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浙江大学蔬菜研究所余小林团队在十字花科作物根肿病发病机理及综合防治方面取得系列重要进展

花匠小妙招
2025-09-25 16:36

摘要

本系列研究首先对浙江省六个地区 7个取样点的根肿病病根进行了芸薹根肿菌生理小种的鉴定，结果表明， P8（ ECD16/0/0）为浙江省当前的优势生理小种。随后，筛选获得 1份高抗， 7份抗的根肿病抗性种质，为今后的根肿病抗性育种提供了新的抗源。生物防治药剂的筛选结果显示，应用褪黑素和氧化铜纳米颗粒可通过增强抗氧化防御反应和调节植物激素水平显著降低根肿病的发病率和病情指数。研究结果为根肿病的综合防治提出了新的见解，为阐明十字花科作物的抗病分子机制提供了新的理论依据。

研究背景

近二十年来，受土壤酸化、气候变暖、种植面积增加和南北蔬菜频繁调运等诸多因素的影响，根肿病在国内危害逐年加重，在我国西南、华中、东北和华东各大种植区都出现过较大规模的流行。据初步统计，目前我国根肿病危害面积约320~400 万hm 2，占十字花科作物种植面积的1/3 以上，发病受害面积每年大约以8%~10% 的速度剧增，大流行年份发生与危害面积可达900 万hm 2，平均产量损失达20%~30% ，严重田块产量损失达60% 以上，甚至绝收，每年直接造成油菜生产经济损失约10 亿元，蔬菜生产经济损失约200 亿元，严重制约了我国油料作物和蔬菜产业的持续稳定发展及农民的增产增收。研究发现，根肿病的病原为原生生物芸薹根肿菌（Plasmodiophora brassicae Woronin），其休眠孢子可在土壤中存活8~10年之久。由于根肿病为活体寄生菌引起的土传病害，至今还没有发现一种效果理想的农药可以用来根治该病，并且化学药剂的使用也存在较大的环境生态风险。迄今为止，浙江省已有多地有根肿病零星发生的报道，但目前在全省范围内优势生理小种是哪一个，哪些品种或种质资源具有根肿病抗性，哪些药剂在十字花科作物根肿病的绿色防控中是确实有效的？针对上述问题，浙江大学蔬菜研究所余小林团队经过近 15年的潜心研究， 2024年在浙江省根肿病发病机理及综合防治方面取得系列重要进展。

研究内容

一、芸薹根肿菌生理小种鉴定及抗性种质筛选

采用 ECD和 Williams系统对源自浙江省杭州市余杭区（寄主作物为紫菜苔）、衢州市开化县（寄主作物为甘蓝型油菜）、衢州市江山市（寄主作物为小白菜）、丽水市缙云县（寄主作物为雪里蕻）、台州市温岭市（寄主作物为甘蓝）、台州市温岭市（寄主作物为西兰花）及温州市鹿城区（寄主作物为榨菜）开展芸薹根肿菌生理小种的鉴定，结果表明，上述病原菌分别属于 ECD20/31/12、 ECD20/15/4、 ECD16/0/0、ECD24/16/30、ECD24/0/0、ECD17/15/15和ECD16/0/0，即 Williams系统的 P1、 P3、 P8、 P1、P8、 P2和P8生理小种。其中， P8为浙江省当前的优势生理小种。根据不同寄主品种的发病情况表明，丽水缙云的生理小种致病性最强。

图 1 浙江省内根肿病的病根取样位置

随后，利用取自衢州江山市的 ECD16/0/0（ P8）生理小种病根对 129份来自国内外的芸薹种、甘蓝种和芥菜种的主栽品种或种质资源进行抗病性筛选，获得 1份高抗， 7份抗的根肿病抗性种质，为今后的根肿病抗性育种提供了新的抗源。论文发表在植物病害主流期刊 Plant Disease（ IF=4.8）上。

图 2 对 129份芸薹属种质资源进行根肿病抗性筛选

二、根肿病的绿色防控及生物防治药剂筛选

使用石灰氮、氯溴异氰尿酸、棉隆和农业用碳酸氢铵，配合地膜覆盖，开展温室盆栽及田间病害防控实验。结果表明，单独的地膜覆盖对根肿病的防治未见防控效果，石灰氮、棉隆以及碳酸氢铵处理均能有效防治根肿病，其中，棉隆处理效果最佳。另外，高温下的碳酸氢铵比常规的碳酸氢铵处理具有更好的防治效果，两种方式的碳酸氢铵处理能够促进植株侧根的发生，从而保证植株地上部的正常生长。随后，各处理的 qPCR结果显示，实验前的菌土中及地膜覆盖处理的病原孢子拷贝数均高于实验后的 CK组，其他各处理的土壤中根肿菌孢子拷贝数均低于地膜覆盖，其中，棉隆处理的拷贝数最低，为每克土 2.67× 105；石灰氮次之，每克土的孢子拷贝数为 1.09× 107；随后是碳酸氢铵处理，孢子拷贝数为每克土 1.59× 107；最后是氯溴异氰尿酸处理，每克土的拷贝数 2.39× 107。高温下的碳酸氢铵处理孢子拷贝数为每克土 1.26× 107。各处理间的数据均存在显著性差异。同时， pH值的升高对根肿病的防治起到一定正向作用。论文发表在农业科学主流期刊 Agronomy（ IF=3.7）上。

图 3 盆栽实验 qPCR标准曲线及各处理土壤中芸薹根肿菌孢子拷贝数

为了筛选更多的生物防治药剂，使用褪黑素、氧化铜纳米颗粒及同时使用两者对种子进行预处理，开展温室盆栽实验以探究其在根肿病防治中的作用。结果显示，与对照组相比，使用50 μM 褪黑素和200 mg/L 氧化铜纳米颗粒的处理组发病率和病情指数显著降低，并发现这种变化与植物的生长增强相关。同时，使用褪黑素和氧化铜纳米颗粒处理的植物表现出了强大的抗氧化防御能力，超氧化物歧化酶（SOD ）、过氧化氢酶（CAT ）和抗坏血酸过氧化物酶（APX ）活性显著增加。值得注意的是，处理组的水杨酸和茉莉酸含量增加，而脱落酸水平降低。预处理激活了抗氧化基因和防御基因的表达，而抑制了ABA 生物合成基因的表达。结果表明，褪黑素和氧化铜纳米颗粒预处理通过增强抗氧化酶活性、清除ROS 、调节激素水平和上调病原体反应基因等多个途径有效降低了根肿病的严重程度。论文发表在生物学 top期刊 Plant Physiology and Biochemistry（ IF=6.2）上。

图 3 使用褪黑素、氧化铜纳米颗粒降低白菜根肿病病情指数的作用机制图

参考文献