甜菜根瘿瘤畸形病

朱丰梅 ，吴则东

（1.甘肃省武威市凉州区洪祥镇人民政府农业技术推广站，武威733000；2.黑龙江大学农作物研究院/中国农业科学院甜菜研究所；3.中国农业科学院北方糖料作物资源与利用重点开放实验室，哈尔滨150080）

甜菜根瘿瘤畸形病

朱丰梅1，吴则东2，3*

（1.甘肃省武威市凉州区洪祥镇人民政府农业技术推广站，武威733000；2.黑龙江大学农作物研究院/中国农业科学院甜菜研究所；3.中国农业科学院北方糖料作物资源与利用重点开放实验室，哈尔滨150080）

综述了甜菜根几种瘿瘤畸形病的症状，及引起瘿瘤畸形病的几种病原菌特征及其鉴定。

甜菜根；瘿瘤畸形病；病原菌；鉴定

甜菜是世界重要的糖料作物，发生的病害影响其根系发育、使组织损伤，导致含糖率或糖产量降低。在诸多病害中，甜菜根瘿瘤畸形病是比较少见的，该病变是由几种病原菌引起，其症状表现为根表面生长多个结节、瘿瘤，在极端的情况下，根与大量的肿瘤变为极度畸形。有时这种疾病会与根瘤菌引起的根结节（农杆菌的异名）混淆。本文综述了引起甜菜根瘿瘤畸形病的不同病原菌及其区分鉴定。

1 甜菜根瘿瘤畸形病的发现和检测

1.1 大田观察及甜菜损失

2014和2015年在科沃达瓦发现甜菜根严重的瘿瘤症状，这些瘿瘤不规则，或在整根或在根冠上部。如果整根畸形，那么瘿瘤就比在上部位置的大得多。如果瘿瘤只在根冠部，那么瘿瘤的量多而体积小。瘿瘤病使甜菜根产量和品质表现比健康根差一些，含糖率降低0.97～1.54度，产糖量降低12.53%～15.55%，K含量增加4.4～12.7 mmol/kg，Na 含量增加 2.1～2.7 mmol/kg，α-N 增加 0.8～1.9 mmol/kg[1]。

1.2 实验室鉴定

甜菜瘿瘤病在畸形组织中存在的细菌已分离。根据文献属于黄杆菌属（Xanthomonas）。将黄杆菌属（假设的病原菌）在下列特异性生长培养基培养：King B、营养琼脂（NA）、NA+0.5%酵母提取物（YNA）、YNA+1.0%蔗糖、酵母葡萄糖琼脂、蔗糖蛋白胨琼脂和麦芽汁琼脂。在28℃每天24h培养5d观察菌落形态，分离出的细菌可生产黄色色素，其特征与文献[2]的描述一致。初步进行了宏观和微观的以及生化反应（氧化酶、过氧化氢酶、脲酶、硝酸还原反应、H2S蛋白胨、吲哚，产酸量：葡萄糖、甘露糖、半乳糖、纤维二糖、乳糖、麦芽糖和木糖）研究，由API 20E和ID 32GN鉴定为革兰氏阴性，属于：假单胞菌（Pseudomonas spp.）和Pantonea spp.。然而，对分离的细菌没有被确定为黄杆菌（Xanthomonas）。最初的实验室试验并不能证明检测到的细菌即是引起甜菜根瘿瘤病的病原菌，因而需要详细研究其他文献。

