葡萄白腐病研究进展

尹向田,季萍,袁丽芳,魏彦锋,李廷刚,蒋锡龙,吴新颖*

(1.山东省农业科学院葡萄研究院,山东济南 250100;2.烟台市蓬莱区农业技术推广中心,山东烟台 265600)

中国有悠久的葡萄种植历史。近些年随着葡萄产业的发展,中国葡萄种植面积不断扩大。据FAO数据,2021年达58.03万hm2。葡萄白腐病是葡萄产区常见的真菌病害,主要出现在温暖多雨的地区[1,2]。白腐病在中国最早发现于1899年,主要发生在东北、华北、西北和华东。目前对于白腐病已经在病原菌鉴定、发病机制以及防治措施等方面进行了大量研究,笔者综述了前人在葡萄白腐病研究方面取得的进展,为今后深入研究葡萄白腐病发病机制、防治措施提供了理论依据。

1 葡萄白腐病危害症状

葡萄白腐病是世界范围内葡萄种植区的重要病害之一,该病害每年导致葡萄减产20%～30%,造成30%～50%的经济损失[3,4]。2019—2021年,葡萄白腐病在山东葡萄产区爆发,葡萄产量降低了50%,发病严重的葡萄园甚至绝产,该病害已严重制约了葡萄产业的发展。

葡萄白腐病病原菌主要危害果穗,也危害新梢、叶片等部位。果穗发病,初期果粒基部产生淡褐色水浸状病斑,病斑逐渐扩大,变褐腐烂,蔓延至整粒,果粒变褐软烂,果面密布灰色小粒点。严重时全穗腐烂,病果干缩,形成僵果。枝蔓发病,初期出现水浸状淡褐色不规则病斑,病斑多纵向扩展,后期变成褐色凹陷大斑,表面着生颗粒状灰白色分生孢子器,病部表皮纵裂,与木质部分离、脱落,维管束呈褐色乱麻状。叶片发病,多在叶缘部,初期产生褐色水浸状不规则病斑,逐渐扩大成近圆形,有深浅不一的褐色轮纹,直径多在2 cm以上,病斑可见生灰白色小粒点,病组织干枯后常破碎。

2 病原菌

2.1 病原菌种类

世界上已报道该病的病原菌有白腐垫壳孢菌(ConielladiplodiellaSpeg.),草莓垫壳孢菌(C.fragariae),栗生垫壳孢菌(Pilidiellacastaneicola)和葡萄垫壳孢菌(C.vitis)[1,5-8]。长期以来,认为引起中国白腐病的病原菌为白腐盾壳霉(ConiothyriumdiplodiellaSpeg Sacc)[8]。1999年,刘长远研究团队通过形态学研究明确了中国白腐病的病原为(C.diplodiellaSpeg. Petrak &Sydow)[3]。2017年,李兴红研究团队在北京、广西、河北、河南和吉林的葡萄产区进行采样和鉴定,首次明确了C.vitis是中国葡萄白腐病的主要病原菌[1]。2022年,袁丽芳等首次报道了山东省葡萄白腐病病原菌,并鉴定为C.vitis。

2.2 生物学特性

刘文钰等研究表明,葡萄白腐病菌最适培养基为葡萄培养基,燕麦培养基相对较差,葡萄糖为最适碳源,甘氨酸和硫氨酸为最适氮源,病原菌最适生长温度为25 ℃,菌丝致死温度为38 ℃[9]。陈彦等研究表明,葡萄白腐病菌最适生长温度为25～30 ℃,最适pH值3～5,最佳碳源为葡萄糖,最佳氮源为氯化铵,最适宜孢子萌发的碳、氮源也分别为葡萄糖和氯化铵,孢子萌发温度范围为15～30 ℃,pH值4～6[4]。王英姿等研究表明,碳氮源为葡萄糖和氯化铵时最利于菌丝生长,为蔗糖和硫酸铵时最利于病菌产孢[10]。

2.3 基因组

目前有两株葡萄白腐病菌已经完成了基因组测序,分别为C.vitisQNYT13637和C.diplodiellaWR01。

CvitisQNYT13637的基因组大小为41.54 Mb,GC含量为49.59%,检测到7 985个蛋白编码基因,占总基因组的27.91%。重复序列总长度为2.39 Mb,占全基因组长度的5.76%。KEGG、GO、COG预测编码基因分别为7 256、6 814和1 931个。其中,病原体-宿主相互作用蛋白为1 120个,产生毒力因子的蛋白为400个,碳水化合物水解酶和糖苷水解酶分别为417和213个[11]。

