野豌豆属栽培牧草根部入侵真菌病害研究进展

马莉霞，王 琼，李应德，南志标，段廷玉

(兰州大学草地农业生态系统国家重点实验室 兰州大学农业农村部草牧业创新重点实验室 兰州大学草地农业科技学院，甘肃 兰州 730020)

野豌豆属(Vicia)为一年生或多年生草本植物，具有耐瘠薄、抗逆性强、生长速度快、产量高、适口性好、营养价值高和适应范围广等优点[1]；同时具有饲用、绿肥[2-3]、防风固沙和水土保持[4]等价值，在粮食安全和生态安全保障方面具有重要作用。此外，野豌豆属植物及其种子还具有药用价值，如山野豌豆(V.amoena)可用于治疗水肿、创伤[2]；歪头菜(V.unijuga)具解热、利尿、止痛的作用，用于治疗头晕、浮肿和胃痛；蚕豆(V.faba)用来治疗高血压；大叶野豌豆(V.psedorobus)具有散风祛湿，活血止痛的功效，主治风湿疼痛，筋骨拘挛[5]；长柔毛野豌豆(V.villosa)种子中提取的植物凝血素在免疫学、细胞生物学以及发育生物学等相关研究中已得到应用[6]。全世界野豌豆属植物有200余种，多分布于温带干旱、半干旱和湿润地区。我国有30余种，分布于西北、东北和华北等地区。蚕豆、救荒野豌豆(V.sativa)、野豌豆(V.sepium)等为该属重要的栽培种。

近年来，随着国家“粮改饲”、“调整农业结构”、“大力发展草地农业”等一系列重大政策的实施，野豌豆属植物作为重要的豆科作物，在引草入田，改土肥田，减少化肥农药施用，饲草供应和畜牧业发展中作用凸显。自2011年起至今，我国已陆续培育出适宜在高山草原地区种植的国家牧草新品种——兰箭系列箭筈豌豆(V.sativa)：兰箭1号、兰箭2号和兰箭3号，并在甘肃、青海、西藏等高海拔地区与当地主栽作物混播、套种及收后复种等模式广泛种植，为青藏高原草地农业和草地畜牧业发展做出了重大贡献[7-10]。

真菌引致的病害占植物病害总数的80%以上[11]，但多为地上部分病害，如全世界仅在箭筈豌豆上报道的真菌病害就有14种，其中3种为根腐病[12]。我国报道箭筈豌豆病害10种，包括镰刀菌(Fusariumspp.)引致根腐病1种[13]。上述根腐病多由根部入侵真菌引起，为进一步明晰研究范畴，本文所指根部入侵真菌是指存在于土壤中，可侵染宿主植物根部，一般不引致植物表现症状或在条件适宜时引致宿主植物发病的真菌[14]。一些根部入侵真菌，如镰刀菌等可引致根腐，降低牧草品质、缩短草地利用年限[13]。另外一些根部入侵真菌，虽然未引致植物病害，但作为潜在的病原菌，当外界环境条件适宜时可引致牧草甚至主栽农作物病害。鉴于野豌豆属栽培牧草在我国草地农业生产中的重要作用，有必要归纳和开展根部入侵真菌病害研究进展，为有针对性的进行病害防治、提高牧草产量和品质提供科学依据，进而发挥野豌豆属植物在粮食生产、生态安全方面的重要作用。

1 野豌豆属栽培牧草根部入侵真菌及引致病害

根部入侵真菌普遍存在于土壤中，营腐生生活或吸收植物根系分泌物，分解植物残体，在自然界物质循环过程中发挥重要的作用。然而当植物生长条件不适时，又成为引致植物病害的病原菌。基于Web of Science和Cnki数据库，国内外有关野豌豆属栽培牧草根部入侵真菌病害的文献报道有6属21种，包括镰刀菌属、疫霉属(Phytophthora spp.)、腐霉属(Pythiumspp.)、丝核菌属(Rhizoctoniaspp.)、丝囊霉属(Aphanomycesspp.)和壳球孢属(Macrophominaspp.)，根据《菌物词典》第10版菌物分类新系统，以上真菌分别属于真菌界的卵菌门、子囊菌门和半知菌类，各占52.4%、28.6%和19.0%(表1)。

