苎麻炭疽菌研究进展

王绪霞，汤涤洛，刘立军

（1.武昌首义学院城市建设学院，湖北 武汉 430064；（2.咸宁市农业科学院，湖北 咸宁 437100；（3.华中农业大学植物科学技术学院，湖北 武汉 430070）

苎麻（Boehmeria nivea L.Gaud.）为荨麻科（Urticaceae）苎麻属（Boehmeria）多年生宿根性韧皮纤维作物，主要分布在热带和亚热带地区［1］。中国是苎麻种质资源、遗传多样性最丰富的国家［2］，种植面积和原料产量均占世界的95%以上，处于优势地位［3］。苎麻在生长过程中易受真菌、细菌、病毒和线虫等病原的危害，其中炭疽病是苎麻上发生普遍且严重的病害之一，给苎麻生产带来较大的经济损失［4-6］。苎麻炭疽病在我国长江流域以南各省麻区均有发生，苎麻各个生育期都可受到危害，发病率达20%～40%，发生严重的麻园纤维产量减产10%以上，刮制后的原麻呈现出红褐色斑点，严重影响苎麻纤维的品质［7-9］。本文从苎麻炭疽病的症状、病原菌的分类地位、病原菌鉴定、生物学特性等方面进行综述，旨在为深入研究该病的发生流行规律、抗病材料的选育及该病的综合防治提供参考。

1 苎麻炭疽病症状

苎麻炭疽病在苎麻各产区普遍发生，重病地幼苗往往成片倒伏死亡，成株发病病叶穿孔，叶片发黄早落，纤维易断或变红，难于漂白［10］。田间被害叶片最初产生圆形小斑点，中央灰白色，周围褐色或黑褐色，后期多个病斑连成不规则斑，严重时导致叶片枯落。叶柄和茎上病斑呈梭形或纺锤形，边缘褐色，中央灰白色、凹陷。发病后期，茎叶上病斑可能有分生孢子盘和分生孢子的生成［5］。

2 苎麻炭疽病病原学

2.1 苎麻炭疽菌的分类鉴定

苎麻炭疽病由炭疽菌属（Colletothrichcum）真菌引起。植物炭疽病菌属半知菌亚门真菌，作为一类全球性分布的重要植物病原菌，可危害林木、果树、蔬菜、花卉、药用植物和大田作物，造成严重经济损失［11-12］，目前已报道约176属190余种植物可被炭疽菌侵染［13］。真菌病理学家根据科学/经济重要性，将该属真菌列为全球第八大植物病原真菌［14］。但是，在真菌学研究及发展中，炭疽菌类真菌命名方式和系统学分类上发生过数次重大的变更，存在种间性状交叉和系统发育关系不清的分类学问题。前人［15-16］进行了有关建立和确认炭疽菌属分类的研究，将Colletotrichum Cda.认定为其属名，又称刺盘孢属。

苎麻炭疽病菌的鉴定研究起于1914年，由日本学者Sawada（泽天兼吉）在中国台湾首次分离，此后对该病菌的形态学进行了观察与分析［17］。根据分离菌株的菌丝颜色，分生孢子、刚毛、分生孢子梗大小等形态特征，以及当时炭疽菌属的命名规则，Sawada将苎麻炭疽病菌命名为Colletotrichum boehmeriae Sawada，病原为炭疽菌属真菌（Colletotrichum Corda），但是并未确定病原所属的种。此后，国内对于苎麻炭疽病的研究报道中，皆以C．boehmeriae Sawada为苎麻炭疽病菌的病原进行标注和引用。然而，该命名法是根据寄主来源和其发现者名字命名的，C．boehmeriae Sawada并不能显示该病害真正的病原和分类地位。鉴定和明确引起苎麻炭疽病的病原及其分类地位，对病菌的研究及病害防治至关重要。

真菌鉴定中形态学鉴定是最传统也最重要的真菌鉴定手段，以纯培养物上产生的分生孢子、附着胞、分生孢子梗和产孢细胞的形态和大小，菌核、厚垣孢子的有无及形态等特征为主要鉴定依据［18-19］。一些特征明显的炭疽菌种采用形态学能够容易被鉴定出来，但是一些近似炭疽菌种却难以准确区分，并且一些菌株形态学特征不够稳定，也易受到培养条件、寄主范围等多因素影响，因此形态学鉴定存在许多不足之处，需要借助分子手段进行辅助鉴定［20-21］。而分子系统学研究是从基因水平上客观反映出菌株间遗传特性，特异性高、准确可靠，DNA序列特征不会随环境的改变而变化，由此越来越多的分子生物学技术被广泛引入到真菌的分类鉴定当中。目前，基于多基因序列分析，如核糖体内部转录间隔区序列（internal transcribed spacers，ITS）［22-23］、肌动蛋白基因（Actin gene，ACT）［24］和 β-微管蛋白基因（β-tubulin，TUB2）［25-26］、几丁质合成酶 A基因（Chitin synthase A gene，CHS1）等［27-28］和 3-磷酸甘油醛脱氢酶基因（glyeeral-dehydes-3-phosphate dehydrogenase gene-GAPDH）等（表1），常用于炭疽菌属分子鉴定。多基因序列分析能较好地区分炭疽菌属真菌的大部分种，且不同基因位点能有效区分不同的炭疽菌种类，可用于炭疽菌复合群的种类鉴定。

