十字花科根肿病研究现状及未来趋势
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摘 要：根肿病在很多地区蔓延，严重影响了菜农的经济收入，生物学家投入了大量的财力、物力来研究根肿病，并在根肿菌的分类、根肿菌的生理小种分化、病原菌检测技术、病原菌有效接种技术、病原菌的生活史及生物学特性、根肿菌的防治方面取得了很好的成就。本文对近几年根肿病的致病机理、生理小种鉴定、根肿菌的防治及培养技术前景等方面的研究进行概括，以期对根肿菌的进一步研究提供参考
关键词：根肿病;致病机理;生理小种鉴定
中图分类号：S436.341.1 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2015.04.029
Review of Cruciferous Root Disease Research
TIAN Ya-lin
（Liaoning Key Lab of Plant Biotechnology，School of Life Science，Liaoning Normal University，Dalian，Liaoning 116081，China）
Abstract： Clubroot expanded rapidly in most regions of world， it has restricted the income of vegetable farmer. In order to accelerate the development of vegetable industry biologists through unremitting efforts have made breakthrough progress in taxonomic status of Plasmoodiophora brassicae， physiological race differentiation， methods for determination， inoculation techniques， biological characteristics and control methods and so on. The paper summarized the study of clubroot molecular pathogenesis， physiological race differentiation， biological controls， the future of clubroot culture technology in the recent years， which may provide a reference for further research.
Key words： clubroot; molecular pathogenesis; physiological race differentiation
目前，仍有很多地区正受到白菜根肿病的威胁，根肿病是十字花科植物的世界性病害，被根肿病侵染的田地，在自然状态下10年之内都无法再种植十字花科植物，而且根肿病是土传病害，对周围的农田也造成威胁，对菜农造成了特别大的经济损失。国内外对根肿病的研究一直都很重视，通过不懈的努力在致病机理、病原菌生理小种的鉴定、根肿菌的防治、病原体离体技术等方面均取得了突破性进展。
1 致病机理研究
根肿菌是一种寄生在十字花科植株根部细胞内的寄生菌，不能进行纯培养，从分子生物学的角度分析其致病机理有很大的困难，在根肿菌侵染植株过程中基因表达的状况在文献中很少被提及，全世界也有很多研究机构做了这方面的探索，但是进展缓慢。Feng等[1]在根肿菌中发现了一种能够刺激根肿菌休眠孢子萌发的丝氨酸蛋白酶，该酶是由一种广泛存在于根肿菌致病型的单拷贝基因编码的。榨菜在根肿病发病初期时通过RT-qPCR技术分析氰水解酶的3个相关基因表达时发现，BjNIT1基因能提高生长素的表达量[2]。
在发病过程中，植物明显的表现就是细胞不断地增大和分裂，并形成了根部肿瘤，这些症状都表明了在根肿病的发病过程中植物激素可能发挥了作用。十字花科植物在根肿菌侵染以后和肿根的形成过程中，主要有两种激素起作用：生长素和细胞分裂素[3-6]。这两种激素的比例决定了肿块的形成，前期主要是细胞分裂素调控，后期是生长素调节[7]。研究表明，芜菁在感染根肿菌之后根部肿瘤形成之前，芜菁细胞内细胞分裂素合酶BrIP1，3，5，7的表达产量都有提高，在芜菁内细胞分裂素合酶BrIP1，3，5，7的表达产量的部位都形成了根瘤，而在根瘤形成后其合成就受到了限制，说明细胞分裂素和根瘤的形成有关且在形成根瘤的早期起作用[8]。也有人认为在根肿菌侵染之后，菌体内的IPA的量增加，IPA导致了十字花科植物根部细胞内的细胞分裂素合成增多，诱发了根部细胞的再分裂，从而形成了新的组织，为根肿菌的生长发育提供养料和能量，导致了更多细胞的形成并进而形成根瘤[9]。目前对致病机理的研究还不是特别的深入，更深层次的研究及细化是制定防护措施和控制根肿病蔓延的前提。
2 生理小种的鉴定
从发现十字花科植物的病菌为薹根肿菌以后，关于该菌是否存在生理小种分化的问题存在着种种猜想。不同的研究团体使用不同的生理小种鉴别系统，用不同的根肿菌侵染不同的植株根部，根据不同的植株对根肿菌的抗感反应来划分生理小种。这在研究结果的分享和交流上带来了许多不便之处，后来为了方便大多数人，研究人员都采用现在国际上通用的鉴别系统：威廉士（Williams）法[10]和ECD（European Clubroot Differential Host）法[11]。