表1 野豌豆属根部入侵真菌类群Table 1 The group of root invading fungi of Vicia species

总体来说，野豌豆属栽培牧草病害研究最多的种为饲用蚕豆，其次为箭筈豌豆，对其他物种病害的研究相对较少。蚕豆根部病害主要有根腐病和颈基腐病，引致根腐病的病原真菌有镰刀菌属中的腐皮镰刀菌(F.solani)[15-22]、大刀镰刀菌(F.culmorum)[23]、禾谷镰孢(F.graminearum)[24]、木贼镰刀菌(F.equiseti)[16,19]、串珠镰刀菌(F.oniliforme)[25]、锐顶镰孢(F.acutatum)[26]、燕麦镰孢(F.avenaceum)[16,17,19,21]以及未定种的一些成员(Fusariumspp.)[16-17]、立枯丝核菌(R.solani)[16,17,25-27]、菜豆球壳孢(Macrophominaphaseolina)[28]、玉蜀黍丝核菌(R.zeae)[29]、双核丝核菌(Rhizoctoniaspp.)[30]、豌豆疫霉(P.pisi)[31]、疫霉属(Phytophthorasp.)[32]、腐霉属(Pythiumspp.)[16]和根腐丝囊霉(A.euteiches)[16]。引致蚕豆颈基腐病的真菌有燕麦镰孢[20]和双核丝核菌[30](表2)。

同样，箭筈豌豆根部病害也包括根腐病和颈基腐病。镰刀菌属中的尖孢镰孢、燕麦镰孢、禾谷镰孢[33]和一些未定种的成员[34]、立枯丝核菌、双核丝核菌[35]、根腐丝囊霉[36-38]和丝囊霉属(Aphanomycessp.)[39]和得巴利腐霉(P.debaryanum)[40]是箭筈豌豆根腐病的病原菌；立枯丝核菌和双核丝核菌[35]是箭筈豌豆颈基腐病的病原菌(表2)。

2 根部入侵真菌病害对野豌豆属栽培牧草的影响

根部入侵真菌普遍存在于土壤中，且可存活多年，当条件适宜时可引致作物发病，降低作物生产性能[40-41]。根部入侵真菌引致的病害一般直接影响植物根部，影响宿主植物水分、养分的吸收和运输，使植物表现出萎蔫、黄化、甚至死亡等症状，从而降低牧草和种子产量以及牧草营养品质。

2.1 降低牧草产量

牧草产量与品质是衡量牧草优质与否的最基本指标。根部入侵真菌可抑制野豌豆属栽培牧草的出苗、生长，进而降低其产量和品质。Haddoudi等[23]在无菌条件下进行的致病性测定试验表明大刀镰刀菌MZB47菌株(F.culmorumstrain MZB47)引起蚕豆根腐病，显著抑制蚕豆的生长，蚕豆地上干物质和根干重分别降低82%和70%。刘绍莲[42]研究报道，自2010年以来，云南永胜县由根部入侵真菌引致的蚕豆根部病害发生严重，重病田发病率达75%，其中发病严重的地块占25%，严重影响蚕豆的产量。

2.2 减少种子产量

种子作为草业发展的最基本生长资料，其产量和质量状况直接关系到草地建植和牧草生产[43]。在加拿大，根腐病是限制蚕豆生产的重要因素之一，Chang等[27]于2009-2011年在马尼托巴省和艾伯塔对12个站点的蚕豆进行了调查，发现该地区根腐病发生普遍，严重降低蚕豆种子的发芽和产量。其中燕麦镰孢和立枯丝核菌是该地区蚕豆根腐病的最主要病原菌，均能够在一定程度上降低种子的发芽和种子产量，燕麦镰孢对其影响更大。Tseng等[44]和Pieta等[45]研究发现,大刀镰刀菌是蚕豆根腐病的主要病原菌，严重影响蚕豆种子的生产。Assawah[46]通过人工接种的方法，观察了接种尖孢镰刀菌对蚕豆的影响，发现接种后的第7天和第15天，分别有65%和100%的蚕豆表现出萎蔫症状，显著降低了种子产量。在瑞典，丝囊霉是蚕豆根腐病最重要的病原菌，可以导致作物减产欠收[34]。在埃塞俄比亚，由复合病原菌腐皮镰孢、立枯丝核菌、齐整小核菌(Sclerotiumrolfsii)、镰刀菌属和疫霉属引致的根腐病导致蚕豆种植面积在逐渐下降，造成巨大的经济损失，蚕豆平均产量损失45%，病害严重发生时，损失可高达100%[16]。李春杰和南志标[47]对甘肃临夏地区的340块春蚕豆田进行了根腐病的调查，结果发现引起该地区蚕豆根腐病的病原菌主要有腐皮镰刀菌、燕麦镰刀菌、粘帚霉(G.roseum)和尖孢镰刀菌，上述病害均可造成蚕豆死亡，死亡率为1%～90%，平均为15.33%。

