全 文 :中国农学通报 2013,29(10):119-125
Chinese Agricultural Science Bulletin
基金项目:国家科技支撑计划项目子课题“魔芋种芋生产过程中质量监控技术研究与示范”(2007BAD73B03);湖北省自然基金重点项目“魔芋资源创
新与营养系杂交新品种培育”(2010CBB04001)。
第一作者简介:牟方贵,1957年出生,湖北利川人,农艺师,主要从事魔芋品种改良研究。通信地址:445000湖北省恩施市施州大道517号恩施州农
业科学院。
通讯作者:杨朝柱,1972年出生,湖北恩施人,高级农艺师,博士,主要从事魔芋生物技术与品种遗传改良研究。通信地址:445000湖北省恩施市施州
大道517号恩施州农业科学院,E-mail:ychzhaau2003@yahoo.com.cn。
收稿日期:2012-10-11,修回日期:2012-12-24。
魔芋种芋消毒方法比较研究
牟方贵 1,刘二喜 1,杨朝柱 1,2,胡中立 2,滕建勋 1,潘亚妮 1,杨廷宪 1
(1湖北恩施自治州农业科学院,湖北恩施 445000;2武汉大学生命科学学院,武汉 430072)
摘 要:魔芋软腐病属细菌性病害,危害极为严重。为控制其种传途径,根据病原菌不耐高温的特点,采
用恒温浸种法进行消毒,并比较与常规农用链霉素喷雾和甲醛喷雾消毒效果。结果表明:55℃水浴
10 min,足以使病原菌失活,且不影响种芋发芽。在种芋表面带菌条件下消毒,28天后55℃浸种10 min
发病率仅为 12.0%,而 1%福尔马林溶液和 5×105 U/L农用链霉素喷雾消毒发病率高达 46.7%和 56.0%,
差异达5%显著水平,后2种方法发病率低于CK的65.3%,但不显著。对已发病的种芋进行消毒处理,
恒温浸种法防效为94.7%,远高于甲醛和农用链霉素的63.2%和59.2%,甲醛对种芋具有腐蚀作用。此
外,恒温浸种法对白绢病和蚜虫也有灭活作用。由此可见,55℃浸种10 min,是一种高效、安全、广谱的
魔芋种芋消毒方法,对于控制魔芋病害有一定的意义。
关键词:魔芋;种芋;软腐病;白绢病;消毒
中图分类号:S477+.1 文献标志码:A 论文编号:2012-3355
A Comparative Study on Disinfection Methods in the Parent Corm of Amorphophallus Blume
Mou Fanggui1, Liu Erxi1, Yang Chaozhu1,2, Hu Zhongli2, Teng Jianxun1, Pan Yani1, Yang Tingxian1
(1Enshi Autonomous Prefecture Academy of Agricultural Sciences, Enshi Hubei 445000;
2College of Life Sciences, Wuhan University, Wuhan 430072)
Abstract: Soft rot is a bacterial disease of widely existing and being very serious on Amorphophallus Blume. In
order to control the spreading of pathogens on the parent corm, a new disinfected method by immersing with
constant temperature had been development for the bacteria not resisting high temperature, and a comparative
study among the new method, conventional agricultural methods by spraying streptomycin and spraying
formaldehyde had been conducted. The results showed that the pathogens lost activity by immersed at 55℃ for
10 min, and the germination was not affected. After 28 days of the parent corm carried pathogen on surface was
disinfected, the incidence was only 12% by immersing at 55℃ for 10 min, while it was as high as 46.7% and
56.0% by spraying 1% of formalin solution and 5×105 U/L of streptomycin, and the differences were significant
at 5% level. However, the incidence by the two latter methods were less than 65.3% of CK, but no significant.
After disinfected the infected corm, the control effect was 94.7% by the former, which was far higher than by
the formaldehyde (63.2% ) and streptomycin (59.2% ). In addition, southern blight and konjac aphids were
killed by high temperature. It may be concluded that the new disinfected method was efficient, safe and broad,
and would greatly contribute to the konjac diseases controlled.