（1）威廉士（Williams）法。是由Willianms制定，是由被感染的4种十字花科植物的表现型来决定的一个根肿菌小种的鉴别系统。4个被感染植株的排列组合，分为16个小种，标记为小种1―16。应用此方法鉴别根肿菌的生理小种的优点是简便，但最大的缺点是鉴别的寄主少，对很多小种无法准确鉴定，存在局限性。
（2）ECD（European Clubroot Differential Host）法。Buczacki等人在Williams小种鉴别体系的基础上创建了ECD法，此法是在欧洲通行的鉴别体系，可以对世界各地的十字花科植物根肿菌的生理小种进行鉴别。它克服了Williams鉴别体系鉴别小种数量有限的缺点，还对十字花科根肿病变异和地里扩散问题做出了科学的解释[12]。
3 根肿菌的防治
（1）农业措施方面。可通过实行和非十字花科植物如豆科植物、水稻、小麦、大麦等轮作的方式来控制根肿病的发生。要加强田间管理，一旦发现发病株要立即烧毁并对病窝进行消毒。采收完全部菜后，要对田地进行彻底的清理，特别是病残体一定要彻底清除。改良土壤的理化性质，使改良后的土壤不适合根肿菌的生存。可以利用石灰来调节土壤的pH值，此方法在一定程度上可以控制根肿病，但是长期使用对植物的生理生化性状和土壤结构都有不良的影响，不适合长期使用。在农田中使用腐熟农家肥和石灰水浇灌法，成本低，对植物和土壤结构影响都很小，可以长期使用[13]。
（2）化学防治方面。基硫菌灵、根佳、硫酸钾、多菌灵、氰霜唑、五氯硝基苯等对根肿病都有一定的抑制作用。使用8种杀菌剂对油菜根肿菌的田间试验表明：对根肿菌控制效果好且持续时间长的药剂有根佳、百菌清、基硫菌灵等，对根肿菌有一定效果并持续到开花的药剂是硫酸钾、多菌灵、甲霜灵锰锌等[14]。在化学防治方面取得了很大的进展，在目前多数人采用这种方法[15-17]。但是此方法有可能对植物造成药害作用，对植株的长势有一定的影响，药剂的残留物对人的身体健康有很大的影响，化学药剂污染环境，对生态系统的破坏很大且成本高昂。
（3）抗病育种方面。在国外做了大量的抗病育种工作，日本的蔬菜和观赏植物试验表明，白菜类比甘蓝更加容易感染根肿病，欧洲芜菁抗病和感病的植株都有且发病程度不一样。目前，市场上出售的抗病品种特别多，根肿菌有明显的生理小种的分化，抗病品种也具有很强的小种专门化，所以这些抗病的品种的抗性存不存在是未知的。
Bradshaw等[17]用多倍体杂交培育出了抗根肿菌的甘蓝、芜菁，Masashi Hiral等[18]用转基因技术培育出了对根肿菌有抗性的大白菜。
在对我国四川栽培的油菜品种和德国引进的油菜品种的抗根肿菌的研究发现，我国四川栽培的油菜没有抗根肿菌的品种，德国油菜具有高抗品种。
（4）生物防治方面。微生物的代谢产物具有抑制细菌的作用，渗透效果强，专一性好，具有防病效果。在枯草芽孢杆菌XF-1中用盐酸和甲醇抽提法提取代谢产物作用于根肿菌孢子，发现其明显抑制根肿菌休眠孢子的活性和萌发[19]。真菌也可以用来抑制根肿病，田间施用木霉菌肥后根肿病的发病率和病情指数都有所下降，木霉H6及其发酵物影响核盘菌菌核形成及萌发、菌丝生长，都说明了木霉对根肿病有生物防治潜力[20]。放线菌种类繁多，代谢产物更是多种多样。已知有多种放线菌对根肿病有生物防治效果，放线菌也极具研究价值[21]。
生物防治具有重要意义，在防治根肿病方面具有安全高效的优点，但是取得的成就都是室内大于大田的防治效果，在田间时受到各种外界不利于微生物生长繁殖的因子影响，效果不是特别的理想。
4 展 望
（1）根肿菌的生活史。对根肿菌生活史的研究国外比国内早，大部分实验室是在明确生活史的前提下通过双重培养技术和悬浮细胞培养技术来研究十字花科植物根肿病的发病全过程。在我国这方面的报告还很少，处于开始的阶段。我国地域辽阔，气候跨度很大，不同的地区根肿菌的生理小种不同，不同根肿菌的生理小种的生活史是否相同也不清楚。国内的根肿菌的研究可不可以利用国外这方面已有的研究成果也是未知的。这些妨碍了根肿病的研究进程。所以要先研究清楚分布在我国的根肿菌的生活史，然后才能更好地研究十字花科植物发病过程中植株信号传导、代谢产物和代谢途径，为根肿病的防治方面提供理论依据。根肿菌生活史研究是未来研究的一大趋势。
（2）根肿菌的离体培养技术。在研究根肿病的过程中根肿菌需要不断地培养与繁殖，特别浪费时间、人力及大量的温室资源。根肿菌是土传病害且是专性寄生菌，很难得到纯培养的单孢菌系，更不能获得大量的肿根，十分妨碍十字花科植物根肿菌的研究进程。
现在，研究人员在根肿菌生理小种鉴定时采用单孢接种技术，但是这一技术既耗时耗力、发病率低，还需要多代的培养及观察。只有建立科学的离体培养技术才能加快十字花科根肿菌致病机理的研究进展、生理小种鉴定及抗病品种培育的效率，最终实现对根肿病持续蔓延的控制。所以根肿菌离体培养技术是未来根肿菌的又一大研究趋势。
参考文献：
[1] Feng J， Hwang R， Hwang S F， et al. Molecular characterization of a seine protease Pro1 from Plasmodiophora brassicae that stimulates resting spore germination[J].Mol Plant Pathol， 2010（11）：503-512.