表1 常用炭疽菌分子鉴定基因位点Table 1 Commonly genetic locus used formolecular identification of Colletotrichum species

国内外对苎麻炭疽菌种类的报道相对较少。对采自湖北武汉、湖北咸宁、湖南长沙、江西宜春和四川达州5个地区的苎麻炭疽病进行分离和纯化，根据传统形态学和ITS、ACT和TUB2多基因序列对分离的菌株进行联合鉴定，确定引起湖北、湖南和江西苎麻炭疽病的病原主要有胶孢炭疽菌（C．gloeosporioides）［30-32］、果生炭疽菌（C．fructicola）、暹罗炭疽菌（C．siamense）和希金斯炭疽菌（C．higginsianum）［33］，其中胶孢炭疽菌（C．gloeosporioides）为优势种。根据现在炭疽菌的分类系统，胶胞炭疽菌属于复合种群，种群内含有22个种［34］，果生炭疽菌（C．fructicola）和暹罗炭疽菌（C．siamense）都属于胶孢炭疽菌复合群C．gloeosporioide s complex。另外，在报道［11］中指出，根据形态学和分子鉴定，部分分离自咸宁的菌株希金斯炭疽菌（C．higginsianum）依据现代炭疽菌分类标准属于毁灭炭疽菌复合群C．destructivum complex。以上报道是对我国苎麻炭疽菌进行分类和鉴定的首次报道。但是总体看来，我国苎麻炭疽病的病原和分类地位都还未获得详细而系统的研究。苎麻的生长环境和品种在地区间存在差异，病原种类也可能存在显著差异，因此有必要对我国苎麻主产区不同苎麻品种、地理来源以及不同发病部位的苎麻炭疽病开展系统性研究，以获得更多关于苎麻炭疽菌病原和分类上的信息。

2.2 苎麻炭疽菌生物学特性

1991年，罗俊国［10］对湖北地区分离到的苎麻炭疽病病菌的培养性状、生物学特性和主栽品种（品系）的炭疽病抗性做了鉴定。研究结果显示，炭疽病菌能很好地利用硝态氮和有机氮，而对铵态氮利用很差，对单糖、双糖和多糖能很好地利用，但对山梨糖、木糖利用率低。病菌的生物学特性研究结果显示，病菌在17～33℃均能生长，最适生长温度为25℃，病菌在偏酸和中性环境中生长良好，病菌经56℃30 min可致死。1993年李瑞明等［9］报道的苎麻炭疽菌生物学特性与罗俊国的研究结果基本一致，并详细报道了苎麻炭疽菌病原形态特性以及温度和湿度对病菌生长和孢子萌发的影响。研究指出，苎麻炭疽菌菌丝最适生长温度为28℃，35℃即可影响和抑制菌丝生长，菌丝致死温度为55℃；菌丝在pH 4～9范围内均可生长，最适pH为中性偏酸性；分生孢子萌发需要高的湿度，相对湿度低于79.3%，不能萌发，62℃可使孢子致死。

本文作者以分离到的苎麻炭疽菌为对象研究其生物学特性。结果表明，病菌菌丝在20～30℃均可生长，最适温度为25℃；分生孢子在20～30℃产量较高，28℃达到最高；菌丝在pH 4.0～10.0均能生长，在PDA（马铃薯葡萄糖培养基）、PSA（马铃薯蔗糖培养基）和苎麻叶片培养基上生长最快；在牛肉膏培养基上产孢最多；菌丝对各种碳源的利用率都很高，其中对麦芽糖的利用效果最好；分生孢子产生方面，相同的氮源，碳源不同其产孢量差异很大，硝酸钾和葡萄糖的结合可以诱导大量分生孢子的产生，在酵母膏为氮源的培养基里菌落直径较小，但是产生的分生孢子数目巨大；在对生物量的研究中发现，添加维生素B2的液体培养基里可以获得较大的生物量，同时也可以诱导大量分生孢子的产生；另外，菌落在12 h光暗交替条件下生长最快，但分生孢子产量低，连续黑暗培养更利于孢子的生成［17］。

2.3 苎麻炭疽病菌病原形态研究

苎麻炭疽病病原形态学观察和分析的研究，最初见Sadawa的报道，其研究报告中指出苎麻炭疽菌形态为：菌丝无色，直径4μm。分生孢子盘小、梗短，紧密并排，分生孢子无色，短圆柱形，一端稍细，两端圆，有细颗粒状内含物。刚毛暗褐色，向顶部渐细，顶端尖，有1～2个隔膜，基部稍膨大，45～85μm×4～5μm［17］。1988年，上海市农科院在引种苎麻的同时，对苎麻的病害进行了调查，检测到多种病原真菌，其中对苎麻炭疽菌的显微结构首次做了描述：分生孢子盘大小不一，大的可达175μm，刚毛多而坚硬，杂生或周生于分生孢子梗之间及孢子盘周围，分生孢子狭长椭圆形，单胞，大小为15～20μm×3.5～5.0μm［35］。

