目前,番茄晚疫病(Phytophthora infestans)在世界各番茄主产区普遍发生,并造成严重的经济损失,已经成为番茄生产的主要障碍之一。番茄晚疫病是由致病疫霉菌[Phytophthora infestans(Mon.t )deBa-ry]引起的一种真菌性病害,此病原菌最初报道在马铃薯病株上,后来出现在番茄病株上,现已证实番茄晚疫病病原菌和马铃薯晚疫病病原菌为同种的不同生理小种。由于病原菌新种群的不断出现,使得致病疫霉菌群体的有性重组机会增加,生理小种变异加快,导致番茄品种抗性丧失,加重了病害的发生,从而严重威胁着番茄生产的发展。番茄晚疫病已受到各国科学工作者的关注,至今国内外对番茄晚疫病病原菌、寄主抗病性、抗病遗传和育种等方面的研究已取得了明显的进展。

1、番茄晚疫病病原菌

1·1　病原菌形态特征

　　导致番茄晚疫病的致病疫霉菌为真菌,属于鞭毛菌亚门,卵菌纲,霜霉属,疫霉科。菌丝有分枝,无色无隔,多核;孢囊柄无色,纤细,顶端膨大形成孢子囊,随着孢囊柄的伸长,孢子囊变为侧生;孢子囊椭圆形或长卵形,乳头状突起不明显,基部具短柄,孢子囊中游动孢子少于12个。

1·2　病原菌生物学特性

　　菌丝发育最适温度为24℃,最高温度为30℃,最低10~13℃。孢子囊形成的温度为3~36℃,相对湿度高于91%;孢子囊形成的最适温度为18~22℃，最适相对湿度为100%。孢子囊萌发与温度关系密切, 10℃时孢子囊萌发需要3 h, 15℃时需要2 h, 20~25℃时需要1·5 h。当相对湿度低于95%时,孢子囊迅速失去活力。当孢子落在持续持有水滴的寄主叶片表面时,孢子囊才能产生游动孢子或休眠孢子萌发并产生芽管,侵染才能发生;如果寄主

叶片失去水滴,孢子则不能继续侵染[1, 7]。孢子囊萌发有两种方式:当温度低于21℃时,孢子囊在1~3 h内产生8个游动孢子,形成游动孢子的适宜温度为12~15℃,游动孢子在水膜中游动片刻后,失去鞭毛和内孢囊,产生侵染栓侵入到寄主体内;当温度在21~30℃时,孢子囊能在8~48 h内直接萌发产生芽管而不产生游动孢子。病原菌侵入叶片时直接通过表皮和外层表皮的细胞壁,侵入后在细胞间生长,并在叶肉细胞内产生吸器,侵染2~3 d后出现褪绿病斑。病症出现后,孢囊柄从气孔里伸出,并产生孢子囊,此孢子囊可以作为再次侵染的侵染源。

1·3　病原菌生理小种

　　番茄晚疫病菌的生理分化相当复杂,不同寄主、不同地域或生态环境均能影响其分化,而且病原菌不时发生变异,导致毒性、侵染力和寄主范围等特性发生改变。2001年亚洲蔬菜研究与发展中心(AVRDC)将中国台湾地区番茄晚疫病菌鉴定为生理小种T1、T1. 2、T1. 2. 3、T1. 4和T1. 2.4。而中国大陆地域广阔,所以晚疫病的生理小种多而复杂[1]。2004年中国农业科学院蔬菜花卉研究所冯兰香等对中国大陆18个省、市、自治区的番茄晚疫病菌201个纯化分离物进行生理小种鉴定。结果共鉴定出8个生理小种,即T0、T1、T1. 2、T1. 2. 3、T1. 2. 3. 4、T1. 4、T1. 2. 4和T3,其中T1和T1. 2是主流小种,其次是T0和T1. 2. 3。

