果树根癌病病原菌的分类、 命名变迁及抗根癌病果树种质的筛选

肖蓉 邓舒 张春芬 宋林昆 杜俊杰

摘 要： 文章对根癌病病原菌的分类和命名变迁进行了梳理，并综述了国内外近年来在桃、樱桃、葡萄、扁桃、李、苹果等果树的抗根癌病种质的筛选情况，果树根癌病抗性相关基因的研究，并指出抗根癌病种质资源评价过程中应注意的问题，为生产上果树抗根癌病品种的选择及防治策略的制定提供参考。

关键词： 根癌病;果树;抗病性;农杆菌

文章编号：2096-8108（2023）02-0068-05  中图分类号：S436.6  文献标识码：A

Taxonomy and Nomenclature of Crown Gall Disease

Pathogens and Screening of Resistant Germplasm in Fruit Tree

XIAO Rong  1，2 ， DENG Shu 2， ZHANG Chunfen 2， SONG Linkun 1， DU Junjie  1*

（1.College of Horticulture， Shanxi Agricultural University， Taigu 030801， China;

2.Pomology Institute，Shanxi Agricultural University， Taiyuan 030031， China）

Abstract： In this paper， the taxonomy and nomenclature of crown gall disease pathogens were introduced. The screening of germplasm resistant to crown gall disease in peach， cherry， grape， almond， plum， apple and other fruit trees in recent years， and the research on the genes related to crown gall disease resistance were reviewed. The problems that should be paid attention to in the evaluation process of resistance germplasm were pointed out. It provides reference for the selection of resistant varieties and the formulation of control strategies to crown gall disease.

Keywords： crown gall disease; fruit tree; disease resistance; Agrobacterium tumefacience

根癌病，又稱冠瘿病（crown gall disease），根瘤病，因肿瘤着生在靠近地面的根茎交界处，形似一顶帽子而得名。该病在1907年首次被Smith和Townsend鉴定为是由细菌引起的植物病害，致病菌为根癌土壤杆菌（Agrobacterium tumefacience）  [1] 。根癌病是一种世界性植物细菌病害，该病在世界各地分布广泛，可侵染93科331属643种高等植物  [2] ，主要侵染对象为双子叶植物，但部分单子叶植物也能感染。在果树方面，葡萄、桃、樱桃、李、杏、苹果、梨、枣、板栗、核桃等都可以被侵染。病原菌主要通过植物伤口侵入，在植物的根颈、侧根或枝干节点部位，形成大小不一的瘿瘤，瘿瘤越长越大，植株韧皮部遭到严重破坏，营养物质的运输受到阻碍而无法正常进行，植株的树势由此衰弱，产量、品质大幅下降，最终，树体衰竭而亡。根癌病是生产中的重点防治对象，但在生产调查及文献查阅过程中

发现很多人不能完全理顺农杆菌的分类和命名，对病原菌名称使用情况混乱，这不仅会导致误解，还可能会导致错误的防治策略。因此，本文对根癌病病原菌的分类和命名变迁进行了梳理，并综述了近年来抗根癌病果树种质的筛选情况，为生产上抗根癌病品种的选择及防治策略的制定提供参考。

1 根癌病病原菌的分类和命名

农杆菌的分类学一直存在争议，在名称及分类地位上经过了多次修改，且至今还没有完全统一。最初，根据其是否致病及致病特征，将农杆菌分为3个种：产生肿瘤的根癌农杆菌（A. tumefacience），产生毛状根的发根农杆菌（A. rizogenes）和没有致病性的放射农杆菌（A. raditor）。后来发现致病基因在Ti质粒上而不是染色体上，在一定条件下这些质粒是可以转移的。一株本来没有致病性的农杆菌在被转移了Ti质粒后就变成能够致瘤的菌株了。因此，用致病性来作为分类标准是不合适的。