[2] Liu Yan，Yin Youping， Wang Zhong kang， et al. Expression of nitrilaes in Brassica juncea var.tumida tsen in root galls caused by Plasmodiophora brassicae[J].Jourmal of Integrative Agriculture， 2012，11（1）：100-108.
[3] Siemens J， Keller I， Sarx J， et al. Transcriptomeanalysis of Arabidopsis clubroots indicate a key role for cytokinins in disease development[J].Mol Plant Micrbe Interact， 2006，19：480-494.
[4] Devos S， Laukens K， Deckers P， et al. A hormone and proteome approach to picturing the initial metabolic events during Plasmodiophora brassiace infection on Arabidopsis [J].Molecular Plant-Microbe Interactions， 2006，19：1 431-1 443.
[5] Cao T， Srivastava S， Rahman M H， et al. Proteome -level changes in the roots of Brassica napus as a result of Plasmodiophora brassicae infection[J].Plant Science， 2008，174：94-115. [6] Devos S， Vissenberg K， Verbelen J P， et al. Infection of Chinese cabbage by Plasmodiophora brassicae leads to stimulation of plant growth：Impacts on cell wall metabolism and hormone balance [J]. The New Phytologist， 2005，166：241-250.
[7] Siemens J， Keller I， Sarx J， et al. Transcriptome analysis of Arabidopsis clubroots indicate a key role for cytokinins in disease development[J].Mol Plant Microbe Interact， 2006，19：480-494.
[8] Ando S ，Asano T， Tsushima S， et al. Changes in gene expression of puta-tive isopentenyl transferase during clubroot development in Chinese cabbage （Brassica rapa L.） [J].Physiol Mol Plant Pathol， 2005，67：59-67.
[9] Devos S， Laukens K， Deckers P， et al. A hormone and proteome approach to picturing the intitial metabolic events during plasmodiophora brassicae infection on Arabidopsis[J].MPMI， 2006，19（12）：1 431-1 443.
[10] Williams P H. A system for the determination of races of plasmodiophorace Brassicae that Infect cabbage and rutabga[J]. Phytopathology，1966，56：624-625.
[11] Buczacki S T， Toxopeus H， Mattusch P， et al. Study of physiologic specialization in Plasmodiophora brassicae：Proposals for attempted rationalization though an international approach[J].Trans BrMycol Soc，1975，65：295-303.
[13] 戴玉华，杨莲，李顺德，等.调节土壤pH防治白菜根肿病技术探索[J].中国植保导刊，2004，24（8）：20-22.
[14] 杨明英，付明联，李春花，等.油菜根肿病防治药剂筛选试验研究[C]//中国植物病理学会. 2011年学术年会论文集.北京：中国植物病理学会，2011.
[15] 李妍，鞋学文，石延霞，等.防治白菜根肿菌的药物筛选[J].农药学学报，2010，1（1）：93-96.
[16] 陈瑶，王火旭.十字花科根肿病的研究进展[J].天津农业科学，2014（4）：77-79，85.
[17] Brabshaw J E， Gemell D J， Wilson R N. Transfer of resistance to clubroot（Plasmodiphora brassicae）to Swedes（Brassica naps L. var.napobrassica Peterm）from B. Rapa[J].Ann Appl Biol，1997，130：337-348.
[18] Manzanares-Dauleus M J， Delourme R， baron F， et al. Mapping of one major gene and of QTLs involved in resistance to clubroot in Brassica napus[J].Theoretical and Applied Genetics，2000，101：5-6.
[19] 贾媛，孙睿揆，吴毅歆，等.枯草芽孢杆菌XF-1提取物对11种植物病原菌的抑制作用[J].安徽农业大学学报，2011，38（5）：753-756.
[20] 杨力凡.深绿木霉Trichoderma atrovicide 生物菌肥的研制及对油菜菌核病、根肿病的防治[D]. 雅安：四川农业大学，2010.
[21] Lee S O， Choi G J， Choi Y H， et al. Isolation and characterization of endophytic zxtinomycetes from Chinese cabbage root as antagonists to Plasmodiophora brassicae[J].Microbiol Biotechnol， 2008，18（11）：1 741-1 746.