大豆灰斑病研究进展

摘要介绍了大豆灰斑病的性质及危害症状,总结了其研究进展,以期为大豆灰斑病的防治提供参考。

关键词大豆;灰斑病;危害症状;研究进展

中国首次发现大豆灰斑病是在1921年,目前该病主要分布在黑龙江、吉林、辽宁、河北、山东、安徽、江苏、福建、四川、广西、云南等省,其中黑龙江省最为严重。20世纪60年代至今,大豆灰斑病在黑龙江省曾有过4次大流行,仅1985~1986年,黑龙江省大豆平均每年减产25万t,因品质降低和减产造成的损失每年约为2.8亿元。大豆灰斑病已成为黑龙江省大豆生产上危害最大的病害之一[1]。大豆植株感染灰斑病后,感病品种一般减产12%~15%,严重时可达30%。感病种子发芽率降低,而且蛋白质下降1.2%,脂肪含量下降2.9%,百粒重降低2g左右。

1大豆灰斑病的性质及危害症状

1.1病源菌

大豆灰斑病是一种由尾孢菌属引起的病害。该菌是1915年在日本由hara首次发现的,被定名为cercospora sojina hara。1982年刘锡琏等根据病菌分生孢子和分生孢子梗的形态和色泽,将大豆灰斑病菌重组为cercosporidium sojinum(hara)liu et guo[1],属大豆褐斑短胖孢菌,半知菌亚门尾孢属。分生孢子梗5~12根成束从寄主气孔伸出,不分枝,淡褐色。有膝状屈曲,孢痕明显。分生孢子圆柱形或倒棍棒状,无色透明,基部钝圆,顶端尖细,具1~9个隔,(19~80)μm×(3.5~8.0)μm。分生孢子萌发时从两端细胞长出芽管,有时也从中部细胞长出。

1.2病菌繁殖的条件

病菌生长最适温度25~28℃,温度范围为15~32℃。孢子萌发适温28~30℃,温度范围为10~40℃,适温下分生孢子在水中1h即可萌发。病菌在pda培养基上生长缓慢,产孢量少。在利马豆琼脂培养基上产孢比在pda培养基上高10倍。蔬菜浸汁培养基经110~115℃灭菌,病菌生长及产孢量均显著提高。灰斑病菌寄主范围较窄,除大豆外,仅能侵染野生大豆。菌丝体在种子或病残体上越冬。种子带菌对病害流行关系不大,病残体为主要初侵染来源。表土层的病残体越冬后遇适宜环境可产生分生孢子进行初侵染,田间主要靠气流传播。带菌种子长出幼苗,子叶上可出现病斑,温暖潮湿时病斑上长出分生孢子或土表层病残体上产生大量分生孢子侵入寄主引起发病。分生孢子寿命较短,在干燥情况下,叶面降落的分生孢子2d后侵染率降低26%,4d降低94%,6d失去侵染力。由初侵染产生的病斑上产生大量分生孢子,借气流传播,成为田间再侵染源。在适宜条件下,再侵染频繁,造成病害大流行。

1.3危害症状

大豆灰斑病主要为害大豆叶片,也可侵染幼苗、茎、荚和种子,病粒生出的幼苗子叶上出现半圆形或圆形褐色病斑[2]。此病主要危害成株叶片,病斑的边缘褐色,中央现灰色或灰褐色蛙眼状斑,潮湿时叶背病斑中央部分密生霉层,病重时病斑合并,叶片枯死脱落。茎斑纺锤形或椭圆形,荚斑圆形或椭圆形,籽粒病斑明显与叶斑相似,为圆形蛙眼状,轻病粒仅产生褐色小点。

