魔芋軟腐病及其防治研究進展

古洪輝，汪正香，蔣 雄，楊福清，陳治舟，嚴澤生，秦耀國

（四川農業大學園藝學院，成都611130）

0 引言

魔芋(AmorphophallusBlume)是天南星科魔芋屬植物的總稱，為多年生草本植物，以地下球莖作為經濟器官。現栽培利用的種中多含有豐富的葡甘聚糖(Konjac Glucomanan,KGM)[1]，是一種在植物中罕見的高分子碳水化合物，具有束水性、凝膠性、增稠性、粘結性、可逆性、成膜性與賦味性等優良特性，還是一種優良的可食用纖維，因而廣泛用于食品、醫藥、環保與化工等領域，開發利用價值極高[2]。由于魔芋具有耐陰喜溫暖濕潤，忌高溫，屬半陰性植物，耐瘠薄，怕干旱與避大風等特性，使得魔芋在中國主要分布于秦嶺以南的山區。

隨著魔芋加工的深入，規模化種植面積不斷擴大，但同時魔芋病害發生嚴重，其中軟腐病是其生產中發生最普遍、影響最嚴重的一種細菌性病害，常被稱為魔芋的“癌癥”[3]，造成產量損失往往可達20%～50%，發生嚴重的損失更高，已成為限制魔芋產業發展的主要因素。

近些年，對魔芋軟腐病的防治進行了大量的研究，從化學防治、生物防治、農業防治到基因工程，相關工作都取得了一些進展。如王國馨等[4]較早對該病的病原菌、侵染特點與防治進行了研究，表明其致病菌危害廣泛，確定了染病種芋與帶菌土壤是初侵染源，得出代森銨、琥膠肥酸銅、波爾多液、鏈霉素、氯霉素在發病初期使用能有效控制病害發展；何斐等[5]綜述了魔芋軟腐病生物防治方面的研究進展，是當前國內外植病防治的研究熱點。但是，生產實踐中，由于各種因素，魔芋軟腐病防治難度仍大。土壤、氣候、耕作制度、農事操作等因素都會造成魔芋不同程度的病菌感染。為獲得高產，除適宜的栽培措施，土壤消毒、種芋處理、苗后管理等過程，藥劑處理是必不可少的環節，其中，化學農藥與生物農藥應用最為廣泛。同時，農業防治、綜合防治與基因工程技術的應用逐漸成為軟腐病防治研究的必要措施與研究熱點。

本研究綜述了魔芋軟腐病的發生與防治方法，并進行了展望，旨在為魔芋生產上更好地防治軟腐病提供參考。

1 軟腐病病原菌、致病機理與發病條件

軟腐病在很多作物上有發生，如白菜、馬鈴薯、番茄、辣椒與胡蘿卜等，主要是由腸桿菌科歐文氏菌的病原菌引起，魔芋軟腐病病原菌主要是胡蘿卜軟腐歐文氏菌胡蘿卜軟腐亞種(Erwinia carotovorasubsp.carotovora,Ecc)與菊歐文氏菌(Erwinia chrysanthemi,Ech)，還有尚待確定的致病菌[6-10]，具有多樣性。

研究表明，魔芋軟腐病致病菌是通過群體感應機制(quorum sensing,QS)來調控致病效應，該機制是由Fuqua和Winans等于1994年首次提出[11]。所謂群體感應，是指細菌能夠自發產生與釋放一些特定的信號分子，并能感知其濃度變化，進而調控自身群體行為的系統[12-13]。引起魔芋軟腐病的歐文氏菌屬于革蘭氏陰性細菌，它主要是以氮-酰基高絲氨酸內酯類物質(NAHLs)作為信號分子，當這些信號分子積累到一定閾值濃度時，可以與胞內相應受體結合，引起受體蛋白的構象或基因發生變化，啟動細菌內相應基因表達，控制合成細胞降解酶，主要是果膠酶與纖維素酶，分泌到胞外，作用于植株，降解植株細胞壁，破壞并引起植株細胞的死亡和組織瓦解，進而導致軟腐病的發生[14-16]。因此，適宜的N-AHLs濃度是引發病原菌致病因子表達的關鍵因子，為生物防治細菌病害提供了作用靶點[14]。

