人参病害研究概述

郑泽洋姚荣升刘振盼孙 俊张 悦王克瀚王学文尤文忠

(辽宁省经济林研究所,辽宁 大连 116000)

人参(PanaxginsengC.A.Meyer)为五加科人参属多年生草本植物,具有提高免疫力、抗肿瘤、抗衰老等药用价值,被誉为“百草之王”。作为我国珍贵的中药材之一,野生资源日益匮乏,野山参产量已无法满足市场需求,目前人参栽培产业主要依靠人工种植。据不完全统计,我国林下参和园参栽培面积均已超过3.33万hm2[1],然而大面积栽培导致病害发生严重,诸如锈腐病、黑斑病等病害造成植株大面积死亡,对人参产业造成严重经济损失[2]。目前已报道人参病害几十种,但未见病害的系统性报道,本文对人参病害种类进行总结,旨在使广大科研工作者能够明确病害的类型、病原及危害。人参病害症状具有相似性,参农易混淆而错误鉴定病害,从而使用无效药剂防治,造成不必要的损失,因此对我国人参主要病害症状、发病规律及相关研究进展进行阐述,以期为病害鉴别及人参产业的健康发展提供理论指导。

1 人参主要病害及其危害

目前文献报道的人参病害共32种,其中真菌病害有23种,细菌病害3种,病毒病4种,寄生性植物和线虫病各1种,主要分布在韩国、日本及我国东北地区。人参病害类型、病原及危害部位如表1所示。

表1 人参病害的种类及其危害

1.1 人参锈腐病

人参锈腐病菌早期被鉴定为毁灭柱孢菌(Cylindrocarpondestructans)[49],但傅俊范、吕国忠和严雪瑞等发现该病害还可由多种柱孢菌(C.destructansvar.destructans,C.didymium,C.obtusisporum,C.panacicola,C.panacis)及多种土赤壳菌(Ilyonectriarobusta,I.pseudodestructans,I.morspanacis,I.communis)引起[12,14～15]。该病害在人参播种到收获整个生长周期均可发生,主要危害人参的根部、芦头和芽苞。根部发病时表皮出现锈色病斑,并逐渐向内扩展,导致根部腐烂,地上部植株矮小,叶片褶皱不平并呈红色或黄色,直至枯死。芦头和芽苞受害时,形成红褐色病斑,造成参苗死亡[50]。病原菌在土壤中越冬,成为次年病害的初侵染源,病根内形成厚垣孢子,在春季土壤解冻后萌发,从伤口或根痕处侵染根部,引起根部腐烂。病原菌具有潜伏侵染的特性,当参根健壮时,病菌长时间潜伏在人参根系中;当根势较弱、湿度适合时,病原菌开始侵染从而导致人参发病。发病率随参龄和土壤湿度增加而升高,因此黑色腐殖土的发病率显著高于沙土[51]。

1.2 人参黑斑病

人参黑斑病由人参链格孢菌(Alternariapanax)引起,常年发病率在20%～30%之间,严重时发病率可达90%以上[7]。该病害主要为害叶、茎、花梗及果实等地上部位,导致人参提前落叶,参籽不结实,严重时造成大面积绝产。发病时叶片产生水渍状褐色病斑,病斑中心颜色较浅,逐渐扩展到叶柄导致叶片脱落。茎部产生长条斑,病部凹陷并产生黑色霉层,发病后期植株从凹陷处折断,植株逐渐萎蔫。为害花梗和果实后,花序枯死,果实与参籽

干瘪形成“呆干籽”现象,表面形成不规则水渍状褐色病斑并着生黑色霉层[52]。王崇仁等通过对辽宁地区黑斑病侵染和发生规律调查发现,病原菌在病残组织、覆盖物和土壤中越冬,翌年春引起初侵染,在气候条件适合时可发生多次再侵染。病原菌产生分生孢子通过风、雨水传播,从气孔、皮孔侵入植物体内,在田间具有典型的发病中心,造成病害流行。茎部病斑多发生在5月中下旬,叶部病斑多发生在5月下旬～6月上旬[7]。

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1.3 人参立枯病

人参立枯病是由立枯丝核菌 (Rhizoctoniasolani)引起的苗期病害之一,又称“抽死病”、“土掐病”。发病率一般在15%左右,发病严重的参地可达60%以上,造成参苗大面积死亡。病菌为害植株茎基部,即距表土3～5 cm的干湿土交界处,病部产生凹陷的黄褐色病斑并深入茎内,引起茎部倒伏,输导组织被阻断从而无法传输营养和水分到幼苗上部,造成幼苗萎蔫死亡[33]。病原菌以菌丝体和菌核在病株残体或土壤中越冬,成为翌年病害发生的初侵染源。一般在5月开始发病,6月下旬至7月初达到盛期,随幼苗逐渐木质化,发病率逐渐降低。在低温多雨的条件下,土壤黏重、排水不良的参地发病较重,病原菌借助雨水、土壤中的流水、农事操作传播,从伤口或直接侵入幼苗茎部[53]。