2大豆灰斑病研究进展

2.1生理小种

美国的athow等用16个鉴别品种组成一套鉴别寄主,鉴别出11个生理小种。巴西的yorinori等用10个鉴别品种鉴别出20余个生理小种[1],中国黄桂潮等1984年从1 110份大豆材料中筛选出钢5151、九农一号、双跃四号、合交69-231、ogolen、合丰22号共个6品种作鉴别寄主,鉴别出5个生理小种[3],1988年霍虹等利用这套鉴别寄主对采自黑龙江、吉林的100份大豆灰斑病菌标样进行鉴定,鉴定出11个生理小种,各小种出现的频率由高到低分别为:1号小种50%,7号小种22%,10 号小种9%,其次为2号、3号、9号、4号、8号、6号、11号,其中5号小种仅在吉林省的标样中出现[4];1987年马淑梅等仍采用这套鉴别寄主对黑龙江、吉林、辽宁3省的177份大豆灰斑病菌株(包括1987年以前的100份)进行鉴定,鉴定出14个生理小种,各小种出现的频率由高到低分别为:1号小种43.5%,是东北春大豆产区目前占优势的小种,7号小种18.08%,6 号小种6.28%,其次为10号、3号、2号、4号、5号、8号、9号、11号等。从小种的分布看,黑龙江省的绥化、哈尔滨、牡丹江、齐齐哈尔等地区的小种类型多达5~9个[5]。刘丽君认为黑龙江省以1号和7号小种为主,近两年8号小种有上升趋势。此外,赵赛筛选出9个鉴别寄主,从采自黑龙江省的80个菌株中鉴定出15个生理小种,其中4号小种毒力最强,7号、15号小种次之。张丽娟等也提出一套单小种鉴别体系。灰斑病生理小种的鉴定,从传统经典方法鉴定发展到分子水平鉴定,如运用同工酶酶谱鉴定生理小种[6]。另外,对菌株的基因组dna 进行southerm 分析,获得了基因组特异的指纹图谱,对指纹图谱和毒力间的关系进行初步比较也将成为鉴定生理小种的可行方法[7]。

2.2抗性及致病机制

1991年张晓刚等初步提出在多个生理小种混合群体的侵染下,田间抗性的遗传表现呈复杂的基因效应,非等位基因互作的上位效应普遍存在[8]。陈绍江以电子自旋共振技术(esr)为手段研究结果表明,病叶内的自由基浓度均远高于正常叶片,感病品种显著高于抗病品种。抗病品种在感病后,叶组织内的自由基浓度升高幅度远低于感病品种。这一现象说明,感病品种更易受到病菌的破坏。接种灰斑病菌后,抗病品种叶片中自由基含量比相应对照有所增加,而感病品种的自由基含量比相应对照有所降低[9]。灰斑病菌侵染后,感病品种膜质过氧化水平加重,保护酶体系失去活力,而抗病品种虽然丙二醛(mda)含量有所增加,但膜质的保护酶系统活性都很强,植株受害较轻。过氧化物酶、苹果酸脱氢酶同工酶的变化反应了品种对灰斑病的抗性,这2个同工酶的协同反应标志着品种抗灰斑病的特性。另外,氨基酸的变化规律可以作为大豆灰斑病研究的一个生理生化指标,为生理生化抗性机制的进一步研究提供依据,刘丽君又对具体的小种感病机制进一步研究,提出灰斑病1 号小种主要是使感病大豆品种叶肉细胞叶绿体膜蛋白受到损伤,然后使植株发病;灰斑病7 号小种对大豆影响主要作用于细胞色素的表达上,使细胞色素不能合成,从而表现出感病反应;而抗病品种则无此反应[10]。

2.3抗病资源筛选

大豆材料对灰斑病的抗性在品种间差异显著,因此进行抗病材料的筛选是抗病育种工作的基础。1976 年合江农科所对黑龙江省内外2 000 份材料进行人工接种,筛选出200 余份高抗材料。朱希敏等对1 781 份大豆材料进行灰斑病抗性鉴定,发现免疫材料81 份[11]。齐宁对黑龙江、吉林2省的916 份大豆品种的抗性鉴定表明,黑龙江省的638 份材料中有0.31%表现免疫,9.09%表现高抗,16.46%表现中抗;吉林省的323份材料中,1.55%表现免疫,11.46%表现抗,23.33%表现中抗;同时发现供试品种叶部发病与荚部籽粒发病有较高的正相关。

张丽娟、杨庆凯[6]对108份大豆品种和品系用10个灰斑病菌生理小种进行了抗性鉴定,筛选出抗8 个以上生理小种的高抗资源46 份,其中包括生产上曾使用和正在使用的品种21 份,国内外鉴定寄生6 份,产量鉴定品系19份。由此可见,生产上曾使用和正在使用的品种中抗性高的所占比例很高,能够有效控制灰斑病的发生。抗10个生理小种的材料13 份,占供试材料的12.03%。