于是，根据农杆菌的生理生化特性，分类学家将农杆菌重新划分为3个生物变种（Biovars）。每个生物变种都包括能够致瘤的、能够产生毛状根的或非致病性菌株  [3] 。后来，生物变种提升到了种水平，这3个变种分别被命名为根癌农杆菌（A. tumefacience）、发根农杆菌（A. rizogenes）和葡萄农杆菌（A. vitis）  [4-5] 。从这时起，“tumefacience”和“rizogenes”的名称不能再简单的理解成字面意思，不能与它们的致病属性划等号了。再后来，在比较了3个种的16S rRNA基因序列后发现，发根农杆菌和葡萄农杆菌与根癌农杆菌的亲缘关系较远  [6] ，前两个种被分别归入到根瘤菌属（Rhizobium）和异根瘤菌属（Allorhizobium），完整名称修改为Rhizobium rhizogenes和Allorhizobium vitis  [7-8] 。

对于根癌农杆菌，情况要更复杂一点。基于DNA-DNA杂交的全基因组信息分析表明，该物种比其他两个种更具异质性。它不是一个单一的物种，而是一个物种复合体，因此称之为“根癌农杆菌种复合体”（Agrobacterium tumefaciens species complex）似乎更合适  [9] 。“根癌农杆菌种复合体”这一名称已经被官方认可  [10] 。现在，在这个复合体内有15个基因种（genomospecies）：G1-G9，G13，G14，G15，G19，G20和G21  [11-12] 。其中只有6个具有合法有效的种的学名：A. fabrum （G 8 ）  [13] ，A. pusense （G2）  [14] ，A. radiobacter （G4）  [9] ，A. nepotum （G14）  [15] ，A. salinitolerans （G9）  [16] 和 A. deltaense （G7）  [17] 。

2 果树抗根癌病种质资源选育

与其他大多数植物细菌病害的防治策略一样，根癌病的防治策略包括：1）抗病种质资源防控；2）化学药剂防控；3）生物防控；4）栽培管理措施防控。其中，化学药剂防控是最简单，见效最快的控制植物病害的手段，但过量使用化学药品可导致生产成本提高、产生耐药菌、环境污染等问题。生物防控由于其环境友好性是目前比较推崇的手段，但防控效果好的拮抗菌不易得。栽培管理防控不是独立的一种防控措施，它应该整合到前面所说的3种防控措施之中，不论何时何地，都应注意在栽培管理中采取积极的措施进行病害防控，包括不选用带菌苗木、不在发生根癌病的地块上再种，及改变漫灌为滴灌避免病原菌的随水传播等。选育抗病品种是防治该病害最根本的方法，一旦抗性资源选育成功，栽种抗性品种将是最经济有效的防治策略。

2.1 桃树抗根癌病种质资源选育

在桃树抗冠瘿病种质资源选育方面，2009年刘常红等采用人工接种的方法研究103株毛桃实生苗接种发根土壤杆菌后的抗性，结果发现3株未发病的植株  [18] 。同样采用人工接种的方法，刘常红在桃实生筑波4号和筑波5号群体中也分别发现了 0.90% 和1.01%的免疫类型，认为筑波4号和筑波5号对冠瘿病的抗性存在显著分离现象，有希望筛选出高抗性植株  [19] 。2013-2014年郝峰鸽对38份桃及其野生近缘种的972个单株的抗根癌病能力进行评价，发现供试材料中不存在免疫个体，每个群体中个体间均存在不同程度的抗性差异，伏牛山望10为高抗根癌病种质  [20] 。2014—2015年，郝峰鸽对不同地理来源的179个桃栽培品种的抗根癌病能力进行评价  [21] 。连续2年的鉴定中都没有发现免疫品种，2014年鉴定出高度抗病材料1份，来源于华北平原区品种群，中度抗病材料20份；2015年鉴定出中度抗病材料2份，分别来源于华北平原区品种群和西北干旱区品种群。在2年鉴定中都抗性表现较好且稳定的品种有10个：二接白、肉蟠桃、绯桃、红桃、砂子早生、南山甜桃、深州离核水蜜、张黄9号、鸳鸯垂枝、临白10号。在另一项研究中，郝峰鸽指出：经田间鉴定，175份地方桃品种中，没有找到对冠瘿病免疫的种质，也没有高度抗病及中度抗病种质，只有中度感病材料16个，分别为红根甘肃桃1号、张黄9号、扁桃、吐-2、白沙、临白10号、张白5号、鸳鸯垂枝、迎春等，其余均为高度感病种质。在野生资源中，每份材料均存在不同程度的抗性分离。其中，伏牛山望10表现高度抗病性；广元1号、四道嶺野生李、蒙古扁桃和寿粉等4份材料为中度抗病，其余33份材料为中度或高度感病  [22] 。

