综述:豆科作物中的阿法诺霉菌根腐病:对该病原体系及其控制方法的最新研究进展

《Crop Protection》:Aphanomyces root rot in legumes: Current insights into the pathosystem and its control

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年06月27日 来源:Crop Protection 3.3

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  Sara Rodriguez-Mena|Diego Rubiales|Mario González西班牙科尔多瓦CSIC可持续农业研究所,邮编14004摘要豆科植物因其能够固定大气中的氮元素,成为可持续农业中的重要作物。然而与其他作物一样,其产量也会受到生物性和非生物性因素的影响

  
Sara Rodriguez-Mena|Diego Rubiales|Mario González
西班牙科尔多瓦CSIC可持续农业研究所,邮编14004

摘要

豆科植物因其能够固定大气中的氮元素,成为可持续农业中的重要作物。然而与其他作物一样,其产量也会受到生物性和非生物性因素的影响。其中,阿凡那霉根腐病是全球豆科作物生产面临的重要威胁。豌豆和扁豆受此病害的影响最为严重,而在当前环境变化背景下,其他豆科作物也可能遭受类似危害。尽管已有大量关于阿凡那霉与豆科植物病原体系的研究,但由于该病原体的复杂性以及高度多样的种群结构,二者相互作用机制仍不甚明了。此外,阿凡那霉还能形成休眠结构并感染多种豆科植物,这使得该病害的防治尤为困难。目前仅发现了部分抗性品种,而化学防治的效果也仅限于幼苗期。因此,轮作以及在播种前检测感染程度等农艺措施已成为目前最可靠的防控手段。本文综述了目前对阿凡那霉-豆科植物病原体系的认知,以及现有的防控策略及其局限性。

引言

豆科植物是全球种植面积最大的作物之一,仅次于谷物(Rubiales, 2023)。它们是蛋白质及多种必需营养素的优质来源,为全球大量人口提供了基本的食物保障。此外,豆科植物具备固定大气氮的能力,是可持续农业系统中的关键组成部分,这也使得人们对这类作物的种植越来越重视(Ditzler et al., 2021; Iannetta et al., 2021)。不过和其他作物一样,它们的生产力也会受到生物性和非生物性胁迫的严重影响(Rubiales, 2023)。
限制豆科植物生产的生物性胁迫包括害虫、病害和杂草,这些因素在不同地理区域和种植方式下的发生情况各不相同。在地中海地区,列当、锈病和镰刀菌枯萎病是主要问题,而在气候较冷湿润的地区,霜霉病和根腐病则是制约豆科作物生产的常见病害(Rubiales et al., 2015)。在这些生物性胁迫中,由阿凡那霉引起的根腐病近几十年来已成为威胁豌豆(Pisum sativum)和扁豆(Lens culinaris)的最严重病害之一(Chatterton et al., 2023; Moussart et al., 2024)。该病原体最初在美国威斯康星州的豌豆田中被发现(Jones and Drechsler, 1925),随后在加拿大(Basu et al., 1973)、新西兰(Manning and Menzies, 1980)、澳大利亚(Allen et al., 1987)、欧洲(Persson et al., 1997)和亚洲(Yokosawa et al., 1974)也有报道。后来又有研究指出,该病原体能够感染多种豆科植物(Gaulin et al., 2007)。
阿凡那霉主要感染豆科植物的根系,导致根部及下部茎秆出现坏死和变色现象。随着感染的加剧,病原体会进一步破坏根部的皮层组织,导致细根大量死亡,进而影响根瘤的形成以及水分和养分的吸收。这些变化最终会导致叶片黄化、植株萎蔫,往往在豆荚形成之前植株就会死亡(Becking et al., 2022)(图1)。
由于阿凡那霉能够形成休眠结构——卵孢子,这类孢子在受感染的土壤中可存活超过十年,加之该病原体种群具有高度的遗传多样性,因此该病害的防治难度极大(Wu et al., 2018)。由于缺乏有效的化学防治方法,且抗性品种数量有限,目前控制该病原体的主要手段还是依靠农艺措施。这些措施包括与非寄主作物进行长期轮作、在排水良好的土壤中种植以及避免土壤板结(Wikstr?m et al., 2025)。在阿凡那霉流行的地区,建议在播种前检测土壤中的病原体含量,以避免在感染严重的土壤中播种(Chatterton et al., 2023)。总体而言,培育抗性品种仍是控制阿凡那霉根腐病最具有前景且最符合可持续发展理念的方法。

