甘蔗梢腐病研究現狀與展望

郭 強，馬文清，唐利球，秦昌鮮，陳海生

（廣西南亞熱帶農業科學研究所，廣西 龍州 532415）

甘蔗梢腐病（Sugarcane pokkah boeng disease）于1896年首次發現于爪哇地區的主栽品種POJ2878上，之后隨著POJ2878的廣泛推廣，甘蔗梢腐病幾乎傳遍了全世界所有甘蔗種植國家和地區[1-2]，目前，甘蔗梢腐病儼然發展成為一種世界性的真菌病害[3-4]，對蔗糖產業造成了巨大損失。在印度，甘蔗梢腐病發病率達到51.4%，導致甘蔗減產24.9%，每年造成損失達到250億盧比[5-7]；我國各甘蔗種植區也普遍發生了甘蔗梢腐病危害，尤其是廣西蔗區危害極為嚴重[8-10]。黃鴻能[11]調查發現，受梢腐病危害的甘蔗平均株高比健康植株矮30～60 cm，每 667 m2減產1 000～2 000 kg，平均蔗糖分下降0.56%。據張玉娟[12]研究報道，甘蔗梢腐病對新臺糖系列品種危害較為嚴重，尤其是ROC23、ROC25和ROC26，發病率高達70%～80%。目前，防治甘蔗梢腐病最經濟有效的方法就是選育抗梢腐病的甘蔗新品種，而我國對于甘蔗梢腐病及其抗病育種的研究基礎非常薄弱。本文就甘蔗梢腐病的發生與危害、病原菌、抗病機制和抗性鑒定技術、綜合防治和抗病育種，以及我國甘蔗梢腐病研究中存在的問題進行評述。

1 甘蔗梢腐病的發生與危害

1.1 甘蔗梢腐病的發生

梢腐病最早發現于印尼爪哇，因此被命名為“Pokkah boeng”，其含義是指生長畸形或扭曲不正的梢部[13]，也就是說甘蔗梢腐病主要危害甘蔗的梢部幼嫩葉片，引起梢部葉片扭曲、畸形，嚴重時整個梢部壞死[4，14]。甘蔗梢腐病主要發生在6～9月份，此時期氣溫高，雨量充足，蔗農大量施用氮肥等條件非常有利于甘蔗生長，但同時也極易引起甘蔗梢腐病的大規模爆發[15-16]。因此，許多專家將甘蔗梢腐病戲稱為“富貴病”。近年來，經調查發現在氣溫較低的秋冬季節也發生了甘蔗梢腐病的危害[17-18]。

1.2 甘蔗梢腐病的傳播形式

前人對甘蔗梢腐病傳播方式看法不一致，Bourne等[19]認為梢腐病是通過鉆心蟲的幼蟲或成蟲攜帶分生孢子進行傳播；Martin等[1]、Raid等[2]認為甘蔗梢腐病是以分生孢子形式隨氣流傳播[1-2，16]；Narendra 等[20]認為梢腐病是通過種莖攜帶病原菌進行傳播的；但普遍認可的是氣流傳播。在高溫干燥的氣候條件下，分生孢子隨風和氣流飄散至展開的甘蔗葉片上，等到雨季來臨之際，分生孢子又被雨水帶到易發病部位。緊接著分生孢子萌發，長出菌絲，菌絲沿著幼嫩葉片邊緣穿透內部組織的軟角質層，隨后菌絲侵染薄壁狀細胞，蔓延至嫩莖維管束，最終導致葉片扭曲變形，蔗莖出現階梯狀病變[16，21]。

1.3 甘蔗梢腐病的癥狀

甘蔗梢腐病的癥狀非常容易識別。發病早期階段幼嫩葉片由基部開始出現黃化褪綠，感病葉片扭曲變形，形成褶皺狀，整張葉片不能完全伸展開來，葉片縮短；黃化病斑逐漸變為淡紅色或紅褐色條紋，慢慢的腐爛壞死，最終葉片斷裂[16，22]。為害較輕的植株繼續生長，新長出的葉片恢復正常。但有時候病原菌從生長點或葉鞘繼續侵染蔗莖部位，被侵染的庶莖組織褐化、腐爛，在節部呈暗紅色線狀條紋，而在節間由表皮向內層凹陷呈階梯狀，形成如刀割狀的橫向裂口，生長受到阻礙，而未受侵染的健康組織則繼續生長，最終導致庶莖彎曲變形，節間縮短；受害嚴重時，病原菌穿透生長點，致使生長點組織軟化褐化，梢部幼嫩葉片畸形壞死，造成頂腐，直至整個植株死亡，這主要發生在一些極易感病的甘庶品種上[15-16，23]。