2.3 降低牧草营养品质

牧草营养品质很大程度上取决于粗蛋白质和粗纤维的含量[48]。一般而言病害对牧草营养品质的变化不及产量变化直观、明显[49]。有关根部入侵真菌病害对野豌豆属栽培牧草营养品质影响的研究较为少见，Kurmut等[18]研究发现，镰刀菌和其他枯萎病菌引起的蚕豆萎蔫和根腐病是苏丹蚕豆生产最主要的限制因素，该病害显著降低了蚕豆植物蛋白质含量(表3)。

3 根部入侵真菌侵染过程及影响病害的环境因子

3.1 根部入侵真菌侵染过程

根部入侵真菌病害主要引起根颈腐烂和维管束变褐等症状，造成牧草水分和养分吸收受阻、牧草固氮能力降低、牧草产量和品质下降，对畜牧业发展造成巨大损失[50-51]。了解根部入侵真菌的侵染过程对于病害防治工作具有重要的现实意义。张艳芳[52]对豆科黄芪属黄芪(Astragalumembranaceus)的研究表明，在发生根腐病的黄芪病根中有大量入侵真菌尖孢镰菌和腐皮镰孢菌的存在，它们以菌丝或者菌丝结的形式分布于薄壁组织细胞中。其菌丝穿过周皮组织细胞，侵入韧皮薄壁细胞，在韧皮部切向延伸并逐渐侵染至木质部，使得细胞胞壁木质化加厚、细胞变形，并发生质壁分离、质膜断裂、各种细胞器和淀粉粒解体，影响植株的正常生长。目前，有关根部入侵真菌侵染过程的研究很少，需要后续加强此方面的研究。

表2 野豌豆属牧草根部入侵真菌引致病害Table 2 The root diseases of Vicia species caused by root invading fungi

表3 根部入侵真菌病害对野豌豆属植物的影响Table 3 Effect of root invasion of fungal disease on Vicia spp.plants

3.2 影响根部入侵真菌病害的环境因子

根部入侵真菌病害多由土壤传播，属于典型的土传病害。其中菌丝体和分生孢子在田间病残体上越冬，成为第二年初侵染的来源[20]。因此，影响病原菌初侵染源数量的因素均为影响病害流行的因素，如土壤湿度[53-54,30]、温度[29]、紧实度[55]、肥力[56]等，在一定程度上均可影响病害的侵染及发生，此外，种植作物品种对病害的耐受能力也可在一定程度上影响病害的发生[57-58]。

3.2.1土壤持水量与温度 一般情况下，高湿、低温、低营养、农艺活动和其他病虫害的发生有利于根腐病的发生[59]。高湿有利于病原菌孢子的萌发和侵染，同时植物根会因为缺少氧气的吸收而生长变弱，便于根部真菌侵入。低营养和其他病虫害的发生降低了寄主作物的长势，在一定程度上助长病原菌的流行和发生。研究表明土壤含水量为70%～80%时，丝核菌根腐病易发生[30]。李春杰和南志标[54]通过设置不同梯度土壤饱和持水量(WHC)研究了土壤湿度对蚕豆根腐病发生的影响，结果发现，在30%、50%和70%WHC土壤湿度条件下，根腐病的死亡率依次为18.5%、4.8%和25.6%，即土壤湿度会影响根腐病的发生，较最适宜土壤持水量，土壤湿度过高根腐病发生最严重。段晓东[53]研究了土壤湿度对蚕豆根腐病发生的影响，发现蚕豆根部病害发病率随着土壤湿度的升高逐渐升高，同时发病率与蚕豆生育期密切相关，随着生育期的延长，蚕豆根腐病发病率升高。其他相关研究表明，由腐皮镰刀菌侵染引起的根部病害，由于菌丝生长的温度范围为8～38 ℃，最适温度为20～28 ℃，因此在此温度范围内病害发生严重[29]。根部病害的发生和流行，受温度和湿度的共同影响，产生交互作用，很难分开，只有当温度和湿度均在最有利于病原菌生长的范围时，病害才可严重发生与流行。