马淑梅等[12]对500份灰斑病新广谱抗病资源进行了混合菌种鉴定,结果表明高抗材料46 份,占供试材料的9.2%,抗病材料47份,占9.4%,中抗材料10份,占21.0%;分生理小种测定有23份材料抗多个(4个以上)生理小种,为新广谱抗病资源的推广应用提供了依据。在鉴定的93 份抗病以上的材料中,国内新品系占43%,如农大53033、农大5110、农大7113、农大5122、黑交92-1526、黑交93-2279、绥41052、垦91-2138、宝交5558等;国外品种占47%,如特拉维斯、科索、邓恩、比松、维尔金、bragg、hampton、davis、corsoy、steel等;其中,省内品种占10%,它们是合丰29、合丰30、合丰32、合丰34、绥农10号、绥农14等。

陈庆山[13]对50个来自东北农业大学、黑龙江省农业科学院绥化分院、黑龙江省合江农科所、红兴隆农科所和黑龙江八一农垦大学等育种单位的生产主栽品种或待推广品系进行了灰斑病10个生理小种的抗性鉴定,筛选出抗8个生理小种以上的品种或品系17份,其中1572、1574、9674、91-135、巴24、农大13699、85-593 抗所有10个生理小种。

吴秀红[14]对黑龙江省大豆主栽品种进行灰斑病10个生理小种水平上的抗性鉴定,其中有17份栽培面积排在全省前20名。表明黑龙江省主栽品种的抗病性有多重表现,有的品种只具有单一的专化抗性,有的则可以分别抵抗几个甚至全部生理小种,具有广谱抗性。专化抗1 个和4 个生理小种的品种比例最高,共有8 个,占主栽品种的40%,抗8个生理小种的主栽品种有5个,它们是绥农10、宝丰7、黑河22、合丰41和新品系东农163,这几个品种中,前3个是高产类型,后2个是高产、高油类型,是抗病育种工作中的宝贵资源。8个以上生理小种的品种共6个,占主栽品种的30%,这部分品种是研究灰斑病的重要材料。

2.4抗病育种

我国的大豆抗灰斑病育种工作始于1976年,到现在已育成抗病推广品种有合丰27、合丰28、合丰29、合丰30、合丰32、合丰33、合丰34以及绥农8(已丧失抗性)、绥农9、绥农10、宝丰7、宝丰8、垦农7、垦农8等20多个,同时也育成了东农9674、东农593、绥945007、绥945025等抗病品系。东北农业大学大豆研究所选育出一批高抗品种(系),如东农42、东农43、9674、593、1574、1572等。另外垦农18、合辐93154-2、黑生101、建农1号和建丰2号、北豆30、北豆35等抗灰斑病品种也开始在黑龙江省推广。这些品种在生产上对控制大豆灰斑病的危害发挥了重要作用,其中东农9674、合丰29 和合丰34 能抗黑龙江省8个以上生理小种。在黑龙江省育成的抗灰斑病品种中,15个品种有美国血缘(占62.5%),特别是在15个高抗品种中11个品种有美国血缘(占73.3%)。这说明美国品种资源在黑龙江省大豆抗灰斑病育种中的重大作用。从育种方法来看,抗病品种中合丰28、合丰29、合丰34等19个品种是采用单交法育成,合丰27、合丰30是采用单回交法育成,绥农8、绥农9是采用三交法育成,牡丰6、黑河9、合丰33 是用辐射处理单交或三交组合后代法育成。

2.5灰斑病基因的分子标记

邹继军等[15]用东农91212(感7号小种)与东农9674(抗所有小种)的杂交群体对中国大豆灰斑病7 号生理小种抗性基因进行了rapd标记。用分离体分组分析法筛选到3个与抗性基因连锁的标记,它们分别是opq12500、ops03620和opa041100。其中ops03620&580的2个片段ops03620和ops03580具有共显性的分离特点,ops03620与抗病基因的遗传距离是8.7cm。根据该标记选择基因型纯合和杂合的抗病植株,其符合率分别达到100.0%和97.6%。southern杂交结果显示,ops03620是大豆基因组中的单拷贝或低拷贝序列,可以用作rflp探针。此标记还被进一步转化成rflp标记和scar标记(scs3620&580)。用scs3620&580对62份大豆灰斑病抗感种质资源的测试显示,其在绝大部分抗、感种质之间存在明显多态性,在灰斑病抗病育种中具有广泛的应用价值。

