甘蔗梢腐病研究现状与展望

郭 强，马文清，唐利球，秦昌鲜，陈海生

（广西南亚热带农业科学研究所，广西 龙州 532415）

甘蔗梢腐病（Sugarcane pokkah boeng disease）于1896年首次发现于爪哇地区的主栽品种POJ2878上，之后随着POJ2878的广泛推广，甘蔗梢腐病几乎传遍了全世界所有甘蔗种植国家和地区[1-2]，目前，甘蔗梢腐病俨然发展成为一种世界性的真菌病害[3-4]，对蔗糖产业造成了巨大损失。在印度，甘蔗梢腐病发病率达到51.4%，导致甘蔗减产24.9%，每年造成损失达到250亿卢比[5-7]；我国各甘蔗种植区也普遍发生了甘蔗梢腐病危害，尤其是广西蔗区危害极为严重[8-10]。黄鸿能[11]调查发现，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减产1 000～2 000 kg，平均蔗糖分下降0.56%。据张玉娟[12]研究报道，甘蔗梢腐病对新台糖系列品种危害较为严重，尤其是ROC23、ROC25和ROC26，发病率高达70%～80%。目前，防治甘蔗梢腐病最经济有效的方法就是选育抗梢腐病的甘蔗新品种，而我国对于甘蔗梢腐病及其抗病育种的研究基础非常薄弱。本文就甘蔗梢腐病的发生与危害、病原菌、抗病机制和抗性鉴定技术、综合防治和抗病育种，以及我国甘蔗梢腐病研究中存在的问题进行评述。

1 甘蔗梢腐病的发生与危害

1.1 甘蔗梢腐病的发生

梢腐病最早发现于印尼爪哇，因此被命名为“Pokkah boeng”，其含义是指生长畸形或扭曲不正的梢部[13]，也就是说甘蔗梢腐病主要危害甘蔗的梢部幼嫩叶片，引起梢部叶片扭曲、畸形，严重时整个梢部坏死[4，14]。甘蔗梢腐病主要发生在6～9月份，此时期气温高，雨量充足，蔗农大量施用氮肥等条件非常有利于甘蔗生长，但同时也极易引起甘蔗梢腐病的大规模爆发[15-16]。因此，许多专家将甘蔗梢腐病戏称为“富贵病”。近年来，经调查发现在气温较低的秋冬季节也发生了甘蔗梢腐病的危害[17-18]。

1.2 甘蔗梢腐病的传播形式

前人对甘蔗梢腐病传播方式看法不一致，Bourne等[19]认为梢腐病是通过钻心虫的幼虫或成虫携带分生孢子进行传播；Martin等[1]、Raid等[2]认为甘蔗梢腐病是以分生孢子形式随气流传播[1-2，16]；Narendra 等[20]认为梢腐病是通过种茎携带病原菌进行传播的；但普遍认可的是气流传播。在高温干燥的气候条件下，分生孢子随风和气流飘散至展开的甘蔗叶片上，等到雨季来临之际，分生孢子又被雨水带到易发病部位。紧接着分生孢子萌发，长出菌丝，菌丝沿着幼嫩叶片边缘穿透内部组织的软角质层，随后菌丝侵染薄壁状细胞，蔓延至嫩茎维管束，最终导致叶片扭曲变形，蔗茎出现阶梯状病变[16，21]。

1.3 甘蔗梢腐病的症状

甘蔗梢腐病的症状非常容易识别。发病早期阶段幼嫩叶片由基部开始出现黄化褪绿，感病叶片扭曲变形，形成褶皱状，整张叶片不能完全伸展开来，叶片缩短；黄化病斑逐渐变为淡红色或红褐色条纹，慢慢的腐烂坏死，最终叶片断裂[16，22]。为害较轻的植株继续生长，新长出的叶片恢复正常。但有时候病原菌从生长点或叶鞘继续侵染蔗茎部位，被侵染的庶茎组织褐化、腐烂，在节部呈暗红色线状条纹，而在节间由表皮向内层凹陷呈阶梯状，形成如刀割状的横向裂口，生长受到阻碍，而未受侵染的健康组织则继续生长，最终导致庶茎弯曲变形，节间缩短；受害严重时，病原菌穿透生长点，致使生长点组织软化褐化，梢部幼嫩叶片畸形坏死，造成顶腐，直至整个植株死亡，这主要发生在一些极易感病的甘庶品种上[15-16，23]。

