蘋果黑星病研究進展

王華

（伊犁職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆伊寧 835000）

蘋果黑星病在世界上許多國家都有發(fā)生，該病可導(dǎo)致蘋果果實品質(zhì)變劣和產(chǎn)量下降，發(fā)病嚴重時可減產(chǎn)40%左右，是阻礙蘋果產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要病害之一。蘋果黑星病是由真菌Venturia inaequalis引起的，可侵染葉片、果實、葉柄、花、萼片、花梗、細枝和芽鱗等，主要危害葉片和果實，嚴重時常造成落葉、落果和果實開裂畸形。表現(xiàn)癥狀有泡斑型、邊緣壞死型、干枯型、褪綠型、梭斑型、瘡痂型，其典型癥狀為泡斑型。蘋果黑星病的癥狀表現(xiàn)與病原菌和寄主之間關(guān)系密切，當病原菌和寄主非親和時，不表現(xiàn)癥狀；當病原菌和寄主親和時，表現(xiàn)癥狀并能產(chǎn)生大量的分生孢子；病原菌與含有抗性基因的寄主互作時，則癥狀輕，產(chǎn)孢少[1]。

1 蘋果黑星病病原菌

瑞典植物學(xué)家Elias Fries最先描述了蘋果黑星菌的無性階段，Cooke發(fā)現(xiàn)了病原菌的有性階段，Goethe結(jié)合有性階段和無性階段最終確定該病原菌為蘋果黑星菌。據(jù)報道，不同地區(qū)分離的黑星菌菌株生物學(xué)特性存在顯著差異，主要表現(xiàn)在分生孢子的大小、菌落顏色及邊緣平滑程度、菌絲生長速度、產(chǎn)孢強度等方面。

蘋果黑星菌在很多地區(qū)以子囊孢子越冬。冬季氣候寒冷有利于假囊殼形成，子囊孢子在冬季落葉上的假囊殼中產(chǎn)生，為最重要的初侵染源，在病害發(fā)生和流行過程中起到十分重要的作用。降水、葉片濕度和較高的相對濕度可以加速子囊孢子的成熟，降雨是促進子囊孢子發(fā)育的第一因素[2-3]。子囊孢子的釋放與降雨和光照關(guān)系密切，也受結(jié)露的影響。在蘋果樹開花期間，干燥天氣大于7 d的年份中，子囊孢子的釋放時間明顯延遲[4]。成熟的子囊孢子從蘋果樹萌芽開始，遇到下雨立即釋放，并保持24 h無間斷持續(xù)釋放；在連續(xù)降雨的情況下，前2 d子囊孢子釋放量最大，釋放時間可持續(xù)3～4 d。晚上23：00至第2天凌晨4：00子囊孢子釋放率不超過1%；在日出3 h之后，溫度0～5℃時孢子釋放率 0.8%，5～10℃時孢子釋放率3%，10℃以上時孢子釋放率8.1%；日出8～11 h后，子囊孢子釋放率均超過50%[5]。子囊孢子在樹冠內(nèi)不是隨機分布的，樹冠中心的子囊孢子密度最高，在樹冠的中心和西部邊緣子囊孢子沉積最多[6]。

在少數(shù)地區(qū)，分生孢子也能越冬。在荷蘭的有機果園和混栽果園中，分生孢子越冬廣泛存在[7]。在英格蘭東北部的果園中，分生孢子在病害循環(huán)初侵染源中占病原菌的20%～50%[8]。

不同品種蘋果黑星菌的分離株基因型差異顯著，同一果園中相同品種分離株基因型也有顯著差異，不同栽培品種的蘋果黑星菌種群差異顯著，在混栽果園中隨著時間的推移仍存在蘋果黑星菌種群的分化[9-10]。有研究表明，對土耳其2個不同區(qū)域的蘋果黑星菌基因進行多樣性調(diào)查，經(jīng)PCR分析確定分別屬于5個不同的族群。蘋果黑星病在不同品種果樹上的潛育期不同，病原菌在不同品種果樹葉片上的產(chǎn)孢量也存在顯著差異[11]。在病菌侵染過程中，最幼嫩的葉片所需時間最短，約為5 h，約50%的病斑在侵染7 h后出現(xiàn)；具有抗性的葉片則需要更長的時間[5]。

