葡萄根癌病的研究进展

郭荐硕，孙凌俊，马丽，高圣华，朱绍坤

（辽宁省果树科学研究所，辽宁熊岳115009）

葡萄作为我国主要水果之一，一直受到葡萄根癌病的危害，造成产量和经济的损失。葡萄根癌病形成的肿瘤阻碍营养运输，最终导致植株死亡。辽宁葡萄种植面积约480 km，产量达80万t，以鲜食为主，主产区位于辽宁南部、西部。每年受病害影响严重，其中根癌病是致死率极高的细菌性病害之一，部分园区发病率达30%以上，个别高达90%以上，减产25%～60%，严重时造成绝收甚至毁园。主要在寒冷季节发生普遍，大部分葡萄产区与苗圃区域均有发生。

1 葡萄根癌病的特点

发病初期瘤状稚嫩，多呈肉质状，其发病部位往往隐蔽不易察觉，后期瘤状逐渐木质化，形成坚硬组织，随着肿瘤膨大至数厘米表现为表皮粗糙，出现脱落现象，易被混淆成愈伤组织。其主要阻断养分的吸收和水分的输送，最终导致植株死亡。

2 葡萄根癌病病菌的分类

很长一段时间，针对根癌病病菌的分类持有不同观点。布坎南主要根据是否具有致病性进行分类。Van等研究表明，在转入致病性Ti质粒后其土壤杆菌具有致病能力，由于致病性质粒的存在决定形状的不稳定。Holmes等则建议根据数值分类。Kersters等将根癌土壤杆菌属分4个种，但不同种内又出现相同生物型。Sawada和Bouzar等最终将土壤杆菌属分为4类。目前被广泛接受的就是土壤杆菌的这种分类系统。葡萄根癌病菌属于土壤杆菌属，其主要有根癌土壤杆菌（Agrobacterium tumefaciens）、葡萄土壤杆菌（Agrobacterium vitis）、发根土壤杆菌（Agrobactrium rhizogenes）、悬钩子土壤杆菌（Agrobacterium rubi）。

3 根癌病原菌的形态特征

菌体呈杆状，大小为0.8μm×1.5～3.0μm，具周生鞭毛，革兰氏阴性菌，不形成芽孢。菌落半透明乳白色、呈圆形。液体培养基呈浑浊。适宜生长温度为25～28℃，51℃致死（10 min）。最佳pH值为7.3，适宜pH值范围5.7～9.2。

4 葡萄根癌病的致病机理

葡萄根癌病原菌的致病性主要由质粒的类型所决定，通常可携带2个质粒，但并非所有携带质粒都有致病性，质粒基因组决定其致病性。目前研究表明，携带Ti质粒的病原菌多数具有致病性（致瘤性），携带Ri质粒多数能够诱发发根。Ti质粒主要具有4个保守功能基因区：a.T-DNA区，决定肿瘤形态和冠瘿碱合成；b.毒性Vir区，参与T-DNA转移与加工；c.冠瘿碱分解代谢区；d.tra区，促使质粒在细菌间接合转移和群体信号感应、rep区，质粒的复制功能区。T-DNA两侧各有一段25bp重复性正向序列，称为TDNA的边界，其中Vir区紧邻T-DNA左边界，包括VirA、VirB、VirC、VirD、VirE、VirF、VirG和VirH各组分功能发挥并行使各自功能。但通常Vir区基因不表达，当受到植物细胞信号代谢产物激活才正常行使功能。Ti质粒中T-DNA整合到植物体内，造成代谢功能失常从而无限生长为肿瘤细胞，才形成类似瘤状物。受侵染的植物细胞往往分泌一种氨基酸衍生物，并以此界定为Ti质粒类型。因此可分为章鱼碱型（otopine）、胭脂碱型（nopalin）、农杆碱型（agropine）、农杆菌素碱型（agrocinpine）4种类型。

5 根癌病病原菌的侵染过程

细菌性病害能够进化出一套具有识别效应与躲避植物防御系统的能力，能够识别植物细胞的信号物质并进行针对性的侵染。伤口侵染是最直接最便捷的方式，与大多数正常细菌性病害相同，根癌病菌能大量附着在伤口附近形成侵染的前提；并通过Ti质粒T-DNA转移到宿主细胞中并整合。植物在受到外界刺激与创伤后，往往形成酚类、糖酸等信号物质。病原菌细胞壁往往作为识别效应器。促使病菌能够大量聚集在植物细胞表面，提供了T-DNA的转移，恰好正是这些分泌物质能够激活Vir区功能，行使各自功能区的分工提供T-DNA所需蛋白进行加工转运。Vir区的活化是TDNA所必需。葡萄土壤杆菌也能通过定殖的方式进行侵染，研究表明TAR是决定在葡萄中选择性定殖的遗传因子。

6 葡萄土壤杆菌的遗传性

20世纪80年代，受世界寒流的影响，导致葡萄根癌病加重。葡萄土壤杆菌被广泛的深入研究，发现葡萄土壤杆菌(A.vitis)具有特定宿主模式，具有识别和专一性，往往形成病原优势菌。研究表明，其致病因子Ti质粒可能决定其宿主范围，与此同时VirA、VirC和T-DNA编码细胞分裂素的基因ipt决定其寄主的范围。此外，葡萄土壤杆菌中染色体也发挥着重要作用，相关编码多聚半乳糖醛酸酶（oplygalatuornase,PG）、葡聚糖内切酶（ednoglucanase）等也决定宿主范围。

