十字花科根肿病的发生与防治概述

韩 哲，潘 凯，毕洪文，郑妍妍，吴国瑞

（1.黑龙江省农业科学院博士后工作站，黑龙江哈尔滨 150086；2.黑龙江省农业科学院农业遥感与信息研究所，黑龙江哈尔滨 150086；3.东北农业大学园艺园林学院，黑龙江哈尔滨 150030）

蔬菜是人们日常饮食中不可或缺的食物，为人体生命活动提供矿物质和维生素等多种营养物质。随着社会进步与经济的发展，我国蔬菜产业已成为大多数地区的支柱产业，更是农民收入的重要来源。2022 年中央一号文件明确指出，要保障“菜篮子”产品供给，大力推进北方设施蔬菜、南菜北运基地建设，提高蔬菜应急保供能力。产业发展的同时，全球气候变暖、土壤酸化以及粮菜争地现象日益严重，十字花科作物的生产面积逐年增大，且连作现象增多。单一的作物种类和固定的耕作模式是现代集约化农业生产的重要特点，更有利于土传病原菌的积累和传播，蔬菜生产中出现病害严重发生和产量降低现象。土地高强度利用以及盲目过度施肥使土壤环境日益恶化，直接表现为十字花科作物根肿病的严重发生，已成为世界范围内毁灭性土传病害。以农业可持续为前提有效控制根肿病的发生，兼顾改良土壤环境进而保持农业可持续成为十字花科作物产地急需解决的问题。

1 根肿病的发生及危害

1.1 根肿病发生的影响及症状

十字花科作物在蔬菜生产中占有重要地位，随着种植面积增大和种植年限延长，根肿病严重发生。作为十字花科作物的主要生产国，我国每年有3.2 万～4.0 万hm2的十字花科作物受到根肿病危害，产量损失高达20%～30%，甚至60%以上。不仅如此，由于病菌寄主范围包括十字花科中的330 个属和3 700 个种，致使根肿病的发生几乎覆盖了所有十字花科作物产区。常见作物大白菜、甘蓝、油菜、萝卜、花椰菜、小白菜、菜薹、榨菜、板蓝根等均受其影响。可见，十字花科根肿病造成的产量和经济损失严重影响了十字花科作物生产，制约了蔬菜产业的发展。

根肿病发生以病原菌侵染植株为前提，在病原菌侵染初期的根毛侵染阶段，植株一般不会表现明显发病症状，对产量和品质的影响相对较小。但根部受侵害后会产生吲哚乙酸和细胞分裂素等激素类物质，造成薄壁细胞增生而阻碍根部生理机能，进而影响地上部正常新陈代谢，表现出叶片淡绿无光泽、边缘黄色，植株矮小、生长缓慢、萎蔫，以及其他症状。随着侵染程度的加深以及侵染范围的增大，植株生长受到抑制的同时并对品质和产量造成影响。病原菌多少和活性、植株生长状况和抗病性、土壤和气候等环境因素均影响病原菌危害植株的速度，在适宜条件下病原菌侵染后8～10 d 植株即可观察到根肿症状。同时，根部受到伤害后产生瘤状物及粗糙龟裂现象，为其他病原菌的侵入提供了条件。

1.2 病原菌的分类地位及生活史

十字花科根肿病是由芸薹根肿菌（Plasmodiophora brassicaoWoron）侵染导致的世界性土传病害。该病菌被划分在真菌界中，但目前学术界对于根肿菌目的分类地位尚有争议。除了将其划分为鞭毛菌亚门根肿菌纲外，也有研究将其归为真菌界粘菌门、根肿菌纲；目前研究中根据其生活史中包含了原生质团阶段（变形虫体），结合形态学和分子生物学研究，将其划分到原生界、根肿菌门、根肿菌纲、根肿菌属。同时，根肿病菌存在生理小种分化，我国大白菜根肿病菌主要为4 号生理小种，并且大多分布在平原大白菜主产区[1]。

芸薹根肿菌是生理专化寄生菌，其生活史包括土壤中的休眠孢子阶段、根毛中的初级侵染阶段以及皮层中的次级侵染阶段。休眠孢子是根肿病发生的最初侵染源，适宜条件下可存活20 年之久[2]。适宜条件下，休眠孢子受到外界环境刺激后萌发并释放双鞭毛游动孢子（初生游动孢子），在水膜作用下侵染根毛细胞壁（根毛侵染），形成4～16 个次级游动孢子，侵入根系皮层（皮层侵染）。同时也有研究发现，初级游动孢子可以不经过根毛侵染过程，而直接侵染皮层组织。休眠孢子萌发产生的初级游动孢子寿命较短，如果不能感染根毛组织会很快丧失活性。休眠孢子的最终形成来源于次级游动孢子分裂产生次级原生质团，直接释放或随植物残体进入土壤成为新侵染源。