1.4 人参灰霉病

1984年白容霖等在吉林省首次发现人参灰霉病,经鉴定病原是灰葡萄孢(Botrytiscinerea),参地一般发病率为15%～30%,严重地块可达50%以上[9]。该病害主要为害人参叶部、茎、花和果实,严重时也为害根部,发病时叶片产生水渍状灰褐色斑点,从叶尖和叶缘呈倒“V”形扩展,而后形成灰色霉状物,后期病斑坏死,易破碎形成穿孔状[54];茎部由水渍状小斑点逐渐扩展成不规则的大斑点,后期病部组织枯死并产生灰色霉层;花梗、柱头和花瓣被侵染后,病斑向果实扩展导致果实不能成熟结籽;为害根部后,芽孢出现褐色斑点,主根内部软腐,病部产生灰色霉状物[5]。病原菌以菌丝体、菌核在病株残体和土壤中越冬,翌年春菌丝萌发形成大量分生孢子,经空气、雨水、昆虫媒介和人为因素传播,通过伤口、自然孔口或直接侵入寄主,并产生分生孢子进行再次侵染。空气湿度高、参地低洼积水等气候条件可导致多次重复侵染[55]。

1.5 人参疫病

人参疫病是由恶疫霉菌(Phytophthoracactorum)引起[28]。主要为害人参的根、茎、叶,在整个生长周期均可发病。发病时叶片出现水渍状病斑,如同开水烫过般呈透明状,叶柄枯萎下垂,俗称“搭拉手巾”;茎部呈软腐倒伏状,病原菌从茎部扩展至根部,根表皮湿腐,内部出现黄褐色花纹[56]。病原菌以卵孢子在土壤或病株残体上越冬,成为翌年病害发生的初侵染源。而无性繁殖产生的游动孢子则引起再侵染。病原菌通过接触传播造成病害在土壤中蔓延,也通过风、雨水和农事操作传播引起病害的扩散。阴雨潮湿、栽培密度过大、通风不良、土壤板结等条件易造成病害流行,夏季6～8月一般为发病盛期[57]。

1.6 人参根腐病

人参根腐病是由多种镰刀菌引起的土传病害之一,主要病原菌为腐皮镰刀菌(Fusariumsolani)和尖孢镰刀菌(F.oxysporum)[25],还可由F.acuminatum、F.cerealis、F.equiseti、F.redolens等 镰 刀 菌 引 起[22～24,26],田 间 发 病 率 为30%左右,随参龄增加而发病率逐渐升高。人参根部包括芦头、主根、侧根及须根都可被侵染,发病初期植株地上部症状不明显,后期叶片颜色逐渐变黄,地下根部变黑腐烂呈槽朽状,只剩空的表皮,最终导致人参死亡[58]。病原菌以菌丝体在病株残体或土壤中越冬,翌年分生孢子萌发通过伤口或直接侵入根部。在高温高湿条件下,传播媒介土栖螨害虫啃食参根造成伤口,同时害虫携带的大量病原菌也为病害流行创造了有利条件[59]。

1.7 人参菌核病

人参菌核病是由人参核盘菌(Sclerotiniaginseng)引起的人参根部病害之一[36],车喜庆等对吉林省集安市、抚松县、辽宁省桓仁县等人参主产区进行病害调查,发现主产区平均病田率为90%,平均病株率达到5.7%,已严重制约人参产业的发展[60]。病害为害3年生以上的人参根部,严重时导致根部腐烂,植株死亡。发病初期,地上部外观和健康植株无明显区别,而根部表皮着生白色绒毛状菌丝,内部逐渐软化、腐烂,后期可见表皮内外的黑色颗粒状菌核[61]。王崇仁等通过对病原菌侵染循环研究发现病原菌以菌核在病根或土壤中越冬,翌年春菌核萌发形成菌丝侵染根部,病害通过病根与健根接触传播,从而造成大面积发生。该病原菌属于低温型真菌,在4～5月进入发病盛期,夏季6～8月因温度升高病害停止而进入越夏阶段,而在9～10月温度降低后重新萌发进行二次侵染[62]。

1.8 人参红皮病

人参红皮病是影响人参生产的主要病害,严重参地发病率在80%以上,患病人参加工难度大,商品参等级降低,造成严重经济损失。发病时植株茎、叶、花和果实外观正常,而根部表皮出现不规则的锈色病斑,表皮粗糙并纵向开裂,但内部组织正常,由于其症状颜色与水稻的锈根相似,顾又称“水锈病”[63]。赵日丰等发现病根总皂苷、总糖量、氨基酸等含量减少,而还原糖及金属元素Fe、Al含量增加,表明人参代谢、生理生化过程受到影响[64]。目前有关人参红皮病的发病机理存在不同观点。多数学者认为该病害属于非侵染性病害,因为患病植株仅有症状,无病征,且在田间呈均匀分布,无发病中心,发病原因一是土壤条件导致Fe、Al等多种金属元素含量升高,二是人参长期处于金属离子胁迫下进行的应激保护反应[65]。也有部分学者认为该病害属于侵染性病害,因为在感病人参中分离得到多种病原真菌,并经诱导后可导致人参根部形成红皮症状[17～18]。