C.DiplodiellaWR01基因组长度为40.93 Mb,GC含量为49.79%。共有9 403个蛋白编码基因,平均蛋白编码基因长度为1 754 bp,其中,有608和248个基因被预测为分泌蛋白和候选效应蛋白。

3 葡萄白腐病发生规律

3.1 侵染循环

葡萄白腐病菌主要以菌丝体、分生孢子、分生孢子器随病株残体在土壤中或地表越冬,病菌以表土5 cm深最多,在土壤中可存活两年以上。越冬后的病菌在次年夏天降雨后,病菌产生大量的分生孢子,通过飞溅的雨水进行传播,通过伤口或气孔进入葡萄枝条、叶片、果穗等部位引起初侵染,发病的植株在温湿度合适时迅速萌发,造成再次侵染。

3.2 流行规律

葡萄白腐病原菌是一种高温高湿性真菌,中国雨热同季的气候特征更有利于白腐病的发生。研究表明葡萄白腐病始见于6月上旬,该病主要借风雨传播,地面及表土中病残体的大量分生孢子是来年初侵染的主要来源,分生孢子在土壤中可存活多年[12-14]。葡萄白腐病菌在10～35 ℃均可侵染葡萄,其中23.8 ℃是最优的侵染温度,持续1 h的湿润环境有利于病原菌的侵染[15]。7月至8月为整个生长季中孢子飞散的高峰期,影响孢子飞散的主要气象因素为温度和湿度[16]。

4 葡萄白腐病菌侵染机制

4.1 侵染方式

研究表明伤口是葡萄白腐病菌侵染葡萄的重要途径。在Ji的研究中,利用葡萄白腐病菌孢子悬浮液采用伤口接种和无伤接种两种方式均可使葡萄果实发病,伤口接种的发病速度和严重度要高于无伤接种[15]。Chethana 等研究发现采用无伤接种C.vitis菌饼不能使夏黑葡萄叶片发病,袁丽芳等研究表明无伤接种和有伤接种均可使红提葡萄离体叶片发生白腐病,Chethana采用C.vitis孢子悬浮液伤口接种的活体的葡萄植株,白腐病发病速度较慢(5周后发病)[17]。有研究表明,利用葡萄汁缓冲液配置白腐病菌的孢子悬浮液进行接种3 d后可在活体葡萄植株上观察到白腐病症状。葡萄白腐病菌孢子的萌发需要额外的营养,在葡萄汁中的萌发率显著高于在水中[18,19]。

4.2 致病机理

Liu等研究了C.Diplodiella同葡萄的互作,转录组分析表明,有9 115个基因参与了转录表达,基因本体富集分析表明,高度富集的基因与碳水化合物代谢和次生代谢物合成有关。从C.DiplodiellaWR01克隆了43个假定效应因子,其中一种蛋白在本氏烟草叶片中瞬时表达后,对BCL2相关X(BAX)诱导的超敏反应表现出强烈的抑制作用[7]。Qin等推测细胞壁降解酶(CWDEs)在发病机制中起关键作用,毒力强的菌株比毒力弱的菌株具有更强的木聚糖酶和木葡聚糖酶的水解活性,CvGH74A和CvGH74B同属于糖苷水解酶GH74家族,CvGH74A的缺失突变株不仅可降低病原菌木聚糖酶和木葡聚糖酶的活性,同时也降低了病原菌感染葡萄叶片的能力[20]。

5 葡萄白腐病抗性评价

不同葡萄品种对葡萄白腐病抗性具有很大差异,欧亚种葡萄抗性差,易感病,欧美种对白腐病的抗性较强。李峰等调查了1 000份葡萄种质资源白腐病发病情况,发现美洲种群、美洲杂交种、山欧杂交种和山美杂交种对葡萄白腐病的抗性最强[21]。张颖等对78个葡萄属17个种进行离体接菌评价,表明刺葡萄是最抗白腐病的种质,美人指最易感病;刺葡萄株系是研究抗白腐病机理的理想材料[22]。刘丽婷通过对101份不同葡萄品种进行叶片抗白腐病鉴定,筛选出了北冰红、双红、甜冬、双丰、双庆、双优等九份高抗白腐病的材料;白腐病抗性与气孔大小及海绵组织厚度存在显著性关系,且葡萄品种抗性与POD、CAT活性成正相关[23]。

