花生叶部病害研究进展

范 燕,赵雪飞,刘晓光

(唐山市农业科学研究院，河北唐山 063000)

花生(Linn.)属蔷薇目豆科一年生草本植物,是世界重要的油料和经济作物。作为一种经济效益高的大田作物,花生在保障我国居民膳食营养健康、提高农民收入、发展农业生态等方面具有重要现实意义。目前,我国花生播种面积为 465万 hm,不到世界花生种植面积的1/5,但总产量和单产均位居世界第一。花生是我国重要的出口创汇作物,出口全球 80 多个国家,花生在我国农业产业结构中占有重要地位。然而病害严重制约了花生品质和产量,其中叶部病害的影响在所有花生病害中尤为突出。据调查,我国花生主要的叶部病害有早斑病、晚斑病、网斑病、锈病、疮痂病、焦斑病、炭疽病。该研究综述花生主要叶部病害的研究进展,旨在为花生叶部病害的研究及防控提供参考。

1 花生早斑病

又称褐斑病,全世界花生产区均有发生。主要发生在叶片,严重时可侵害叶柄、托叶、茎秆甚至果针。病斑边缘有黄色晕圈,在叶片正面呈黄褐色或深褐色,背面呈黄褐色。该病害常发生在25 ℃左右,一般于开花期开始发病。病原为花生尾孢菌(Hori),在叶片正面产生分生孢子。以子座、子囊腔及菌丝团在花生病残体上越冬,翌年条件适宜时产生分生孢子进行侵染,主要传播方式为气流传播。

关于花生早斑病病原的研究,Orner等在2015年报道了花生尾孢菌的基因组序列。谢瑾卉等对119个花生早斑病标样的rDNA-ITS基因进行了测序,发现所有样本的基因序列完全一致,表明病原菌不具有遗传多样性。病原适宜生长的温度范围,不同研究学者观点略有不同,Davis等认为是10～37 ℃,最适温度为25～30 ℃,低于10 ℃或高于37 ℃均不能生长；谢瑾卉等则认为是5～35 ℃,分生孢子在10～35 ℃内均可萌发,但他们对产孢最适温度的观点是一致的,均为25 ℃,水为产孢的必要条件。周如军等发现病原菌在叶面相对湿度90%以上,温度在20～30 ℃时极易侵染,即相对高温和极度潮湿条件有利于花生早斑病菌的传播。

关于花生早斑病的季节流行研究,周如军等发现季流行曲线均为典型S形曲线,病害流行阶段存在一定差异,这可能与田块初始菌源量、花生品种抗性、地区间和年份间的气象因素有关。

在早斑病田间病情研究方面,由于分生孢子可随风雨进行反复传播,评估可以以田间孢子捕捉的方式替代高强度的田间病情调查工作。于舒怡等研究发现前7 d平均气温、平均相对湿度、平均叶面湿润时数、累计降雨量这4个因素可作为预测早斑病模型关键的输入变量。

关于花生抗早斑病的分子学研究,孟丹娜等利用外源化学物质诱导,发现硅酸钠具有较好的诱抗效果。Sundaresha等从芥菜型油菜()和胡卢巴(-)中过表达了1和防御素两个基因,这两个基因对花生早斑病表现出不同程度的抗性,转基因植株表现为病斑数量减少和发病延迟。Rathod等鉴定了花生抗尾孢菌感染植株后的防御相关基因。利用RNA-Seq方法研究花生植株中早期植物-病原体的相互作用,共鉴定了8 591个EST- SSR标记,确定了基因本体分析和与植物防御机制相关的途径。Zongo等利用6个亲本(NAMA、B188、PC79-79、QH243C、TS32-1和CN94C) 6×6个F全双列杂交群体,评估早斑病的抗性性状的遗传方式,得出以下4个结论：①加性和非加性基因作用均参与了早斑病抗性性状的遗传,但以加性基因作用为主；②胞质效应对早斑病抗性也有影响；③早期世代选择对早斑病的抗性是有效的；④亲本系NAMA、PC79 - 79和B188可作为抗早斑病育种的良好供体。Agarwal等从“Tifrunner” 中定位了7个早斑病抗性QTL,开发了一个SNP标记“B05_22527171”,该标记可用于早斑病抗性辅助选择。

