瓜类炭疽病研究进展

摘    要：炭疽病是一种世界性葫芦科作物的真菌病，主要危害黄瓜、西瓜、甜瓜和冬瓜等。近年来，我国瓜类蔬菜作物的设施种植面积逐年增加，炭疽病危害程度也不断加深，严重影响了瓜类蔬菜的产量和品质，制约了产业效益和瓜农生产的积极性。通过对国内外黄瓜、西瓜、甜瓜和冬瓜生产过程中炭疽病的发病规律、抗炭疽病种质资源现状、病原菌分子生物研究以及抗病育种等方面进行阐述和分析，为瓜类炭疽病研究提供思路，也为瓜类作物高效生产提供参考。

关键词：瓜类作物；炭疽病；基因定位；抗性育种

中图分类号：S642+S65 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2024）06-001-08

Research progress of melon anthracnose

KE Peipei， QING Dongshan， DAI Sihui， CAI Yanping， SUN Xiaowu

（Engineering Research Center for Horticultural Crop Germplasm Creation and New Variety Breeding， Ministry of Education/College of Horticulture， Hunan Agricultural University， Changsha 410128， Hunan， China）

Abstract： Anthracnose is a worldwide fungal disease of cucurbit crops， mainly harming cucumber， watermelon， melon and wax gourd. In recent years， the facility planting area of melon vegetable crops in China has been increased， and anthracnose damage has been worsened， seriously affecting the yield and quality of melon vegetables， and restricting the industrial benefits and the enthusiasm of melon farmers in production. The authors elaborated and analyzed melon anthracnose through the incidence pattern of anthracnose during the production of cucumber， watermelon， melon and waxgourd at home and abroad， the current status of anthracnose-resistant germplasm resources， the molecular biology research of the pathogenic bacteria and the breeding of resistance to the disease， to provide ideas for the study of anthracnose as well as references to the efficient production of melon-based crops.

Key words： Melon crop; Anthracnose; Assignment of genes; Resistance breeding

黄瓜、西瓜、甜瓜和冬瓜是世界范围内重要的葫芦科园艺作物，在我国各地都有栽培[1-2]。作为人们日常饮食中常见的蔬菜作物，这些瓜类均含有丰富的维生素和氨基酸，具有良好的营养、药用和经济价值[3]。

但黄瓜、西瓜、甜瓜和冬瓜等瓜类作物在生产中受到诸多病害的侵扰，其中炭疽病是传播最为广泛的病害之一。1867年，意大利科学家首次在葫芦上观察到炭疽病[4]，后来又报道了甜瓜和西瓜炭疽病。随后在19世纪末欧洲出现了多篇关于炭疽病的报道，并且在1889－1904年，美国科学家也陆续报道了西瓜、葫芦、甜瓜上的炭疽病[5]。近年来，炭疽病在我国普遍发生，其中设施栽培和南方湿热多雨地区尤其严重，给瓜类产业带来巨大的损失[6]。据报道，西瓜炭疽病发病率为10%～100%，造成的产量损失在50%左右[7]。甜瓜炭疽病发病严重时可造成减产80%以上。中国北方保护地栽培的黄瓜炭疽病发病严重时可造成产量损失10%～20%，在南方地区造成的损失更大。

1 瓜类炭疽病概述

1.1 瓜类炭疽病症状

炭疽病可以发生在黄瓜、西瓜、甜瓜和冬瓜的整个生长期。在苗期发生炭疽病时瓜类子叶会出现圆形褐色病斑，幼茎的基部也会受害缢缩至幼苗猝倒；西瓜、甜瓜成株期感病，真叶初期出现圆形黄色斑点，后变为黑褐色同心轮纹病斑，再后期多个病斑连成一片至叶片穿孔和枯死[8]，冬瓜、黄瓜成株期发病时茎部还会有红色黏稠物质出现[9]。叶柄、茎蔓染病时，会出现由黄褐色变为黑褐色的病斑，随着病情加重最终茎蔓枯死[10]。果实感病时，表皮出现暗绿色油渍状小斑点，严重时出现凹陷且易龟裂的轮纹病斑，潮湿时还会出现红色或粉红色物质[10-11]（图1）。

