大豆胞囊线虫病生物防治研究进展
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大豆孢囊线虫病研究进展杜志强(黑龙江省农业科学院大庆分院, 黑龙江大庆163316)摘要:本文综述了大豆孢囊病的发生与危害、大豆胞囊线虫病的病原及生物学特性、抗大豆孢囊线虫病品种资源的筛选和鉴定; 抗大豆孢囊线虫病品种的选育。
并对该研究领域的发展趋势进行展望。
关键词:大豆;大豆孢囊线虫;筛选;抗病育种大豆胞囊线虫病(Soybean Cyst Nematode,简称SCN),是由大豆胞囊线虫(Heterodera glycinesIchinohe)侵染引起的,是危害世界大豆(Glycine max (L.) Merr.)生产最严重的病害之一[1],其特点是分布广、危害重、寄主范围宽、传播途径多、休眠体(胞囊)存活时间长,是一种极难防治的土传病害。
在我国东北和黄、淮、海大豆产区发生较普遍,一般可使大豆减产5%~10%,严重的可达30%以上,甚至绝产[2]。
该病目前是世界各大豆生产国大豆生产的主要障碍,因此,该病的研究一直受到重视。
1大豆胞囊线虫病发现、分布及危害1.1 大豆胞囊线虫病的发现据戴芳澜《中国经济植物病原目录》记载,大豆胞囊线虫最早在中国发现,1899 年俄国植物病理学家雅切夫斯基(Jaczevski)等在我国东北地区西部报道发现大豆根线虫,当时命名为Heteroderaschachtti,即甜菜胞囊线虫(戴芳澜等,1958)。
1915年日本掘正太郎(Hori)在日本福岛附近发现胞囊线虫病,称嫌地病,又叫萎黄病。
1952 年日本学者一户稔(Ichinohe)将大豆胞囊线虫单独列为一个种,定名为Heterodera glycines Ichinohe,即大豆胞囊线虫。
1936 年在朝鲜发现,美国1954 年首次报道在北卡罗莱纳州发现大豆胞囊线虫病。
1968 年埃及在尼罗河的金岛上发现,1978 年前苏联在黑龙江流域发现,1983 年在哥伦比亚发现,1984 年在印度尼西亚发现,1987 年在加拿大的安大略省发现(刘维志,2000),阿根廷也报道发现大豆胞囊线虫[3],巴西也有该病的报道(Yorinori,1999),其中危害较重的是美国、日本和中国。
B i n g h a i f a n g z h i一、黑龙江省大豆主要存在的病虫害1、食心虫在黑龙江省的大豆种植中,食心虫每年都会发生,只是在程度上会有所不同。
该虫害能够对大豆产量造成不良影响,在只考虑食心虫存在的情况下,大豆会根据虫害的严重性产生不同程度的减产,轻者达到10%左右,重者可以升至30%到40%之间,给大豆品质带来严重危害,造成巨大的损失。
食心虫在幼虫期进入豆荚内,在其中生长,7月份末期幼虫长大,8月份中期危害最为严重,时间长达30天左右。
2、胞囊线虫胞囊线虫通过土壤进行传播,借助农机具、存在虫害的植物、动物粪便等中间介质扩大传播范围。
该虫害主要危害大豆植物的根部,尤其在根尖部位最为严重。
受到侵害的大豆植株根部明显收缩,通过肉眼可以观察到节状瘤,但是根瘤却非常少。
对发病较严重的植株进行观察可以看到其根部存在一定的浅色细小颗粒,此类颗粒即线虫的胞囊。
经过长时间的危害,程度越来越大,可以发现胞囊转变成褐色。
胞囊对环境的抵抗能力较强,其中的虫卵可以存活3年以上,甚至有的达到10年。
经过大量的数据总结得知,相比于粘土,胞囊线虫更容易在砂质土壤和碱性较强的土壤中存活。
每年的6月到7月,虫害进入初期,即便是初期,其危害也相当严重,而且传播途径和范围十分广泛,控制难度较大。
3、大豆蚜虫民间称大豆蚜虫为腻虫,在东北地区较为盛行。
蚜虫主要以群集的方式生活,在植株的嫩叶背面经常能够看到,其依靠吸食嫩叶汁液获取营养,由于水分分布不均导致叶片卷曲或产生褶皱,而叶片中的叶绿素是植物进行光合作用的重要物质,经过吸食后的叶片缺少必要的营养物质,对光合作用产生不良的影响,在此情况下,植物生长所需的有机物无法合成,植物生长缓慢,成熟期被推迟。
不仅如此,蚜虫还能传播大豆花叶病毒,严重危害大豆的正常生长。
在黑龙江省,大豆蚜虫出现于6月份,如果遇到高温少雨的情况,会出现蚜虫大量繁殖生长的情况。
4、疫霉根腐病疫霉根腐病的病原体为鞭毛菌亚门的大豆疫霉菌,寄生生存,主要通过土壤进行传播。
