甜菜根腐病及其生物防治研究进展

崔泽远，李 志，耿 贵，王宇光，王皙玮，於丽华

(黑龙江大学现代农业与生态环境学院，哈尔滨 150080)

0 引言

甜菜(Betavu lgarisL.)，藜科甜菜属，二年生草本植物，主要分布在黑龙江、新疆及内蒙古等地。甜菜糖产量占中国食糖总产量的10%左右，是北方地区重要的经济作物之一[1]。除制糖外，红甜菜根也可作为保健防病功能食品，甜菜加工后的副产物可以生产可再生能源生物乙醇、提取果胶和生产糖蜜[2]，具有重要的生产意义。甜菜属于深根系直根作物，在生产上甜菜种植提倡合理的轮作和耕作制度，但受耕地面积有限及栽培条件等因素制约，生产上往往进行连作来保证甜菜的供给量[3]。经过连年的种植，病原菌在土壤中逐年积累导致病害发生，对甜菜产量构成严重威胁。甜菜根腐病是甜菜块根在生长期间受真菌和细菌侵染，造成块根组织腐烂变褐的现象[4]，在中国甜菜栽培区常有发生，一般造成10%～40%的产量损失，严重时可导致地块绝产[5]，造成不可挽回的经济损失。

目前，有关甜菜根腐病的防治方法多为化学防治，即在根腐病发病初期使用五氯硝基苯或50%土菌消可湿性粉剂自植株两侧或中心灌入根冠部进行处理，或者使用药剂拌种达到灭菌目的[6-7]。但由于长期使用同一类杀菌剂会导致病原菌逐渐产生抗药性，从而无法达到预期的目的；施用化学药物也杀死土壤中大量有益生物，对环境造成不利的影响[8-9]。为寻求安全有效的防治方法控制甜菜根腐病病害，生物防治日渐成为病害防治的研究热点。生物防治是利用有益生物及其产物控制有害生物种群数量的一种防治技术，本文总结了近年来的相关研究，对甜菜根腐病及其生物防治进行概括，简要总结了根腐病的研究进展，阐述了生物防治方法的应用，并分析防治中存在的问题，展望了生物防治在甜菜根腐病防治未来的发展方向及建议，为提高甜菜根腐病的生物防治效果奠定基础。

1 甜菜根腐病的发生与分布

1.1 甜菜根腐病分布

根腐病是甜菜栽培生产上的一种土传病害，在世界各国甜菜产区均有发生。1989年首次在美国得克萨斯州报道了甜菜根腐病的发生[10-11]，该病害在日本、意大利、波兰、印度、捷克等国家均有报道。我国黑龙江、内蒙古、新疆、甘肃、宁夏等地也均有发生。

1.2 甜菜根腐病致病因素

甜菜根腐病的发生主要受以下几个因素影响：一是致病菌。土壤中存在多种致病病原菌，这些病原菌以菌核、菌丝或厚垣孢子的形式在土壤、病残体上越冬[9]，第二年生存环境适宜时经由耕作、雨水、灌溉水传播，在甜菜出苗后，从根部伤口或其他损伤处侵入，引起根腐病的发生[12]。二是不同品种间抗病性差异。不同甜菜品种抗病性不同，抗病性弱的品种易受到病原菌侵染而感病[12]，抗病性强的品种则不易收到侵染。三是甜菜生长环境。地势低洼、土壤过湿或排水不良的地块，遇上高温高湿的气候则更易使甜菜根腐病发生[13]。

