鄭澤洋姚榮升劉振盼孫 俊張 悅王克瀚王學文尤文忠

(遼寧省經濟林研究所,遼寧 大連 116000)

人參(PanaxginsengC.A.Meyer)為五加科人參屬多年生草本植物,具有提高免疫力、抗腫瘤、抗衰老等藥用價值,被譽為“百草之王”。作為我國珍貴的中藥材之一,野生資源日益匱乏,野山參產量已無法滿足市場需求,目前人參栽培產業(yè)主要依靠人工種植。據(jù)不完全統(tǒng)計,我國林下參和園參栽培面積均已超過3.33萬hm2[1],然而大面積栽培導致病害發(fā)生嚴重,諸如銹腐病、黑斑病等病害造成植株大面積死亡,對人參產業(yè)造成嚴重經濟損失[2]。目前已報道人參病害幾十種,但未見病害的系統(tǒng)性報道,本文對人參病害種類進行總結,旨在使廣大科研工作者能夠明確病害的類型、病原及危害。人參病害癥狀具有相似性,參農易混淆而錯誤鑒定病害,從而使用無效藥劑防治,造成不必要的損失,因此對我國人參主要病害癥狀、發(fā)病規(guī)律及相關研究進展進行闡述,以期為病害鑒別及人參產業(yè)的健康發(fā)展提供理論指導。

1 人參主要病害及其危害

目前文獻報道的人參病害共32種,其中真菌病害有23種,細菌病害3種,病毒病4種,寄生性植物和線蟲病各1種,主要分布在韓國、日本及我國東北地區(qū)。人參病害類型、病原及危害部位如表1所示。

表1 人參病害的種類及其危害

1.1 人參銹腐病

人參銹腐病菌早期被鑒定為毀滅柱孢菌(Cylindrocarpondestructans)[49],但傅俊范、呂國忠和嚴雪瑞等發(fā)現(xiàn)該病害還可由多種柱孢菌(C.destructansvar.destructans,C.didymium,C.obtusisporum,C.panacicola,C.panacis)及多種土赤殼菌(Ilyonectriarobusta,I.pseudodestructans,I.morspanacis,I.communis)引起[12,14～15]。該病害在人參播種到收獲整個生長周期均可發(fā)生,主要危害人參的根部、蘆頭和芽苞。根部發(fā)病時表皮出現(xiàn)銹色病斑,并逐漸向內擴展,導致根部腐爛,地上部植株矮小,葉片褶皺不平并呈紅色或黃色,直至枯死。蘆頭和芽苞受害時,形成紅褐色病斑,造成參苗死亡[50]。病原菌在土壤中越冬,成為次年病害的初侵染源,病根內形成厚垣孢子,在春季土壤解凍后萌發(fā),從傷口或根痕處侵染根部,引起根部腐爛。病原菌具有潛伏侵染的特性,當參根健壯時,病菌長時間潛伏在人參根系中;當根勢較弱、濕度適合時,病原菌開始侵染從而導致人參發(fā)病。發(fā)病率隨參齡和土壤濕度增加而升高,因此黑色腐殖土的發(fā)病率顯著高于沙土[51]。

1.2 人參黑斑病

人參黑斑病由人參鏈格孢菌(Alternariapanax)引起,常年發(fā)病率在20%～30%之間,嚴重時發(fā)病率可達90%以上[7]。該病害主要為害葉、莖、花梗及果實等地上部位,導致人參提前落葉,參籽不結實,嚴重時造成大面積絕產。發(fā)病時葉片產生水漬狀褐色病斑,病斑中心顏色較淺,逐漸擴展到葉柄導致葉片脫落。莖部產生長條斑,病部凹陷并產生黑色霉層,發(fā)病后期植株從凹陷處折斷,植株逐漸萎蔫。為害花梗和果實后,花序枯死,果實與參籽

干癟形成“呆干籽”現(xiàn)象,表面形成不規(guī)則水漬狀褐色病斑并著生黑色霉層[52]。王崇仁等通過對遼寧地區(qū)黑斑病侵染和發(fā)生規(guī)律調查發(fā)現(xiàn),病原菌在病殘組織、覆蓋物和土壤中越冬,翌年春引起初侵染,在氣候條件適合時可發(fā)生多次再侵染。病原菌產生分生孢子通過風、雨水傳播,從氣孔、皮孔侵入植物體內,在田間具有典型的發(fā)病中心,造成病害流行。莖部病斑多發(fā)生在5月中下旬,葉部病斑多發(fā)生在5月下旬～6月上旬[7]。