大豆抗胞囊线虫病育种工作研究进展【摘要】大豆胞囊线虫病是危害大豆安全成熟的重要病害,也是我国主要的大豆病害之一,选择与培育抗线大豆品种是解决这一问题根本途径,本文综述了国内外大豆抗胞囊线虫病育种工作的研究进展,并提出问题与展望。
【关键词】大豆;胞囊线虫;抗病育种进展大豆胞囊线虫(Heterodera glicines lchinohe)病是大豆是一种世界性、毁灭性病害之一,也是我国主要的大豆病害之一,通常造成大豆减产10%~20%,重者达50%,甚至导致绝产[1],虽然农艺措施[2]、化学防治或生物防治技术措施[3]等都对胞囊线虫病的发生起到了一定的抑制作用,但是种植抗线病的品种才是防治该病害标本兼治的方法[4]。
国内外大豆抗胞囊线虫育种工作开展至今,相继取得很多成果。
本文综述国内外大豆抗胞囊线虫病育种的一些概况,为大豆抗胞囊线虫育种工作提供参考依据。
1.国外大豆抗胞囊线虫病育种工作研究进展国外最先开展大豆抗胞囊线虫育种工作的是美国和日本,1956年,美国首次开展抗大豆胞囊线虫资源的筛选工作,1957年,Ross和Brim通过对2800份材料进行了抗病性鉴定,筛选出了7份对大豆胞囊线虫高抗材料:Ilsoy、Peking、PI89920、PI79693、PI90763、PI209332、PI84751,而其中的Peking是世界上最著名的抗源[5]。
1967年美国培育出的第一个抗病品种Pickett[6],随后相继育成了Custer、Dyer、Bedford、L77-994、Cordell、NK561-89和Hartwig等品种[7]。
其中最典型了抗病品种当属Hartwig,其抗性来自PI437659和Peking,抗目前发现的所有大豆胞囊线虫生理小种,并且具备产量高、种皮黄亮、种脐黑色,油分和蛋白质含量高优点,同时兼抗其它病害。
2004年,美国又培育的新大豆材料S96-2692,能抗胞囊线虫5个生理小种(1、2、3、5、14号),也是不可多得的抗线材料。
本科毕业论文野生大豆抗大豆胞囊线虫生化机制的初步研究学院名称:生命科技学院专业名称:植物保护学生姓名:学生学号:指导教师:论文目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)1 前言 (1)2 材料与方法 (1)2.1 供试材料 (1)2.2 野生大豆防御酶活性测定方法 (1)2.2.1 育苗和取样 (1)2.2.2 酶粗提液制备 (2)2.2.3 过氧化物酶(POD)活性的测定 (2)2.2.4 酚氧化酶(PPO)活性的测定 (2)2.2.5 苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性的测定 (2)2.2.6 超氧化物歧化酶(SOD)活性的测定 (3)3 结果与分析 (3)3.1 野生大豆对SCN抗性与POD的关系 (3)3.2 野生大豆对SCN抗性与PPO的关系 (3)3.3 野生大豆对SCN抗性与PAL的关系 (4)3.4 野生大豆对SCN抗性与SOD的关系 (5)4 结论与讨论 (5)致谢 (7)摘要摘要本研究在田间自然侵染条件下,分析了野生大豆126(高抗)、抗线7号(高抗)、半野158(感病)、野生大豆241(感病)、野生大豆221(高感)、栽培大豆黑农48(高感)等材料苗期根内主要防御酶PPO酶、POD酶、SOD酶、PAL酶的差异。
结果表明,不论抗病品种还是感病品种,根部POD酶、SOD酶、PAL酶酶活性都呈上升趋势,抗病品种在SCN侵入后POD、SOD、PAL酶活性上升趋势较大,而感病品种上升趋势较小。
这表明POD、SOD、PAL酶变化幅度与品种抗性存在一定的关系。
此外,抗感病品种SCN侵入后PPO酶活性皆表现为下降趋势。