本文作者以分离的苎麻炭疽菌几个种为研究对象，观察了苎麻炭疽菌的形态。苎麻炭疽菌在PDA培养基上菌落形态为：菌落呈圆形，菌落边缘整齐。大部分菌株菌丝最初为白色，随着培养时间的延长变为淡灰色，有的是褐色。菌丝匍匐状，稀疏至茂密，随着培养时间的延长菌落背面为褐色、蓝灰色甚至是墨绿色。分生孢子橘红色，有的点状分布，有的成片分布。分生孢子，单胞，无色透明，卵圆形，有的内含油球。分生孢子梗簇生或单生，无色或淡褐色，直或弯曲，具分隔，基部略膨大。菌丝有隔，直径2.55～3.83μm，平均3.01μm。有的菌株具黑色或者褐色刚毛，有分隔，顶端尖锐［17］。

图1 苎麻炭疽菌形态培养特征［17］Fig.1 Morphology characteristic of Colletotrichum species of ramie anthracnose［17］

2.4 苎麻炭疽菌侵染特性研究

苎麻炭疽病菌主要传播途径为病残体，种子也可带菌，病菌以菌丝体在病残组织和种子中越冬，散落在田间的病残体和返回麻田的感病麻皮，成为翌年初次侵染源［9］，苎麻炭疽菌侵染过程与报道中胶孢炭疽菌的生活史基本一致（图2）［36］。在苎麻生长期间，感病组织产生的分生孢子可借助风、雨、昆虫等进行传播，炭疽菌的分生孢子可以直接通过自然孔口-气孔、皮孔或者伤口入侵，也可以直接入侵［37］，高温多雨、偏施氮肥、密度过大以及低洼积水的麻地均有利病害的侵染和发生［6］。

图2 胶孢炭疽菌的生活史［36］Fig.2 Life styles of Colletotrichum gloeosporioides［36］

苎麻炭疽菌属于植物炭疽菌属，植物炭疽属病原真菌属于半活体营养型寄生微生物，根据寄主不同而有不同的病菌侵染策略［38］（图3）。病菌可以从细胞内定殖到角质层下部定殖侵染寄主，并通过形成特别的侵染结构进行深入侵染。分生孢子萌发产生附着胞，附着胞产生侵入钉，侵入钉产生侵染菌丝，侵染菌丝包括初生菌丝和次生菌丝。在侵入寄主植物前期，病菌并不立即杀死寄主，而是依靠活体寄主为营养体。在侵染后期，随着侵染菌丝的蔓延，植物细胞死亡，真菌进入死体营养型寄生阶段［39］。

图3 炭疽菌属真菌在侵染前期的不同侵染策略［38］Fig.3 Different infection strategies infected by Colletotrichum species［38］

3 展望

麻类作物作为我国重要的特色纤维作物，在种植业结构调整和乡村振兴中发挥了重要作用。长期以来，我国苎麻研究在种质资源创新与鉴定、品种筛选、育种与繁育技术研究等方向取得了重要进展。随着分子技术的发展，苎麻全基因组测序工作已经完成，在全基因组关联分析、QTL定位、稳定分子标记开发、miRNA研究［40］等方面也取得了系列重要成果。在麻类作物学科发展报告中提出，未来一段时间，我国麻类作物学科要以传统杂交育种技术为基础，以分子育种技术为突破口，加强重要功能基因的挖掘，加快优质、丰产、抗病、抗逆、多用途等麻类作物新品种选育［41］。

国内外麻类病害研究主要集中于亚麻、红麻和工业大麻，对苎麻上经常发生的病害，特别是炭疽病缺少详细而系统的研究，病原菌鉴定、抗性基因的研究更是匮乏。苎麻生产中，由于缺少对炭疽菌完全免疫或高抗的苎麻品种，对该病害的防治比较困难。虽然依靠喷施杀菌剂可以防治病害，但是病原菌的频繁变异使得化学药剂易出现失效的现象，且持续施用杀菌剂不符合我国农业生产中“减药”的目标。我国苎麻种植区域生态环境差别大，种植品种多，苎麻炭疽菌病原种类、致病性遗传多样性等方面可能存在差异。所以，对我国不同苎麻产区的苎麻炭疽菌开展基础性研究具有重要的意义。通过对病原菌的分离和鉴定以及抗性基因的挖掘，明确我国苎麻炭疽菌的种类、优势种群、分布规律、遗传多样性、致病力差异及分化情况，不但可以掌握该病的发生流行规律，为病害的田间防控提供理论依据，降低病害对苎麻产量的影响，也将为研究苎麻炭疽病的生物防治提供指导，防止或减缓苎麻炭疽菌对杀菌剂抗药性的产生，为苎麻炭疽病的生物防治和抗炭疽病育种提供理论依据。