人參病害研究概述

鄭澤洋姚榮升劉振盼孫 俊張 悅王克瀚王學(xué)文尤文忠

(遼寧省經(jīng)濟林研究所,遼寧 大連 116000)

人參(PanaxginsengC.A.Meyer)為五加科人參屬多年生草本植物,具有提高免疫力、抗腫瘤、抗衰老等藥用價值,被譽為“百草之王”。作為我國珍貴的中藥材之一,野生資源日益匱乏,野山參產(chǎn)量已無法滿足市場需求,目前人參栽培產(chǎn)業(yè)主要依靠人工種植。據(jù)不完全統(tǒng)計,我國林下參和園參栽培面積均已超過3.33萬hm2[1],然而大面積栽培導(dǎo)致病害發(fā)生嚴(yán)重,諸如銹腐病、黑斑病等病害造成植株大面積死亡,對人參產(chǎn)業(yè)造成嚴(yán)重經(jīng)濟損失[2]。目前已報道人參病害幾十種,但未見病害的系統(tǒng)性報道,本文對人參病害種類進(jìn)行總結(jié),旨在使廣大科研工作者能夠明確病害的類型、病原及危害。人參病害癥狀具有相似性,參農(nóng)易混淆而錯誤鑒定病害,從而使用無效藥劑防治,造成不必要的損失,因此對我國人參主要病害癥狀、發(fā)病規(guī)律及相關(guān)研究進(jìn)展進(jìn)行闡述,以期為病害鑒別及人參產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展提供理論指導(dǎo)。

1 人參主要病害及其危害

目前文獻(xiàn)報道的人參病害共32種,其中真菌病害有23種,細(xì)菌病害3種,病毒病4種,寄生性植物和線蟲病各1種,主要分布在韓國、日本及我國東北地區(qū)。人參病害類型、病原及危害部位如表1所示。

表1 人參病害的種類及其危害

1.1 人參銹腐病

人參銹腐病菌早期被鑒定為毀滅柱孢菌(Cylindrocarpondestructans)[49],但傅俊范、呂國忠和嚴(yán)雪瑞等發(fā)現(xiàn)該病害還可由多種柱孢菌(C.destructansvar.destructans,C.didymium,C.obtusisporum,C.panacicola,C.panacis)及多種土赤殼菌(Ilyonectriarobusta,I.pseudodestructans,I.morspanacis,I.communis)引起[12,14～15]。該病害在人參播種到收獲整個生長周期均可發(fā)生,主要危害人參的根部、蘆頭和芽苞。根部發(fā)病時表皮出現(xiàn)銹色病斑,并逐漸向內(nèi)擴展,導(dǎo)致根部腐爛,地上部植株矮小,葉片褶皺不平并呈紅色或黃色,直至枯死。蘆頭和芽苞受害時,形成紅褐色病斑,造成參苗死亡[50]。病原菌在土壤中越冬,成為次年病害的初侵染源,病根內(nèi)形成厚垣孢子,在春季土壤解凍后萌發(fā),從傷口或根痕處侵染根部,引起根部腐爛。病原菌具有潛伏侵染的特性,當(dāng)參根健壯時,病菌長時間潛伏在人參根系中;當(dāng)根勢較弱、濕度適合時,病原菌開始侵染從而導(dǎo)致人參發(fā)病。發(fā)病率隨參齡和土壤濕度增加而升高,因此黑色腐殖土的發(fā)病率顯著高于沙土[51]。

1.2 人參黑斑病

人參黑斑病由人參鏈格孢菌(Alternariapanax)引起,常年發(fā)病率在20%～30%之間,嚴(yán)重時發(fā)病率可達(dá)90%以上[7]。該病害主要為害葉、莖、花梗及果實等地上部位,導(dǎo)致人參提前落葉,參籽不結(jié)實,嚴(yán)重時造成大面積絕產(chǎn)。發(fā)病時葉片產(chǎn)生水漬狀褐色病斑,病斑中心顏色較淺,逐漸擴展到葉柄導(dǎo)致葉片脫落。莖部產(chǎn)生長條斑,病部凹陷并產(chǎn)生黑色霉層,發(fā)病后期植株從凹陷處折斷,植株逐漸萎蔫。為害花梗和果實后,花序枯死,果實與參籽

干癟形成“呆干籽”現(xiàn)象,表面形成不規(guī)則水漬狀褐色病斑并著生黑色霉層[52]。王崇仁等通過對遼寧地區(qū)黑斑病侵染和發(fā)生規(guī)律調(diào)查發(fā)現(xiàn),病原菌在病殘組織、覆蓋物和土壤中越冬,翌年春引起初侵染,在氣候條件適合時可發(fā)生多次再侵染。病原菌產(chǎn)生分生孢子通過風(fēng)、雨水傳播,從氣孔、皮孔侵入植物體內(nèi),在田間具有典型的發(fā)病中心,造成病害流行。莖部病斑多發(fā)生在5月中下旬,葉部病斑多發(fā)生在5月下旬～6月上旬[7]。

