党参根腐病的发生及防治现状研究

The Study on the Occurrence and Control of Codonopsis pilosula Wilt

摘要: 党参是我国一种常见的中药材，以根入药，在甘肃省种植面积较广。近年，党参根腐病的发生严重影响了甘肃省党参的质量与产量。本文讨论了党参根腐病对党参造成的危害，并针对其致病真菌尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)的致病机制及防治现状进行初步讨论。目前党参根腐病的防治主要采用物理、化学及生物防治，本文针对党参根腐病的生物防治进行了初步讨论，并针对芽孢杆菌的生防研究及应用进行了概述。

Abstract: Codonopsis pilosula (C. pilosula) is a common Chinese herbal medicine, which is widely planted in Gansu Province. In recent years, C. pilosula wilt seriously affected the quality and yield of C. pilosula in Gansu Province. In this paper, the harm of C. pilosula wilt was discussed, and the pathogenic mechanism and control status of Fusarium oxysporum were preliminarily discussed. At present, physical, chemical and biological control are mainly used to control C. pilosula wilt. This paper discusses the biological control of C. pilosula wilt, and summarizes the research and application of biological control of Bacillus.

1. 党参根腐病的发生

1.1. 党参根腐病的概述

党参(Codonopsis pilosula (Franch.) Nannf.)属桔梗科多年生藤本植物，能健脾益肺、养血生津，常用于治疗脾肺气虚，气血不足，或津伤口渴等 [1] [2] 。甘肃省是中国党参的主要产区，党参种植面积约30万hm²，其产量占国内流通的80%以上 [3] 。目前，党参种植产业成为甘肃部分地区农民重要的收入来源，但党参连作导致土壤中病原菌大量积累，发生了诸多病害，逐渐影响了甘肃党参的产量和品质 [4] 。其中，党参根腐病的发病率较高且危害较重，对党参健康产生了较大威胁 [5] 。

根据根腐病的发病症状，党参根腐病被分为“急性型”和“慢性型”，该两种根腐病分别是由尖孢镰刀菌和锐顶镰刀菌(Fusarium acuminatum)导致的 [4] 。近年来，尖孢镰刀菌引起的“急性型”根腐病发病率高于“慢性型”，发病率可达到70% [6] 。急性型党参根腐病病害最初发生在根部，根部维管束组织发生褐变，但地上部分无任何症状。发病严重后，植株地上部分的叶和茎迅速萎蔫枯萎，最后整株死亡；在严重的情况下，党参的根腐烂直至消失 [4] [7] [8] 。有研究表明，党参根腐病可通过党参根系接触、根状菌索蔓延等方式进行传播，且病害发生后迅速扩散，难以及时发现和控制 [9] [10] 。

1.2. 尖孢镰刀菌的致病机制

尖孢镰刀菌(F. oxysporum)属镰刀菌属(Fusarium. sp)，是一种土传致病真菌，在全球范围内广泛分布，可导致100多种植物发生枯萎病 [8] ，是世界上五大植物病原真菌之一 [11] 。尖孢镰刀菌通过多种致病因子综合作用来侵染植物使其致病 [12] 。有研究表明，尖孢镰刀菌的孢子和菌丝体可以在植物种子或病残体、土壤中越冬，次年通过附着寄主根部表皮或伤口侵染植物 [13] 。尖孢镰刀菌感染的机制证实，植物根尖是尖孢镰刀菌侵入的最初位点 [14] [15] [16] 。尖孢镰刀菌对植物根系分泌物具有趋化性，其孢子在接触根尖分泌物如碳、氮等一些营养物质时萌发，并发育成菌丝。随后，尖孢镰刀菌分泌产生的细胞壁降解酶(Cell wall degrading enzymes, CWDEs)能促使尖孢镰刀菌对植物根系表皮细胞进行渗透或在植物细胞间的生长进入根部皮层 [17] [18] 。尖孢镰刀菌在植物皮质及导管定殖、繁殖并产生植物毒素以帮助入侵 [19] [20] [21] 。尖孢镰刀菌的泛素连接蛋白酶复合体、锌指蛋白转录因子和线粒体载体蛋白等因素被证实是尖孢镰刀菌定殖的关键 [22] [23] 。尖孢镰刀菌定殖于宿主植物细胞后，再通过菌丝生长及毒素的产生与扩散在植物导管内进行蔓延。尖孢镰刀菌在导管中大量生长和繁殖的过程中，其降解植物导管内壁产生的大量化合物会堵塞植物维管束，从而引起植物萎蔫坏死 [24] 。