2、番茄抗晚疫病的机制

2·1　预先形成的抗病因素

　　预先形成的抗病因素包括那些在植物未接触病原菌之前就已存在于植物本身的某些特征、特性,许多结构特征和具有抗菌性的化学物质都与植物的抗病性有关。番茄晚疫病组织学和细胞学研究发现,菌丝侵染穿过栅栏组织,在胞间蔓延,进入细胞后形成胞内吸器。Grewal等研究表明栅栏组织与番茄抗性关系较大,具有抗性基因的番茄,栅栏组织排列紧密,栅栏指数明显高于感病品种,栅栏指数可作为筛选抗番茄晚疫病的辅助手段。Grewal还研究了香毛簇和草酸钙晶体在番茄抗晚疫病中的作用,结果表明15个已知抗感基因型番茄材料中,香毛簇含量与抗感性关系不大,海绵组织中的草酸钙晶体含量与抗感性密切相关,草酸钙晶体含量高,抗性强。酚类化合物能抑制病原菌侵入寄主表皮时产生多糖降解酶,从而阻止病原菌侵入。Ravise等利用抗番茄晚疫病的Lycopersicon es-culentum栽培品种X305、WVA106研究表明,当它们被病原菌部分侵染后,能抑制果胶内裂酶和果胶酸内裂酶的活性,推测在抗性品种内存在一种防御反应,这种反应与裂解酶的失活程度、多酚氧化酶活性和酚类含量相关[13]。植物叶片内糖含量与植物抗性有关,Dowley等研究碳水化合物和日照对番茄抗晚疫病的影响,结果表明植株上部叶片糖含量增加时,抗性高,日照时间每天从16 h缩短到12 h,抗性明显降低。

2·2　侵染诱发的抗病因素

　　植物保卫素(Phytoalexin)是植物受到病原菌侵染后或受到生理、物理因素刺激后产生或积累的一类低分子量的抗菌性次生代谢产物,是很多植物抵御真菌和细菌侵染的一种反应。目前在马铃薯块茎中发现的抗晚疫病菌植物保卫素有日齐素(Rish-itin)、鲁比米素(Lubimin)和块茎防疫素(Phytu-berin),它们均属于萜类化合物,其化学结构与生物合成途径已被阐明。在番茄中发现的抗晚疫病植物保卫素仅有日齐素。Ahmed等研究生物和非生物因子对番茄抗晚疫病植保卫素日齐素形成和积累的影响,发现γ射线处理番茄种子后,不能激发番茄叶片、果实中日齐素的形成;而硫酸铜处理种子后却能够激发叶片和果实中日齐素的形成。植物病原相关蛋白(Pathognesis-related pro-teins)是植物受病原或不同因子刺激后胁迫产生的一类蛋白。Woloshuk等在接种Phytophthora infes-tans的番茄叶片中分离到AP24蛋白,能够裂解P.infestans的孢子囊,并抑制其菌丝生长。Yigalcohen等发现β-氨基丁酸能够诱发番茄病原相关蛋白积累,从而增强植株抗病力[16]。Veronese等报道致病相关蛋白可以用来防治番茄晚疫病,并认为致病相关蛋白编码基因的表达能够获得广泛和长期的抗性。通过测试PR-5、PR-1和几丁质酶在转基因植物中的表达对病原菌侵入的反应,得出多个致病相关蛋白的共表达有利于提高植物的抗病性。在晚疫病菌感染的抗病番茄中,蛋白抑制剂活性迅速升高,且保持一个较高的水平,而在晚疫病菌感染的感病品种中,蛋白抑制剂活性稍有升高或不升高,然后下降,说明蛋白抑制剂在抗病性中可能起重要作用。诱导抗性是植物抗病性研究中十分活跃的领域。Jenun对化学诱导机制与生物诱导机制进行比较研究得出,DL-3-R氨基丁酸(Baba)化学诱导和烟草花叶病毒(ToMV)生物诱导都能提高叶片中水杨酸含量,增强植株的抗病性,苯胺蓝染色后,荧光显微镜观察番茄晚疫病菌侵入点有明显的荧光,证实为聚积的胼胝质。Cohen和Gisi把通过C14标记的DL-3-R氨基丁酸(Baba)喷在下部叶片和根部,测试表明,Baba改变细胞壁结构或新陈代谢,可增强植物组织抗真菌酶攻击的能力。