2 蘋果黑星菌致病機制和蘋果樹抗病機理

蘋果黑星菌孢子在接種葉片后12 d可形成分支，隨后擴展至角質(zhì)層，通過反復(fù)輻射分支，在葉片表面形成網(wǎng)絡(luò)[12]。黑星菌能侵染感病品種所有齡期的葉片，在葉片角質(zhì)層下形成大量病斑，在不同齡期的葉片上，病斑大小和菌絲形態(tài)差異很大，在發(fā)育成熟的抗病葉片上，菌絲擴展受到了來自寄主組織結(jié)構(gòu)方面的阻礙[13]。

蘋果樹對蘋果黑星菌存在天然的抗性。Zajícová等[14]使用掃描電子顯微鏡、透射顯微鏡和熒光顯微鏡比較蘋果幼葉和老葉表皮不同個體發(fā)育階段的近軸表面，分析葉片角質(zhì)層結(jié)構(gòu)、細胞壁組成發(fā)育以及表皮細胞擴張與抗病性之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)細胞壁中的多糖可能對菌絲體生長起一定作用。Pagès等[15]報道，臭氧可以改變細胞膜，氧化膜磷脂，導(dǎo)致細胞表面脆化和流動性改變，從而抑制分生孢子的發(fā)育。在病原菌攻擊時，水楊酸可以觸發(fā)多種植物防御反應(yīng)。Sarkate等[16]用蘋果黑星菌誘導(dǎo)子處理蘋果細胞培養(yǎng)物發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過誘導(dǎo)，水楊酸積累水平增加了5.6倍。Usenik等[17]分析了蘋果葉片中黃酮醇與蘋果抗黑星病的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)在抗性品種中酚173的相對含量更高。Hutabarat等[18]研究表明，轉(zhuǎn)基因蘋果植株中查爾酮3-羥化酶基因過度表達引起3-羥色胺的積累增加，可降低蘋果黑星病感病能力。Go?ebiowski等[19]認為，蘋果皮中兒茶素和表兒茶素含量高的蘋果對黑星病更有抵抗力。Mansoor等[20]研究發(fā)現(xiàn)，多酚的合成和積累與對蘋果黑星病的抗病性密切相關(guān)，蘋果中含有豐富的酚類化合物，可增強對蘋果黑星菌的抵抗力。梁振宇[21]測定了感染蘋果黑星病的葉片內(nèi)POD、SOD、PPO和PAL等4種酶活性變化，并確定這4種酶均不同程度地參與了寄主對病原物入侵的防御。Sikorskaite-Gudziuniene等[22]從分子機制方面證明，泛素/26S蛋白酶體介導(dǎo)的蛋白質(zhì)降解、蛋白質(zhì)折疊、碳水化合物代謝有利于蘋果抵抗黑星病侵染。Cova等[23]則闡述了水楊酸可能不參與蘋果黑星病防御機制。

蘋果黑星菌在抗病品種葉片中的擴展會受到寄主組織的限制，雖然仍能大量發(fā)生，但在葉片外觀上并不表現(xiàn)癥狀。胡小平等[24]通過透射電鏡觀察，新疆野蘋果葉片的角質(zhì)層厚度顯著高于富士和嘎啦，新疆野蘋果的病害嚴重度最低，抗病性主要表現(xiàn)在抗侵入和抗擴展兩個方面。

3 蘋果黑星病的防控技術(shù)

蘋果黑星病的防治主要依賴化學(xué)藥劑，國內(nèi)外學(xué)者對防治蘋果黑星病的殺菌劑的最佳施用時間、施用濃度及防治效果、農(nóng)藥殘留等方面進行了諸多報道。在初花期至盛花期，葉片噴施琥珀酸脫氫酶抑制劑、銅基及代森類殺菌劑、脫甲基化抑制劑（DMI）殺菌劑、甲氧基丙烯酸酯類（QoI）殺菌劑等能有效防止病害的發(fā)生及擴展[25-30]。

在有機蘋果生產(chǎn)中，農(nóng)業(yè)防治起著舉足輕重的作用。通過秋季收集落葉并粉碎、冬末果園地面覆蓋稻草或塑料箔發(fā)現(xiàn)，蘋果黑星菌子囊孢子的產(chǎn)生、黑星病發(fā)病率和嚴重度都有下降[31-32]。Didelota等[33]發(fā)現(xiàn)，種植抗病品種結(jié)合保持田園衛(wèi)生不僅可降低殺菌劑的使用，還能提高對病害的可持續(xù)控制。Ekinci等[34]用感染蘋果黑星病的葉片和牛糞制作堆肥，通過發(fā)酵即可有效殺滅病原菌，減輕病害發(fā)生程度，也可以可靠地用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