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1.3 人參立枯病

人參立枯病是由立枯絲核菌 (Rhizoctoniasolani)引起的苗期病害之一,又稱“抽死病”、“土掐病”。發(fā)病率一般在15%左右,發(fā)病嚴重的參地可達60%以上,造成參苗大面積死亡。病菌為害植株莖基部,即距表土3～5 cm的干濕土交界處,病部產生凹陷的黃褐色病斑并深入莖內,引起莖部倒伏,輸導組織被阻斷從而無法傳輸營養(yǎng)和水分到幼苗上部,造成幼苗萎蔫死亡[33]。病原菌以菌絲體和菌核在病株殘體或土壤中越冬,成為翌年病害發(fā)生的初侵染源。一般在5月開始發(fā)病,6月下旬至7月初達到盛期,隨幼苗逐漸木質化,發(fā)病率逐漸降低。在低溫多雨的條件下,土壤黏重、排水不良的參地發(fā)病較重,病原菌借助雨水、土壤中的流水、農事操作傳播,從傷口或直接侵入幼苗莖部[53]。

1.4 人參灰霉病

1984年白容霖等在吉林省首次發(fā)現(xiàn)人參灰霉病,經鑒定病原是灰葡萄孢(Botrytiscinerea),參地一般發(fā)病率為15%～30%,嚴重地塊可達50%以上[9]。該病害主要為害人參葉部、莖、花和果實,嚴重時也為害根部,發(fā)病時葉片產生水漬狀灰褐色斑點,從葉尖和葉緣呈倒“V”形擴展,而后形成灰色霉狀物,后期病斑壞死,易破碎形成穿孔狀[54];莖部由水漬狀小斑點逐漸擴展成不規(guī)則的大斑點,后期病部組織枯死并產生灰色霉層;花梗、柱頭和花瓣被侵染后,病斑向果實擴展導致果實不能成熟結籽;為害根部后,芽孢出現(xiàn)褐色斑點,主根內部軟腐,病部產生灰色霉狀物[5]。病原菌以菌絲體、菌核在病株殘體和土壤中越冬,翌年春菌絲萌發(fā)形成大量分生孢子,經空氣、雨水、昆蟲媒介和人為因素傳播,通過傷口、自然孔口或直接侵入寄主,并產生分生孢子進行再次侵染。空氣濕度高、參地低洼積水等氣候條件可導致多次重復侵染[55]。

1.5 人參疫病

人參疫病是由惡疫霉菌(Phytophthoracactorum)引起[28]。主要為害人參的根、莖、葉,在整個生長周期均可發(fā)病。發(fā)病時葉片出現(xiàn)水漬狀病斑,如同開水燙過般呈透明狀,葉柄枯萎下垂,俗稱“搭拉手巾”;莖部呈軟腐倒伏狀,病原菌從莖部擴展至根部,根表皮濕腐,內部出現(xiàn)黃褐色花紋[56]。病原菌以卵孢子在土壤或病株殘體上越冬,成為翌年病害發(fā)生的初侵染源。而無性繁殖產生的游動孢子則引起再侵染。病原菌通過接觸傳播造成病害在土壤中蔓延,也通過風、雨水和農事操作傳播引起病害的擴散。陰雨潮濕、栽培密度過大、通風不良、土壤板結等條件易造成病害流行,夏季6～8月一般為發(fā)病盛期[57]。