3、番茄对晚疫病的抗性遗传及基因定位

番茄的抗晚疫病是由两类不同的基因控制:一类是受单基因控制的质量性状,Ph1为完全显性基因,Ph2和Ph3为不完全显性基因；另一类是受多基因控制的数量性状,其抗病性与环境、植株生长动态、生理现象等多种因素有关。亚洲蔬菜研究与发展中心利用感病品种(品系)Moneymak-er、CLN657B1F2-274-0-15-4分别与抗病品种L3684和L3708杂交产生F1、F2和回交产生BC1F1和BC1F2群体,通过温室接种鉴定,结果表明:抗病品种多毛番茄L3684和醋栗番茄L3708的抗性表现为不完全显性,并且为单基因控制。Lobo等报道Lycopersi-con hirsutum能抗晚疫病,对多毛番茄LA2099进行单株选择后,用病原菌进行离体叶片接种,田间表现抗,L.esculentum×L. hirsutumLA2099-MD1的F1后代的抗性表现为连续性分布,说明抗性是数量性状。Rebecca等报道,野生番茄LA1033高抗番茄晚疫病,且抗性表现为不完全显性,受两个位点控制。张喜春对番茄突变体再生植株进行田间抗病鉴定及抗病性遗传规律研究,结果表明,突变株系R0获得的对晚疫病的抗病性是由1对或2对杂合基因控制,呈显性遗传。Gallegly和Chunwongse已在醋栗番茄中发现抗晚疫病基因Ph1、Ph2和Ph3。Moreau等利用Hawaii7996×W.Va700杂交的F2代群体,把抗晚疫病基因定位在标记CP105和TG233的8·4 cM的范围内(第10条染色体的长臂上),并利用BSA群体找到了与Ph-2连锁的AFLP标记,从而构建了Ph-2区域的高密度图谱,为该基因的克隆奠定了基础。Chunwongse等利用感病品种CLN657和抗病品种L3708杂交的F2群体对基因Ph-3进行标记,找到一个RFLP标记TG591(LOD=18·41)和两个AFLP,该基因与Ph-1和Ph-2为非等位基因。Anne等报道在醋栗番茄L3708材料中鉴定出3个抗晚疫病的QTL,它们分别位于第6条和第8条染色体上。Fulton等通过改善AB-QTL技术,应用室内和田间相结合的办法,使数量性状位点（QTL)分析与育种相结合,在不同环境条件,鉴定出主效及微效QTL,且不含有由于供体材料基因显性、部分显性及超显性作用所引起的非上位QTL,将目的QTL有效地转育到生产品种,在较短时间内(1~2 a)快速建立QTL近等位基因系(QTL-NILs)。Brouwer等在普通番茄L. esculentum和野生种L.hirsutum构建的BC1群体中鉴定出3个来自L.hirsu-tum的晚疫病抗性基因lb4、lb5b和lb11b,通过标记辅助选择培育的NIL,lb4作图于6·9 cM区间,lb5b作图于8·8 cM的区间,lb11b作图于15·1cM区间。Douglas等在L. esculentum与L.hirsutum回交群体中鉴定出8个抗番茄晚疫病QTL,分别位于1、3、4、5、6、7、9和11染色体。