2 甘蔗梢腐病病原菌

1927年Bolle等首次分離獲得了甘蔗梢腐病病原菌，并將其鑒定為鐮刀菌（Fusarium），屬于半知菌亞門，無性階段為串珠鐮孢菌（Fusarium moniliforme Sheldon），有性階段為串珠赤霉菌（Gibberella moniliforme Wineland）[24]。能夠引起梢腐病的鐮刀菌種類繁多，但是目前尚未清楚到底有多少種鐮刀菌是甘蔗梢腐病病原[17]。前人已經對鐮刀菌進行了大量的研究，F.moniliforme、F.sacchari、F.proliferatum、F.andiyazi、F.verticillioides 和 F.subglutinans均能夠引起甘蔗梢腐病[3-4]。

我國關于引起甘蔗梢腐病的鐮刀菌研究還是相對較少[25-26]。目前，我國確定的病原鐮刀菌主要包括gx1（F.verticillioides）和gx2（F.proliferatum），其中gx1為優勢種，占菌株總數的93%，主要在高溫、高濕的夏季侵染甘蔗引起梢腐病，危害較為嚴重；gx2占菌株總數的7%，比較耐低溫，主要在冬季侵染甘庶引發梢腐病危害，但致病性較弱[17]。林鎮躍等[27]從全國各個植蔗區采集甘蔗梢腐病樣品，經分離、純化獲得病原菌株113株，首次闡明了我國甘蔗梢腐病病原菌的多樣性，并且率先研發出了一種結合 TaqMan-qPCR的甘蔗梢腐病病原檢測方法。

郭強等[15，18]為研究甘蔗梢腐病病原菌的VCG多樣性，對采自全國不同植蔗區的30個甘蔗梢腐病菌株進行營養體親和性研究，結果發現：同一類群gx1或gx2的菌株之間互不親和，同一地理來源的甘蔗梢腐病菌株之間亦互不親和，說明引起甘蔗梢腐病的病原鐮刀菌存在豐富的 VCG 多樣性，群體結構復雜，有待進一步研究。

3 甘蔗對梢腐病抗病機制和抗性鑒定技術

3.1 甘蔗對梢腐病抗病機制

我國對甘蔗梢腐病的研究起步較晚，對于甘蔗對梢腐病的抗病機制尚未明確。因此，甘蔗梢腐病的抗病機制成為了病理學家們的研究熱點。病理學家們首先從形態學上研究甘蔗對梢腐病的抗性，據Martin等[1]研究表明，生長較快的甘蔗品種對梢腐病抗性較強，而生長較慢的甘蔗品種對梢腐病抗性較弱。王澤平等[28]從甘蔗葉冠形態上探索其抗病性發現，對梢腐病抗性較強的甘蔗品種株型比較緊湊，葉片呈狹長直立型，脫葉性好；而對梢腐病抗性較弱的甘蔗品種株型披散，葉片呈寬大下垂型，且脫葉性較差。從生理生化方面研究甘蔗對梢腐病抗性尚未見有相關報道，但據吳建明等[29]研究結果表明，赤霉素能夠誘導甘蔗節間的伸長，而梢腐病危害致使甘蔗節間縮短，這是否說明赤霉素與甘蔗梢腐病之間存在一定的聯系，有待進一步研究證明。

也有學者從環境因素和分子生物學方面研究甘蔗對梢腐病抗性。Lin等[30]利用人工接種法對不同氮肥處理之間梢腐病的危害程度進行研究，結果發現施用尿素處理的甘蔗受梢腐病危害比較嚴重。郭強等[31]利用根癌農桿菌介導的遺傳轉化方法，將攜帶有GFP基因的T-DNA片段整合到甘蔗梢腐病原菌（YN41）中，通過觀察甘蔗梢腐病病原菌侵染過程，對甘蔗梢腐病病原菌與甘蔗品種之間的互作機制進了行研究。王鑫等[32]利用T-DNA插入法構建甘蔗梢腐病病原菌CNO-1突變體庫，獲得了956個突變體，其中T12d、T13a和T16f在甘蔗上幾乎喪失了致病性，為進一步研究梢腐病菌與甘蔗的互作機制打下了基礎。

3.2 甘蔗對梢腐病抗性鑒定技術

抗性鑒定可分為自然接種法和人工接種法，自然接種法是在自然環境下供試材料的抗性表現；人工接種法通過高濃度病菌脅迫處理，觀察供試材料的抗性表現[33]。王澤平等[34]以12個甘蔗新品種（系）為材料，在廣西蔗區的6個試驗點通過自然接種法觀察梢腐病的發病情況，建立甘蔗梢腐病田間抗性評價體系，其田間調查分級標準及田間抗性評價標準見表1和表2。根據其建立的甘蔗梢腐病田間抗性評價體系，對廣西蔗區13個推廣品種進行田間抗性綜合評價，結果發現高抗梢腐病品種2個、抗梢腐病品種9個、中抗梢腐病品種2個[35]。