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1.3 人參立枯病

人參立枯病是由立枯絲核菌 (Rhizoctoniasolani)引起的苗期病害之一,又稱“抽死病”、“土掐病”。發(fā)病率一般在15%左右,發(fā)病嚴(yán)重的參地可達(dá)60%以上,造成參苗大面積死亡。病菌為害植株莖基部,即距表土3～5 cm的干濕土交界處,病部產(chǎn)生凹陷的黃褐色病斑并深入莖內(nèi),引起莖部倒伏,輸導(dǎo)組織被阻斷從而無法傳輸營養(yǎng)和水分到幼苗上部,造成幼苗萎蔫死亡[33]。病原菌以菌絲體和菌核在病株殘體或土壤中越冬,成為翌年病害發(fā)生的初侵染源。一般在5月開始發(fā)病,6月下旬至7月初達(dá)到盛期,隨幼苗逐漸木質(zhì)化,發(fā)病率逐漸降低。在低溫多雨的條件下,土壤黏重、排水不良的參地發(fā)病較重,病原菌借助雨水、土壤中的流水、農(nóng)事操作傳播,從傷口或直接侵入幼苗莖部[53]。

1.4 人參灰霉病

1984年白容霖等在吉林省首次發(fā)現(xiàn)人參灰霉病,經(jīng)鑒定病原是灰葡萄孢(Botrytiscinerea),參地一般發(fā)病率為15%～30%,嚴(yán)重地塊可達(dá)50%以上[9]。該病害主要為害人參葉部、莖、花和果實,嚴(yán)重時也為害根部,發(fā)病時葉片產(chǎn)生水漬狀灰褐色斑點,從葉尖和葉緣呈倒“V”形擴展,而后形成灰色霉?fàn)钗?后期病斑壞死,易破碎形成穿孔狀[54];莖部由水漬狀小斑點逐漸擴展成不規(guī)則的大斑點,后期病部組織枯死并產(chǎn)生灰色霉層;花梗、柱頭和花瓣被侵染后,病斑向果實擴展導(dǎo)致果實不能成熟結(jié)籽;為害根部后,芽孢出現(xiàn)褐色斑點,主根內(nèi)部軟腐,病部產(chǎn)生灰色霉?fàn)钗颷5]。病原菌以菌絲體、菌核在病株殘體和土壤中越冬,翌年春菌絲萌發(fā)形成大量分生孢子,經(jīng)空氣、雨水、昆蟲媒介和人為因素傳播,通過傷口、自然孔口或直接侵入寄主,并產(chǎn)生分生孢子進(jìn)行再次侵染?？諝鉂穸雀摺⒌氐屯莘e水等氣候條件可導(dǎo)致多次重復(fù)侵染[55]。

1.5 人參疫病

人參疫病是由惡疫霉菌(Phytophthoracactorum)引起[28]。主要為害人參的根、莖、葉,在整個生長周期均可發(fā)病。發(fā)病時葉片出現(xiàn)水漬狀病斑,如同開水燙過般呈透明狀,葉柄枯萎下垂,俗稱“搭拉手巾”;莖部呈軟腐倒伏狀,病原菌從莖部擴展至根部,根表皮濕腐,內(nèi)部出現(xiàn)黃褐色花紋[56]。病原菌以卵孢子在土壤或病株殘體上越冬,成為翌年病害發(fā)生的初侵染源。而無性繁殖產(chǎn)生的游動孢子則引起再侵染。病原菌通過接觸傳播造成病害在土壤中蔓延,也通過風(fēng)、雨水和農(nóng)事操作傳播引起病害的擴散。陰雨潮濕、栽培密度過大、通風(fēng)不良、土壤板結(jié)等條件易造成病害流行,夏季6～8月一般為發(fā)病盛期[57]。

1.6 人參根腐病

人參根腐病是由多種鐮刀菌引起的土傳病害之一,主要病原菌為腐皮鐮刀菌(Fusariumsolani)和尖孢鐮刀菌(F.oxysporum)[25],還可由F.acuminatum、F.cerealis、F.equiseti、F.redolens等 鐮 刀 菌 引 起[22～24,26],田 間 發(fā) 病 率 為30%左右,隨參齡增加而發(fā)病率逐漸升高。人參根部包括蘆頭、主根、側(cè)根及須根都可被侵染,發(fā)病初期植株地上部癥狀不明顯,后期葉片顏色逐漸變黃,地下根部變黑腐爛呈槽朽狀,只?？盏谋砥?最終導(dǎo)致人參死亡[58]。病原菌以菌絲體在病株殘體或土壤中越冬,翌年分生孢子萌發(fā)通過傷口或直接侵入根部。在高溫高濕條件下,傳播媒介土棲螨害蟲啃食參根造成傷口,同時害蟲攜帶的大量病原菌也為病害流行創(chuàng)造了有利條件[59]。