2 人参病害防控

2.1 病害快速检测技术

通过分子手段检测土壤中的病原菌,及时做好病害预防,可避免病害爆发,减轻病害造成的损失。李萌等通过设计一对特异性引物YB-00394F/R,通过常规PCR可快速检测土壤中6种恶疫霉菌[66]。高宇等通过建立多重PCR可同时检测出含根腐病、锈腐病和立枯病菌的带菌土壤,对人参种植地的选取和病害预防提供技术支撑[67]。Jang等通过ITS和Dest引物建立巢式PCR能够特异性地、快速检测土壤中的锈腐病菌,该方法有利于参农提前做好预防措施[68]。韩国科研人员也根据多种人参病原菌基因组信息设计出具有特异性地的专利引物,并逐渐应用于人参病害早期检测。

2.2 抗病基因挖掘

利用人参系统抗病性,挖掘抗病基因具有重要意义,其中NBS类抗病基因已被发现具有重要作用,初旸等通过对人参全基因组草图分析,成功预测1 652个抗病基因,其中NBS-LRR类基因73个,并在锈腐病菌诱导人参NBS-LRR类抗病基因表达模式中发现,活性氧迸发、细胞程序化死亡等应激类相关基因表达量增加,皂苷合成酶基因表达上调,表明在抗锈腐病菌中出现协同表达作用[69]。Pulla等从人参中克隆得到了含几丁质酶的Pg-Chi-1基因,并发现在金属离子、氧化和病原生物胁迫下,其在根部的表达量显著上调,表明PgChi-1基因通过上调表达来保护人参应对胁迫压力[70]。以病原菌为研究对象,通过基因敲除等手段寻找致病基因,可为开发新型杀菌剂提供潜在的靶标位点。陈虎臣通过敲除灰葡萄孢菌中的BcSpd1基因,发现突变体不仅在生长、菌核和侵染结构形成方面受到抑制,并且对人参等多种植物的致病力显著降低[71]。

2.3 病害药剂防治

人参病害具有发病快、扩散性强等特点,对种植业造成毁灭性打击,目前已通过室内和田间防治陆续筛选出代森锰锌、多菌灵等几十种具有显著抑菌作用的化学杀菌剂。但陈炳蔚等发现由于长期使用单一杀菌剂导致灰霉病对多菌灵已产生极强抗药性,不仅对病害防治无效,而且还会造成农药残留[72]。随着人参生态种植理念的提出,人们逐渐意识到生物防治的重要性,现阶段已从根际土壤或植物内生菌中分离出较多具有抑菌作用的生防真菌、细菌和放线菌,并逐渐替代化学杀菌剂,被广泛应用于田间防治。Tian等从根际土壤中分离得到解淀粉芽孢杆菌TB6,将该菌株施用于2年生人参,不仅能够显著降低土壤病原真菌丰度,改善土壤脲酶等酶活性,还能够促进根系生长[73];Park等从山参分离得到桔绿木霉PG87,发现该菌株对6种人参病原菌具有显著拮抗作用,并且能够减轻灰霉病和锈腐病的症状,诱导人参皂苷的合成[74];Qi等从人参根际土壤中分离出弗兰克氏菌F1,菌株发酵液对根腐病菌和锈腐病菌菌丝生长抑制率达到80.6%和71.1%,对孢子萌发抑制率达到87.0%和78.6%,菌株粗提物能够破坏病原菌细胞膜,降低其还原糖和可溶性蛋白的能力,菌糠施入土壤能够改善理化性质和肥力,增加有益微生物丰度[75]。

3 小结

我国人参栽培面积和产量位于世界前列,但出口量相对较小,呈现“产量大、产值低”的现状[76]。人参农药残留不达标时有发生,已严重影响我国人参在国际市场的声誉。通过对人参所有已报道的病害进行总结分析发现,部分病害可由十几种病原菌引起,而且存在同一种病原引起不同病害的现象。在我国人参栽培中主要有锈腐病等8种病害制约产业发展,但由于栽培者对病害症状和发病规律尚不了解,常常因病害鉴定错误而使用无效药剂或未在正确时间进行防治,造成严重损失。

现阶段人参病害中化学防治仍占主导地位,但化学农药使用不当易造成农药残留,且长期使用易导致病原产生抗药性,因此寻求化学杀菌剂的替代品成为人参病害防治的研究重点。生防菌由于具有无污染、无残留、促生增产等作用已逐渐被开发并广泛应用于人参病害防治上;随着分子生物学的发展,基于多种PCR的病害检测技术逐渐应用于病害防治。通过挖掘出人参抗病基因和病原致病基因,有利于定向选育出抗病品种,明确病原的致病机理,但该类研究相对较少,还需要进一步加强。