3.2.2土壤紧实度 土壤过紧或者过松均会对植物的生长产生一定的影响。土壤紧实度对植物根的影响包括增加根生长的机械阻力来降低其生长速度[60]，改变根的形态结构，生长于紧实土壤中的根缩短变粗，从而限制作物对氮(N)、磷(P)等营养元素和水分的吸收利用[61-64]，同时土壤紧实度与土壤中氧供应呈负相关，因而降低了土壤中微生物的数量和活性[65-66]，加重了根部病害的发生[66-68]。南志标等[55]通过盆栽试验、田间小区试验和农户生产试验，研究了土壤紧实状况对蚕豆生长和根部病害发生的影响，发现0-7 cm土层随着土壤紧实度的增加，镰刀菌根腐病发病率增加，死亡率增大，种子产量降低。在田间试验条件下，生长于较紧土壤小区内的植株较生长于较松土壤小区内的植株累积死亡率高。因此深翻土壤，增加土壤的透气性，降低土壤紧实度，可以促进植物根良好的生长和扩大其吸收养分的范围，在一定程度上可降低根部入侵真菌病害的发生。

4 根部入侵真菌的病害防治

4.1 栽培措施与田间管理

轮作和间作是控制根病的有效措施[20]，连作则相反。主要通过在种植系统中加入与野豌豆属牧草亲缘较远的作物或对野豌豆属牧草根部入侵真菌具有抗性的相关作物、打断或减少根部入侵真菌的侵染和病原菌的积累、改变植物根际微生物群落结构的形式，来缓解连作为引起的土壤养分缺乏[69]、土壤酶活性降低[70]、土壤微生物群落结构改变[71]、作物根系分泌物质累积[72]，作物根际微生物生态系统失去平衡[70]等问题，来达到病害防控的目的。董艳等[73]通过田间小区试验，研究了蚕豆与小麦(Triticumaestivuml)间作对蚕豆枯萎病发生的影响，结果表明，与蚕豆单作相比，间作能够明显改变蚕豆根际微生物的群落结构；在发病盛期和发病末期，蚕豆枯萎病的病情指数分别显著降低15.8%和22.8%；蚕豆根际镰刀菌数量降低53.8%和33.1%，同时蚕豆根际微生物活性(AWCD值)也明显提高。胡国彬等[74]研究表明，蚕豆与小麦间作能够改善根际土壤的微生态环境，降低镰刀菌的数量，缓解蚕豆连作障碍，提高蚕豆根际真菌的活性和土壤酶活性，从而改善蚕豆生长。轮作倒茬年限的长短同样会影响病害的发生。一般而言，年限短根部病害发生严重[75]。针对镰刀菌在土壤中至少存活3年的特点，选择与大葱(Alliumfistulosum)、洋葱(A.cepa)等作物轮作3年以上，可以弱化土壤病原菌，降低蚕豆根腐病发病率[76]。栽培措施在一定程度上也会影响蚕豆根病的发生。陆星星等[76]研究表明，当开沟质量指数为1(最高)时，蚕豆田块发病率为20.6%，当开沟质量指数为4(最低)时，发病率高达48.7%，同时实行窄墒深沟，有利于形成适宜蚕豆生长发育的土壤水分环境，对预防蚕豆苗期根病有明显的作用[77]。