2 引起口袋病（pocket disease）的Xanthomonas beticola

2.1 口袋病的特征

根据文献，首先，根据症状和植物疾病手册分类为甜菜结节病或黄杆菌属（Xanthomonas）瘿瘤。多年来该病没有再研究过，所有的描述似乎都是来自同一处信息的复制品。假设的由X.beticola引起的病原菌却不存在。而调查的结果，最多的描述是X.campestris pv.betae或Pantoea sp.，而没有X.beticola[3]。所描述的X.beticola病的名字在波兰是“'tuberkuloza”，在美国称为口袋病（pocket disease）[4]。与Benada等著的《甜菜病虫害手册》描述的X.beticola相同，该细菌的特点是需氧、革兰氏阴性，有鞭毛，无芽孢杆，大小：0.6～0.8μm×1.5～2.0μm；能溶解明胶，使牛奶凝结、产生黄色菌落，减少硝酸盐，在蛋白胨液体和明胶培养基产生吲哚；也可使用一定数量的糖作为营养来源并生产酸。最适生长温度为29℃，最大39℃，最低1.5℃；最佳pH值6.5，最小pH为4.5～4.8、最大pH为9.0～9.5。该细菌不耐霜冻但容易在干燥的条件下生存，可坚持在土壤中长时间保持致病性能甚至长达14年，细菌通过植物伤口侵染，且喜欢湿土。口袋病与农杆菌瘿瘤不同，口袋病不规则的瘿瘤连在甜菜根冠上[1，5]；农杆菌（A.tumefaciens）形成的瘿瘤其组织桥狭窄，而X.beticola形成的瘿瘤其组织桥几乎像瘿瘤那么宽。X.beticola可造成食用甜菜、糖甜菜及饲用甜菜产生结节。该病发生在美国，在俄罗斯联邦以及摩尔多瓦、格鲁吉亚、亚美尼亚和乌克兰普遍发生。较高的温度和空气相对湿度（90%以上）有利于细菌感染的发育。该病发病率可达17%～21%（亚美尼亚的数据），病变的根含糖大大降低，块根在继发感染的影响下腐烂很快。该病的控制需要优化农业措施，包括作物轮作，种植相对抗病品种，小心去除植物残留物，用杀虫剂处理种子和植物[6]。自然感染食用甜菜，人工接种感染饲用甜菜和糖甜菜的试验表明，由X.beticola引起的甜菜瘿瘤病是属种子传播，但大田条件只有1.9%～7%，也可通过土壤侵染，尤其是受伤的根。

2.2 对口袋病的认识过程

细菌口袋病发生在美国的科罗拉多、马里兰州、密歇根州、新墨西哥州、犹他州、弗吉尼亚州、威斯康星州和怀俄明州。本病又称细菌性溃疡病，是由X.beticola引起[1]。该病长期在土壤中生存，通过根或根冠附近的伤口进入根。细菌分布在土壤中可随灌溉水和机械移动。瘿瘤能在地面根冠上生长也可在叶柄和根下发生。瘿瘤的中央部分被水浸泡状、变黄。当瘿瘤大小增加时，就会变得粗糙和龟裂。X.beticola引起的病在后期甜菜叶片数目增多。值得注意的是，甜菜瘿瘤病第一份数据发生在20世纪初的美国。在1910—1912年美国收集的甜菜表现出一定的根冠瘿瘤，这被认为是根冠瘿瘤（农杆菌瘿瘤），但许多没有表现出典型的根冠瘿瘤特征。瘿瘤由结节开始，看起来像是种植伤口。有些瘿瘤或多或少呈光滑球形，看起来更像根冠瘿瘤。当横切瘿瘤时里面有一定的棕色区域。产生甜菜结节的病菌早在1911年命名为Bacterium beticolum，疾病被命名为细菌囊病，1913年将该微生物称为B.beticola。B.beticola为短的可动的杆形，通常成对，但也可单独发生，或团块或6～10细胞连在一起。其生长中的菌落呈黄色，在大多数介质中都可传播。细菌是革兰氏阴性，使硝酸盐还原为亚硝酸盐，还原亚甲基蓝，不产生吲哚，慢慢液化明胶。属于伤口寄生，能刺激结节形成变色瘿瘤（通常包含棕色区域的流体腔）。口袋病的结节可在甜菜和观赏甜菜由创伤接种而再生。尽管该病外观很像根冠瘿瘤，但可通过副产物、是否有口袋、内部组织有变色很容易地与之区分。典型的根冠瘿瘤组织通常是白色和健康的，这种疾病只发生在富含氮肥的土壤中[1]。