2 甘蔗梢腐病病原菌

1927年Bolle等首次分离获得了甘蔗梢腐病病原菌，并将其鉴定为镰刀菌（Fusarium），属于半知菌亚门，无性阶段为串珠镰孢菌（Fusarium moniliforme Sheldon），有性阶段为串珠赤霉菌（Gibberella moniliforme Wineland）[24]。能够引起梢腐病的镰刀菌种类繁多，但是目前尚未清楚到底有多少种镰刀菌是甘蔗梢腐病病原[17]。前人已经对镰刀菌进行了大量的研究，F.moniliforme、F.sacchari、F.proliferatum、F.andiyazi、F.verticillioides 和 F.subglutinans均能够引起甘蔗梢腐病[3-4]。

我国关于引起甘蔗梢腐病的镰刀菌研究还是相对较少[25-26]。目前，我国确定的病原镰刀菌主要包括gx1（F.verticillioides）和gx2（F.proliferatum），其中gx1为优势种，占菌株总数的93%，主要在高温、高湿的夏季侵染甘蔗引起梢腐病，危害较为严重；gx2占菌株总数的7%，比较耐低温，主要在冬季侵染甘庶引发梢腐病危害，但致病性较弱[17]。林镇跃等[27]从全国各个植蔗区采集甘蔗梢腐病样品，经分离、纯化获得病原菌株113株，首次阐明了我国甘蔗梢腐病病原菌的多样性，并且率先研发出了一种结合 TaqMan-qPCR的甘蔗梢腐病病原检测方法。

郭强等[15，18]为研究甘蔗梢腐病病原菌的VCG多样性，对采自全国不同植蔗区的30个甘蔗梢腐病菌株进行营养体亲和性研究，结果发现：同一类群gx1或gx2的菌株之间互不亲和，同一地理来源的甘蔗梢腐病菌株之间亦互不亲和，说明引起甘蔗梢腐病的病原镰刀菌存在丰富的 VCG 多样性，群体结构复杂，有待进一步研究。

3 甘蔗对梢腐病抗病机制和抗性鉴定技术

3.1 甘蔗对梢腐病抗病机制

我国对甘蔗梢腐病的研究起步较晚，对于甘蔗对梢腐病的抗病机制尚未明确。因此，甘蔗梢腐病的抗病机制成为了病理学家们的研究热点。病理学家们首先从形态学上研究甘蔗对梢腐病的抗性，据Martin等[1]研究表明，生长较快的甘蔗品种对梢腐病抗性较强，而生长较慢的甘蔗品种对梢腐病抗性较弱。王泽平等[28]从甘蔗叶冠形态上探索其抗病性发现，对梢腐病抗性较强的甘蔗品种株型比较紧凑，叶片呈狭长直立型，脱叶性好；而对梢腐病抗性较弱的甘蔗品种株型披散，叶片呈宽大下垂型，且脱叶性较差。从生理生化方面研究甘蔗对梢腐病抗性尚未见有相关报道，但据吴建明等[29]研究结果表明，赤霉素能够诱导甘蔗节间的伸长，而梢腐病危害致使甘蔗节间缩短，这是否说明赤霉素与甘蔗梢腐病之间存在一定的联系，有待进一步研究证明。

也有学者从环境因素和分子生物学方面研究甘蔗对梢腐病抗性。Lin等[30]利用人工接种法对不同氮肥处理之间梢腐病的危害程度进行研究，结果发现施用尿素处理的甘蔗受梢腐病危害比较严重。郭强等[31]利用根癌农杆菌介导的遗传转化方法，将携带有GFP基因的T-DNA片段整合到甘蔗梢腐病原菌（YN41）中，通过观察甘蔗梢腐病病原菌侵染过程，对甘蔗梢腐病病原菌与甘蔗品种之间的互作机制进了行研究。王鑫等[32]利用T-DNA插入法构建甘蔗梢腐病病原菌CNO-1突变体库，获得了956个突变体，其中T12d、T13a和T16f在甘蔗上几乎丧失了致病性，为进一步研究梢腐病菌与甘蔗的互作机制打下了基础。

3.2 甘蔗对梢腐病抗性鉴定技术

抗性鉴定可分为自然接种法和人工接种法，自然接种法是在自然环境下供试材料的抗性表现；人工接种法通过高浓度病菌胁迫处理，观察供试材料的抗性表现[33]。王泽平等[34]以12个甘蔗新品种（系）为材料，在广西蔗区的6个试验点通过自然接种法观察梢腐病的发病情况，建立甘蔗梢腐病田间抗性评价体系，其田间调查分级标准及田间抗性评价标准见表1和表2。根据其建立的甘蔗梢腐病田间抗性评价体系，对广西蔗区13个推广品种进行田间抗性综合评价，结果发现高抗梢腐病品种2个、抗梢腐病品种9个、中抗梢腐病品种2个[35]。