培育抗病品種是解決蘋果黑星病危害長期有效的途徑，許多國家正在利用分子生物學(xué)手段尋找抗病新基因，并設(shè)法通過育種手段把抗病基因引入新品種中。在現(xiàn)有的蘋果品種中，已經(jīng)鑒定出20多個主要的抗蘋果黑星病基因，并且對多個基因進行了定位，開發(fā)了相應(yīng)的分子標記，對少數(shù)基因進行了克隆和功能研究[35-42]。其中，Rvi6基因在不同的育種項目中應(yīng)用最為廣泛，Rvi2、Rvi4、Rvi5、Rvi10、Rvi11、Rvi12、Rvi13和Rvi15等8個基因在育種過程中也有所應(yīng)用。

蘋果植株對蘋果黑星菌的抗性可以遺傳，野蘋果作為抗病種質(zhì)資源在世界各地已引起高度重視，野外蘋果黑星病易感性多樣是蘋果育種的抗性來源。 Paris等[43]用從野生蘋果（Malus floribunda 821）中獲得的HcrVf2基因改造感病品種嘎啦及其變種，可以使蘋果對蘋果黑星病產(chǎn)生抗病性。Karapetsi等[44]對希臘國產(chǎn)蘋果品種的抗黑星病基因進行了分子篩選，評估了20個本地區(qū)域中存在的5個抗性基因。Patocchi等[45]在2009—2018年從14個國家收集了9 000 個數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn) Rvi5、Rvi11、Rvi12、Rvi14、Rvi15基因具有持久抗性，Rvi1、Rvi3、Rvi8基因抗性經(jīng)常被克服，Rvi2、Rvi4、Rvi6、Rvi7、Rvi9、Rvi13 對育種仍非常有用?？购谛遣∑贩N有Priscilla、Nova Easygro、Prima、Warner′s King、Akane、Remo、Co-op25、Liberty、Batul、Citrom alma、Kanadai renet等[46-47]。中國蘋果中，高度抗病品種有新疆野蘋果和秦冠[24]，新疆鞏留縣莫合野果林中的新疆野蘋果黑星病病情指數(shù)最低，抗病性較強[48]。

生物防治對蘋果黑星病的控制也具有一定的效果。枝孢霉H39的孢子懸浮液能減少40%～69%黑星菌分生孢子的產(chǎn)生[49]。植物提取物絲蘭可減輕蘋果黑星病癥狀，抑制病原孢子形成和孢子萌發(fā)[50]。在蘋果落葉上噴灑30%～60%酵母提取液可以加速落葉腐爛，抑制子囊孢子成熟和99%子囊孢子的釋放[51]。噴灑厚樸樹皮提取物，濃度為1 mg/mL時，平均防效可達93%[52]。丁香、桉樹、薄荷和香草精油對黑星菌抑菌效果均高于硫酸銅[53]。無患子的水提取物（AE）和溶解在水中的無患子的氯仿-甲醇果皮提取物（CME）可以明顯減少蘋果幼苗葉片上的蘋果黑星病癥狀，抑制蘋果黑星菌孢子形成[54]。尿素與Bond Max或OWB的組合可以降低5%假囊殼和子囊孢子產(chǎn)生，有效減少越冬病原物初侵染源[55]。果聚糖具有直接抑制蘋果黑星菌菌絲生長的作用，噴灑于蘋果幼苗葉面上能夠抑制孢子形成，減少蘋果黑星病的發(fā)生概率[56]。