冯虎等以抗病葡萄品种刺葡萄和感病品种黑比诺为试材,分别鉴定出具有白腐病抗性的转录因子VdWRKY53和VdWRKY49[24,25]。Zhang等研究表明,VdWRKY53可能参与了防御相关基因的激活,从而增强了植物对病原体的抗性,并且通过对386个葡萄品种资源的白腐病鉴定,筛选出了8个与葡萄白腐病抗性相关的候选基因[26]。贾云飞等对在白腐病侵染后的Mlo基因家族进行了差异表达分析,初步筛选出了一个具有白腐病抗性的候选基因VdMlo15[27]。Su等通过QTL定位,共获得了4个与白腐病抗性相关的稳定QTL位点,发现了2个参与白腐病抗性的基因[28]。

6 葡萄白腐病防治措施

6.1 选择抗病品种

不同品种葡萄对白腐病的抗性呈现出很大差异,研究发现,易感白腐病的品种有红地球、美人指、长相思、雷司令、黑比诺和梅鹿辄等,受白腐病影响较小的有葡萄园皇后、赤霞珠、白玉霓和西拉。因此在病害经常流行地块,尽可能避免种植感病品种,尽量选择抗性好、品质好、商品率高的高抗和中抗品种。

6.2 加强农业管理

生长季及时剪除病果、病叶和病蔓,落叶后结合冬剪彻底清除病果、病枝和病叶,带出园外集中处理,减少当年再侵染菌源。科学施肥灌水、防治病虫害、合理负载,增强树体抗病能力。通过摘心、抹芽、绑蔓、摘副梢、中耕除草、雨季排水和适时套袋等田间管理工作,保持葡萄园通风透光,降低果园湿度,科学疏花疏果。

6.3 化学防治

发芽前后、花前、套袋前是白腐病防治的关键时期,发芽前可将50%福美双粉剂、3～5 °Be石硫合剂、碳酸钙混匀后撒在葡萄园地面上,每666.7 m2撒1～2 kg。开花前后,喷波尔多液、波尔锰锌等保护剂预防病害。从病害始发期(一般在6月中旬)开始,每隔7～10 d喷1次药,连喷3～5次,直至采果前15～20 d。可选择药剂有50%苯菌灵可湿性粉剂1 500倍液、70%甲基硫菌灵可湿性粉剂1 000倍液、50%福美双800倍液或70%代森锰锌700倍液等。

6.4 生物防治

目前,利用拮抗微生物防治葡萄白腐病也多有报道。贝莱斯芽孢杆菌、放线菌、皮尔瑞俄类芽孢杆菌等对葡萄白腐病菌有良好的拮抗作用[29-31]。胡海瑶等利用微生态制剂与化学农药交替施用,对葡萄白腐病的防效可达90.8%[32]。但将生防菌研发成微生物制剂用于田间的菌株仍然较少。

7 总结与展望

葡萄白腐病是葡萄生产中的重要病害,同时侵染叶片、枝条和果实,造成葡萄产量和品质的严重降低。目前国内葡萄白腐病的病原主要为Coniellavitis,病菌主要以分生孢子器和菌丝体在病株残体和土壤中越冬,翌年春天条件适宜时产生分生孢子随风、雨进行传播,主要通过伤口侵入,引起初次侵染,7～8月是发病盛期,高温高湿、多雨和伤口是病害发生的关键因子。葡萄白腐病菌的寄主范围较窄,除了危害葡萄外,也可侵染葡萄科的爬山虎[33]。

目前葡萄白腐病的防治主要以化学防治为主,病原菌极易产生抗药性。2007年已有报道检出了对多菌灵高抗的白腐病菌[34]。李宝燕等明确胶东地区的葡萄白腐病菌对抑霉唑的敏感性及抑霉唑与常规杀菌剂之间的交互抗性。供试69株葡萄白腐病菌株对抑霉唑和吡唑醚菌酯的EC50分别在0.13～55.53 μg/mL和0.176～6.012 μg/mL之间,田间已出现抑霉唑低抗菌株,占检测总株数的8.70%,抑霉唑与戊唑醇存在一定的交互抗性。与吡唑醚菌酯单独作用相比,添加水杨肟酸(SHAM)后,吡唑醚菌酯对葡萄白腐病菌的毒力提高了1.17倍[35,36]。今后研发重点将向绿色防控技术研究发展,以绿色防控机理研究为基础,将生防菌剂与化学药剂防治相结合,为葡萄白腐病的防治提供新的策略,为葡萄产业发展提供支撑。