1.3 根肿病发生的环境因素影响

根肿病的发生受环境因素的影响，其休眠孢子在4.0℃～40.0℃条件下均可萌发，适宜萌发温度为24℃，致死温度为48℃[3]，当温度低于17℃时，根毛侵染率很低而且限制了病害在植株中的发生[4]。土壤含水量在45%～90%都可发病，70%～90%条件时发病较重；最适pH 范围为5.4～6.7。土壤酸碱度和温湿度被认为是诱发根肿病重要的因素，当土壤pH 为5.4～6.5，温度为18℃～25℃，湿度为60%左右时，孢子囊不休眠或稍经休眠便萌发成游动孢子侵入寄主，此时寄主发病和受害最严重。温度为25℃时最利于根肿菌的初侵染，10 d 就可以观察到发病症状，低温不利于根肿病的发生。同时有研究发现，温度高于26℃时，同样不利于病原菌的侵染并完成生活史及快速繁殖，阻碍病害的发展[4]。相关研究发现甘蓝和油菜的根肿病菌休眠孢子萌发的最适温度为24℃，适宜pH 为6.0～6.7，且肿根腐烂后休眠孢子的萌发率提高，光不利于休眠孢子萌发[3]。不仅如此，病原菌的萌发和侵染受土壤环境的复杂性影响，需要综合分析。

2 十字花科根肿病的防治

病害发生是导致作物减产降质的重要原因之一，因此病害防治是农业产业的重要课题。常见防治方法主要为农业防治和化学药剂防治。化学药剂防治是病害防治中的常用方法，根肿病防治中可应用喹啉铜（Oxine-copper）、五氯硝基苯（Quintozene）、多菌灵（Carbendazim）、氟啶胺（Fluazinam）和氰唑酰胺（Cyazofamid）等，应用中容易造成环境污染问题[5]。不同蔬菜不同病害种类防治的策略不同，采用适当有效的防治措施才能更好地为生产服务。十字花科根肿病的研究中，急需生态有效的防治方法及策略。

农业防治中，培育及应用抗病品种是根肿病防治的方法之一，相关研究包括抗病品种的选育、品种抗性的鉴定、病原菌生理小种的鉴定和相关基因位点研究等。已经鉴定出一些相关的基因和位点，但由于根肿病菌属于专性寄生菌并存在生理小种变异，使抗病品种的选育与应用受到限制，应通过轮作等管理措施减小致病型的组合影响。相关研究中，田间及人工环境试验均表明苦荞和花荞轮间作均对甘蓝苗期根肿病具有较好的防治效果，且轮作效果好于间作[6]。通过间混套作方式改变种植种类是土壤改良的重要手段，在根肿病的防治中也有应用，但受农民技术水平、思想观念和经济利益的影响，在生产中很难推广应用。

为减少化学药剂对土壤环境的不利影响，又出现了太阳热处理和陷阱植物等防治方法，但其应用效果和实用性欠佳。土壤中休眠孢子的萌发和侵染是病害发生的重要组成部分，根肿病菌休眠孢子在土壤中可存活几年甚至十几年。根肿病的发生以萌发的休眠孢子侵染寄主根系为病害循环的开始，因此可通过抑制休眠孢子的萌发控制病害发生。通过孢子萌发试验发现，寄主植物与非寄主植物根系分泌物均能促进其萌发[7]。已有研究表明，种植非寄主植物刺激根肿病休眠孢子萌发，并由于缺少侵染宿主而无法繁殖，从而降低土壤中休眠孢子浓度控制根肿病发生[8]。但其应用效果并不稳定，仍有待于进一步研究。

随着生物技术的迅速发展，生物防治在植物病害防治中越来越受到重视。根肿病休眠孢子具有很强的抗逆性并可以在土壤中长时间存活，通过生防菌调控土壤微生物环境抑制土传病害成为研究热点，已有包括芽孢杆菌（Bacillus）、木霉菌（Trichoderma）、粘帚霉（Gliocladium）和其他生防菌的相关研究。国内外对真菌、放线菌和芽孢杆菌在根肿病防治中的效果进行了研究，其中链霉菌对根肿病防治效果较好[9]。生防菌剂的研究和应用受到重视的同时，其持续时间较短且效果的不确定性也受到关注，其中土壤微生物环境的重要作用不容忽视。

生产中发现，长期石灰或含钙有机物的施入形成的“抑菌土壤”可以有效控制根肿病发生，经研究发现土壤pH 和钙含量变化与根肿病发生关系密切[10]。这种控制病害发生的作用机理不是消灭土壤中的病原菌，而是通过调节土壤环境影响病原菌的侵染能力和致病活性[11]。土壤改良可以创造不利于病原菌侵染或繁殖的环境条件达到防治病害的效果，但也要考虑温度、湿度、pH 和光照等环境因素的共同作用。已有研究发现，通过有机改良手段引导土壤微生物群落结构变化，可以有效控制土传病害发生，其影响效果也同时受到有机物类型、作物种类和病原菌特点的影响，有待于进一步研究[12]。