2.3 Xanthomonas beticola的真实性探寻

黄杆菌属（Xanthomonas）植物病原细菌通常在介质中含有黄色色素，该菌能引起世界性分布植物的多种疾病[1]。X.beticola已在国家植物病原细菌（NCPPB）采集登记[7]，在1966年有两株细菌添加到采集中。X.beticola菌株NCPPB 1831号于1927年在美国由H.A.Elcock从Beta vulgaris分离。细菌的致病性被确认之前初始冷冻干燥，但培养的真实性是不确定的。这两菌株可能不是黄杆菌属（Xanthomonas），名字也不合法（NCPPB），通过脂肪酸分析验证两菌株NCPPB 1831和1927的真实，它们是小芽孢杆菌（Bacillus pumilus）而不是X.becticola。对Xanthomonas spp.的X.beticola进行追踪调查[1]。该病菌来源于细菌学系普通培养收集，在加州大学戴维斯致病菌国际采集（ICPB）保存。由于培养皿编号导致错误。编号ICPB XB 109目前应属于X.campestris pv.Betlicola，其寄主植物是Peper betle[8]。后来X.beticola在1984年出现在乌克兰。有人描述该病原菌和根癌农杆菌的特性。将X.beticola用于测试搜索短小芽孢杆菌（Bacillus pumilus）的抗菌性[9]。近年来在俄罗斯没有人见过口袋病（俄语“tuberkulez korneplodov”），老文献说该病在亚美尼亚是最有害的。与甜菜相关的其他黄杆菌是X.campestris pv.betae，可导致叶斑病。其他已知的菌株名称是X.pv.betae或X.axonopodis pv.betae。在巴西发现X.beticola非典型的痕迹。Lordello等测定菊芋（Cynara scolimus L.）病株的X.beticola var.cynarae n.var.，但没有接种试验，试图清理可能存在的致病性[1]。

3 引起甜菜瘿瘤病的其它病原菌

3.1 引起甜菜结节瘿瘤病的Pantoea agglomerans pv.betae

然而，如今更多的是P.agglomerans pv.betae在东欧引起甜菜瘿瘤病的原因，尤其是乌克兰和俄罗斯。P.agglomerans也从甜菜根内部分离，症状类似根腐病，P.agglomerans也被记录为其他植物的坏死性病原体，尤其是在乌克兰的大豆植物[10]。在甜菜口袋病研究中出现的问题是P.agglomerans和相关的种广泛自然发生，加之它几乎存在于所有的植物上，并与其他细菌侵染和发病有关。伊格纳托夫强调P.agglomerans侵染25%的Xanthomonas spp.和Pseudomonas spp.，但只有10%的这些菌株显示过敏反应，甚至较少的数量对寄主植物有较高的毒力。说明P.agglomerans对环境和宿主要求很严，例如，一些P.agglomerans可以发生在温度高于25℃和特定寄主上[11]。P.agglomerans pv.betae作为甜菜寄生菌，该细菌是革兰氏阴性，无荚膜，不形成芽孢，属非产芽孢厌氧菌，具可活动的棒。它能够在伤口部位形成瘿瘤，主要在茎的冠部区域。P.agglomerans pv.betae的寄主是Beta vulgaris和Gypsophila paniculata。P.agglomerans pv.gypsophilae使Gypsophila致病而引起甜菜过敏反应。毒力基因必须将该附生细菌转化到植物病原菌并与寄主成分相互作用，不过此工作尚未完成。P.agglomerans pv.betae生长素和细胞分裂素的生物合成途径被确认，二者生物合成途径失活引起瘿瘤变小但并未消除瘿瘤产生。通过hrp基因簇突变使瘿瘤完全抑制，证明效应器III是瘿瘤形成的关键。观察表明，致病活性的模式是由于病原菌与寄主植物产生的质粒（pPATH）、hrp基因簇、毒力效应器III和植物激素，因为通过植物反应生长调节剂合成诱导效应器III使瘿瘤形成[5，11]。数据表明瘿瘤形成的关键是由寄主植物分泌的植物激素，由病原体产生的物质并不是瘿瘤所必需的[1]。对于该病的控制：使用无病原体植物，搞好环境卫生[11]。还没有抗性品种可用，但将PtHg（Gypsophila致病基因）导入到P.agglomerans pv.betae可使甜菜致病变种引起过敏性反应而替代甜菜瘿瘤。PtHg蛋白作甜菜Avr蛋白的功能表明该寄主具有抗性基因识别PtHg蛋白作用。过敏性反应也在其他的甜菜品种产生，这表明，在属内抗性蛋白是保守的。