1.2 炭疽病原菌的种类

炭疽病菌种类繁多，且分类多样。当根据寄主特异性定义植物病原菌时，炭疽病菌大约有700种，1957年von Arx 根据形态特征将炭疽病原菌重新分类为11个种群[12]，1992年Sutton[13]又通过大量研究鉴别将其扩展至39种。早期植物病原真菌种类是根据植物病害特异性进行分类的，导致同个菌种会出现多个种名。如现在使用的瓜类刺盘孢菌（Colletotrichum orbiculare）曾被认为是引起葫芦和大豆炭疽病的一种真菌，将其命名为Colletotrichum lagenarium[5]。后来在对炭疽病真菌的比较研究中，这种观点被否定，研究者重新将豆类炭疽病命名为Volutella citrulli。目前，国内外研究表明C. karstii、C. scovillei、C. gloesporioides、C. incanum、C. magnum、C. orbiculare、C. gloeosporioides f. sp. cucurbitae和C. Truncatum 8种炭疽菌属真菌均能引起瓜类炭疽病[14-15]。有研究发现，C. gloesporioides为引起澳大利亚、巴西、中国、日本和美国茶树炭疽病的主要病原菌[16]。2008年有研究者报道了C. scovillei所引起的辣椒炭疽病[17-18]。有学者首次在利马豆上发现C. truncatum，后续在菜豆、花生、苜蓿、辣椒等植物上也发现了此类病菌[19]。2011年我国在兰科万代兰属（Vanda sp．）植物上检测到C. karstii病菌[20]。起初，美国首次报道了C. magnum（Ga. magna）可以引起瓜类炭疽病，后来在西瓜、南瓜、番瓜和甜瓜等葫芦科植物上也发现了该种炭疽病菌[14]。2014年，C. incanum首次在美国的大豆上被分离出来并命名，后来我国靳俊媛等[21]在西瓜上发现并鉴定出了该种大豆炭疽菌，目前C. incanum和C. truncatum是大豆炭疽病最常见的病原菌。

在现代分子检测中，C. orbiculare被认为是炭疽病菌的复合体，但在其分类上仍存在许多争议，且在许多有关炭疽病的报道中对其提出了不同命名[5]。2022年Goh等[22]在马来西亚的西瓜果实上提取出了新的炭疽病菌，经研究鉴定此病菌与发表的Colletotrichum spp.描述相匹配，随后将其命名为斯科维尔炭疽菌。

1.3 瓜类炭疽病菌形态学特征

菌丝体最初表现为无色、薄壁、有间隔且呈均匀的圆柱形，随后菌丝体发生聚集、分枝、缠绕，进而长出一层分生孢子。孢子从分生孢子顶端萌发，陆续堆积在一起形成粉红色的黏稠簇。其中，孢子是单细胞，呈透明状，为长圆形或卵形，具有2～3个横膈膜，分生孢子盘有黑褐色的刚毛，分生孢子梗为无色（图2）。

炭疽病菌在PDA培养基上生长时，会形成菌落同时伴随形态改变。生长2～3 d，长出绒毛状乳白色圆形菌落；3～5 d，菌落颜色会由乳白色变成粉红色，中心深边缘浅；5～7 d，菌落颜色变成深灰色，且边缘有一圈淡粉色晕圈；15 d后，菌落出现红褐色黏稠孢子团[23]。

1.4 炭疽病的发病原因及发病规律

1.4.1    发病原因    目前已知的与瓜类炭疽病发病相关的因素有很多。其一，因人们对瓜类果实品质的要求不断提高，瓜类品种与日俱增，不同品种对炭疽病的抗性有差异，生产上存在一些对炭疽病抗性差的品种。其二，不同瓜类及品种之间与抗病性密切相关的的多酚氧化酶（PPO）、过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）等的活性差异大，致使对炭疽病抗性呈现较大差异。其三，炭疽病原菌生存能力强，菌体能在土壤越冬或黏着在种子表面存活下来，这些带菌的土壤和种子均可成为侵染源，在条件适宜时再以孢子的形态通过多种传播途径侵染寄主[24]。

1.4.2    发病规律    在瓜类炭疽病的发病过程中，温度、湿度和降雨是影响炭疽病生长的主要因素。研究发现炭疽病在10～30 ℃均可发生，在25 ℃、湿度大于70%的生长环境中，炭疽病的发病速度最快，温度过高和过低都会阻止炭疽病的生长和繁衍[23]。在适宜的温度条件下，湿度越大，病菌潜伏期越短，发病越快[10]。

