張正煒 陳 秀,2 石小媛 成 瑋* 武向文 戴富明
(1 上海市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心,上海 201103;2 上海市農(nóng)藥檢定所,上海 201103;3 上海源怡種苗股份有限公司,上海 201314;4 上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院,上海 201403)
灰霉病(gray mold)因其致病菌會(huì)在病部植物組織表面生長(zhǎng)產(chǎn)生大量灰色霉層而得名,是最早被發(fā)現(xiàn)和描述的植物真菌性病害之一。早在1729 年雙名制引入以前,意大利植物學(xué)家米切利即根據(jù)其觀察到的致病菌分生孢子梗的特點(diǎn)用希臘詞“束狀的葡萄漿果”來命名灰霉病菌。1801 年法國(guó)植物學(xué)家佩爾松將這一致病菌納入雙名法的系統(tǒng)之內(nèi),并定名為Botrytis cinerea,即灰葡萄孢菌。這個(gè)由葡萄狀分生孢子梗真菌引起的病害,又隨著世界葡萄種植面積的擴(kuò)張而在全球流行起來。
灰霉病菌源復(fù)雜。目前發(fā)現(xiàn)的葡萄孢屬真菌有20 多個(gè)種,其中多數(shù)能夠引起植物灰霉病。如現(xiàn)已明確能夠引起蔥屬植物灰霉病的病原菌就有蔥鱗葡萄孢菌(B.squamosa)、蔥腐葡萄孢菌(B.aclada或B.allii)、大蒜盲種葡萄孢菌(B.porri)、蔥細(xì)絲葡萄孢菌(B.byssoidea)、中國(guó)蔥葡萄孢菌(B.sinoallii)、大蔥球形葡萄孢菌(B.globosa)、球精葡萄孢菌(B.sphaerosperma)以及灰葡萄孢菌(B.cinerea)等8 個(gè)種(崔蘊(yùn)剛 等,2020)。同時(shí),葡萄孢菌中存在的異核現(xiàn)象和非整倍體分裂現(xiàn)象能引起后代豐富的遺傳及形態(tài)表型變異。如不同寄主植物間的灰葡萄孢菌可互相引發(fā)致病,不同菌株雖不具有明顯的寄主?;裕珔s具有明顯的致病力分化(張艷杰 等,2017)。后來陸續(xù)有研究證實(shí)B.cinerea是一種復(fù)合體(Giraud et al.,1997;Fournier et al.,2003)。在分子生物學(xué)方法引入之后,假灰葡萄孢菌(B.pseudocinerea)得以分離(Walker et al.,2011),此后諸如B.sinoviticola(Zhou et al.,2013)、B.deweyae(Grant-Downton et al.,2014)、B.californica(Saito et al.,2016)和B.euroamericana(Garfinkel et al.,2017)等眾多Botrytissp.的新種又陸續(xù)被分離和報(bào)道。鑒于葡萄孢屬真菌的這些特點(diǎn),國(guó)際殺菌劑抗性行動(dòng)委員會(huì)(Fungicide Resistance Action Committee,F(xiàn)RAC)將該菌歸為高抗藥性風(fēng)險(xiǎn)的病原菌。