3.2 引起甜菜根瘿瘤的Bradyrhizobium betae sp.nov

Rivas等人从两株变形植物瘿瘤中分离出几种内生缓慢生长的细菌。DNA区域编码16S rRNA的系统发育分析表明，这些菌株属于慢生根瘤菌属（Bradyrhizobium）。16S～23S rDNA基因间隔区序列分析表明，这些新的菌株形成一个不同于先前描述的所有慢生根瘤菌属（Bradyrhizobium）的种群。本属目前包括4个种，在几个豆类能够产生根瘤。Rivas等人建议，根据表型和分子分类方法，这些菌株代表了慢生根瘤菌属的系统发育与B.japonicum相似。提出的名称B.betae sp.nov.为慢生根瘤菌属的新种[12]。

3.3 引起甜菜根瘿瘤的Urophlyctis leproides（Physoderma leproides）

甜菜冠瘿瘤病为Urophlyctis leproides（Physoderma leproides）侵染甜菜Beta vulgaris发育而来。疾病的症状是根冠和根长疣[13]。这是1894年在阿尔及利亚第一次报道，自那以后，在阿根廷、意大利、西班牙、英国、巴勒斯坦和美国有记录。该病在2003—2005三年收获期间在埃及尼罗河三角洲的3个地点不同的甜菜品种观察到。该病发病率由2003的1%上升至2004的2%和2005的3%。该病表现典型的根冠症状，偶尔发生在叶柄和叶片。发病叶片和叶柄表现为畸形瘿瘤，瘿瘤为绿褐色、外表粗糙。冠瘿瘤大小为1～10cm。这些瘿瘤为球形，绿色，随着年龄变黄色到褐色，其狭窄的基部附着于寄主上。以单独或复合形式发生。通过根冠瘿瘤组织切片显示腔由厚壁孢子囊（休眠孢子）填充包围。孢子囊呈浅褐色，球形至卵圆形或凹形。当瘿瘤分解时休眠孢子囊释放到土壤，可在土壤中检测到。这种疾病的症状出现在侵染后11d，未接种的对照植株没有症状。最后的孢子囊分离成熟瘿瘤组织[14]。

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Galls Malformation Disease of Beet Root

ZHU Feng-mei1,WU Ze-dong2,3*
（1.Agrotechnical Station,People's Government of Hongxiang Town,Liangzhou District,Wuwei 733000,Gansu;2.Crop Academy of Heilongjiang University/Sugar Beet Research Institute of Chinese Academy of Agricultural Sciences,Harbin 150080;3.Key Laboratory of North Sugar Crop Resource and Utilization,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Harbin 150080,Heilongjiang）

This paper reviewed symptoms,characteristics and identification of pathogen of several galls malformation disease in beet root.

beet root;gall malformation disease;pathogen;identification

S435.663

B

1007－2624（2017）06－0071－03

10.13570/j.cnki.scc.2017.06.022

2017-04-29

国家现代农业产业体系资助。

朱丰梅（1979-），女，助理农艺师，主要从事农业技术推广及病虫害防治工作。

吴则东（1972-），男，副研究员，博士，主要从事甜菜遗传及分子育种的研究。Email：wuzedong1972@qq.com