内容节选

分类学

阿凡那霉属属于卵菌门下的卵菌纲,隶属于丝状藻类分支,属于腐霉菌目和疣盖霉科。虽然由于卵菌具有丝状生长特征且生态习性与真菌相似,历史上曾被归类为真菌,但分子系统学研究显示,它们实际上与褐藻和硅藻的亲缘关系更为接近(Schoch et al., 2020; Bouallegui, 2021)。
该属大约包含40种物种

阿凡那霉感染过程的分子机制

像阿凡那霉这样的卵菌,在感染过程中会分泌效应蛋白。这些效应蛋白参与多种有助于病原体定植的过程,比如降解宿主细胞成分、利用宿主养分、抑制或调控宿主的免疫反应,以及引发细胞坏死(McGowan, 2017)。根据作用位置的不同,卵菌效应蛋白可分为两类:质外效应蛋白和细胞质效应蛋白。

微生物组在阿凡那霉根腐病发展中的作用

土壤中的微生物组或许可以解释为何在田间条件下,即使存在易感豆科植物,阿凡那霉感染也不一定会导致严重的病害。有一些研究者发现,蛭石试验的结果与自然感染土壤中的结果存在差异。例如,Levenfors等人(2003)在蛭石试验中观察到了蚕豆出现病害症状,但在土壤试验中却未观察到类似情况。同样地,

阿凡那霉根腐病的防控策略

目前阿凡那霉根腐病的防控仍然十分困难,目前仅发现了部分抗性品种,且杀菌剂的效果也仅限于幼苗期(Ma et al., 2020; Chatterton et al., 2023; Leprévost et al., 2026)。虽然生物防治方法已经显示出一定的效果,但其在实际田间的应用仍然较为有限(Hossain et al., 2012)。因此,目前防控阿凡那霉根腐病主要依靠预防性措施,比如轮作以及检测土壤

阿凡那霉根腐病的表型鉴定方法

评估阿凡那霉根腐病影响的关键步骤就是表型鉴定。传统上,人们是通过观察根部病害症状,或者在实验结束时对比未接种病原体的对照组的生物量损失情况,来评估阿凡那霉引发的病害程度(Wu et al., 2019, 2021; Leprévost et al., 2023)。不过这些方法耗时较长,且具有破坏性,同时还容易受到人为因素的影响。
为了解决这些缺陷,人们开发出了高通量的客观检测方法

结论

阿凡那霉是全球豆科作物生产面临的一大威胁。目前豌豆和扁豆受此病害的影响最为严重,但其他易感作物也可能遭受类似危害。由于阿凡那霉能够形成可在无宿主环境下长期存活的休眠结构,而且某些菌株还能感染多种豆科植物,因此该病害的防控难度极大。目前,农艺措施仍是唯一可靠的防控手段

CRediT作者贡献说明

Mario González:撰写——审阅与编辑、指导、概念设计。Diego Rubiales:撰写——审阅与编辑、指导、项目管理、资金筹集。Sara Rodriguez-Mena:撰写——初稿撰写、数据可视化、实验研究、概念设计

未引用参考文献

Billard et al., 2019; McGowan and Fitzpatrick, 2017; Ramirez-Garcés et al., 2016; Zitnick-Anderson et al., 2021.

数据可用性

由于本研究并未生成或分析新的数据集,因此无需共享数据。本综述中使用的所有数据均可以在手稿中找到,或通过文中引用的参考文献获取。

利益冲突声明

作者声明不存在任何可能影响本研究结果的已知财务利益或个人关系。

利益冲突声明

? 作者声明存在以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系:Sara Rodriguez Mena表示获得了西班牙科学创新与大学部的资金支持。Diego Rubiales表示获得了欧盟的资助。其他作者则声明不存在任何可能影响本研究结果的已知财务利益或个人关系

致谢

本研究得到了项目PID2023-146215OB-I00以及FPI项目PRE2021-098644的支持,这些项目由MCIN/AEI/10.13039/501100011033提供资助,同时还得到了“地平线欧洲”计划下的BELIS项目(GA编号101081878)和COUSIN项目(GA编号101135314)的支持。
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