关于抗性品种筛选的报道,周如军等采用田间病圃鉴定法和田间自然药圃法,发现多数花生品种抗早斑病差,整体上缺乏较高抗品种。由于气候、地理、土壤等因素不同,以及栽培方法、施用药剂、水肥管理等多方面差异的影响,同一品种在不同的试验区域表现抗性也不同。林英等还认为花生品种垂直抗性是改善此病害的关键因素。

关于花生早斑病不同药剂防治的研究,不同学者有不同看法。温少华等认为,咪酰胺2 000 mg/kg的田间防治效果最佳,适用于重病地区。Johnson等认为吡唑醚菌酯、戊硫吡啶和丙硫唑醇有较好的防治效果。沈一等认为含多菌灵、茉醚甲环唑、三唑类的氟硅唑或氟环唑和异菌脲的药剂对早斑病病原菌的抑制效果较佳。何献声认为吡唑醚菌酯与苯醚甲环唑混剂防治效果最佳。安福涛等认为5%己唑醇悬浮剂1 000倍液处理防效最高。

2 晚斑病

又称黑斑病,是危害最重、分布最广的真菌性病害,全世界花生区均有发生。一般在结荚期发生,有时也会在下针期发生。病斑比早斑小,为1～5 mm,近圆形或圆形,呈黑褐色,叶片正反面颜色相近,个别品种也存在周围黄色晕圈。病菌的分生孢子位于叶片的背面,这是区分于早斑病的重要特征。病情严重时会侵染茎秆,使其变黑枯萎。病原为落花生短胖孢[(Berk.& Curt.)Deighton],病菌在10～35 ℃均可生长,最适温度为28 ℃,致死温度是60 ℃,最适pH为6。分生孢子萌发最适温度为25 ℃,致死温度为52 ℃,最适pH为6,由于孢子萌发需要一定的湿度,故清晨露水刚消失和下雨之前是分生孢子扩散的高峰期。另外,光暗交替有利于菌丝生长和孢子的萌发。由于叶片被病斑覆盖,影响光合作用,在花生中后期,有大量叶片枯死脱落,导致植株早衰减产,严重时减产50%以上,晚斑病在全球花生生产中每年造成的损失达6亿美元。

晚斑病抗性分子研究方面,有学者认为晚斑病抗性是受隐性基因控制，有学者认为是受主效基因控制，也有学者认为是晚斑病抗性以基因加性效应为主。关于晚斑病抗性QTL定位研究有不少。Sujay等鉴定出28个QTL位点。Zhou等分别在染色体A01、A04、A05、A06、A08、A10、B01、B04、B06和B10上鉴定出20个晚斑病抗性QTL位点。Kolekar等在AhXV上定位了与晚斑病抗性紧密连锁的QTL(GM2009-IPAHM103),鉴定出3个与晚斑病抗性相关的高贡献率的QTL位点。Pandey等发现22个抗晚斑病QTLs。Agarwal等发现2个分别位于连锁群A05和连锁群B03的主效QTL。 Han等发现一个抗晚斑病主效QTL位于B05染色体上。Chu等鉴定出3个抗晚斑病QTLs(qLLSA05、qLLSB03和qLLSB05) 。Ahmad等利用“GJG17”,定位到A03染色体上331.7 kb区间,并获得了SSR_GO340445抗晚斑病辅助选择标记。Shirasawa等通过对3个抗性导入系“GPBD 4”“ICGV 86699”和“VG 9514”进行全基因组重测序,定位到A02染色体1.2 Mb区间,并预测了4个候选基因。一些报道认为转基因可有效提高花生晚斑病抗性。花生中过表达其他生物基因,如芥菜防御素基因()、细菌、水稻几丁质酶基因、龙葵-和萝卜-2基因对晚斑病抗性水平有一定的提高。Kumar等从花生野生种中克隆抗晚斑病基因转化烟草对晚斑病抗性有所增加。

目前已公布的抗晚斑病花生栽培种约有185份(品种128份,品系57份)。抗晚斑病育种方面报道有一些。Chu等利用晚斑病抗性资源“PI203396”和“PI576638”,先后培育了“Georganic”“Tifrunner”“NC94022”等品种和品系。Kelly等育成高抗晚斑病新品种“Sutherland”。Dwivedi等选育出5个抗晚斑病亲本材料,分别为ICGV99006、ICGV99013、ICGV99004、ICGV9903、ICGV99001。 董炜博等引进高抗晚斑病品种“UF91108”。Stalker培育出“GPBD4”和“ICGV86699”等抗晚斑病品种。袁虹霞等筛选出5个抗早斑和晚斑病的品种,分别为开农 31、豫花 6号、濮花 8030、豫花 11号、豫花 15号。