3 土传病害发生与土壤微生物的关系

同一块土地长期连续种植同种或亲缘作物时，出现作物生长受到抑制、产量下降和病害严重发生等现象，将这种现象称之为连作障碍（Continuous cropping obstacle）[13]。蔬菜生产中，连作同样会导致产量降低和质量变劣，严重时植株死亡，降低产量甚至导致绝产。其防治措施主要包括土壤消毒、轮作、嫁接等，应用中存在许多问题，例如化学药剂熏蒸对环境的破坏，轮作效果需要较长时间，嫁接提高成本的同时对技术要求较高，且容易改变作物特有的品种风味等。随着可持续发展和循环经济越来越受到重视，安全有效的防治手段已成为研究重点。

长期单一栽培导致的土壤化学性质、土壤酶活性、根系分泌物、细菌和真菌群落结构改变是连作障碍现象产生的主要原因，通过增加土壤中自毒物质和有害微生物抑制植株生长并加重土传病害发生。与间作相比，连作对土壤有机质、酶活性、微生物群落和作物生产力的影响更加明显。有研究发现，连作改变了土壤细菌群落结构，导致有益微生物减少，而增加了有害微生物数量，同时土壤磷水平、pH 和土壤有机质等化学指标对细菌群落影响较大。近年来已经有许多关于蔬菜作物连作障碍的相关研究，包括黄瓜、番茄、西瓜、马铃薯、花生和草莓等。

病害严重发生和产量降低是连作障碍的直接表现，而土壤退化是这些现象产生的主要原因，蔬菜生产中的土壤退化越来越严重，已成为限制产业发展的主要因素之一。化感作用和微生物群落退化是连作障碍发生的主要原因，特别是微生物对土壤质量、肥力和生产力的影响。土壤微生物群落结构变化一定程度上反映了土壤的生产力和稳定性，与土壤理化状况、农业管理措施和植物生长发育等密切相关。连作种植模式下土传病害严重发生，与长期大量施用化肥弱化根际细菌聚集有关，土壤病原菌的繁殖与致病能力受微生物群落复杂相互作用的影响。

土壤微生物菌群及其重要的生理功能相关研究已成为新的研究热点，特别是有益微生物在促进植物生长、提高植物抗病性等方面的重要作用。正常情况下，土壤中有益微生物（如拮抗菌、固氮菌、氨氧化细菌等）与有害微生物（土传病原菌等）保持动态平衡关系。因此，土壤微生物研究是植物病害研究中的一部分，特别是土传病原菌导致的土传病害。但病原菌数量并不是病害发生的唯一决定因素，其对根系的侵染与土壤中微生物群落结构和多样性密切相关。合理的间、轮、套作有利于维持土壤微生物的多样性及活性，并通过抑制有害微生物影响病害发生，提高农作物产量。

根际稳定的细菌群落组成和多样性，以及某些关键功能细菌在根际有效定殖，在控制致病微生物入侵根系中起到关键作用。相关研究发现，土壤抑病现象的发生与微生物调控关系密切，包括整体微生物对病原菌的竞争作用，以及特定微生物对病原菌的拮抗作用[14]。部分细菌可以通过产生特殊物质抑制真菌群落，特别是放线菌（Actinobacteria）对土壤病原真菌的拮抗作用。芽孢杆菌、假单胞菌（Pseudomonas）、木霉菌等拮抗微生物，可以通过分泌抗生素、毒素、生物表面活性剂、胞外细胞壁分解酶等物质抑制病原菌的生长和侵染[15]。根据生态位竞争理论，微生物多样性的增加可以提高根际对土传病原菌的抵抗能力，将具有特殊拮抗作用的微生物添加到土壤中，可以控制土传病害发生并促进植物生长。

数千年来，为维持土壤生产力和作物产量，腐熟农家肥被普遍使用，同时还包括了豆科轮作、绿肥种植和休耕等栽培模式和管理制度。随着人口压力的增加和化学工业进步，集约化耕作制度摒弃了传统培肥方式而采用化学合成肥料，并大量使用杀虫杀菌剂。现有连作栽培模式和持续施用化肥导致土传病害严重发生，随着微生物技术手段的进步，土壤微生物多样性在保持生态系统稳定性方面的重要作用越来越受到重视，植物与微生物间的有益互作有利于植物生长、养分供应和疾病抑制。可持续农业生产中通过改进耕作制度和管理模式等生态手段达到土壤环境改善的目的，也为根肿病的防治提供了新思路。