关键词:野生大豆;胞囊线虫;防御酶AbstractWild soybean study on the biochemical mechanism of resistance to soybean cyst nematodeAbstractThe research in the field under natural conditions of infection, analysis has wild soybean 126 (High resistent), and anti-line 7th,(High resistent), and half wild 158 (Susceptible), and wild soybean 241 (Susceptible),and wild soybean 221 (High susceptible), and cultivation soybean black agricultural 48 (High susceptible), material seedling root within main defense enzyme PPO enzyme, and POD enzyme, and SOD enzyme, and PAL enzyme of differences. Results show that the, Both resistant varieties and susceptible varieties,roots of POD, SOD enzyme, PAL enzyme enzymes enzymes are on the rise, In SCN resistant varieties into POD,SOD,PAL enzyme activity on the rise after more susceptible varieties on the rise is smaller.This shows POD,SOD,PAL enzyme variation and resistance of certain relations. In addition, resistant and susceptible varieties of SCN PPO enzyme activities were characterized by a downward trend after the invasion.Keywords: Soybean; cyst nematode; defence enzyme1 前言大豆胞囊线虫病(soybean cyst nematode,Heterodera glycine s)又称大豆黄萎病、火龙秧子是大豆生产中流行性、毁灭性病害之一。
16(3)136~141 中国生物防治 Ch inese Jou rnal of B i o logical Con tro l 2000年8月大豆胞囊线虫病生物防治研究进展孙漫红, 刘杏忠, 缪作清(中国农业科学院生物防治研究所,北京 100081)B iolog ica l Con trol of Soybean Cyst Nema todeSU N M anhong,L I U X ingzhong,M I AO Zuoqing(In stitu te of B i o logical Con tro l,CAA S,B eijing100081,Ch ina)提要:本文概述了国内外对大豆胞囊线虫病生物防治方面的研究及其进展。
关键词:大豆胞囊线虫;生物防治;进展分类号:S435.651;S476 文献标识码:A 文章编号:100529261(2000)0320136206大豆胞囊线虫(H eterod era g ly cines Ich inohe)是大豆生产中一种常见的病害,它危害大豆根部,造成植株生长迟缓、根系萎缩、结瘤数量减少、结荚率低、豆粒干瘪,从而严重影响大豆的产量和品质,且感染后的大豆植株很容易被土壤中病原菌侵害,引发或加重其它病害。
大豆胞囊线虫病的流行一般造成大豆减产10%~20%,重者达50%,甚至绝产[1]。
对大豆胞囊线虫病的防治可以通过种植抗性品种、改进耕作方式等,但这些措施也存在较大的局限。
目前,应用最多的还是化学药剂,美国在六七十年代曾采用了20多种化学农药防治大豆胞囊线虫病。
但由于污染重、苗期药害大,正式注册登记的只有少数几种,而其中一些毒性很高的农药,如二溴氯丙烷、二溴乙烷也相继被禁用[2,3]。
近年来,随着人们环保意识的增强,植物病虫害的生物防治越来越受到关注,生物防治也正在成为控制大豆胞囊线虫病的一条重要而有效的途径。