種芋帶菌與土壤帶菌是軟腐病發生的主要初侵染源，病殘體、雜草根、堆肥、昆蟲咬傷、農事操作碰傷與風吹雨打等都可為病原菌的生存與侵染創造條件，病原菌主要從傷口侵入發病并傳播蔓延。誘發軟腐病的主要環境條件是濕度與溫度，降雨多、溫度高時，該病發生更嚴重[1]。控制初侵染源、切斷傳播途徑與創造不利于病害發生的條件是防治軟腐病的重要環節。

2 魔芋軟腐病防治方法

2.1 化學防治

化學防治是無公害蔬菜生產中病蟲害防治所不可或缺的環節。目前，魔芋生產中為降低病害發病率，提高產量，化學藥劑使用較普遍。魔芋軟腐病屬于土傳病害，一般情況下，其發病規律是始發期為6—7月，盛發期為7—8月[17]，并且種芋易帶菌，防治工作應貫穿于整個栽培管理過程。

栽種前，進行土壤消毒，常用的方式是藥劑熏蒸與撒施。將氯化苦熏蒸劑用注射器注入土壤，然后覆膜14天以上，用量一般為30 L/hm2；或用福爾馬林或二甲苯噴灑，用量約40 L/hm2[1]；也可用三元消毒粉（草本灰:生石灰:硫磺=50:50:2）撒施在土壤中，用量一般為750 kg/hm2[18]。

種芋處理必不可少，常用的方式為藥劑浸種或噴霧，用40%甲醛200～250倍液浸種20～30 min，或0.1%高錳酸鉀溶液浸種10 min，取出晾曬1～2天；或利用兩者對種芋進行熏蒸[19]；也可將種芋芽向上擺在地面，利用廣譜性殺菌劑對種芋噴霧，尤其是主芽周圍；或者將藥劑做種芋粉衣消毒，用量為種芋重量的2%～3%，以石膏或草木灰做填充劑與藥劑混勻，將浸種后的種芋取出趁濕裹上粉衣[1]。另外，也可采用種芋包衣或藥袋套芋的方式，前者主要是利用海藻酸鈉的透氣性與火棉膠的成膜性，并在其中加入適量的防治藥劑，即成種芋包衣劑，后者主要是利用藥物熏蒸的作用，將種芋放入內外兩層均涂有藥劑的紙袋[20]。

出苗后，根據其發病規律和發病程度安排防治工作。在生產上多用各種含銅制劑（波爾多液、氫氧化銅、氧化亞銅、噻菌銅、喹啉銅與噻森銅等）、異氰尿酸類殺菌劑（氯溴異氰尿酸、三氯異氰尿酸）、噻唑類（噻唑鋅、葉枯唑）等或與抗生素類農藥混合施用，葉面噴施或灌根處理，都有一定的防治效果。從軟腐病始發期到盛發期，與其他殺菌劑交替使用[21]，可以降低發病率，增加魔芋產量。

2.2 生物防治

生物防治是指利用植物活性物質、微生物或微生物代謝產物來控制病蟲草害的技術，具有無毒、無殘留以及病蟲害不易產生抗性等特性，是植物保護中不可缺少的組成部分。隨著現代生物技術的研究與發展，化學農藥受到了一定的約束，而農用抗生素（生物活性物質）、拮抗微生物等在病蟲害防治研究中得到了較好的應用。

2.2.1 生物活性物質的利用 生物活性物質指的是來自生物體內對生命現象具有影響的少量或微量物質。在生物農藥研究領域，主要利用一些微生物代謝產物或植物提取物來研究其對植物病蟲害的抑制作用。微生物提取物利用方面，農用鏈霉素是最常用的防治魔芋軟腐病的抗生素類殺菌劑，以其為主要成分的復合制劑——汰腐凈，通過浸種、噴葉和灌根對軟腐病與白絹病都有較好的防效。中生菌素、四霉素、春雷霉素等均是可用于防治細菌性病害的農用抗生素，可作為農用鏈霉素退市后的替代品來使用。此外，用抗生素與生長調節劑配合處理，防治作用也比較好。覃宇等用1000萬單位農用鏈霉素+40 mg/kg NAA、1000萬單位農用鏈霉素+100 mg/kg 6-BA處理魔芋植株，結果表明不僅能提高植株抗性，降低軟腐病的田間發病率，還能提高產量[22]。植物提取物研究方面，Petrovic等以水為溶劑從菊苣中提取到的水提取物[23]、周燚等以乙醇為溶劑從瓦松中提取到的有機提取物[24]、張偉從大蒜種提取的大蒜素[25]均發現對軟腐病具有較強的抑制作用。