1.6 人參根腐病

人參根腐病是由多種鐮刀菌引起的土傳病害之一,主要病原菌為腐皮鐮刀菌(Fusariumsolani)和尖孢鐮刀菌(F.oxysporum)[25],還可由F.acuminatum、F.cerealis、F.equiseti、F.redolens等 鐮 刀 菌 引 起[22～24,26],田 間 發(fā) 病 率 為30%左右,隨參齡增加而發(fā)病率逐漸升高。人參根部包括蘆頭、主根、側根及須根都可被侵染,發(fā)病初期植株地上部癥狀不明顯,后期葉片顏色逐漸變黃,地下根部變黑腐爛呈槽朽狀,只?？盏谋砥?最終導致人參死亡[58]。病原菌以菌絲體在病株殘體或土壤中越冬,翌年分生孢子萌發(fā)通過傷口或直接侵入根部。在高溫高濕條件下,傳播媒介土棲螨害蟲啃食參根造成傷口,同時害蟲攜帶的大量病原菌也為病害流行創(chuàng)造了有利條件[59]。

1.7 人參菌核病

人參菌核病是由人參核盤菌(Sclerotiniaginseng)引起的人參根部病害之一[36],車喜慶等對吉林省集安市、撫松縣、遼寧省桓仁縣等人參主產區(qū)進行病害調查,發(fā)現(xiàn)主產區(qū)平均病田率為90%,平均病株率達到5.7%,已嚴重制約人參產業(yè)的發(fā)展[60]。病害為害3年生以上的人參根部,嚴重時導致根部腐爛,植株死亡。發(fā)病初期,地上部外觀和健康植株無明顯區(qū)別,而根部表皮著生白色絨毛狀菌絲,內部逐漸軟化、腐爛,后期可見表皮內外的黑色顆粒狀菌核[61]。王崇仁等通過對病原菌侵染循環(huán)研究發(fā)現(xiàn)病原菌以菌核在病根或土壤中越冬,翌年春菌核萌發(fā)形成菌絲侵染根部,病害通過病根與健根接觸傳播,從而造成大面積發(fā)生。該病原菌屬于低溫型真菌,在4～5月進入發(fā)病盛期,夏季6～8月因溫度升高病害停止而進入越夏階段,而在9～10月溫度降低后重新萌發(fā)進行二次侵染[62]。

1.8 人參紅皮病

人參紅皮病是影響人參生產的主要病害,嚴重參地發(fā)病率在80%以上,患病人參加工難度大,商品參等級降低,造成嚴重經濟損失。發(fā)病時植株莖、葉、花和果實外觀正常,而根部表皮出現(xiàn)不規(guī)則的銹色病斑,表皮粗糙并縱向開裂,但內部組織正常,由于其癥狀顏色與水稻的銹根相似,顧又稱“水銹病”[63]。趙日豐等發(fā)現(xiàn)病根總皂苷、總糖量、氨基酸等含量減少,而還原糖及金屬元素Fe、Al含量增加,表明人參代謝、生理生化過程受到影響[64]。目前有關人參紅皮病的發(fā)病機理存在不同觀點。多數(shù)學者認為該病害屬于非侵染性病害,因為患病植株僅有癥狀,無病征,且在田間呈均勻分布,無發(fā)病中心,發(fā)病原因一是土壤條件導致Fe、Al等多種金屬元素含量升高,二是人參長期處于金屬離子脅迫下進行的應激保護反應[65]。也有部分學者認為該病害屬于侵染性病害,因為在感病人參中分離得到多種病原真菌,并經誘導后可導致人參根部形成紅皮癥狀[17～18]。

2 人參病害防控

2.1 病害快速檢測技術

通過分子手段檢測土壤中的病原菌,及時做好病害預防,可避免病害爆發(fā),減輕病害造成的損失。李萌等通過設計一對特異性引物YB-00394F/R,通過常規(guī)PCR可快速檢測土壤中6種惡疫霉菌[66]。高宇等通過建立多重PCR可同時檢測出含根腐病、銹腐病和立枯病菌的帶菌土壤,對人參種植地的選取和病害預防提供技術支撐[67]。Jang等通過ITS和Dest引物建立巢式PCR能夠特異性地、快速檢測土壤中的銹腐病菌,該方法有利于參農提前做好預防措施[68]。韓國科研人員也根據(jù)多種人參病原菌基因組信息設計出具有特異性地的專利引物,并逐漸應用于人參病害早期檢測。