Key words: Amorphophallus Blume; parent corm; soft rot disease; southern blight; disinfection
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0 引言
魔芋是天南星科魔芋属多年生草本植物,在中国
已有1700多年的食用历史,是迄今发现的唯一可规模
化提取葡甘聚糖(konjac glucomannan,KGM)生物资
源[1]。深入的研究揭示了KGM合成途径、分子构架、
营养特性、理化性质,KGM是葡萄糖和甘露糖残基按
1:(1.5~1.8)摩尔比例通过β(1→4)糖苷键形成的非淀粉
多糖(non-starch polysaccharides,NSP),是优良的膳食
纤维(dietary fibre,DF),具抗营养特性。此外,KGM良
好的可溶、保湿、吸水、成膜、胶凝、复配、物理和化学改
性等性能赋予其广阔的开发应用前景,成为食品行业
和医药、环保等领域新兴功能性材料研究的热点,催生
了魔芋产业的形成和发展[2-4]。
魔芋植物起源于热带雨林下的丛林气候,长期自
然演化过程中形成多种形态差异明显种类(A. species)
及生态类型或亚种(A. subspecies)。适应性强、经济价
值高的花魔芋喜阴凉、忌渍热、怕冻害,全球范围内资
源生产区域极为有限,与日俱增的需求量导致了市场
供不应求[5-6]。
在魔芋商业化进程中,病害尤其是软腐病的危害
极为严重,发病率常年高达 20%~30%,部分地区甚至
高达80%,发病后的单株产量损失超过80%,软腐病成
为魔芋资源再生最大的风险[7-8]。魔芋软腐病属细菌性
系统病害,从伤口和气孔浸入,进入植株体内随微管束
扩散和增殖速度极快,在高温高湿环境下,从初始到全
株倒伏不超过 48 h,一旦发病,尚无有效方法救治,生
产上采用“预防为主,综合防治”的策略[9-10]。软腐病病
原菌以魔芋球茎和土壤植物残体为宿主越冬,种球茎
带菌增加了储藏、运输和魔芋生长期间感病几率。种
芋消毒是软腐病综合防治的重要策略,也是生产过程
中必不可少的环节。常用的种芋消毒方法有凉晒、药
剂浸种或喷雾、甲醛熏蒸等,对表层带菌效果好,但对
已感染和深层的带菌的种芋消毒效果不佳,且存在交
叉感染、药剂渗透效果差、消毒不彻底、环境污染等问
题,因此,有必要探索更加有效、安全的种芋消毒方
法。基于魔芋软腐病病原菌致死温度,笔者设计并比
较55℃恒温浸种与常用的甲醛熏蒸、农用链霉素喷雾
消毒效果,以期获得更加有效的种芋消毒方法,为魔芋
软腐病的防控提供依据。
1 材料与方法
1.1 试验时间、地点
研究田间试验于2011—2012年在湖北恩施州农业
科学院高新示范园30目防虫网室(Alt.=495 m)进行,室
内试验在恩施州农业科学院生物技术研究所进行。
1.2 试验材料
花魔芋(Amorphophallus konjac)种芋由恩施州农
业科学院魔芋研究所提供,来源于湖北省恩施州巴东
县清太坪种繁基地,白魔芋(Amorphophallus albus)来
源于四川省屏山县,2011年繁殖于恩施州农科院防虫
网室。
挑选50个大小均一、无病、未萌动花魔芋球茎(50 g
左右),用自来水冲洗干净,于55℃温水浸泡10 min,塑
料盘晾干备用。取50 g软腐病充分腐烂的病残组织,
加蒸馏水500 mL充分搅拌纱布过滤提取菌液混匀,每
处理种芋表面均匀喷洒40 mL。平行重复3次。
1.3 试验方法