灰霉菌的寄主廣泛。從以獲取糧食、油料和纖維為主的大田作物到生產(chǎn)蔬菜、水果和花卉的保護(hù)地經(jīng)濟(jì)作物,灰霉菌在全球范圍內(nèi)寄生為害200 多種農(nóng)作物。其中以溫帶和亞熱帶地區(qū)的雙子葉植物為主。實(shí)際上自然界中灰霉菌的寄主范圍還要更廣泛(Elad et al.,2016),不斷有新的作物寄主被報(bào)道?;颐咕且环N死體營(yíng)養(yǎng)型的寄生性真菌,即病菌侵染后先殺死寄主的細(xì)胞和組織,然后從死亡的細(xì)胞中吸取養(yǎng)分。所以灰霉菌對(duì)農(nóng)業(yè)的為害從作物田間生長(zhǎng)階段一直延續(xù)到收獲后的貯藏過程。隨著作物的集約化種植,設(shè)施園藝的發(fā)展及草莓、藍(lán)莓等漿果類水果的普及,灰霉病在我國(guó)的發(fā)生與為害日益嚴(yán)重?;瘜W(xué)防治已成為降低灰霉病為害不可或缺的防治措施,且依賴程度與日俱增(胡偉群和陳杰,2002;陳治芳 等,2010)。
截至2020 年4 月,我國(guó)登記防治灰霉病的殺菌劑商品共有471 個(gè),其中單劑317 個(gè),混劑154個(gè)。登記作物15 種,以防治茄科、葫蘆科、葡萄科以及薔薇科等經(jīng)濟(jì)作物灰霉病為主,其中防治番茄灰霉病的商品最多(242 個(gè)),其次為黃瓜(148個(gè))、葡萄(83 個(gè))和草莓(27 個(gè))。除了蔬菜和水果以外,菊花、百合、牡丹等觀賞花卉以及人參等經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的保護(hù)地作物上也有少量商品登記。
單劑登記有效成分35 種,嘧霉胺登記產(chǎn)品數(shù)量最多,有82 個(gè),其次為腐霉利(54 個(gè))、異菌脲(45個(gè))和啶酰菌胺(33 個(gè))(圖1)。混劑復(fù)配46 個(gè),實(shí)際有效成分32 種。登記最多的混劑為唑醚·啶酰胺(21 個(gè)),其次為腐霉·福美雙(20 個(gè))和腐霉·百菌清(12 個(gè))。所有藥劑有效成分合計(jì)51 種,其中16 種僅以混劑形式登記(表1)。
表1 登記殺菌劑的有效成分作用機(jī)理分類
由圖2 可知,用于防治番茄灰霉病的殺菌劑主要品種為異菌脲、腐霉利和嘧霉胺,3 個(gè)品種登記單劑占比在20%~25%之間;防治黃瓜灰霉病的殺菌劑主要品種為嘧霉胺,目前嘧霉胺登記單劑占比高達(dá)50%,腐霉利、啶酰菌胺和過氧乙酸的單劑登記占比均在10%左右;防治葡萄灰霉病登記單劑最多的品種為啶酰菌胺,其次為腐霉利、嘧菌環(huán)胺和異菌脲;防治草莓灰霉病的殺菌劑整體登記品種和數(shù)量有限,主要有克菌丹、枯草芽孢桿菌、啶酰菌胺和嘧霉胺。
登記最多的植物源殺菌劑為丁子香酚,其次為香芹酚,主要在番茄上登記。微生物防治是防治灰霉病的一種重要手段(肖景惠 等,2019)。目前,用于防治灰霉病的微生物制劑登記數(shù)量較多的為木霉菌和枯草芽孢桿菌。木霉菌為拮抗真菌,其制劑在灰霉病發(fā)生的多種作物上都有登記??茖W(xué)合理使用木霉菌防治灰霉病的田間綜合防效甚至優(yōu)于一般化學(xué)藥劑(李萌茵 等,2019)。生防細(xì)菌的種類較多,商品化的制劑品種也較真菌豐富,除枯草芽孢桿菌外還有海洋芽孢桿菌、熒光假單胞桿菌等。但除枯草芽孢桿菌以外的細(xì)菌制劑品種目前只在黃瓜上登記應(yīng)用。細(xì)菌制劑的田間抑菌效果亦能達(dá)到與化學(xué)藥劑相當(dāng)?shù)乃剑ㄍ跫t麗 等,2020)。