1.7 人參菌核病

人參菌核病是由人參核盤菌(Sclerotiniaginseng)引起的人參根部病害之一[36],車喜慶等對吉林省集安市、撫松縣、遼寧省桓仁縣等人參主產(chǎn)區(qū)進(jìn)行病害調(diào)查,發(fā)現(xiàn)主產(chǎn)區(qū)平均病田率為90%,平均病株率達(dá)到5.7%,已嚴(yán)重制約人參產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[60]。病害為害3年生以上的人參根部,嚴(yán)重時導(dǎo)致根部腐爛,植株死亡。發(fā)病初期,地上部外觀和健康植株無明顯區(qū)別,而根部表皮著生白色絨毛狀菌絲,內(nèi)部逐漸軟化、腐爛,后期可見表皮內(nèi)外的黑色顆粒狀菌核[61]。王崇仁等通過對病原菌侵染循環(huán)研究發(fā)現(xiàn)病原菌以菌核在病根或土壤中越冬,翌年春菌核萌發(fā)形成菌絲侵染根部,病害通過病根與健根接觸傳播,從而造成大面積發(fā)生。該病原菌屬于低溫型真菌,在4～5月進(jìn)入發(fā)病盛期,夏季6～8月因溫度升高病害停止而進(jìn)入越夏階段,而在9～10月溫度降低后重新萌發(fā)進(jìn)行二次侵染[62]。

1.8 人參紅皮病

人參紅皮病是影響人參生產(chǎn)的主要病害,嚴(yán)重參地發(fā)病率在80%以上,患病人參加工難度大,商品參等級降低,造成嚴(yán)重經(jīng)濟損失。發(fā)病時植株莖、葉、花和果實外觀正常,而根部表皮出現(xiàn)不規(guī)則的銹色病斑,表皮粗糙并縱向開裂,但內(nèi)部組織正常,由于其癥狀顏色與水稻的銹根相似,顧又稱“水銹病”[63]。趙日豐等發(fā)現(xiàn)病根總皂苷、總糖量、氨基酸等含量減少,而還原糖及金屬元素Fe、Al含量增加,表明人參代謝、生理生化過程受到影響[64]。目前有關(guān)人參紅皮病的發(fā)病機理存在不同觀點。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為該病害屬于非侵染性病害,因為患病植株僅有癥狀,無病征,且在田間呈均勻分布,無發(fā)病中心,發(fā)病原因一是土壤條件導(dǎo)致Fe、Al等多種金屬元素含量升高,二是人參長期處于金屬離子脅迫下進(jìn)行的應(yīng)激保護(hù)反應(yīng)[65]。也有部分學(xué)者認(rèn)為該病害屬于侵染性病害,因為在感病人參中分離得到多種病原真菌,并經(jīng)誘導(dǎo)后可導(dǎo)致人參根部形成紅皮癥狀[17～18]。

2 人參病害防控

2.1 病害快速檢測技術(shù)

通過分子手段檢測土壤中的病原菌,及時做好病害預(yù)防,可避免病害爆發(fā),減輕病害造成的損失。李萌等通過設(shè)計一對特異性引物YB-00394F/R,通過常規(guī)PCR可快速檢測土壤中6種惡疫霉菌[66]。高宇等通過建立多重PCR可同時檢測出含根腐病、銹腐病和立枯病菌的帶菌土壤,對人參種植地的選取和病害預(yù)防提供技術(shù)支撐[67]。Jang等通過ITS和Dest引物建立巢式PCR能夠特異性地、快速檢測土壤中的銹腐病菌,該方法有利于參農(nóng)提前做好預(yù)防措施[68]。韓國科研人員也根據(jù)多種人參病原菌基因組信息設(shè)計出具有特異性地的專利引物,并逐漸應(yīng)用于人參病害早期檢測。