2.2 樱桃抗根癌病种质资源选育

在樱桃方面，2014年，曲艳华鉴定了由种子来的110株2年生东北山樱桃实生苗的抗性，根据抗性评价标准判定东北山樱桃群体对根癌病中度抗病；其实生群体内存在显著的株间分离现象，有免疫、高度抗病、中度抗病、低度抗病、感病和易感病6种类型，分别占群体总数的18.0%、40.0%、 28.0% 、8.0%、5.0%和1.0%。东北山樱桃是优异的抗根癌病种质资源  [23] 。2012年，李晶鉴定了13种樱桃砧木的根癌病抗性，结果长瘤情况由低到高的顺序为：马哈利＜优小叶＜吉塞拉6号＜优系大青叶＜考特＜戴米尔＜吉塞拉5号＜大叶大＜尖嘴红樱＜中国樱桃＜毛樱桃＜东北山樱＜樱砧王  [24] 。赵亚楠比较了贵州樱桃的6个砧木实生苗的根癌病抗性，发现青岩樱桃实生苗发病率较低，属高抗砧木；沿河樱桃实生苗发病率最高，属高感砧木  [25] 。

2.3 葡萄抗根癌病种质资源选育

在葡萄上，20世纪90年代，高秀萍等对包括山葡萄、贝达、河岸系列和山河系列的17个葡萄砧木品种的根癌病抗性进行了评价。确定了4个根癌病抗性较强的资源：河岸1号、河岸2号、河岸3号和河岸6号。而贝达和山葡萄被评价为中度抗病资源，山河系列砧木属于感病资源，巨峰属于极度感病资源  [26] 。张建国等指出河岸系列砧木（河岸2号、河岸3号、河岸6号），砧木S04和Riparia Gloire具有较强的抗根癌病能力，燕山葡萄（V. Yeahnensis J.X. Chen）雌株、河岸葡萄（Vitis ripria）各类型对根癌病的抵抗能力也很强  [27] 。柴菊华等对中国葡萄属13个种和变种的26个株系进行了抗根癌病鉴定，发现我国葡萄野生种中高度抗根癌病的有瘤枝葡萄、燕山葡萄和复叶葡萄，山葡萄和秋葡萄种内存在明显的抗性差异，我国绝大多数野生葡萄在抗根癌病方面的能力都强过欧洲葡萄  [28] 。

2.4 扁桃抗根癌病种质资源选育

在扁桃方面，2009年刘常红对长柄扁桃和蒙古扁桃实生苗进行了抗性鉴定，发现长柄扁桃为中度抗病类型，实生长柄扁桃对发根土壤杆菌的抗性存在显著分离现象，其实生群体中存在高度抗病、中度抗病和中度感病3种抗病类型，分别占39.32%，42.69%和8.98%。蒙古扁桃对发根土壤杆菌中度感病，实生群体抗性分离宽泛，其中存在免疫、高抗、中抗、中度感病和高度感病5种类型，分别占 8.60% 、19.23%、14.42%、33.65%和24.04%。长柄扁桃和蒙古扁桃都是优异的抗根癌病植物种质资源  [29-30] 。

2.5 国外在果树根癌病抗性种质资源筛选方面的研究

国外研究人员也在果树根癌病抗性种质资源筛选方面做了许多研究。Pierronnet等对可作为砧木的不同李属植物的冠瘿病菌敏感性进行了评价  [31] 。结果发现除P2032无性系似乎是最不易感的外，樱桃李（Prunus cerasifera）的所有无性系都是易感的。欧洲李（P. domestica）的无性系和杂交种的易感性水平较低。Bliss采用人工接种的方法对20种李属植物的根癌病抗性进行了评估，发现马哈利樱桃（P. mahaleb）群体中有高达30%的抗性率，而其余群体抗性发生率低于10%；乌荆子李（P. insititia L.）是最有前途的抗性资源  [32] 。Moriya以7个苹果砧木、两个野生苹果种质及其杂种（147个）为研究对象，评估它们对根癌病的抗性，发现野生苹果Malus sieboldii Sanashi 63為抗根癌病资源  [33] 。Decleene  [34] 报告野生葡萄品种如Vitis amurensis和V. labrusca具有抗性基因型。