4 蘋果黑星菌抗藥性研究

隨著化學(xué)農(nóng)藥的持續(xù)應(yīng)用，在有些地區(qū)蘋果黑星菌已對某些殺菌劑產(chǎn)生抗藥性。1987年，有研究發(fā)現(xiàn)，抗苯菌靈的蘋果黑星菌對氨基甲酸苯酯類殺菌劑的交互抗性成負相關(guān)性。2000年，Zheng等[57]研究發(fā)現(xiàn)，蘋果黑星菌的突變體能夠改變氧化酶、呼吸作用等，使黑星菌對嘧菌酯敏感變成抗藥。2001年，高立強研究發(fā)現(xiàn)，蘋果黑星菌的抗藥性同DMI類殺菌劑的施用次數(shù)成線性正相關(guān)，病原菌對腈菌唑和腈苯唑的敏感性顯著相關(guān)，二者之間存在交互抗性，不同施藥史病原菌群體之間的抗藥性存在遺傳多樣性。2003年和2015年，有學(xué)者確定了新南威爾士州、新英格蘭、大西洋中部和中西部、紐約和新英格蘭各州蘋果黑星菌對DMI類殺菌劑腈菌唑的耐藥性[58-60]。 2021 年，Cordero-Limon 等[61]報道，黑星菌對腈菌唑和戊唑醇之間存在交叉抗性；Gur等[62]研究發(fā)現(xiàn)，蘋果黑星菌對QoI類殺菌劑的抗藥性在以色列普遍存在。

在蘋果黑星病化學(xué)防治過程中，盡管黑星菌種群對苯醚甲環(huán)唑和腈菌唑具有實際抗性，但這2種藥劑仍對蘋果黑星病具有非常好的防治效果。因為DMI類殺菌劑之間存在交叉敏感性傾向，所以蘋果種植者在生產(chǎn)過程中應(yīng)謹慎使用腈菌唑和苯醚甲環(huán)唑。建立敏感性基線可為田間蘋果黑星菌的抗藥性監(jiān)測及有效藥劑的選擇和風險評估提供科學(xué)依據(jù)，有效指導(dǎo)病害防治。近年，已經(jīng)建立了黑星菌對吡噻菌胺、氟吡菌酰胺和苯并烯氟菌唑、腈菌唑、苯醚甲環(huán)唑的敏感性基線[59-60，63]。

5 蘋果黑星病的檢測方法

早期檢測技術(shù)的開發(fā)可以快速診斷、預(yù)測病害的暴發(fā)。隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，分子檢測技術(shù)作為一種更快、更客觀、更靈敏的方法，在蘋果黑星病的預(yù)防中起到重要作用。商 蓓等[64]建立了蘋果黑星病菌的分子檢測方法，在1 d內(nèi)即可完成對該病原菌的分子檢測，對蘋果黑星病菌基因組DNA檢測的靈敏度為 100 fp/μL。Dani?ls等[65]于 2012 年使用圍繞 5.8S的特定內(nèi)部轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)2（ITS2）區(qū)域設(shè)計的引物開發(fā)了黑星菌特異性實時PCR檢測rRNA基因，使用SYBRRGreen I技術(shù)，檢測靈敏度達100 fg。2018年Nouri等[66]采用近紅外高光譜圖像監(jiān)測早期蘋果黑星病的發(fā)生發(fā)展。Franco ortega等[67]2020年使用環(huán)介導(dǎo)等溫擴增（LAMP）方法，可以在1 h內(nèi)識別蘋果黑星病。

6 蘋果黑星病的預(yù)測預(yù)報

植物病害預(yù)測預(yù)報對抓住有利防治時機，及時指導(dǎo)防治及減少經(jīng)濟損失具有重要意義。Lalic等[68]根據(jù)短期天氣預(yù)報和病害發(fā)生條件，使用機器學(xué)習(xí)和簡易氣象站預(yù)測以及基于Mills模型來預(yù)測蘋果黑星病的發(fā)生發(fā)展。胡小平等[69-70]開發(fā)出了“蘋果黑星病春季流行模擬系統(tǒng)（SSASS）”，陳婧[71]和周書濤[72]構(gòu)建了渭北旱塬蘋果黑星病流行程度預(yù)測模型和中期預(yù)測模型。

7 結(jié)語

綜上所述，國外近年來開發(fā)了蘋果黑星病的生物防治和農(nóng)業(yè)防治方法，抗病基因和抗病品種研究也較為深入廣泛，尤其是已將抗病基因用于蘋果的抗病育種過程中；國內(nèi)在蘋果黑星菌的抗病基因鑒定、抗病育種、生物防治及病原菌的抗藥性研究等方面都落后于國際水平，有待于進一步深入研究，應(yīng)加大投入，為我國蘋果黑星病的防治打下更為堅實的基礎(chǔ)。