1.3.1 软腐病病原菌提取液致病性检测 取 500 g左右
鲜芋,洗净表面,横切成0.5 cm左右切片或完整球茎,
灭菌枪头接种 5 μL菌液或注入恒温(45℃及 55℃)处
理10 min的菌液20 μL,保温保湿,观察发病情况。
1.3.2 消毒处理 A——甲醛喷雾消毒法,50 mL 1%福
尔马林溶液(40%甲醛溶液)均匀喷雾至表面全湿,密封
12 h;B——农用链霉素喷雾消毒法,50 mL 5×105 U /L
农用链霉素均匀喷雾至表面全湿;C——恒温浸种法,
55℃恒温浸种10 min;D——CK。
4月11日进行消毒,消毒后种芋平放于塑料盘中,
确保种芋间不接触,放于防虫网室,每隔7天观测1次
发病情况,持续 4次。每次调查后,隔离已发病种芋,
防止接触感染。
1.3.3 消毒处理对种芋发芽的影响观察 4月1日,挑选
50个大小均一花魔芋种芋,其中球茎 30 g左右,根状
茎(箭果)5 g左右,经消毒处理后,平铺于 40 cm×
60 cm组培塑料盘,放入网室,自然光照长度,50天后,
随机挑选20个样品测量芽长。
1.3.4 统计分析处理 采用 Sigmaplot 11.0软件进行分
析和作图,观察结果用数码相机拍照。
2 结果与分析
2.1 魔芋种芋恒温消毒临界温度
软腐病是普遍发生的细菌性病害,致病菌为欧氏
胡萝卜软腐杆菌,对马铃薯、魔芋、马蹄莲、白菜、蝴蝶
兰等块茎、球茎及肉质性茎叶植物危害极为严重[11-13]。
魔芋软腐病由胡萝卜软腐欧氏菌胡萝卜软腐亚种
Erwinia carolovora subsp. carotovora (E.c.c.)和胡萝卜
软腐欧氏菌菊欧文氏亚种 Erwinia chrysanthem i
(E.ch.)引起,后者又叫胡萝卜果胶杆菌胡萝卜亚种为
Pectobacterium carotovorum pv. carotovorum (P.c.c.),二
者具有相似的生物学特性,最适生长温度25~35℃,超
过40℃生长缓慢或停止,50℃ 10 min致死[13-15]。
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牟方贵等:魔芋种芋消毒方法比较研究
在选择消毒温度时,一方面要考虑到病原菌被全
部致死,另一方面要保障种芋生长不受影响。
用病腐组织提取的带菌液接种白魔芋和花魔芋球
茎横切面,1天后出现褐变水渍斑,3天后形成了 1 cm
大小的浸润斑块,表明提取液含有浸染活性的病原菌
(图 1)。具活性病原菌提取液转入 2 mL离心恒温水
浴 10 min后接种花魔芋球茎 8天后切开观察,35℃处
理接种后发病速度快且腐烂面积大,对抑制病原菌活
性没有效果,45℃出现干腐,无浸润,病原菌活性受到
抑制,而 55℃未表现出任何症状,表明 55℃条件下
10 min可使软腐病原菌全部致死,与其生物学致死下
限温度较接近(图2)。
3种温度消毒处理的种芋网室催芽 50天后,根状
茎和球茎顶芽的长度均无显著差异(图 3)。根状茎
45℃和 55℃处理后顶芽生长略微受到影响,而 55℃处
理对球茎顶芽生长有刺激作用,主要原因是根状茎的
萌动期比球茎早 10天左右,该试验期间,根状茎已开
始萌动,新芽对高温的耐受性弱,而球茎处于休眠期,
高温有利于打破休眠促进萌发。
试验过程中,观察到刚起挖和萌动的种芋顶芽外
包鳞片幼嫩,55℃处理极易烫伤干枯,从而影响发芽,
温度超过60℃,休眠芽也易受伤,因此需要严格控制温
度和消毒时期,根状茎和球茎分开,刚起挖的种芋最好
凉晒2天左右待鳞片老化后处理。
A 花魔芋 B 白魔芋