董伟等[16]用高抗品种东农9674和高感品种东农87-104的杂交群体对中国大豆灰斑病1号生理小种进行rapd多态性分析,其中3个引物在抗、感之间出现稳定的多态性标记opk03840、opm171700、opo10950,并在f2代个体中表现出抗性与多态性标记协同分离的趋势,这3个标记与抗性基因rf1的连锁顺序为opk03840-rf1-opm171700-opo10950,连锁距离分别为10.4cm-rf1-13.8cm-26.1cm。

张文慧[17]用抗所有生理小种的品系东农40566和感1号生理小种的品种东农410 的杂交群体,针对中国大豆灰斑病1号生理小种,利用bsa法对500个ssr标记进行筛选,其中3个标记satt565、soygpatr和satt396在抗、感之间表现出稳定的多态性,并且在f2代个体中表现出抗性与多态性协同分离的趋势。这3个标记与抗性基因的连锁顺序为satt565-soygpatr-hrcs1-satt396,其中soygpatr与抗性基因的遗传距离为6.5cm。根据3个标记所在的连锁群推测抗大豆灰斑病1 号生理小种的基因可能位于c1 连锁群上。

3参考文献

[1] 曹越平,李海英,刘学敏,等.大豆灰斑病菌(cercospora sojina hara)及其对寄主作用的研究[j].植物病理学报,2003,33(2):116-120.

[2] 方中达.中国农业植物病害[m].北京:中国农业出版社,1996.

[3] 黄桂潮,霍红.大豆灰斑病生理小种的研究[j].大豆科学,1984,3(3):231-234.

[4] 霍红,马淑梅.黑龙江省大豆灰斑病生理小种的研究[j].大豆科学,1988,7(4):315-320.

[5] 马淑梅,李宝英.东北春大豆灰斑病生理小种鉴定结果初报[j].植物病理学报,1997,27(2):180.

[6] 张丽娟,杨庆凯.大豆抗灰斑病菌多个生理小种资源的筛选[j].大豆科学,1997,16(1):38-41.

[7] 刘学敏.大豆灰斑病菌dna指纹图谱初步分析[j].遗传学报,1998,25(4):362-366.

[8] 张晓刚.大豆灰斑病遗传规律的研究[d].哈尔滨:东北农业大学,1991.

[9] 陈绍江,杨庆凯,王金陵.感染灰斑病大豆叶组织的自由基代谢[j].植物保护学报,1997,24(2):113-116.

[10] 刘丽君,高明杰,吴俊江,等.灰斑病对大豆囊体膜蛋白表达的影响[j].大豆科学,1999,18(1):53-56.

[11] 张文慧,杜吉到,陈庆山,等.抗大豆灰斑病育种研究进展[j].黑龙江八一农垦大学学报,2006,18(1):22-26.

[12] 马淑梅,李宝英.黑龙江省大豆品种和资源与本省大豆灰斑病菌相互作用的研究[j].大豆科学,1996,15(4):322-325.

[13] 陈庆山.大豆灰斑病种质资源遗传多样性的papd和ssr分析[d].哈尔滨:东北农业大学,2001.

[14] 吴秀红.黑龙江省大豆主栽品种对灰斑病10个生理小种的抗性分析[j].作物杂志,2004(1):15-17.

[15] 邹继军,董伟,杨庆凯,等.大豆对灰斑病菌7号小种抗性的遗传分析及抗病基因的rapd标记[j].科学通报,1998,43(21):2302-2307.

[16] 董伟,杨庆凯,沈义国,等.大豆灰斑病1号生理小种抗性基因的rapd标记[j].高科技通讯,1999(10):48-51.

[17] 张文慧,陈庆山,杨庆凯,等.大豆灰斑病1号生理小种抗性基因的ssr标记分析[j].大豆科学,2004,23(3):169-173.