參照FRAC 對(duì)殺菌劑的作用機(jī)理分類標(biāo)準(zhǔn)(FRAC Code List 2020),我國(guó)目前登記應(yīng)用的殺菌劑靶標(biāo)大致可歸為9 類(表1),主要集中在呼吸作用(C)、氨基酸和蛋白質(zhì)合成抑制劑(D)和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)(E)三大類型。作用于這三類靶標(biāo)的殺菌劑單劑占登記單劑總數(shù)的70%以上,而二甲酰亞胺類和苯胺基嘧啶類殺菌劑是主要的應(yīng)用品種,二者分別占登記單劑總數(shù)的31.5%和28.7%。另外,以啶酰菌胺為代表的琥珀酸脫氫酶抑制劑也是一類比較重要的殺菌劑品種,占登記單劑總數(shù)的10.7%。
以有絲分裂和細(xì)胞分裂為靶標(biāo)的苯并咪唑類和N-苯基氨基甲酸酯類殺菌劑,以及二硫代氨基甲酸酯類殺菌劑僅以復(fù)配形式登記防治灰霉病。作用于甾醇生物合成中的C14 脫甲基酶(erg11/cyp51)的去甲基化抑制劑(DMI 殺菌劑)也大多以復(fù)配形式登記應(yīng)用,僅有少量產(chǎn)品為單劑。
由于灰霉病菌極易產(chǎn)生抗藥性,登記用于防治灰霉病的殺菌劑更替明顯。以多菌靈為代表的苯并咪唑類殺菌劑多上市于20 世紀(jì)60 年代末70 年代初,此類殺菌劑在我國(guó)應(yīng)用時(shí)間較早,20 世紀(jì)80年代已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化并廣泛應(yīng)用于病害防治。由于抗藥性的發(fā)展,此類殺菌劑早已退出灰霉病防治的主力位置。包括另一類以有絲分裂為靶標(biāo)的N-苯基氨基甲酸酯類殺菌劑乙霉威在內(nèi),目前都僅以混劑形式登記應(yīng)用。20 世紀(jì)70 年代后二甲酰亞胺類殺菌劑開始用于灰霉病的防治,我國(guó)于20 世紀(jì)80 年代中期開始引進(jìn)應(yīng)用。目前從登記商品數(shù)量來看,此類殺菌劑仍是防治灰霉病的主力藥劑之一。隨著應(yīng)用時(shí)間的增加,我國(guó)灰葡萄孢菌對(duì)二甲酰亞胺類殺菌劑的抗性頻率也在不斷上升,但多以低抗菌株為主,并且高抗菌株不具遺傳穩(wěn)定性(陳夕軍 等,2009),這也是腐霉利、異菌脲等殺菌劑品種得以繼續(xù)應(yīng)用于灰霉病防治的原因之一。苯胺基嘧啶類殺菌劑是另一類用于灰霉病防治的主力藥劑,以20 世紀(jì)90 年代開發(fā)上市的嘧霉胺和嘧菌環(huán)胺為代表。苯胺基嘧啶類殺菌劑是由于灰霉病菌對(duì)應(yīng)用較早的苯并咪唑類和N-苯基氨基甲酸酯類殺菌劑產(chǎn)生抗性后研制而成的(韓之琦 等,2014)。但隨著嘧霉胺等藥劑的大范圍推廣應(yīng)用,我國(guó)蔬菜及葡萄等作物的灰霉病菌對(duì)這類藥劑也很快產(chǎn)生了抗藥性(紀(jì)明山 等,2003;張瑋 等,2013)。
琥珀酸脫氫酶抑制劑是FRAC 在2009 年劃分出來的一類作用機(jī)制相似的化合物。雖然此類化合物早在20 世紀(jì)60 年代即有產(chǎn)品面世,但代表性品種多為20 世紀(jì)90 年代以后開發(fā)上市,并且近年來不斷有新的化合物進(jìn)行登記。目前應(yīng)用較多的啶酰菌胺和吡噻菌胺已是相對(duì)較早上市的品種。氟唑菌酰胺和氟吡菌酰胺則屬于尚在專利保護(hù)期內(nèi)的新型產(chǎn)品,分別由德國(guó)巴斯夫和拜耳公司研發(fā)推出,兩者目前僅以混劑形式在我國(guó)登記用于防治灰霉病。盡量延緩抗藥性的發(fā)展,延長(zhǎng)新藥劑的使用壽命,將新化合物的藥效和經(jīng)濟(jì)利益最大化是企業(yè)推廣新產(chǎn)品的終極策略。隨著新化合物創(chuàng)制研發(fā)成本的提高,新藥劑在抗藥性發(fā)展較快的灰霉病防治中的推廣應(yīng)用要相對(duì)更加謹(jǐn)慎。