切面点滴5 μL菌液,室温保湿
图1 魔芋球茎切面接种病原菌后3天发病情况
用200 μL无菌枪头,刺入表面清洗的球茎内部约3 cm,注入10 μL无菌水或菌液,置室温观察
图2 魔芋球茎注入软腐病提取液8天后剖面发病情况
A 无菌蒸馏水55℃水浴10 min B 带菌悬浮液55℃水浴10 min
C 带菌悬浮液45℃水浴10 min D 带菌悬浮液35℃水浴10 min
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2.2 未发病种芋消毒效果的比较
魔芋连作和当季田间都可以检测到软腐病致病
菌,发病率和土壤病原菌量随连作而逐年增加[9]。由
此可见,种芋带菌普遍性是魔芋种植和储运期间发病
潜在的主要因素,因此,种芋消毒是病害综合防控中的
重要一环。
病原菌提取液均匀喷于种芋表面,模拟种芋带菌
状态,经 3种方法消毒后,7天后皆有发病,但差异明
显,甲醛喷雾法A和恒温浸种法C消毒效果明显优于
对照D和农用链霉素喷雾法B,28天后,A、B、C、D处
理发病率为46.7%、56.0%、12.0%和65.3%,比7天分别
增加了 28.7%、23.3%、4.0%、30.0%(表 1)。甲醛消毒
短期抑制病害发生效果好,但后期增加快,主要是干瘪
性腐烂种芋增加数量较多,种芋表面出现圆斑状凹陷,
此外,用10%甲醛溶液涂抹魔芋球茎切口或腐烂孔,早
期观察涂抹部位干缩,后期肉质腐蚀渗液,证明甲醛对
球茎正常组织具有腐蚀性。由此可见,恒温(55℃)消
毒可有效的控制种芋发病。
3种消毒方法对顶芽的生长影响有差异,其中C
处理和B处理有正效应,但与对照D差异不显著,与甲
醛法达5%差异水平,甲醛消毒表现轻微的负效应,原
因同上(图4)。
2.3 软腐病发病种芋消毒效果的比较
发病种芋极易导致交叉感染,且常规药物消毒穿
透性差,难以到达病斑基部,效果不佳,生产上常用方
法是挑出病芋及时削去病斑,草木灰或生石灰涂抹伤
口或暴晒干缩伤口以减少损失,费时费力,且播种后发
病率高,往往得不偿失。
经恒温浸种处理后的病芋,14天后病愈率高达
94.7%,明显优于甲醛喷雾法(63.2%)和农用链霉素喷
雾法(59.2%),病愈种芋病斑干燥,切面病健组织分界
明显,无浸润趋势,而继发病芋病斑渗液,切面有浸润
(表2,图5),表明热水穿透性强,可达病斑基部杀灭致
病菌。恒温浸种法,水分挥发快,种芋表面 30 min内
干燥,而甲醛和农用链霉素法种芋表面几天内难以干
燥,加之每年起挖种芋时间一般在集中在 10—12月、
次年的3—5月,此期间山区常年气温低、湿度大、阴雨
天气居多,种芋表面湿气导致腐烂严重,因此,热水消
毒法更显出了优势。
2.4 种芋大小对消毒效果的影响
种芋越大,体积和表面积大,机械损失和带菌几率
增大,发病率高。试验结果表明:8 g左右的种芋,消毒
处理和CK发病率均明显低于14 g左右的种芋(表3),
图3 不同温度浸种消毒对魔芋芽生长的影响(50天)
0.000.20
0.400.60
0.801.00
1.201.40
1.601.80
2.002.20
2.40
35 45 55
温度/℃
芽
长
/cm
根状茎 球茎
处理
A
B
C
D(CK)
7 d
8.0±5.3b
32.7±11.7a
8.0±4.0b
35.3±6.4a
14 d
9.3±3.1b
46.7±11.0a
9.3±3.1b
55.3±10.1a
21 d
37.3±1.2b
48.7±9.2b
10.0±4.0c
64.7±9.0a
28 d
46.7±7.6a