表1 甘蔗梢腐病田间调查分级标准

表2 甘蔗梢腐病田间抗性评价标准

人工接种法种类繁多，其中包括滴心接种法、喷雾接种法、剪叶接种法和注射接种法等，但对于甘蔗梢腐病接种病原菌只有注射接种法和剪叶接种法效果比较明显。张木清等[36]对注射接种法和剪叶接种法进行了评述，并对这两种方法的发病等级和品种抗性等级进行了划分。王泽平等[37-38]采用注射接种法对18个甘蔗材料进行梢腐病抗性鉴定试验，结果发现，GT37和GT21为感梢腐病材料，Q202和YT94-128为抗梢腐病材料。

4 甘蔗梢腐病的综合防治和抗病育种研究

4.1 甘蔗梢腐病的综合防治

甘蔗梢腐病主要发生在6～9月，此时期气温较高，再加上降雨较多，雨后蔗农大量施用氮肥，综合这样的气候条件促进了甘蔗梢腐病的大规模发生[39]。目前，对防治甘蔗梢腐病的发生尚未找到有效的解决方法。蔗农们运用最广泛、最直接的方法就是喷施杀菌剂，但这样的防治效果并不明显，而且成本较高；另外，通过加强田间管理，氮、磷、钾肥合理施用，合理排灌，降低蔗田湿度，适时进行培土，剥除枯叶、老叶，使蔗田通风透光，充分利用太阳光照，增强蔗株光合作用；甘蔗收获后，适时清理蔗田，也能起到控制病害扩散蔓延的效果[8，23]。但这些方法都未能从根本上防治甘蔗梢腐病。

4.2 抗病育种研究

据Martin等[1]研究表明，甘蔗梢腐病对甘蔗的危害程度与甘蔗品种的生长速度有密切联系，当分生孢子萌发并侵染心叶时，生长快的甘蔗品种受侵染的心叶能够迅速伸展，致使受侵染部位暴露于阳光下，叶面水分迅速蒸发，分生孢子在干燥的环境条件下将会受到抑制，受害蔗株就得以恢复正常生长，大大降低了梢腐病的危害。因此，种植抗病品种是防治甘蔗梢腐病最有效、最经济的方法[40]。目前，我国推广种植的甘蔗品种相对单一，主要以ROC22为主，而其他的一些新品种（桂糖32、桂糖42、桂糖46、柳城05-136等）也得到了相应的推广，而这些推广品种都遭受到不同程度的梢腐病危害。在尚未找到有效的药剂防治甘蔗梢腐病之前，选育抗梢腐病的甘蔗新品种是当前甘蔗育种的一个重要课题。

在我国，由于过去甘蔗种植的粗放性以及甘蔗病害对甘蔗生产的影响甚小，甘蔗梢腐病并未引起人们的重视，在甘蔗育种工作中并未涉及到抗梢腐病品种的选育，也没有设置抗梢腐病性实验的内容，这在世界各甘蔗种植地区是十分罕见的，最终导致我国甘蔗梢腐病的流行[11]。近年来，由于甘蔗梢腐病的大规模爆发，严重影响了甘蔗产量和蔗糖分，人们才逐渐认识到了抗梢腐病育种的重要性。张玉娟等[12]通过对甘蔗实生苗F1群体进行抗梢腐病性分析，证明了传统的甘蔗杂交育种方法能够选育出抗梢腐病材料。目前，我国主要还是从常规育种各系圃筛选抗梢腐病甘蔗新品（系），而随着基因工程技术的日益成熟，利用甘蔗遗传多样性进行分子抗甘蔗梢腐病育种工作同样有着巨大的发展空间[7]。

5 我国甘蔗梢腐病研究存在问题与展望

一直以来，人们总是忽视甘蔗病害对甘蔗生产的影响，甘蔗病害的研究与防控工作重视度不够，从而导致病害的流行。近年来，我国甘蔗梢腐病开始呈现全年流行的趋势，对甘蔗生产造成巨大损失[41]。但是，我国对甘蔗梢腐病的研究工作才刚刚起步，分子生物学研究还相对薄弱，尚未找到控制梢腐病的有效方法，抗梢腐病育种工作滞后，梢腐病快速诊断和抗性鉴定技术相对落后。因此，进一步优化完善梢腐病快速诊断和抗性鉴定技术，深入开展甘蔗梢腐病病原菌及致病基因鉴定和甘蔗抗梢腐病种质资源筛选及抗病基因鉴定，加强抗梢腐病育种工作，提高抗病育种能力，将是今后甘蔗梢腐病研究工作的重点[12]。