7 葡萄根癌病的防治措施

植物长期暴露在自然环境中，往往会形成病原菌、植物与环境三者之间的相互作用，在植物与病原菌侵染抵御中，往往进化出一套免疫系统。然而病原菌在被植物免疫系统识别后会演化出具有隐蔽性的侵染因子。环境因子在植物与病原菌之间起到了重要作用，在病害防治中主要是通过改变三者之间的关系，以削弱或防止病害的发生，优化植物正常生长的环境，起到保护农作物的作用。其中阻断病原菌传染链，做到提前预防，提高植物抗病性、加强对病菌的侵染能力，通过物理、化学等方式的防治，通过病原菌、植物与环境之间的制衡，达到最佳效果。

葡萄根癌病特殊的致病性，往往给现实生产中造成不可挽回的损失。目前传统防治的方式方法往往在根癌病大范围发生时的效果不佳，达不到理想的效果。直到Kerr分离出的K84菌株能够分泌抑菌素等物质能够有效地抑制根癌病，才针对葡萄根癌病的防治有了更多的研究。

7.1 植物检疫

植物检疫是在病原菌侵染之前行之有效的最佳方式，能够在病原菌传播途径上进行阻隔，起到杜绝病原菌传播和大范围传染的作用。此种方式已经成为目前在控制葡萄根癌病蔓延的第一道防线。目前研究出很多病原菌的检测方法和技术，如血清取样、常规分离、真空抽滤、DNA分子杂交等，其中最为便捷快速实用的是基础PCR分子检测技术。Bini等利用特异性引物对不同生物型致病菌进行检测，为致病机理提供参考。

7.2 传统方法

目前为止，当根癌病发生之后并没有什么合理有效地防治措施。抗菌剂虽然对治疗根癌病起到缓解作用，但由于其独特的致病性与发病的隐蔽性，往往过多地使用化学药剂而引起病原菌的抗药性。主要在生产实践时及时对伤口进行消毒处理，操作时尽量避免伤口发生，以预防为主。

7.3 加强田间管理

众所周知，田间管理在病原菌与植物互作时起到重要作用，在防治过程中要遵从科学防治、综合考量，在确保营养的情况下尽量减少病害的发生。土壤是葡萄根癌病病菌最佳的生存环境，施肥一方面提供植物正常生长所需的营养，另一方面也有利于滋生病原菌。在葡萄建园前及时对园区进行高温消毒灭菌，防治土传病害的发生；及时清理病害植株；葡萄在不同生理状态下需水量存在差异，在适宜的时期保证充足的分水，增强其抗性。

7.4 选育高抗品种

目前，在病害防治中，选育高抗品种成为主流趋势，将选育抗性品种作为防治根癌病的一个重要途径，通过嫁接、杂交、诱变等方式增强植株本身的抗性。Szegedi等研究表明，葡萄不同品种对根癌病的抗性由显性因子决定。不同砧木在抗性能力上表现出不同的差异性，目前在抗寒方面应用最多的砧木为山葡萄和‘贝达’（V.labrusca Linn×V.riparia Michx.）。在砧木选择方面应多方面考虑其抗性的优势。在选育对根癌病具有高抗品种之外，还应对抗寒、抗病等方面综合考量和试验。也可通过其他方式达到选育高抗品种的目的，如柴菊华等对不同野生种进行抗性鉴定，筛选出高抗株系。

7.5 生物防治

生物防治利用有益微生物对病原菌的拮抗作用、竞争作用（位点竞争、营养竞争等）、诱导寄主产生抗病性等方式达到防治的效果。生产医疗用的抗生素是微生物或高等植物分泌的一种次级代谢产物，有抑菌或杀菌的作用。因此，可利用微生物独特的代谢生理现象起到保护植株的作用。一些具有非致病性生防菌株能够在植物不同组织部位迅速定殖，利用抢先优势位点形成优势菌群防止病原菌的侵染；或通过定殖的方式诱导植物抗性。Kawaguchi等研究表明，非致病性菌株VAR03-1和ARK-1的浸提液对葡萄根癌病病原菌有一定的抑制作用，但两者的机制不同。

植物在与病原菌长期互作的情况下，进化出一套自身免疫系统。在受到有益微生物或病原菌侵染时会激活免疫信号，使自身免受或减轻病原菌的危害。因此有益微生物在植物生长和抗性方面起到重要作用，并促进生长和强化自身免疫能力。1970年，Gianonazi首次在烟草中发现病程相关蛋白（pathogenesis-relatet protein,PR），病程相关蛋白PR10（pathogenesis-relatet protein 10）是植物防御体系重要组成部分。

8 展望

葡萄根癌病病害成为世界上最主要、最普遍、危害最严重的病害之一，在我国大部分地区造成无可挽回的经济损失。在实际生产实践中应注重综合防治、预防为主的科学防治理念。目前而言，国内优良品种在抗病性方面存在不足，当前生产中对葡萄根癌病的防治仍以传统的防治方法为主，长期下去会存在农药的残留、病原菌产生抗药性、土壤养分的流失、甚至品种间产生变异情况。目前我国地域宽广，葡萄种质资源丰富，通过多方式杂交和基因工程进行选育葡萄根癌病的高抗品种，同时与采取绿色持续的生物防治方式结合，达到综合防治葡萄根癌病的效果。