi?zobacteria，PGPR）是一類間接防治線蟲的生防因子，促進(jìn)植物生長和發(fā)育，可直接通過生物肥料產(chǎn)生有機物質(zhì)促進(jìn)植物生長和土壤營養(yǎng)吸收，間接起到生物制劑防治作用。例如，從大豆根際分離出的兩個促生細(xì)菌Sneb207 和Sneb482，經(jīng)鑒定兩株細(xì)菌均為巨大芽孢桿菌（B.megaterium），利用其滅菌發(fā)酵液進(jìn)行大豆包衣，在大豆孢囊線蟲重病田兩株細(xì)菌對大豆苗期生長有促進(jìn)作用，對線蟲有明顯抑制效果[48]。生物種衣劑SN101、SN102、SN105 和SN106 田間試驗結(jié)果表明對SCN具有抑制作用，對大豆具有促生和增產(chǎn)作用[49-51]。我國農(nóng)藥網(wǎng)上已登記的防治大豆孢囊線蟲生物種衣劑主要是蘇云金芽孢桿菌（見表1）。

2.4 利用抗線品種

選育抗線品種是防治大豆孢囊線蟲病一項經(jīng)濟(jì)有效措施。我國SCN 抗源篩選工作從20 世紀(jì)70年代早期開始，由吳和禮等開展[52]，在8 003 份大豆種質(zhì)中篩選出4份對黑龍江省大豆孢囊線蟲群體免疫和高抗的材料，包括龍抗SCN781、龍抗SCN782、龍抗SCN791、龍抗SCN792 等。目前大多數(shù)抗線品種抗性背景基本來源于PI88788、Pe?king 和PI437654 基因型。

通過對中國種業(yè)大數(shù)據(jù)平臺查詢，東北三省從1980s 開始審定登記的大豆品種近1 500 個，其中黑龍江省約占50%，但登記品種中具備抗線特性的大豆品種僅有41 個（見表2），黑龍江省抗線品種有35 個（85%），大多是由黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院培育而成，這些品種大多數(shù)對SCN 3 號生理小種有抗性，3 號生理小種長期以來是東北優(yōu)勢小種[53]。例如，抗線系列1～13 號生理小種是針對大豆孢囊線蟲3 號生理小種培育，其抗性背景主要來自Peking，但長期種植單一抗性品種導(dǎo)致田間大豆孢囊線蟲毒性發(fā)生變異，從而使抗性品種抗性減弱甚至喪失。

表2 東北抗線審定品種Table 2 Certified varieties resistant to soybean cyst nematode in Northeast China

續(xù)表

Hua等通過篩選黑龍江省抗線系列品種及當(dāng)?shù)刂髟云贩N對新鑒定的3 個生理小種表型反應(yīng)發(fā)現(xiàn)，黑龍江省主栽品種幾乎均感病，抗線系列對變異的5號生理小種（HG Type 2.5.7）依然有抗性，但對毒性強的4 號（HG Type 1.2.3.5.6.7）和14 號（HG Type 1.3）生理小種感病[12]。進(jìn)一步篩選黑龍江省抗性種質(zhì)資源表型，鑒定出同時具備抗4號和5號生理小種抗性資源，發(fā)現(xiàn)新釋放的農(nóng)慶豆20 號對4號生理小種抗病，但對5號生理小種感病，進(jìn)一步分子鑒定證實抗線系列具有Peking 抗性背景，農(nóng)慶豆20 是一類新的抗性基因型[54]。研究發(fā)現(xiàn)，品種黑農(nóng)531 適合于黑龍江省第一和第二積溫帶種植，在大豆孢囊線蟲重病區(qū)種植和對照相比，增產(chǎn)效果更明顯，同時具有其他優(yōu)良性狀，例如抗病、抗旱、耐密、抗倒伏、高產(chǎn)和高油等特征。東農(nóng)L-10 對SCN 1、3、4 和14 號小種均具有抗性[55-56]。另外，在吉林省報道的其他5 個抗大豆孢囊線蟲病品種（吉林23、吉林32、吉林57、吉林64和吉林77）在全國審定網(wǎng)站上未發(fā)現(xiàn)。正月等篩選33個抗線大豆品種，得到12個適合在赤峰地區(qū)種植的抗線品種，包括10個高抗品種（抗線9號、沈豐10號、長農(nóng)39號、抗線6號、抗線10號、黑1-40號、沈豐22號、沈豐38號、沈豐39號和黑1-17號）和2個中抗品種（沈豐34號和沈豐32號）[57]。

目前，我國抗線品種育種主要是針對線蟲嚴(yán)重地區(qū)或者鹽堿地。王家軍等研究表明在鹽堿地線蟲發(fā)生區(qū)使用抗病品種，其產(chǎn)量明顯高于感病品種[58]。為不影響產(chǎn)量，在大豆孢囊線蟲病發(fā)生程度不嚴(yán)重地塊可選種耐病品種，代替抗病品種，但線蟲仍繁殖，所以混播抗病和耐病品種可作為綜合防治的一項技術(shù)。Huang 等通過篩選164個大豆染色體代換系株系，發(fā)現(xiàn)耐5 號生理小種株系，這些株系均具有輪回親本綏農(nóng)14 背景，適合東北種植。因此，在無合適抗病品種時，可充分利用這些耐病株系降低線蟲數(shù)量而不降低產(chǎn)量，進(jìn)而降低經(jīng)濟(jì)損失[59]。

3 展 望

綜上所述，為有效防治大豆孢囊線蟲病，需因地制宜制定合適的防治策略。通過寄主抗性、與非寄主輪作、栽培措施、增施有機改良劑、生物防治、化學(xué)防治等防控技術(shù)綜合應(yīng)用，在保證產(chǎn)量基礎(chǔ)上盡量降低化學(xué)殺線劑使用。對于東北地區(qū)需擴(kuò)大篩選適合當(dāng)?shù)氐目共』蚰筒》N質(zhì)資源，加大多抗品種培育；加強與玉米的輪作以降低孢囊線蟲種群數(shù)量，在發(fā)病較輕種植區(qū)可適當(dāng)縮短輪作年限。為加速生物制劑開發(fā)和應(yīng)用，不僅需從當(dāng)?shù)睾Y選高效土著微生物，還需探明生物防治作用機制、寄主特異性及靶標(biāo)生物消長規(guī)律。分子生物進(jìn)化、生物科技、生物信息學(xué)和多組學(xué)技術(shù)發(fā)展將為探索生物制劑作用方式及研究微生物和線蟲互作機制提供有效研究手段，加快研發(fā)高效生物殺線劑進(jìn)程，其中生物種衣劑具有成本低和環(huán)境友好等優(yōu)點，是大豆孢囊線蟲病較為理想防治技術(shù)。由PGCR配制成既促進(jìn)生長，又防治線蟲，并維持土壤健康的生物菌肥也是目前較有發(fā)展前景的防治技術(shù)。