具有多作用位點(diǎn)活性的殺菌劑以及具有多種作用方式的生物制劑的研發(fā)是解決灰霉病菌抗藥性問題的關(guān)鍵。雖然登記產(chǎn)品數(shù)量有限,但其作為灰霉病化學(xué)防治的備選方案在高品質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)中發(fā)揮重要作用。我國(guó)《綠色食品 農(nóng)藥使用準(zhǔn)則》(NY/T 393—2013)中適用于AA 級(jí)綠色食品生產(chǎn)的農(nóng)藥僅限于植物和動(dòng)物來源、微生物來源和生物化學(xué)產(chǎn)物三大類。其中登記防治灰霉病的單劑品種主要有苦參堿、小檗堿、多抗霉素、井岡霉素、申嗪霉素以及木霉菌、枯草芽孢桿菌、熒光假單胞桿菌等微生物制劑;另有苦參·蛇床素混劑登記用于防治番茄灰霉病。
研究發(fā)現(xiàn)對(duì)灰霉病菌有抑制作用的植物源提取物不在少數(shù)(劉芳 等,2014;葉艷英 等,2016),但目前市場(chǎng)上登記應(yīng)用的植物源殺菌劑產(chǎn)品仍十分有限。應(yīng)用較廣泛的有效成分主要是苦參堿和丁子香酚,兩者無論單用還是混配對(duì)灰霉病都有較好的防效(蘇克躍 等,2013;楊勇 等,2016;吳祥 等,2017)。蛇床子素對(duì)白粉病防效突出(嚴(yán)清平 等,2005;李彩霞 等,2007),而目前登記用于防治灰霉病的蛇床子素產(chǎn)品僅限于與苦參堿的混配劑型。
20 世紀(jì)70 年代初,科研人員利用放射性土壤桿菌防治桃根癌病取得成功(Kerr &Htay,1974),此后植物病害的微生物防治不斷取得進(jìn)展(孫廣正 等,2015)。用于防治灰霉病的微生物制劑主要利用生防菌的生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì),通過寄生和營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)作用,消耗侵染位點(diǎn)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),使灰霉病病原菌停止生長(zhǎng)和侵染。一方面生防菌通過快速生長(zhǎng)和繁殖奪取水分和養(yǎng)分,消耗氧氣,擠占生態(tài)位,壓縮同一生境中植物病原菌的生存空間;另一方面生防菌通過產(chǎn)生小分子的抗生素和大分子的抗菌蛋白或胞壁降解酶等來抑制病原菌的生長(zhǎng)、繁殖和侵染(童蘊(yùn)慧 等,2003)。木霉菌為病原菌的拮抗真菌,其作用機(jī)理復(fù)雜多樣。生產(chǎn)中木霉菌多用作土壤處理劑來調(diào)控農(nóng)田微生態(tài)。木霉菌防治灰霉病時(shí)作為莖葉處理劑,防治時(shí)不能與其他真菌藥劑同時(shí)使用,也不能與強(qiáng)酸或強(qiáng)堿性物質(zhì)混用。除木霉菌以外其他灰霉病的生防菌產(chǎn)品皆為細(xì)菌制劑,應(yīng)用菌株主要集中在芽孢桿菌(Bacillus)和假單胞菌(Pseudomonas)。目前登記用于防治灰霉病的細(xì)菌制劑主要有枯草芽孢桿菌、海洋芽孢桿菌和甲基營(yíng)養(yǎng)型芽孢桿菌9912 等3 種芽孢桿菌,以及熒光假單胞桿菌,劑型多為可濕性粉劑。采用菌劑防治灰霉病受產(chǎn)品貨架期、施用環(huán)境等因素影響較大。生物防治要獲得穩(wěn)定的防治效果需建立在完善的病害綜合防治體系之上。微生物菌劑的應(yīng)用是防治農(nóng)作物灰霉病的重要補(bǔ)充,對(duì)化學(xué)農(nóng)藥減量增效意義重大。