1.3 甜菜根腐病病症特征

由不同病原菌所引起的根腐病症状表现不同。镰刀菌(Fusarium spp.)是我国甜菜根腐病的优势种群，主要侵染甜菜块根伤口，轻度感病植株生长不良，叶片萎蔫，中度感病植株根部呈黑褐色干腐状，根内出现空腔，重度感病可使块根全部腐烂，地上部干枯死亡[9,14]。丝核菌(Rhizoctonia spp.)引起的根腐病主要发生在甜菜叶柄基部，由上至下逐渐腐烂，腐烂处呈褐色或深褐色，有时可在伤口附近观察到褐色菌丝体[12]。小核菌(Sclerotium spp.)引起的根腐病症状表现为根冠处呈水渍状腐烂，病组织开始变软凹陷，外表皮或根冠土表处长出白色绢丝状菌丝体，后期其上长出深褐色的小菌核。茎点属真菌(Phoma spp.)引起的根腐病主要表现为根体或根冠处现黑色云纹状斑块，略凹陷，从根内向外腐烂，表皮烂穿后出现裂口，除导管外全都变黑。由胡萝卜欧文氏菌(Erwinia carotovora)引起的甜菜细菌性根腐病主要表现为块根根尾呈水浸状软腐，有时会流出粘稠腐烂液并伴有酸臭味[12]。

2 甜菜根腐病病原菌

2.1 甜菜根腐病病原菌

2.1.1 镰刀菌

镰刀菌(Fusarium spp.)属半知菌亚门、丝孢纲、瘤座孢目、镰孢属[15]，是一类广布自然界的真菌。目前已发现44种和7个变种，普遍存在于土壤及动植物有机体上，可侵染多种植物，引起植物的根腐、茎腐、茎基腐、花腐和穗腐等多种病害[16]，如腐皮镰刀菌、轮枝镰刀菌、尖孢镰刀菌可导致甘草根腐病发生[17]；禾谷镰刀菌可引发小麦冠腐病[18]；镰刀菌可引起马铃薯干腐病[19]；尖孢镰刀菌、茄病镰刀菌及串珠镰刀菌侵染可引发甜菜镰刀菌根腐病(萎蔫病)，其中前两种病原菌的致病性强，出现频率高[10,20]。镰刀菌在人工培养基上培养时，菌丝稠密蓬松，分枝较多，有分隔，可以产生红色或紫色的菌丝[21]，生长后期可形成圆形菌核[21-22]。

2.1.2 立枯丝核菌

立枯丝核菌(Rhizoctonia solani)属半知菌亚门、丝孢纲、无孢目、无孢科、丝核菌属[23]，寄主范围广，存活时间长，因此被认为是最具破坏力的土传植物病原物之一[24-25]，至少可侵染43科263种植物[26]，如立枯丝核菌可引发蒙古黄芪苗期立枯病害[27]，AG-7引起大豆幼苗立枯病害[28]，接种立枯丝核菌的苜蓿幼苗根腐病发病的病情指数达到82.67[29]，也可引发马铃薯黑痣病[26]及菜豆根腐病[30]。立枯丝核菌在马铃薯葡萄糖琼脂培养基上培养初期菌丝较稀疏，呈白色辐射状向四周扩展，随着菌株生长菌丝颜色加深为褐色至黑色，数量增多，体积增大并出现菌丝聚合体[23,26]。

2.1.3 小核菌

小核菌(Sclerotium spp.)属无孢科，具有广泛的寄主范围，可侵染500多种植物[31-33]，侵染甜菜根部引发白绢型根腐病[9]。该菌以齐整小核菌(Sclerotium rolfsii)为代表种[33]，易引起花生、苹果、铁皮石斛、茉莉花等多种植物白绢病的发生[32-36]。小核菌菌丝多核且分枝，尖端具索状联合，不产孢子。小菌核圆形或扁圆形，外皮层褐色，内部白色，菌核间无菌丝相连，表面光滑或粗糙[33]。

2.1.4 茎点属真菌

甜菜茎点霉(Phoma betae Frank),半知菌亚门、腔孢纲、球壳孢目、茎点属真菌(Phoma spp.)，侵染甜菜根部引发蛇眼菌根腐病[20]，拟茎点霉菌(Phomopsismangiferae Ahmad)可引起猕猴桃软腐病[37]、杧果蒂腐病[38]、杧果枯枝病[39]、蓝莓枝干溃疡病[40]等。拟茎点霉菌在马铃薯葡萄糖琼脂培养基上培养呈白色绒毛状，略稀疏，放射状生长，基质初期为白色，后期变化为黄褐色，分生孢子椭圆形，无隔膜[38,41]。