1.5 炭疽病菌营养生活方式和侵染策略

炭疽菌属真菌，在不同植物寄主发育的不同阶段会表现出不同的营养生活方式。一些病原菌在不同时期会出现半活体营养型、死体营养型、内生型3种营养生活方式[25]。而有些病原菌会以腐生的生活方式在土壤和有机质中获取营养生存。

属于半活体营养型的炭疽菌属真菌，它们定殖于宿主组织时需要借助细胞内的半活体营养。在侵入宿主细胞的过程中，初级菌丝会首先做出反应且伴随初级侵染囊泡的形成。如寄主出现短暂的无症状，半活体营养型会转化为死体营养型，且有次级菌丝产生，此时菌丝分泌的多样裂解酶能加快寄主组织的死亡[26]。

相比于半活体营养型，死体营养型炭疽菌分生孢子或皮下菌丝会帮助其潜藏于寄主体内，时机成熟时转化为活体或半活体的方式来汲取营养，最终在炭疽菌定殖前杀死植物组织，此后炭疽菌获得的营养物质为寄主植物死亡细胞的有机物[27]。现阶段致病性炭疽菌侵染寄主细胞主要有希金斯炭疽菌（C. higginsianum）、瓜类炭疽菌（C. orbiculare）和禾生炭疽菌（C. graminicola）3种模式种[19]。

瓜类炭疽菌是一种半活体营养真菌。病原体在识别宿主植物表皮细胞上的物理和化学信号后，通过激活细胞内的通路来驱动感染程序[28]。在感染瓜类作物的初始阶段，炭疽菌以生物营养病原体形式存在，维持宿主细胞的存活，进入坏死阶段后，从死亡的宿主细胞中获取营养[29]。炭疽菌通过黑化附着胞的外源介导入侵（TMI）和菌丝尖端入侵（HTE）2种方式侵入寄主叶片。在TMI过程中时，炭疽菌侵入近轴表皮。孢子附着在植物表面萌发产生胚管，进一步形成黑化的附着胞。附着胞通过角质层和细胞壁直接进入植物表皮细胞，而不是由气孔进入[5]。炭疽菌分泌的细胞壁降解酶和附着胞所产生的高浓度渗透活性化合物能破坏植物的表皮细胞壁，方便附着胞进入细胞内部，形成穿透菌丝。与在营养丰富的培养基上形成的菌丝不同，该病原菌最初形成生物营养渗透菌丝，后者从活的寄主细胞和分泌效应蛋白中获取营养资源，从而抑制寄主的防御反应。穿透后，炭疽菌胞内菌丝在宿主细胞内发育，在细胞水平上通过细胞内定殖感染。此时胞内菌丝生长在植物细胞质膜和细胞壁之间。然后侵染进入坏死性阶段，胞内菌丝会产生继发性坏死性菌丝，从死亡的宿主细胞内获取营养。在这个阶段真菌定殖并降解宿主细胞，导致植物细胞坏死和出现可见症状。HTE是独立于黑化的附着胞外的一种入侵方式，主要是在植物伤口部位发生的一种形态反应，且HTE的侵染频率受到碳水化合物营养物质的正向调节，同时可能会受到真菌有丝分裂原活化蛋白激酶（MAPK）级联的构成性抑制，表明2种入侵策略在致病过程中存在同一种传感系统触发侵染组织发生形态反应[30]。

1.6 瓜类炭疽病病原菌种类的鉴定

1.6.1    炭疽病的分离纯化与培养    在田间采集具有明显炭疽病症状的病叶，利用常规的病原真菌分离法，接种病菌于PDA培养基中，放置恒温箱中培养。待其生长出菌丝时，挑取至新的培养基中培养。如此3～4次转接后，使菌种得到纯化[31]。为获得试验所用的大量瓜类炭疽菌孢子悬浮液，可在PDA培养基或产孢速度快的西瓜皮培养基上培养。

1.6.2    炭疽病菌的鉴定方法    瓜类炭疽病主要是由炭疽菌属（Colletotrichum spp.）所引发的一种真菌性病害。19世纪30年代国外研究者通过寄主种类和形态鉴定出引起美国西瓜炭疽病的病原菌为Colletotrichum lagenarium[19]。虽然此方法在当时易被接受认可，但准确性得不到保证。