3 果树根癌病抗性相关基因的研究

国内外研究者们在各种果树群体中都发现了有一定抗性的资源，但免疫或高抗的种质凤毛麟角。在冠瘿病抗性基因的定位、挖掘和利用方面的研究更少。Rubio-Cabetas证明了Ma和其他根结线虫抗性基因都对樱桃李抵抗根癌农杆菌的侵染具有保护作用  [35] 。Moriya等利用全基因组扫描法（GSA）鉴定了一个与苹果根癌病抗性密切相关的SSR标记，并定位了抗性资源苹果“Sanashi 63”抗农杆菌的基因Cg，作者认为Cg主基因和推测的多个微效基因共同构成了“Sanashi 63”的抗性，缺乏这些微效基因会降低某些携带Cg的子代的抗性水平  [36] 。葡萄方面的研究结果表明，冠瘿病抗性是受单显性基因控制的。Kuczmog报道了一个起源于葡萄抗性资源V. amurensis的冠瘿抗性位点在V. vinifera基因组中的定位，作者鉴定了几个RAPD标记，并开发了与该抗性位点耦合的SCAR标记。此外，还鉴定了与抗性相关的SSR标记，并构建了该区域的遗传图谱草图。距离抗冠瘿病基因Rcg1位点最近的标记位于3.3 cm处，约为576kb  [37] 。郝峰鸽利用红根甘肃桃1号与贝蕾的BC1群体构建遗传连锁图谱，并定位了两个抗根癌病QTL Cg11和Cg41，分别位于第1和第4连锁群上  [22] 。

4 抗根癌病种质资源评价过程中应注意的问题

在根癌病抗性评价的过程中，还应注意，由于评价中采用的病原菌菌株、接种方式、评价方式的不同，有可能会导致抗性结果的差异。首先是病原菌菌株的影响。Moriya指出苹果砧木与根癌病病原菌株系之间存在互作（特异性）。在以菌株CG8331为接种剂时，‘Sanashi 63和‘Mo-15接种部位未见瘿瘤，属于免疫资源。但以菌株ARAT001为接种剂时，‘Mo-15 仍未形成瘿瘤，但‘Sanashi 63却有部分形成了瘿瘤  [33] 。其次，组培苗接种方法是一种快速、可靠的离体筛选方法，但要考虑激素的影响。在接种病原菌之前，获得组培苗阶段经常要用到各种激素，且不同材料所加的激素种类和含量还不一样，而激素对冠瘿瘤的形成和发展肯定会有影响。Nam等在拟南芥上的研究发现，当以离体根段进行根癌病的抗性鉴定时，根段分开置于培养基上则必须进行预培养，但若以根束形式置于培养基上，则不需要预培养步骤，材料可以直接在无激素的培养基上生成愈伤，比较其生成量来鉴定抗性，从而排除激素对鉴定结果的影响  [38] 。最后，关于评价方面，在多长时间里观察结果最具代表性也值得注意。Bliss指出，与接种后30 d时的结果相比，所有种群在90 d后都向被判定为“易感的植物”的更高频率转移，因此应允许在接种后90 d内出现症状，以减少在轻微易感时将植物错误归类为抗性植物的可能性  [32] 。

综上所述，果树多为双子叶植物，且是多年生，因此，根癌病对果树的危害非常严重，从生产的角度出发，种植者在新建园时应充分考虑不同品种的根癌病抗性，优先选择抗性较强的品种。果园中出现病害后，应对病原菌作科学的鉴定，以选择对症的防治措施。从科学研究的角度出发，继续进行果树抗根癌病种质的鉴定、筛选和创制是很有必要的。找到抗性种质，将极大的推进根癌病抗性基因的定位、挖掘和利用方面的研究，并最终使生产收益。

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