56.0±5.3a
12.0±4.0b
65.3±9.0a
表1 不同消毒方法的发病率
注:小写字母a、b表示P<0.05差异水平。下同。
1.32b 1.54a
1.63a
1.43ab
0.000.20
0.400.60
0.801.00
1.201.40
1.601.80
2.002.20
2.40
A B C D
消毒方法
芽
长
/cm
图4 不同消毒方法对魔芋球茎发芽的影响(50天)
% 处理
A
B
C
D(CK)
总数/个
76
76
76
76
继发芋(全腐芋)/个
28(6)
31(7)
4(0)
76(57)
病愈芋/个
48
45
72
0
防效/%
63.2
59.2
94.7
0
表2 发病种芋消毒效果比较(14天)
注:继发芋:软腐病未得到控制,病斑继续扩大的魔芋球茎。病愈
芋:软腐病得到控制,病斑不再扩大,病健界限分明,病斑干缩的魔芋球
茎。防效=(病愈个数/总数)×100%。
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牟方贵等:魔芋种芋消毒方法比较研究
与生产上提倡引种和栽培低龄小种芋经验相符。
2.5 恒温浸种法对魔芋其他病虫害的影响
除软腐病外,白绢病是危害魔芋的另一重大病害,
低海拔地区常年发病率高达 30%(恩施红庙,alt.=
495 m),主要危害土壤表层以下的部位,造成叶柄齐
地倒伏、根、茎腐烂,菌丝体沿土层以下的残体或地表
湿度大的区域蔓延,发展速度快。白绢病属真菌性病
害,为罗氏小核菌(Sclerotium rolfsii Sacc.),菌核耐逆
境胁迫,在土壤、魔芋球茎等上越冬,病地浅表腐殖层
菌核量丰富,菌丝体最适生长温度 35℃左右,50℃
15 min致死[16-17]。
蚜虫是芋花叶病毒主要传播虫媒(图 6),在魔芋
芽鳞片内产卵越冬,开春后孵化,导致叶片畸形或花斑
症状,降低光合作用影响产量和种性,此外,笔者还观
察到蚜虫能导致佛焰苞、雌花柱头发育不良,影响杂交
授粉。
试验结果证明,恒温消毒法对白绢病菌丝体生长
有较好的抑制作用,球茎活体上生长旺盛的菌丝体经
消毒处理后,完全停止生长(图7),且能够有效杀灭蚜
虫,对阻断病毒病的传播有一定的意义。
A1、A2:病愈芋,55℃恒温浸种10 min;B1、B2:继发芋,50 mL 5×105 U/L农用链霉素均匀喷雾
图5 发病种芋消毒效果比较
A1 A2
B1 B2
表3 不同大小种芋消毒效果比较(14天)
处理
A
B
C
D(CK)
种芋大小8.0 g
病芋/个
18
9
0
67
总量/个
1128
1253
1564
2251
发病率/%
1.60
0.72
0.00
2.97
种芋大小14.0 g
病芋/个
18
28
8
154
总量/个
567
738
813
1635
发病率/%
3.17
3.52
0.98
9.42
图6 魔芋蚜虫
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3 结论
热水浸种法常用于水稻、蔬菜等有性繁殖的种子催
芽和消毒,但在无性繁殖的块茎、球茎等鲜种作物上应
用鲜有报道。本研究利用软腐病致病菌的致死温度和
魔芋种芋的耐受温度,比较了恒温浸种法和常规方法消
毒效果,结论如下:(1)55℃恒温10 min,可有效地使魔芋
软腐病致病菌丧失活性,且对休眠的种芋发芽生长有促
进作用;(2)恒温浸种即55℃恒温10 min,利用热水渗透
性强的特点,能杀灭表及病斑基部病原菌,对表面带菌
和已发病种芋消毒效果明显优于常规农用链霉素和甲