表1 甘蔗梢腐病田間調查分級標準

表2 甘蔗梢腐病田間抗性評價標準

人工接種法種類繁多，其中包括滴心接種法、噴霧接種法、剪葉接種法和注射接種法等，但對于甘蔗梢腐病接種病原菌只有注射接種法和剪葉接種法效果比較明顯。張木清等[36]對注射接種法和剪葉接種法進行了評述，并對這兩種方法的發病等級和品種抗性等級進行了劃分。王澤平等[37-38]采用注射接種法對18個甘蔗材料進行梢腐病抗性鑒定試驗，結果發現，GT37和GT21為感梢腐病材料，Q202和YT94-128為抗梢腐病材料。

4 甘蔗梢腐病的綜合防治和抗病育種研究

4.1 甘蔗梢腐病的綜合防治

甘蔗梢腐病主要發生在6～9月，此時期氣溫較高，再加上降雨較多，雨后蔗農大量施用氮肥，綜合這樣的氣候條件促進了甘蔗梢腐病的大規模發生[39]。目前，對防治甘蔗梢腐病的發生尚未找到有效的解決方法。蔗農們運用最廣泛、最直接的方法就是噴施殺菌劑，但這樣的防治效果并不明顯，而且成本較高；另外，通過加強田間管理，氮、磷、鉀肥合理施用，合理排灌，降低蔗田濕度，適時進行培土，剝除枯葉、老葉，使蔗田通風透光，充分利用太陽光照，增強蔗株光合作用；甘蔗收獲后，適時清理蔗田，也能起到控制病害擴散蔓延的效果[8，23]。但這些方法都未能從根本上防治甘蔗梢腐病。

4.2 抗病育種研究

據Martin等[1]研究表明，甘蔗梢腐病對甘蔗的危害程度與甘蔗品種的生長速度有密切聯系，當分生孢子萌發并侵染心葉時，生長快的甘蔗品種受侵染的心葉能夠迅速伸展，致使受侵染部位暴露于陽光下，葉面水分迅速蒸發，分生孢子在干燥的環境條件下將會受到抑制，受害蔗株就得以恢復正常生長，大大降低了梢腐病的危害。因此，種植抗病品種是防治甘蔗梢腐病最有效、最經濟的方法[40]。目前，我國推廣種植的甘蔗品種相對單一，主要以ROC22為主，而其他的一些新品種（桂糖32、桂糖42、桂糖46、柳城05-136等）也得到了相應的推廣，而這些推廣品種都遭受到不同程度的梢腐病危害。在尚未找到有效的藥劑防治甘蔗梢腐病之前，選育抗梢腐病的甘蔗新品種是當前甘蔗育種的一個重要課題。

在我國，由于過去甘蔗種植的粗放性以及甘蔗病害對甘蔗生產的影響甚小，甘蔗梢腐病并未引起人們的重視，在甘蔗育種工作中并未涉及到抗梢腐病品種的選育，也沒有設置抗梢腐病性實驗的內容，這在世界各甘蔗種植地區是十分罕見的，最終導致我國甘蔗梢腐病的流行[11]。近年來，由于甘蔗梢腐病的大規模爆發，嚴重影響了甘蔗產量和蔗糖分，人們才逐漸認識到了抗梢腐病育種的重要性。張玉娟等[12]通過對甘蔗實生苗F1群體進行抗梢腐病性分析，證明了傳統的甘蔗雜交育種方法能夠選育出抗梢腐病材料。目前，我國主要還是從常規育種各系圃篩選抗梢腐病甘蔗新品（系），而隨著基因工程技術的日益成熟，利用甘蔗遺傳多樣性進行分子抗甘蔗梢腐病育種工作同樣有著巨大的發展空間[7]。

5 我國甘蔗梢腐病研究存在問題與展望

一直以來，人們總是忽視甘蔗病害對甘蔗生產的影響，甘蔗病害的研究與防控工作重視度不夠，從而導致病害的流行。近年來，我國甘蔗梢腐病開始呈現全年流行的趨勢，對甘蔗生產造成巨大損失[41]。但是，我國對甘蔗梢腐病的研究工作才剛剛起步，分子生物學研究還相對薄弱，尚未找到控制梢腐病的有效方法，抗梢腐病育種工作滯后，梢腐病快速診斷和抗性鑒定技術相對落后。因此，進一步優化完善梢腐病快速診斷和抗性鑒定技術，深入開展甘蔗梢腐病病原菌及致病基因鑒定和甘蔗抗梢腐病種質資源篩選及抗病基因鑒定，加強抗梢腐病育種工作，提高抗病育種能力，將是今后甘蔗梢腐病研究工作的重點[12]。