3 网斑病

主要分布在温带花生区,我国主要分布于黄淮及以北区域。网斑病是花生重要的叶部病害,主要发生在花生生长中后期,以侵害叶片为主,严重时也可使叶柄、茎秆受害。该病发病快、蔓延迅速、危害严重。在我国,因网斑病花生一般可减产10%～20%,严重时可达30%以上。

网斑病有3种类型：一是类早斑型,病斑较小、近圆形,周围有黄色晕圈,病斑可穿透叶片,但背面的病斑较小; 二是网纹型,病斑较大,病斑网纹状或星芒状,病斑不规则形,边缘不清晰,常扩大或连片形成黑褐色病斑,病斑不穿透叶片；三是污斑型,病斑相对较小,不规则形,边缘清晰,周围无黄色晕圈。

病原为花生茎点霉()。Zhang等报道了引起网斑病的Wb2的基因组序列草图，约为34.11 Mb,包含37 330个ORFs,其中GC含量为49.23%。之后,Li等报道了病原的基因组序列YY187,大小为47.3 Mb,由26个contig组成( N50=2.2 Mb ),G + C含量为56.37%。病菌以菌丝、分生孢子器或假囊壳在花生病残体上越冬,来年分生孢子借风雨、气流传播。低温、多湿导致病害的流行。影响网斑病发生的主要因素依次是生育日数>相对湿度>气温。

关于网斑病抗性的研究有一些报道。用水杨酸等物质作为诱抗剂可提高花生网斑病的抗性,减轻侵染程度。贝莱斯芽孢杆菌BP-1菌液对防治花生网斑病具有很好的效果,其发酵原液稀释200倍后,在田间防治效果可达60.65%。Liu等利用高通量全基因组测序技术对花生的网斑病抗性进行了QTL定位,构建了分布在20个连锁群(LGs )上的包含3 634个标记的高密度遗传图谱,平均遗传距离为0.5 cM，检测到8个抗网斑病QTL和2个主效QTL qWBRA04和qWBRA14(与40个负责编码NBS-LRR或其他相关抗病蛋白的候选基因连锁)。

4 花生锈病

主要分布于亚热带和温带,在我国主要发生于长江流域以南。病原为锈菌(Speg.),侵染花生叶片,使其正面和背面出现针尖大小的淡黄色病斑,后扩大为淡红色突起斑。严重时叶片很快干枯呈烧焦状,但不脱落。锈病夏孢子靠气流远距离传播。锈病可使荚果变小,含油量降低,减产50%,若与其他叶斑病同时发生减产可达70%,甚至绝收。

近年来有一些关于锈病的分子学研究报道。2018年,Shirasawa等对来自感病系TAG24和抗病系GPBD4的重组自交系( RILs )进行基因分型分析,QTL分析分别揭示了A02和A03染色体LLS和抗锈性的主要遗传位点。2019年,Chaudhari等研究发现66个基因型对锈病有抗性,其中 9个抗LLS和锈病基因型在病压条件下产量比对照增产77%～120%,可作为LLS和锈病抗性育种的潜在亲本。2020年,Rathod等对抗锈病和感锈病花生基因型进行了RNA-Seq对比分析。Marka 等发现-基因的表达可提高花生锈病的抗性。Ahmad等验证了1个具有诱导超敏反应( HR )作用的包含基因和抗性相关基因的锈病主效QTL,检测到12个抗LLS和锈病的基因型。2021年,Bertioli等报道花生野生近缘系的2个诱导异源四倍体GA-BatSten1和GA-MagSten1对叶斑病、锈病和根结线虫具有较高的抗性。

5 花生疮痂病

近年来,该病害在我国多数花生产区呈日益严重趋势。叶片上的病斑约1 mm,呈淡褐色,圆形或不规则,病斑中部凹陷,边缘突起。叶柄和分枝上连片形成更大更不规则的病斑,严重时可发展为呈烧焦状的溃烂疮痂。病害后期,茎秆严重扭曲呈“S”状。病原为落花生痂圆孢菌(Bitaucourt et Jenkins),通过病残体越冬成为来年的侵染源,田间通过气流传播。