醛喷雾法,而甲醛消毒对种芋正常组织和发芽有破坏作
用和抑制作用;3种方法对小种芋的消毒效果明显优于
较大的种芋,生产上应提倡使用低龄小种芋;(3)恒温浸
种对白绢病菌丝体和魔芋蚜虫也有防治作用。
由此可见,55℃恒温浸种10 min,消毒全面、彻底、
安全,有利于阻断魔芋种传性病虫害,为魔芋病虫害防
控提供了新的思路。
4 讨论
魔芋是中国重要的特色经济作物,为山区农业产
业结构优化和农村脱贫致富发挥了积极作用。从产业
布局来看,魔芋集中分布于西南山区,依地理位置、气
候特征及生态适应性划分为秦巴山地、四川盆地、武陵
山区、云贵高原等亚热带 4个花魔芋主产区和金沙江
干热河谷流域的白魔芋主产区,近年来,由于原料紧
缺,以珠芽类型为主的魔芋资源在云南南部、缅甸、老
挝、泰国和越南等热带地区也有发展,但因资金、技术
和品质等原因,尚未形成有效的竞争[6-7]。中国是世界
上最大的魔芋资源生产国,面积和产量均占世界的
80%以上,精粉年产量约 1.5万 t,主导全球资源配置,
但与全球魔芋精粉需求量5万 t相比,缺口巨大。在魔
芋产业持续发展中,种植业是瓶颈,而种芋匮乏和病害
严重是最大的制约因素。由此可见,中国魔芋产业发
展机遇与挑战并存。
魔芋软腐病属土传和种传性病害,被称为魔芋“癌
症”,分布范围广、传播途径多样、全生育期可发病,危
害极其严重,病原菌E.c.c.和E.ch.兼厌氧型,嗜好葡甘
聚糖,能在水中生长良好,更增加了防控难度,也可能
是葡聚糖型品种或资源极度匮乏的主要原因[6,13]。近
年来,以拮抗菌为主的生物防治的研究报道较多[18],但
生产实践中效果难以得到公认,一方面是实验室菌种
单一,抑制作用较好,而在大田复杂的菌落环境中,魔
芋全生育期皆有感病的风险,拮抗的持久性有待解决;
另一方面,魔芋软腐病致病菌发病速度快,接种球茎6
天和 9天其果胶酶和纤维素酶活性达到高峰[20],在叶
和芽等鲜嫩组织中更快以至于植物自身的防御尚未来
得及应答而植株已经倒伏,因此,生防菌最佳的使用时
期有待于系统的试验。Ban等[19]在花魔芋中导入 aiiA
获得抗魔芋软腐病的植株,由于魔芋繁殖系数低,即使
大规模的组培繁殖,但与生产上用种需求量相比也仅
仅是“杯水车薪”,更由于公众对转基因食品的安全担
忧难以应用。因此,在魔芋软腐病的防控方面,近期必
须采用“预防为主、综合防治”的策略,基于产品质量和
食品安全考虑,重点研发和推广以农业、物理和生物防
治为主的方法。从长远来看,注重培育抗(耐)性强,繁
殖系数高,兼顾产量和品质的魔芋新品种,在这方面,
笔者通过远缘杂交获得了一些苗头品系。
种芋消毒防病增产效果明显,成为病害综合防治
的重要环节。常用的种芋浸种和喷雾消毒依赖于大剂
量高频率的农用链霉素,消毒不彻底,病健种芋混杂交
叉感染严重,对真菌病害无效,且导致病原菌耐药性增
加和遗传多样性分化[6,21-22]。甲醛熏蒸法进行消毒,方
法简单,消毒效果优于农用链霉素,但对健康组织和生
长有影响,此外,甲醛对环境和人员的安全危害也不容
忽视。恒温浸种消毒,纯物理方法,环境安全,节约水
资源,对多种病虫害有效果,丰富了魔芋病害综合防治
途径。
图7 恒温浸种消毒对魔芋白绢病的影响
A 消毒前菌丝体白色蔓延 B 消毒后2天菌丝体干缩
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牟方贵等:魔芋种芋消毒方法比较研究
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