2.2 抗病基因挖掘

利用人參系統(tǒng)抗病性,挖掘抗病基因具有重要意義,其中NBS類抗病基因已被發(fā)現(xiàn)具有重要作用,初旸等通過對人參全基因組草圖分析,成功預測1 652個抗病基因,其中NBS-LRR類基因73個,并在銹腐病菌誘導人參NBS-LRR類抗病基因表達模式中發(fā)現(xiàn),活性氧迸發(fā)、細胞程序化死亡等應激類相關基因表達量增加,皂苷合成酶基因表達上調,表明在抗銹腐病菌中出現(xiàn)協(xié)同表達作用[69]。Pulla等從人參中克隆得到了含幾丁質酶的Pg-Chi-1基因,并發(fā)現(xiàn)在金屬離子、氧化和病原生物脅迫下,其在根部的表達量顯著上調,表明PgChi-1基因通過上調表達來保護人參應對脅迫壓力[70]。以病原菌為研究對象,通過基因敲除等手段尋找致病基因,可為開發(fā)新型殺菌劑提供潛在的靶標位點。陳虎臣通過敲除灰葡萄孢菌中的BcSpd1基因,發(fā)現(xiàn)突變體不僅在生長、菌核和侵染結構形成方面受到抑制,并且對人參等多種植物的致病力顯著降低[71]。

2.3 病害藥劑防治

人參病害具有發(fā)病快、擴散性強等特點,對種植業(yè)造成毀滅性打擊,目前已通過室內和田間防治陸續(xù)篩選出代森錳鋅、多菌靈等幾十種具有顯著抑菌作用的化學殺菌劑。但陳炳蔚等發(fā)現(xiàn)由于長期使用單一殺菌劑導致灰霉病對多菌靈已產生極強抗藥性,不僅對病害防治無效,而且還會造成農藥殘留[72]。隨著人參生態(tài)種植理念的提出,人們逐漸意識到生物防治的重要性,現(xiàn)階段已從根際土壤或植物內生菌中分離出較多具有抑菌作用的生防真菌、細菌和放線菌,并逐漸替代化學殺菌劑,被廣泛應用于田間防治。Tian等從根際土壤中分離得到解淀粉芽孢桿菌TB6,將該菌株施用于2年生人參,不僅能夠顯著降低土壤病原真菌豐度,改善土壤脲酶等酶活性,還能夠促進根系生長[73];Park等從山參分離得到桔綠木霉PG87,發(fā)現(xiàn)該菌株對6種人參病原菌具有顯著拮抗作用,并且能夠減輕灰霉病和銹腐病的癥狀,誘導人參皂苷的合成[74];Qi等從人參根際土壤中分離出弗蘭克氏菌F1,菌株發(fā)酵液對根腐病菌和銹腐病菌菌絲生長抑制率達到80.6%和71.1%,對孢子萌發(fā)抑制率達到87.0%和78.6%,菌株粗提物能夠破壞病原菌細胞膜,降低其還原糖和可溶性蛋白的能力,菌糠施入土壤能夠改善理化性質和肥力,增加有益微生物豐度[75]。

3 小結

我國人參栽培面積和產量位于世界前列,但出口量相對較小,呈現(xiàn)“產量大、產值低”的現(xiàn)狀[76]。人參農藥殘留不達標時有發(fā)生,已嚴重影響我國人參在國際市場的聲譽。通過對人參所有已報道的病害進行總結分析發(fā)現(xiàn),部分病害可由十幾種病原菌引起,而且存在同一種病原引起不同病害的現(xiàn)象。在我國人參栽培中主要有銹腐病等8種病害制約產業(yè)發(fā)展,但由于栽培者對病害癥狀和發(fā)病規(guī)律尚不了解,常常因病害鑒定錯誤而使用無效藥劑或未在正確時間進行防治,造成嚴重損失。

現(xiàn)階段人參病害中化學防治仍占主導地位,但化學農藥使用不當易造成農藥殘留,且長期使用易導致病原產生抗藥性,因此尋求化學殺菌劑的替代品成為人參病害防治的研究重點。生防菌由于具有無污染、無殘留、促生增產等作用已逐漸被開發(fā)并廣泛應用于人參病害防治上;隨著分子生物學的發(fā)展,基于多種PCR的病害檢測技術逐漸應用于病害防治。通過挖掘出人參抗病基因和病原致病基因,有利于定向選育出抗病品種,明確病原的致病機理,但該類研究相對較少,還需要進一步加強。