目前花生疮痂病的研究主要集中在特定地区的发生规律、药剂筛选防治等方面,花生品种抗病筛选的研究有少量报道。分子学研究还刚刚起步,主要集中在病原菌的鉴定、生物学特性和病菌毒素等方面。焦文莉首次揭示了花生疮痂病菌全基因组,获得6.28 Gb的高质量测序数据,基因组总长约为33.18 Mb,GC含量为48.24%。基因组包含9 174个蛋白编码基因,其中734个分泌蛋白,124个转运蛋白相关基因(TCDB),949个含有信号肽的蛋白编码基因,1 829个跨膜蛋白编码基因,以及127个非编码RNA和13个假基因。许梦雪构建了花生疮痂病菌突变体库,对病菌生物学特性、毒力次生代谢、侵染过程及重测序进行了研究。李元杰等筛选出8条适用于花生疮痂病菌遗传多样性分析的ISSR引物。

6 花生焦斑病

我国各产区均有发生,以山东、河南、湖北、广东和广西等地发生较为严重。该病有两种病斑,一种为在叶片末端呈楔形且边缘有黄带的焦斑,另一种为在叶片表面呈密密麻麻小黑点的胡麻斑。病原为落花生小光壳菌(),常在花生病残体上越冬,来年以子囊孢子传播。

目前,关于花生焦斑病的研究国内外报道较少,主要集中在田间识别和防治方面。在病菌的生物学特性方面,郭金利等发现病菌菌丝最适生长条件为25 ℃,pH 6,碳素营养以可溶性淀粉最佳,氮素营养以牛肉膏、蛋白胨为最佳。光暗交替有利于菌丝生长。关于病菌的产孢条件还没有相关报道。另外,郭金利研究发现,河南花生焦斑病菌具有丰富的遗传多样性。

7 花生炭疽病

世界范围内美国、印度、阿根廷、塞内加尔、乌干达等国家有报道分布,我国有发生但危害程度较轻。

病斑多发生于叶尖或叶缘,呈半圆形或不定形,褐色至暗褐色,有不明显轮纹,边缘为浅黄褐色。病斑沿主脉发展扩大,后期斑面出现针头大小黑粒,即为分生孢子盘。病原为平头刺盘孢[(Schw.) Andr.et Moore],以菌丝体或分生孢子盘附着在病残体、荚果或种子上越冬,来年借风雨传播。

花生炭疽病的相关报道很少,2020年Zhao等首次报道,来自荷兰大豆炭疽病的病原菌可引起花生炭疽病。

8 研究前景和展望

花生叶部病害的防治有以下4个基本思路。①选育抗病品种，抗病花生品种的广泛推广是最直接高效的防治手段。抗病种质资源的筛选以及野生种高抗病性的利用是培育出抗病高产花生的有效途径。②田间微调控，轮作倒茬。花生叶部病害病原菌寄主单一,与薯类或禾谷类轮作倒茬可有效控制病害的危害程度。一般轮作换茬2年以上效果较好，间套作模式种植。花生叶部病害主要靠气流传播,间作植株较花生高,对分生孢子的流行起到了阻隔作用,稀释了病害的危害程度；及时清除病株残体,深耕土壤,使土表病菌失去侵染能力而减少初侵染来源；适时播种,合理密植,平衡施肥,提高植株抗病能力；选用环保型农药,根据病害发生规律适时适量,对症用药。筛选高效、低毒的生物农药制剂在未来有更大发展前景。③抗病分子育种研究,通过对花生叶部病害各病原菌的生物学特性研究和抗性基因的定位,构建抗病基因分子选育平台。转基因导入植株,培育抗病花生新品种,该研究手段在未来将大有作为。④病害智能管理系统的构建,以计算机视觉技术为手段,结合图像处理技术,通过提取病斑的颜色、形状以及纹理特征实现模型的构建,精准判断病害类型。努力构建花生智能管理信息系统,通过病害的快速识别,及时提供防治方法,帮助农民科学管理花生种植。目前,张烁等已在该方面进行了初步研究。加快数字化农业的推进将是未来农业发展的方向。