2.2.2 生防菌的研究利用 目前，利用生防菌來防治植物病蟲害，是一種環保的防治方式，也是生物防治研究的熱點。生防菌主要有生防細菌和生防真菌，如枯草芽孢桿菌，是一種生防細菌，利用其生產出的生物制劑在生產上應用普遍且殺菌效果較好。魔芋軟腐病防治研究中的生防菌主要是從魔芋根際土壤和病健組織中篩選的拮抗微生物，該類微生物多數是溶桿菌屬類、放線菌類與芽孢桿菌類。

溶桿菌屬細菌是一類具有極大生防潛力的生防菌，能夠溶解一些病原細菌、真菌及線蟲[26]。用溶桿菌屬生防菌13-1、06-4來研究對其魔芋軟腐病抑制效果，發現該類菌對軟腐病具有良好的抑制作用[27-28]。通過從魔芋根際施入抗生素溶桿菌菌劑，表明不僅能有效地控制魔芋軟腐病，還能增產，防控效果達79.16%且增產達14.30%[29]。放線菌是抗生素的主要產生菌，具有防病促生多種功能，對作物根域微生物區系及作物生長有顯著影響。從魔芋根際土壤中分離得到的11株魔芋軟腐病拮抗放線菌中篩選出的放線菌SJK18對魔芋軟腐病具有顯著的拮抗作用[30]。另外，生防芽孢桿菌能夠產生多種抗生素、植物激素或植酸酶等物質，能夠有效預防和控制農作物病害的發生和發展，并且能夠直接或間接促進植物生長[31]。周盈等從被細菌污染的花魔芋愈傷組織中分離的魔芋內生菌中篩選到了能抑制軟腐病病原菌生長、產芽孢的桿狀菌BSn5，發現其能夠削弱軟腐病的致病能力，具有生防菌的潛力[32]。蘇娜等利用從魔芋不同生育期體內分離到的枯草芽孢桿菌YUPP-1、固氮類芽孢桿菌YUPP-2、解木聚糖類芽孢桿菌YUPP-3、枯草芽孢桿菌YUPP-4、蠟狀芽孢桿菌YUPP-5等5種高效抑制軟腐病病菌的生防菌，按等比例混配灌根處理，能有效控制軟腐病的發生，防治效果好于農用鏈霉素[19]。

2.3 農業防治

農業防治是為防治作物病蟲草害所采取的農業技術綜合措施，調整和改善作物的生長環境，以增強作物對病蟲草害的抵抗力，創造不利于病原物、害蟲和雜草生長發育或傳播的條件，以控制、避免或減輕病蟲草的危害[33]。依據魔芋的生物學特性，優選適宜其栽培的地區與地塊；培育與選用無病中小型球莖或根狀莖做種芋；深溝高畦栽培；在高溫強光季節，適當遮蔭栽培有利于魔芋植株生長，降低發病率與提高產量。近年來，關于增加田間生物多樣性進行作物抗病蟲害的研究多有報道。有人認為，多樣性種植控制病害的主要機制是能對病原菌起阻隔效應，通過合理搭配形成的作物條帶群落，互為病害蔓延的物理障礙，阻隔病害傳播[34]。將魔芋與生態相對較好的麥類、豆科、玉米、高粱等作物通過輪作、間套作等方式，一方面能直接增加地上部物種多樣性，有效改善栽培環境的生態功能，另一方面能間接增加地下部微生物多樣性，有助于減輕連作障礙危害，降低魔芋軟腐病的的發病率[35-36]。在與玉米輪作的條件下再進行間作同單作相比，不僅能延遲發病高峰期，還能提高59%控病效果。此外，合理的施肥制度也能降低魔芋軟腐病的發生概率，根據崔鳴等的報道，每公頃增施300 kg氧化鉀，病株率較單一施純氮減少48.28%，產量提高27.52%[37]。因此，防治魔芋軟腐病除用前述的藥劑處理，還要結合農業栽培措施等進行綜合防治。