化學(xué)防治起效快、防效明顯,能在短時(shí)間內(nèi)高效迅速地控制病害的蔓延。但一方面由于灰霉病菌繁殖速度快、基因突變頻率高、適應(yīng)性強(qiáng),這極大地增加了抗藥性發(fā)生的概率;另一方面大面積種植單一品種作物、單作或連作的農(nóng)事安排導(dǎo)致病害發(fā)生程度加重,過度依賴化學(xué)殺菌劑增加了藥劑選擇壓力和抗藥性發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)際防治中,葡萄孢菌很容易對(duì)常用的化學(xué)殺菌劑產(chǎn)生抗性??剐缘陌l(fā)展進(jìn)一步增加了化學(xué)殺菌劑的使用頻率,使灰霉病的化學(xué)防治陷入惡性循環(huán),引發(fā)農(nóng)藥濫用及農(nóng)藥殘留超標(biāo)等一系列問題。另外,殺菌劑的長(zhǎng)期頻繁使用不可避免會(huì)破壞原生物群落結(jié)構(gòu),打破農(nóng)業(yè)生態(tài)的自然穩(wěn)態(tài)平衡,進(jìn)一步造成灰霉病加重發(fā)生。
灰霉病的特點(diǎn)決定了其很難通過抗性育種手段解決防治問題。生態(tài)調(diào)控與生物防治雖然能一定程度上減少病菌侵染幾率,但田間一旦發(fā)病,化學(xué)防治仍是主要手段。化學(xué)防治建立在病原學(xué)的基礎(chǔ)上,以殺滅病原菌為主要目標(biāo)。藥劑的殺菌效果是化學(xué)防治能否有效控制病情的關(guān)鍵。首先,為保證化學(xué)防治的效果,對(duì)于長(zhǎng)期采取化學(xué)防控的地區(qū),對(duì)田間優(yōu)勢(shì)菌株定期進(jìn)行抗藥性監(jiān)測(cè)不可或缺。農(nóng)藥主管部門應(yīng)加大管控力度,引導(dǎo)農(nóng)藥企業(yè)、農(nóng)藥經(jīng)營(yíng)單位和農(nóng)藥使用者共同參與抗性風(fēng)險(xiǎn)管理。對(duì)高、中等抗性風(fēng)險(xiǎn)的藥劑應(yīng)規(guī)定年使用次數(shù),在產(chǎn)品標(biāo)簽上標(biāo)注抗性風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別和抗性風(fēng)險(xiǎn)管理措施。其次,農(nóng)藥使用者要建立殺菌劑使用的田間檔案,注意不同作用機(jī)理的殺菌劑輪換使用,避免長(zhǎng)期施用存在交互抗性的殺菌劑。植保推廣部門應(yīng)建立混合用藥和輪換用藥的技術(shù)方案,推廣使用負(fù)交互抗性的藥劑。另外,隨著我國(guó)藍(lán)莓、獼猴桃、樹莓等新興漿果類水果種植面積的不斷增加,灰霉病的發(fā)生范圍也在不斷擴(kuò)大。當(dāng)前亟待加強(qiáng)新興作物及小宗作物的農(nóng)藥登記,改變“非法”用藥的防治現(xiàn)狀。將灰霉病的化學(xué)防治納入科學(xué)規(guī)范的軌道上來。同時(shí)仍需積極推進(jìn)灰霉病的綜合防治和綠色防控,通過建立完善的病害預(yù)測(cè)防治體系,進(jìn)一步規(guī)范化學(xué)殺菌劑的使用,減緩抗藥性的發(fā)展。多措并舉,做好我國(guó)農(nóng)作物灰霉病的防控工作。