2.2 抗病基因挖掘

利用人參系統(tǒng)抗病性,挖掘抗病基因具有重要意義,其中NBS類抗病基因已被發(fā)現(xiàn)具有重要作用,初旸等通過對人參全基因組草圖分析,成功預(yù)測1 652個抗病基因,其中NBS-LRR類基因73個,并在銹腐病菌誘導(dǎo)人參NBS-LRR類抗病基因表達(dá)模式中發(fā)現(xiàn),活性氧迸發(fā)、細(xì)胞程序化死亡等應(yīng)激類相關(guān)基因表達(dá)量增加,皂苷合成酶基因表達(dá)上調(diào),表明在抗銹腐病菌中出現(xiàn)協(xié)同表達(dá)作用[69]。Pulla等從人參中克隆得到了含幾丁質(zhì)酶的Pg-Chi-1基因,并發(fā)現(xiàn)在金屬離子、氧化和病原生物脅迫下,其在根部的表達(dá)量顯著上調(diào),表明PgChi-1基因通過上調(diào)表達(dá)來保護(hù)人參應(yīng)對脅迫壓力[70]。以病原菌為研究對象,通過基因敲除等手段尋找致病基因,可為開發(fā)新型殺菌劑提供潛在的靶標(biāo)位點。陳虎臣通過敲除灰葡萄孢菌中的BcSpd1基因,發(fā)現(xiàn)突變體不僅在生長、菌核和侵染結(jié)構(gòu)形成方面受到抑制,并且對人參等多種植物的致病力顯著降低[71]。

2.3 病害藥劑防治

人參病害具有發(fā)病快、擴散性強等特點,對種植業(yè)造成毀滅性打擊,目前已通過室內(nèi)和田間防治陸續(xù)篩選出代森錳鋅、多菌靈等幾十種具有顯著抑菌作用的化學(xué)殺菌劑。但陳炳蔚等發(fā)現(xiàn)由于長期使用單一殺菌劑導(dǎo)致灰霉病對多菌靈已產(chǎn)生極強抗藥性,不僅對病害防治無效,而且還會造成農(nóng)藥殘留[72]。隨著人參生態(tài)種植理念的提出,人們逐漸意識到生物防治的重要性,現(xiàn)階段已從根際土壤或植物內(nèi)生菌中分離出較多具有抑菌作用的生防真菌、細(xì)菌和放線菌,并逐漸替代化學(xué)殺菌劑,被廣泛應(yīng)用于田間防治。Tian等從根際土壤中分離得到解淀粉芽孢桿菌TB6,將該菌株施用于2年生人參,不僅能夠顯著降低土壤病原真菌豐度,改善土壤脲酶等酶活性,還能夠促進(jìn)根系生長[73];Park等從山參分離得到桔綠木霉PG87,發(fā)現(xiàn)該菌株對6種人參病原菌具有顯著拮抗作用,并且能夠減輕灰霉病和銹腐病的癥狀,誘導(dǎo)人參皂苷的合成[74];Qi等從人參根際土壤中分離出弗蘭克氏菌F1,菌株發(fā)酵液對根腐病菌和銹腐病菌菌絲生長抑制率達(dá)到80.6%和71.1%,對孢子萌發(fā)抑制率達(dá)到87.0%和78.6%,菌株粗提物能夠破壞病原菌細(xì)胞膜,降低其還原糖和可溶性蛋白的能力,菌糠施入土壤能夠改善理化性質(zhì)和肥力,增加有益微生物豐度[75]。

3 小結(jié)

我國人參栽培面積和產(chǎn)量位于世界前列,但出口量相對較小,呈現(xiàn)“產(chǎn)量大、產(chǎn)值低”的現(xiàn)狀[76]。人參農(nóng)藥殘留不達(dá)標(biāo)時有發(fā)生,已嚴(yán)重影響我國人參在國際市場的聲譽。通過對人參所有已報道的病害進(jìn)行總結(jié)分析發(fā)現(xiàn),部分病害可由十幾種病原菌引起,而且存在同一種病原引起不同病害的現(xiàn)象。在我國人參栽培中主要有銹腐病等8種病害制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展,但由于栽培者對病害癥狀和發(fā)病規(guī)律尚不了解,常常因病害鑒定錯誤而使用無效藥劑或未在正確時間進(jìn)行防治,造成嚴(yán)重?fù)p失。

現(xiàn)階段人參病害中化學(xué)防治仍占主導(dǎo)地位,但化學(xué)農(nóng)藥使用不當(dāng)易造成農(nóng)藥殘留,且長期使用易導(dǎo)致病原產(chǎn)生抗藥性,因此尋求化學(xué)殺菌劑的替代品成為人參病害防治的研究重點。生防菌由于具有無污染、無殘留、促生增產(chǎn)等作用已逐漸被開發(fā)并廣泛應(yīng)用于人參病害防治上;隨著分子生物學(xué)的發(fā)展,基于多種PCR的病害檢測技術(shù)逐漸應(yīng)用于病害防治。通過挖掘出人參抗病基因和病原致病基因,有利于定向選育出抗病品種,明確病原的致病機理,但該類研究相對較少,還需要進(jìn)一步加強。