尖孢镰刀菌还能产生镰刀菌酸(Fusaric acid)、恩镰孢毒素(Enniatin)等多种真菌毒素，从而影响宿主植物的种子萌发和植物生长状况 [25] 。这些毒素的产生与积累往往发生在侵染早期，其与植物根系细胞膜特定蛋白质结合，从而损伤根系细胞来使其发生形态变化，从而为病原菌的定殖提供有利条件 [26] 。尖孢镰刀菌的定殖、蔓延及细胞壁降解酶的共同作用加速了宿主植物导管运输阻塞，并协同真菌毒素的致病作用，迅速导致宿主植物萎蔫、腐烂 [27] 。

2. 党参根腐病的防治现状

2.1. 物理与化学防治

党参种植通常采用育苗栽种的方式，然而起苗易导致党参幼苗出现人为伤口，这是导致病原菌侵染党参的原因之一 [4] 。此外，频繁耕作与降雨等因素均是影响党参根腐病发病的重要因素。因此，选地、整地，育苗拌种，栽植喷沟，叶面喷雾，轮作倒茬等物理方式被用来防治党参根腐病的发生 [4] [28] 。研究表明，采用党参栽培密度75万株/hm²，并同时适当施肥的方式可有效降低党参根部病害的发病率 [29] 。党参种植切忌连作，前茬作物以禾本科为宜，且时间间隔最好在４年以上 [30] 。此外，搭架绑蔓能有效增加田间通风透光、降低湿度，从而有效降低党参病害的发生 [31] 。但以上物理防治方式因其操作繁琐、效率不高而不被农民所推崇。

目前，党参根腐病的防治主要采用化学防治。化学农药具有操作简便、作用效果好等优点被广泛应用于我国中药材病害的防治。据报道，党参种植多采用多菌灵、乙酸铜等进行整地拌土，或用甲基硫菌灵、多菌灵等浸种浸根等方式进行预防 [32] [33] ；党参根腐病发病初期用生石灰或五氯硝基苯配合多菌灵、噻灵·咯·精甲、多抗霉素等化学试剂进行灌根 [33] [34] 。有研究发现，“喷根”技术结合化学试剂能有效改善蘸根、灌根、叶面喷雾带来的操作难、防效差的问题 [6] 。化学防治剂因其防治效果好、见效快被大量应用在农业生产中，但其不规范、无节制的使用造成了农产品农药残留、土壤污染、病原抗性增加等食品安全与环境问题。

2.2. 生物防治

生物农药一种防治效果好、绿色、安全的防治剂，包括植物源、动物源及微生物农药等。植物源农药是指来源于植物的次生代谢产物，能导致害虫拒食、麻醉，从而抑制害虫生长与繁殖或抑制病原菌的生长，因其绿色、环保、对人畜无害等优点在农业推广中应用 [35] [36] 。香芹酚是一种广谱性较强、效果好的植物源农药，已被制成产品投入到市场中。常见的动物源生物农药包括信息素、节肢动物毒素等，通过信息素干扰、诱杀、防御等方式防御害虫侵袭 [37] [38] [39] 。微生物源农药即应用微生物体、其内含物或代谢产物等作用于植物病害。其中，微生物菌体可通过定殖、传播、繁殖等机制作用于病虫害部位，药效持久性强，同时能有效抑制潜伏病原菌 [40] 。有研究表明，多粘类芽孢杆菌(Paenibacilluspolymyxa)、普城沙雷氏菌(Serratia plymuthica)等微生物能有效抑制尖孢镰刀菌引起的根腐病 [41] [42] 。常见的微生物农药包括多抗霉素、苏云金杆菌等 [43] 。此外，微生物以其资源丰富，生长周期短、生产成本低、价格低廉无污染等优点能被广泛应用于商业用途 [44] 。目前的研究发现多株微生物对引起根腐病的尖孢镰刀菌有较好的防治效果，但针对党参根腐病的生物防治应用较少，有待继续开发研究。