1 大豆胞囊线虫病自然衰退最早有关大豆胞囊线虫病自然衰退现象的报道是美国的H artw ig[4],他发现当感病品种连种5年后,原来严重的线虫病害会突然消失或大大减轻。
近年来,许多研究已证明大豆胞囊线虫的自然衰退与可以寄生、捕食线虫的生物因子有关,如在日本、美国发现的大豆胞囊线虫抑制性土壤是由于专性寄生细菌——巴氏杆菌(P asteu ria sp.)或食线虫真菌的作用[5~7]。
在我国黑龙江、吉林、辽宁、山东、安徽等省市都发现了大豆胞囊线虫抑制性土壤。
这类土壤中胞囊数量少,且空胞囊率达80%以上,胞囊上有大量真菌定殖。
一些土样中具有明显的优势种, 收稿日期:1998212221基金项目:国家九五科技攻关项目;九五黑龙江省招标项目作者简介:孙漫红,女,(19692),硕士,助研。
631第3期 孙漫红等:大豆胞囊线虫病生物防治研究进展 如淡紫拟青霉(P aecilo m y ces lilacinus)、厚孢轮枝菌(V erticillium ch lam y d osp orium)[8]。
对其土壤特性的初步研究已证明线虫衰退与食线虫真菌的作用有关。
在线虫的抑制性土壤中,人们很容易分离到线虫天敌。
而福尔马林等药剂处理的土地上连作某一感病作物,线虫数量反而会增加[9],这正是由于化学药剂杀灭或抑制了天敌的作用,从而“促进”线虫的大量繁殖。
利用衰退土壤中的抑制因子来控制大豆胞囊线虫为人们提供了一条新思路。
2 大豆胞囊线虫生防资源2.1 定殖于大豆胞囊线虫上的真菌线虫有众多的天敌,包括真菌、细菌、病毒、捕食性线虫、螨类、昆虫、原生动物等,其中以对食线虫真菌的研究最为广泛和深入。
1981年美国田纳西州大豆种植区病土中首次发现了大豆胞囊线虫雌虫的寄生真菌,经鉴定主要为N e m a top h thora g y nop h ila、辅助链枝菌(Ca tena ria aux ilia ris)和厚孢轮枝菌[10]。
此后,美国对定殖于大豆胞囊线虫胞囊、雌虫及卵上的真菌进行了广泛调查,报道了食线虫真菌近百种[11~13],其中有些菌株已在田间应用来防治大豆胞囊线虫。
中国是大豆的发源地,1990、1992年美国农部线虫实验室两次来我国采集大豆胞囊线虫上的天敌。
伊利诺斯大学对69个种的定殖真菌研究发现,大豆胞囊线虫发病严重的田块中,胞囊上寄生真菌以茄孢镰刀菌(F usa rium solan i)、异皮壳多孢菌(S tag onosp ora heterod erae)为主;而连作的衰退土壤胞囊中尖孢镰刀菌(F.ox y sp orum)、根状类茎点霉(P a rap ho m a rad icina)最多。
Chen等[14]对分离的18个种21株真菌对大豆胞囊线虫卵的致病性进行了测定,表明厚孢轮枝菌的卵寄生指数最高,同时卵的孵化率减少74%;棘壳孢菌(P y renochaeta terrestris)和2株丝孢菌也显示出较高的卵寄生指数,且孵化率较低。
最近,Chen[7,15]等及L iu 和Chen[16]又发现大豆胞囊线虫幼虫的寄生菌物——落斯里被毛孢(H irsu tella rhossiliensis)和明尼苏达被毛孢(H irsu tella m innesotensis),这类真菌是植物线虫幼虫的专性寄生菌,对控制线虫种群密度起着十分重要的作用。
刘杏忠对美国明尼苏达州300余个大豆土样中胞囊线虫二龄幼虫寄生菌物调查发现,37%的土样中有被毛孢存在,对二龄幼虫寄生率可高达60%。
国内对大豆胞囊线虫胞囊上定殖真菌的调查始于80年代末,刘杏忠等[17,18]鉴定出24属30余种食线虫真菌,其中茄孢镰刀菌、柱孢菌(Cy lind roca rp on spp.)、异皮壳多孢菌、淡紫拟青霉、厚孢轮枝菌出现频率最高。
林茂松[19,20]、刘维志等也分别对山东省和东北地区土样进行了检测,并对分离菌株的寄生性进行了测定。
2.2 大豆胞囊线虫专性寄生细菌——巴氏杆菌巴氏杆菌对植物线虫寄生能力强,在线虫体内增殖迅速,并具有抗性结构,可以抵御不良环境,因而对植物线虫具有极强的生防潜力。
有关大豆胞囊线虫上巴氏杆菌寄生物的报道最早是日本的N ish izaw a[5],此后在美国的伊利诺斯、韩国、中国相继发现[6,21,22]。
我们在调查中也发现我国安徽、江苏等地巴氏杆菌寄生大豆胞囊线虫的现象,并且该菌分离频率很高(未发表)。