2.1.5 胡萝卜欧文氏菌

欧文氏菌为一类具有分解或降解土壤中有机磷化合物为有效磷素能力的微生物[42]，胡萝卜欧文氏菌(Erwinia carotovora)可引起马铃薯[43]、番茄[44]、魔芋[45]、芥菜[46]等多种植物软腐病的发生，也可侵染甜菜根部，引发甜菜细菌性尾腐根腐病。

2.2 甜菜根腐病病原菌生物学特性

2.2.1 温度对病原菌生长发育的影响

引发甜菜根腐病各种主要病原菌在10～35℃内均可以生长，在5℃以下或40℃以上时停止生长。尖孢镰刀菌及立枯丝核菌在25℃时生长最快，适宜培养温度为20～30℃[22,47]；茄病镰刀菌及小核菌适宜培养温度为25～30℃[34,48]；拟茎点霉菌在19～31℃时可生长，25～31 ℃为最适温度，高于34℃或低于13℃时生长受到抑制[38]。

2.2.2 PH对病原菌生长发育的影响

尖孢镰刀菌在PH为3～10的培养基上均能生长，适宜PH为7.0、8.0[47]；茄病镰刀菌最适PH为7～10[48]；立枯丝核菌在PH为5.0时菌丝生长和菌核萌发最快[23]；小核菌菌丝生长最适PH值为7. 0[50]；拟茎点霉菌在PH为4～10时正常生长，PH为6～6.5时生长最快[38]。

2.2.3 光照对病原菌生长发育的影响

尖孢镰刀菌适宜在黑暗条件下培养[47]；光照对茄病镰刀菌菌丝生长无显著影响[22]；立枯丝核菌受光强度影响较小，在持续黑暗条件下生长最快[49]；黑暗可促进拟茎点霉菌分生孢子器的形成[38]。

3 生物防治

生物防治凭借其高效、安全、环保的优点被视为最有潜力的植物病害防治方法[51-52]，将微生物用于植物病害防治的方法日渐广泛，微生物可通过竞争、拮抗、寄生及诱导抗性四种防治机制作用于植物，增强植物抗性[13]。甜菜根腐病可以通过利用自然界中存在的对甜菜根腐病病原菌有拮抗特性的微生物，结合生物和化学技术来进行生物防治[53]。

3.1 真菌

3.1.1 丛枝菌根真菌

丛枝菌根真菌是土壤中有益微生物之一，可与陆地85%以上的植物根系形成菌根共生体，保护植物免受生物与非生物胁迫，具有重要的生态意义和农业意义[54-56]。前人研究表明，丛枝菌根真菌根外菌丝可扩展作物吸收的表面积，从而提高作物对氮、磷等元素的吸收能力，促进植株生长发育，提高壮苗指数[57]。黄瓜接种地表球囊霉后，可显著促进黄瓜生长并有效的抑制了由立枯丝核菌引发的立枯病[58]；接种扭形球囊霉后，有效降低了紫花苜宿根腐病的发病率[59]；接种根内根孢囊霉可有效抑制尖孢镰刀菌引发的西瓜枯萎病[60]；接种摩西管柄囊霉可缓解番茄早疫病病害[61]。接伟光等人[62]从甜菜根围土壤中分离出大量摩西球囊霉孢子，并对根系进行了分子检测，证明了丛枝菌根真菌可侵染甜菜根系，为后续探究丛枝菌根真菌拮抗甜菜根腐病病原菌提供了理论依据。

3.1.2 木霉菌

木霉菌属半知菌亚门、丝孢纲、丝孢目、丛梗孢科，是一类广泛分布在全球的真菌，拮抗作用具有广谱性[63-64]，大量研究表明，多数木霉菌可产生生物活性物质，对植物病原真菌具有拮抗作用，可降低植物病害并促进植物生长[64]。黄瓜经哈茨木霉菌处理后可降低其直根苗根腐病的发病率和发病指数[65]；哈茨木霉及短密木霉均对水稻立枯病有抑制作用[66]；棘孢木霉对尖孢镰刀菌、根串珠霉菌、拟茎点霉均有抑制效果[67]；有效降低花生炭腐病发病率[68]；甘氏木霉可应用于小麦枯萎病的防治[69]、长枝木霉可应用于辣椒立枯病的防治[70]。除此之外，木霉生物菌剂也被广泛应用于植物病害的防治[64,71-72]，其对立枯丝核菌及镰刀菌均有一定抑制作用[73-74]，目前在甜菜栽培上的应用研究较少。