3. 芽孢杆菌的生防研究与应用现状

3.1. 生防类芽孢杆菌

微生物杀菌剂因其有益于生态环境及食品安全等优点被研发，是植物病害生物防治研究的重要研究领域。其中，芽孢杆菌因其生长速度快、易于培养，其孢子能适应各种极端环境等特性成为理想的生防菌筛选对象 [45] 。目前研究发现的生防芽孢杆菌主要包括枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)等 [46] 。研究发现，芽孢杆菌的生防作用主要包括拮抗作用、竞争作用、诱导抗性和促生作用几种形式，且通常是两种或多种形式协同作用对植物病原菌发挥作用 [47] 。

生防芽孢杆菌可通过其产生的次级代谢产物能抑制或杀死另一种微生物。有研究表明，解淀粉芽孢杆菌和多粘类芽孢杆菌能通过分泌脂肽类物质、抗菌蛋白、表面活性素或多肽类物质等来抑制尖孢镰刀菌、黑曲霉和稻瘟病菌等多种病原菌引起的植物病害 [48] [49] [50] [51] 。有些生防芽孢杆菌还能分泌脂肽类抗生素、抗菌蛋白等，使植物抗性蛋白基因表达被激活，从而诱导或增强植物抗性 [46] 。研究发现，解淀粉芽孢杆菌产生的Fengycin、Bacillomycin D及Surfactin等多种抗菌物质与植物的抗性有关，这些抗菌物质能够通过协同多种防御信号途径来诱导植物对抗植物病原菌 [52] 。

生防芽孢杆菌菌群可以还通过促进氮固定、磷转化、合成铁载体以及生长素吲哚乙酸(Indole-3-acetic acid, IAA)、细胞分裂素的分泌等多种方式促进植物及其根系的生长，并增强其对植物病原菌的抗性来发挥生物防治的作用 [53] [54] 。研究发现，烟草内生细菌不仅能有效防治烟草黑胫病菌，还能促进烟草种子的萌发 [55] 。高产IAA的根际促生菌大猩猩芽孢杆菌(Bacillus massiliogorillae)在植物根际促生方面也表现出良好的作用效果，这表明根际促生芽孢杆菌产生的IAA与植物生长息息相关 [56] 。

3.2. 生防芽孢杆菌的应用

许多芽孢杆菌制成的生物农药因其绿色安全、无污染、不易产生抗药性等诸多优点，符合食品安全、高质量的要求，具有良好的市场发展潜力。国内针对生防芽孢杆菌已进行较多研究，且已有部分优良的生防芽孢杆菌开始投入使用。目前，研究较多的芽孢杆菌主要有枯草芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus)、解淀粉芽孢杆菌和苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)等 [57] 。在国内，枯草芽孢杆菌生物杀菌剂BS-916、BS-208菌剂、百抗、麦丰宁等多个芽孢杆菌制成的生物农药商品已注册登记并进入市场推广使用 [57] 。此外，三株枯草芽孢杆菌及一株解淀粉芽孢杆菌已在美国获得有限商品化生产应用许可 [58] [59] 。美国研发的芽孢杆菌菌剂GB03对豆类、麦类、棉花及花生等作物的根部病害有较好的防效；FZB24作为植物促长剂能促进观赏性灌木及树苗的生长，并有效防止植物枯萎病及根腐病 [60] 。

4. 展望

党参根腐病的防治主要采用物理防治和化学防治为主。但由于尖孢镰刀菌是土传病原菌，除了用防治剂灌根外的其他防治方式均达不到杀菌目的，而化学农药的大量使用，易造成农药残留超标、水体及土壤污染等诸多问题 [40] 。目前，利用微生物和其代谢产物防治病原菌已经成为新型的、安全、绿色的防治方法。在对植物根腐病的机制研究发现，尖孢镰刀菌的侵染依靠溶壁酶的作用及镰刀菌酸等毒素的产生。FSA是导致植物根腐病的主要原因之一，能引起植物维管细胞褐变和植物坏死，且能对细胞完整性及细胞功能造成影响 [61] [62] [63] [64] 。因此，FSA可作为尖孢镰刀菌致病的关键点，为尖孢镰刀菌的防治机理研究提供了新思路。此外，芽孢杆菌可以产生伊枯草素(Iturins)、泛革素(Fengycins)和表面活性素(Surfactins)等多种脂肽类抗生素，这些脂肽类物质具有不同的抗菌特性 [65] 。基于此，生防芽孢杆菌产生的脂肽类抗生素可作为生物防治剂来防治微生物，可作为新的研究方向来进行防治尖孢镰刀菌引起的党参根腐病。