2.4 基因工程的應用

隨著生物技術的發展，利用基因工程改良植物已成一大趨勢。Dong等首次從芽孢桿菌240B1中克隆到酰基高絲氨酸環內酯酶基因aiiA，aiiA蛋白能降解軟腐病病原菌的信號分子N-AHLs[38]。此后利用該基因，通過基因工程技術獲得生防菌株或轉化魔芋獲得抗病植株的研究均有報道。

Molina等將該基因轉入熒光假單胞菌(Pseudomonas fluorescens)P3，產生了能使AHLs降解的生物菌株[39]；周燚等將從蘇云金芽孢桿菌中擴增出的aiiA基因克隆到pET28a表達載體中，轉化大腸桿菌BL21(DE3)，經IPTG誘導表達aiiA蛋白，室內檢測結果表明，aiiA蛋白能較好地抑制魔芋軟腐病的致病性[40]。柴鑫莉等采用農桿菌介導的遺傳轉化方法將來自蘇云金芽孢桿菌經密碼子優化的aiiA基因導入花魔芋，以提高魔芋抗軟腐病的能力，通過對酰基高絲氨酸環內酯酶活性檢測表明轉基因魔芋葉片的蛋白可以降解酰基高絲氨酸環內酯信號分子[41]。隨著對aiiA基因的克隆應用，魔芋軟腐病防治找到了一種新方法，通過轉基因技術獲得更多的生防菌與抗病材料，不再僅限于傳統的“田間管理+農藥處理”的模式。

3 展望

從現有的魔芋種質資源看，除少數品種外，一般所用品種多數屬于沒有經過品種選育和更新的“原始種”，區域性強，抗病材料少，且大多從群體中篩選而來，生產上尚無抗軟腐病品種[1]；中國栽培品種比較單一，長期栽培的一些優良品種在不斷退化，現有的魔芋品種已不能滿足生產的需求[42]；同時，在魔芋的品種選育與抗性育種方面的工作嚴重滯后。因此，有必要廣泛收集種質資源并加以研究，采用多種育種相關技術（雜交育種、誘變育種、生物技術育種、建立良種繁育體系等）選育出更多既抗病、經濟價值又較高的魔芋新品種。

生產上對魔芋軟腐病的防治主要選用化學藥劑，長期使用藥性長的化學農藥，不僅使病菌逐漸產生抗藥性，還會增加環境中的農藥殘留。但化學農藥自產生以來，一直是農業生產中病蟲害防治最有效、最經濟、最簡便的方法，隨著對環境保護意識的加強和食品質量安全要求的提高，對化學農藥開發利用的要求越來越高，高效、低毒、低殘留與易降解的化學農藥將成為研發重點。

生物防治方面，雖然中國微生物防治已步入世界先進行列，但理論研究在應用領域仍然不足。首先拮抗菌的研究方面，一些研究報道了從根際微生物中或魔芋軟腐病發病組織中篩選出的微生物具有較好的抑制軟腐病的能力，但在實際生產應用中可供選擇的抗軟腐病的微生物菌劑種類還是比較單一，而自然界中能夠通過培養獲得的拮抗菌種類極少，有待進一步加強對拮抗微生物的篩選和培養技術。其次抗生素研究方面，市場上能夠用來防治魔芋軟腐病的農用抗生素藥劑種類較多，生產上采用與化學農藥交替使用，有較好的效用。雖然目前仍沒有找到能很好的防治軟腐病的方法，但生物農藥具有環境相容性、不易產生抗性、資源豐富且開發成本低等優勢。加大對生物制劑研究力度，配合合理的栽培技術，軟腐病防治現狀將有所改觀。

綜上所述，魔芋軟腐病的防治已做了大量研究工作，取得了一些進展，但迄今仍未能找到防治該病特別有效的方法，防治仍較為困難，加強以預防為主的綜合防治是魔芋生產中的必要措施。