2.3 大豆根际细菌根际细菌,尤其是PGPR,也是国内外生防研究的一个热点。
由于根际细菌与作物的根具有一定的亲和力,对病原物拮抗性强,并且易于应用,因此也是一类重要的植物线虫生防菌。
近731中国生物防治 第16卷来郭荣君[23]已从我国各地大豆田土样中,分离、筛选出一些大豆胞囊线虫病拮抗细菌。
3 植物寄生线虫生防机制3.1 生防菌对植物线虫的作用机制食线虫真菌是最重要的植物寄生线虫天敌,不同的食线虫真菌有不同的寄主范围,它们对线虫的作用也各不相同。
捕食性真菌可以在线虫的诱导下,由自身营养菌丝产生粘性菌丝、粘性网、收缩环等捕食器官来捕食线虫。
而内寄生真菌和机会真菌则通过与寄主线虫的相互识别,吸附或粘着于线虫体表,同时在几丁质酶作用下,菌丝穿透体壁将卵壳消解,侵染其中的卵及幼虫,并繁殖菌体[24,25]。
M eyer和W ergin[26]研究发现,在大豆胞囊线虫胞囊上接种蜡蚧轮枝菌(V.lecan i),16小时后菌丝开始侵染线虫基质,并且在1周内大量扩繁。
由于机会真菌不但可以侵染根内、根表的繁殖体,而且可以侵染土壤中的繁殖体,对控制胞囊线虫、根结线虫等主要植物线虫起着十分重要的作用,如轮枝菌、拟青霉等属已有商品制剂问世[27,28]。
巴氏杆菌是研究最多的一类植物线虫寄生细菌,对寄主具有较强的专化性。
在土壤中其孢子呈休眠状态,当遇到移动的寄主幼虫时,便“吸附”在幼虫体表,并穿透线虫体表,在其体内大量繁殖。
当线虫裂解时,内寄生的孢子便释放出来,再次侵染[29]。
一些食线虫真菌和细菌体外可以产生具有杀线活性的代谢产物。
例如,淡紫拟青霉发酵液中含有一定浓度的乙酸,能够在很大程度上控制线虫卵及幼虫的生长发育[30~33]。
而厚孢轮枝菌本身也可以产生毒素,当线虫卵与其接触时,便停止孵化、发育[34,35]。
还有一些生防菌在含氮物降解过程中产生挥发性的N H3和NO2,从而抑制线虫的生长[36]。
3.2 生防菌在植物根际的定殖及对根际环境的影响引入菌株能否在植物根际定殖是生防菌株筛选的一个重要指标。
通过在植物根部和土壤中的定殖,才能更有效地拮抗植物寄生线虫及其它病原菌,同时生态位点的占据也减少了其它有害菌对植物根部的危害。
孙漫红等[37]对大豆根部和土壤中生防菌含量测定表明,淡紫拟青霉接种(大豆种子包衣)后1周,无菌土中大豆内根际菌含量为包衣量的1 1000,第2周提高10倍以上;在自然土中,第3周拟青霉开始大量增殖。
王昌家等[38]也证明了淡紫拟青霉在防治大豆胞囊线虫病中第2、3年的后效作用。
美国农部M eyer博士等[39]发现采用大豆胞囊线虫寄生真菌——蜡蚧轮枝菌接种离体大豆的根尖组织,4周后轮枝菌扩展范围可达根长的31%~71%,显示了良好的亲和关系。
但在土壤环境中真菌对大豆根际的定殖水平很低。
研究发现,一种外源微生物的引入可以改变或影响根的分泌物[40]。
而根分泌物的变化又在很大程度上影响到线虫的孵化、对寄主植物的识别与侵染过程,从而实现对线虫的控制。
同时一些细菌、真菌体外产生的抗生素类物质,也会影响到植物根际其它微生物的种类、数量及其分泌物。
3.3 对植物的促生作用PGPR是一类重要的根际细菌,它不仅能够防治病原菌、病原线虫,并且能够促进植物生长。
郭荣君[23]从大豆根际分离的沙雷铁氏菌(S erra tia sp.)SY2N S菌株,田间小区测定表明可增加大豆出苗率,大豆增产10.2%。
而一些食线虫真菌,如寄生大豆胞囊线虫的淡紫拟青霉,其代谢产物也具有类似生长素和细胞分裂素的作用[41]。
4 大豆胞囊线虫生物防治技术4.1 生物防治在防治大豆胞囊线虫病中的应用831第3期 孙漫红等:大豆胞囊线虫病生物防治研究进展 国外应用食线虫真菌防治大豆胞囊线虫病比较成功的例子有两个。
一是美国阿肯色大学的丝孢菌制剂。
1986年K i m等从大豆胞囊线虫衰退土壤中线虫卵上分离到1株丝孢菌(定名为A rkan sas fungu s18,A R F18),平板测定表明其对大豆胞囊线虫卵的寄生率达89%;田间试验中,利用海藻酸盐2粘土2食线虫真菌混合颗粒剂防治大豆胞囊线虫,当菌剂粒重8.3m g,菌丝含量为3.9%,接种量为土壤重量的1.0%时,对线虫的抑制率最高,达到95%,并且该菌对不同的大豆品种和不同的大豆胞囊线虫生理小种没有专化性。