4.2 生物防治

土传病害生防菌可调节植物根部微生态环境，抑制土传病原真菌的繁殖，从而限制土传病害的发生[78]。木霉菌(Trichodermaspp.)和枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)是两类重要的拮抗微生物，广泛用于植物病害生物防治。曾华兰等[79]通过室内试验与田间试验获得了对尖孢镰刀菌和腐皮镰刀菌有拮抗作用的哈茨木霉T23、T56、T158等菌株。朱文静等[80]利用芽孢杆菌对大豆根腐病的防治进行了研究，发现芽孢杆菌对尖孢镰刀菌的拮抗效果良好，并在此基础上制备出了生物种衣剂。杨殿林等[81]采用将绿色木霉菌在豆科牧草播种时随着种子施入田间的方法进行牧草根腐病的防治，由于绿色木霉产生纤维素酶、几丁质酶、木聚糖酶等多种具有生物活性的酶系，在植物病害生物防治中具有保护和治疗的双重重要作用，对土传性根腐病害具有一定的防治效果。Haddoudi等[23]进行了铜绿假单胞菌对蚕豆大刀镰刀菌(F.culmorum)根部病害生物防治效果的研究发现，接种铜绿假单胞菌RZ9处理的蚕豆植株地上和地下生物量分别增加25%和29%。同时，于未接种相比，根腐严重度降低、根瘤数量增加，具有巨大的生防潜力。接种根瘤菌防治植物病害在豆科植物苜蓿[82]和大豆[83]上的报道较多，野豌豆属栽培牧草上未见相关报道。丛枝菌根真菌在一定程度上可以提高植物的生物量，降低病害的发生。张峰等[84]总结了丛枝菌根真菌作为生防菌可以通过扩大寄主植物根系吸收面积，增加对磷(P)等养分的吸收，改善植物水分代谢和土壤物理性状等途径来减轻植物的发病率和死亡率，从而增加植物产量，对植物起到保护作用。

4.3 化学防治

化学防治是病害防治最简便、迅速的一种方式，但在野豌豆属牧草作物病害防控中，因农药残留及对环境压力等问题，多用于种子拌种处理。研究表明，镰刀菌引致病害可采取多菌灵、甲霜灵和甲基托布津等药剂拌种[85]。马占川[86]在大田条件下进行了药剂对春蚕豆根部病害的防治效果的研究，结果表明，蚕豆产量从高到低依次为根腐灵>甲基托布津>代森锰锌>多菌灵>根康。南志标等[87]在田间条件下进行了杀菌剂拌种和杀菌剂与杀虫剂混用对蚕豆根腐病防治的研究，连续2年的结果发现：三唑酮拌种是防治蚕豆根腐病的有效措施之一，但杀菌剂拌种应与其他防治措施配合应用防治效果更佳。Chang等[27]研究了在接种蚕豆根腐病原菌燕麦镰孢和立枯丝核菌的同时，采用真菌菌剂Apron Maxx(咯菌腈+精甲霜灵)和Vitaflo 280(萎锈灵+双硫胺甲酰)处理蚕豆种子对其发芽和产量影响的试验，发现真菌菌剂处理蚕豆种子提高了种子的发芽率及种子产量。

5 问题与展望

十八大以来，国家提出了绿色、可持续发展的理念，2020年实现化肥、农药的零增长，大力推进茶果蔬园有机肥替代化肥，实现改土肥田。野豌豆属作物等在饲用、绿肥等方面的作用日益凸显，不仅种植面迅速增加，种植模式也多种多样，包括间作套种，秋后复种，茶、果、蔬菜园绿肥等多样化模式。随之而来的是根腐病、炭疽病、锈病、白粉病等的普遍发生。目前，野豌豆属牧草病害的研究无论从深度还是广度，均显著落后于农作物和产业需求，应在进一步摸清根部入侵真菌病害致病机制的基础上，借鉴农作物病害研究技术和防控技术，深入研究病害侵染过程、侵染机理，明确病害发生、流行的关键因素。关注根部入侵真菌引致病害的同时，加强对地上部分病害与根部入侵病害相互关系的研究，研发基于快速、准确诊断、绿色可持续的野豌豆属病害综合防治技术体系。由根部入侵真菌引致的根腐病病菌，如镰刀菌、丝核菌等不仅可侵染野豌豆属作物，同时也是小麦(Triticumaestivum)等主栽作物的重要病原菌。因此，既需要关注野豌豆属根部入侵真菌病害本身的研究，同时应关注豆科野豌豆属牧草病害对主栽作物如小麦、玉米(Zeamays)等重大病害灾变风险的评估，加强调整农业结构和气候等因素对野豌豆属牧草重大病害发生的影响，研究基于现代生物技术、信息技术的植保新方法与新产品，建立野豌豆属牧草-主栽作物病害绿色防治一体化技术，将病害损失降低在经济阈值之下，实现草地畜牧业的可持续发展。