3.2 细菌

3.2.1 芽孢杆菌

芽孢杆菌具有分布广、抗病虫性强和耐受性好的特点，能有效促进植物生长，可产生抗菌物质、与病原菌竞争以及诱导宿主系统抗性，现已被广泛应用于农业领域[75-76]。特基拉芽孢杆菌对腐皮镰刀菌、禾谷镰刀菌、尖孢镰刀菌和拟枝孢镰刀菌均有不同程度的拮抗作用[77]；枯草芽孢杆菌发酵液对尖孢镰刀菌导致的苜蓿根腐病具有较好的防治效果[78]；类芽孢杆菌QHZ11对由立枯丝核菌引起的马铃薯黑痣病起显著抑制效果[79]；解淀粉芽孢杆菌可降低马铃薯黑星病发病率[80]；贝莱兹芽孢杆菌可控制覆盆子植株真菌感染从而提升其产量[81]。刘洪等[82]对不同甜菜品种土壤微生物比较发现，感病较轻品种中富集了芽孢杆菌等有益菌，证实植物可以在生长过程中招募有益菌作为抵御病原菌的侵染第一道防线，从而提升自身抗病能力。

3.2.2 假单胞菌

假单胞菌是最为常见的生防菌之一，通过与病原物竞争营养物质与空间位点、分泌次生代谢物以及诱导系统抗性来有效防治多种植物病害[75,83]。绿刺假单胞菌可产生胞外抗真菌药，抑制花生茎腐病主要病原菌的生长[84]；利用荧光假单胞菌释放的挥发性有机化合物制作生物熏蒸剂，控制柑橘青霉菌[85]；荧光假单胞菌也可抑制湿地松猝倒病的病原菌[86]；绿针假单胞菌有效抑制苦瓜和黄瓜枯萎病病菌[87]；枯草芽孢杆菌可在一定程度上预防番茄枯萎病[88]。刘杰贤等人[89]研究发现经荧光假单胞菌处理过的甜菜种子，防治立枯病效果达75%以上，还能促进甜菜幼苗生长势。

3.3 放线菌

放线菌是一类呈边缘呈放射状、以孢子繁殖的原核生物，可以促进植物吸收养分、抵御病害，维持植物体内微生态的平衡[90]。放线菌4-21对稻瘟病菌抑制率高达84.12%[91]；放线菌菌株SF1对粉红聚端孢、SF4对苹果炭疽菌、SF20对灰葡萄孢均有较强的抑制作用[92]；菌株 6-C可作为马铃薯晚疫病的生物防治剂[93]；对胡萝卜蛀斑病的病原体产生拮抗作用[94]；放线菌LY26可对辣椒疫霉产生生防效果[95]。王琦等人[96]筛选出链霉菌属的三种放线菌，可有效抑制由多粘菌引发的甜菜丛根病，但目前放线菌对甜菜根腐病的研究仍相对较少。

4 总结与展望

甜菜根腐病发病原因复杂，危害严重且防治难度大，已经成为制约甜菜糖分含量及产量的一大难题。传统的化学防治易存在粮食安全及环境污染等问题，而生物防治可以更安全环保的进行甜菜及相关产品的生产。

近年来对甜菜根腐病病原菌及发生的研究取得了一定进展，但对其作用机理的研究甚少，因此应进一步明确甜菜病原菌作用机理及其与生防微生物拮抗效应；其次，目前发现的针对甜菜根腐病的微生物及生防菌制剂种类较少，因此需继续发掘拮抗菌种类；最后，许多研究发现，将实验室中筛选出的生防微生物应用于大田时，防治效果不稳定，因此需要进一步研究生防微生物的生物学特性及加深防治机制的研究，以期达到理想化防治目的。