4、番茄抗晚疫病种质资源

野生番茄是获得抗晚疫病的重要种质资源。Hrobryh根据人工接种诱发鉴定结果指出,野生多毛番茄的叶及果实对晚疫病均表现不感染,而秘鲁番茄则果实表现为不感染。同年, Batygina则指出,在栽培番茄与野生秘鲁番茄杂交后代中,发现一些杂种在形态上与栽培番茄非常类似,但具有抵抗晚疫病的能力。前苏联Nrsahoba指出,野生秘鲁番茄对晚疫病具有高度的抵抗力,但在抵抗程度上稍逊于野生多毛番茄。此外,醋栗番茄对病菌0系的抗性是由一显性过敏基因控制,对病菌1系的抗性则由多基因控制的。亚洲蔬菜研究与发展中心对795份野生番茄资源通过实验室苗期接种6个中国台湾分离物Pi1、Pi15、Pi16、Pi17、Pi18、Pi19,筛选出2个醋栗番茄L3707、L3708和2个多毛番茄L3683、L3684。TGRC用病菌分离物Pi16和Pi42对308份野生番茄种质资源进行鉴定,并认为5个醋栗番茄的病情指数为1·5~2·5, 21份多毛番茄病情指数为0·3 ~2·5, 13个多毛的樱桃番茄病情指数为0·9~2·5,多毛番茄既能抗Pi16,也能抗Pi42,但醋栗番茄对Pi42不表现抗性。Goth等报道番茄品种Pusa Ruby、WV36、WV700对番茄晚疫病菌生理小种0型免疫, 1型抗。Sherf等指出番茄品种Red cherry、West virginia36、Westvirginia106具有垂直抗性; Southland、W iscon-sin55、Adelaide dwarf、Australian earliana具有水平抗病性; Burwood、Shipper dobbies、Champion、Dobbiesholrood、Dwarf earlies、Red garden state、Marvana po-tentate gaye、San marzano、Venturia vertomold、West-landia danamark等和来自欧洲的品种Atom ruzorekey具有田间抗性。Kaur等对收集到的74个番茄品种,进行抗晚疫病筛选,结果表明, 74个品种没有1个为免疫品种,仅Ottawa30、Ottawa31、PI112835、PI260404和PI270407表现为抗性。Sotirova等证实樱桃番茄抗晚疫病菌的2个生理小种,L·hirsutum F·typicum和PI·127826也抗2个生理小种。张文淑等人工接种鉴定670份番茄材料,没有发现对番茄晚疫病免疫的材料,抗性材料占27·3%,感病材料占47·5%。王添成报道亚洲蔬菜研究与发展中心已拥有的抗晚疫病番茄资源有TS33(Ph-1)、WPH700(Ph-1·2)、L3708(Ph-1·2·3)、LA1033(Ph-1·2·3·4)。李君明对从TGRC引入的3份多毛番茄野生资源LA1033、LA2099、LA1777进行人工接种晚疫病菌,结果表明,它们均抗中国晚疫病菌生理小种T1·2·3[36], LA2099和LA1777还高抗致病力极强的生理小种T1·2·3·4。WPH700、L3708来源于野生醋栗番茄, LA1033、LA2099来源于多毛番茄,这些抗性材料的发现将对番茄抗晚疫病育种具有重大实践意义。

5、番茄抗晚疫病育种

番茄晚疫病是一种严重危害番茄生产的真菌性病害,化学防治剂对其能起到一定的防治作用,但长期使用会造成环境的污染以及番茄晚疫病菌产生抗药性。因而,培育和利用抗晚疫病品种是防治番茄晚疫病最直接而有效的措施。张喜春利用番茄品种Alpatieva-905a和品系Line-1的子叶、下胚轴为外植体诱导愈伤组织进行细胞育种,培养基中附加不同浓度的制霉菌素(Nys-tatin)用于突变体的筛选,再生植株分别在培养皿内和温室条件下进行抗性鉴定,其突变体抗病性明显高于对照。亚洲蔬菜研究与发展中心利用抗晚疫病野生番茄资源,通过杂交将其抗性基因导入栽培番茄中形成近交系。感病品种Moneymaker是非洲主要栽培品种,作为第一回交亲本与抗病品种L3708杂交、回交得到BC1F1,BC1F1再与坐果率好、抗细菌性萎蔫病和番茄花叶病的番茄品种CLN657杂交、回交得到BC2F1,CLN657作为第二回交亲本,回交后得到BC3F1,即CLN2037,CLN2037经过6代自交,选育出抗晚疫病自交系CLN2037系列,其在实验室和田间均表现出抗晚疫病能力,并且携带Tm-22等位基因,能耐细菌性萎蔫病。此后,又用抗病品种CLN2037和感病品种L4783杂交,选育出5个抗病杂交一代品种FMTT 791、FMTT 792、FMTT 793、FMTT 794及FMTT 795用于生产。广州市农业科学研究所利用基因工程技术,通过农杆菌共培养转化法将β-1, 3-葡聚糖酶基因和几丁质酶基因转入两个不同的番茄自交系JM、JF和中蔬5号品种中;利用杂交育种技术,将含不同转基因的两个自交系杂交首次获得同时含有2个转基因F1代番茄植株,这些转基因材料和配制的F1经华南农业大学热带亚热带真菌研究室鉴定,它们对番茄主要真菌病害晚疫病和叶霉病的抗病性比未转基因对照有明显提高。Thomzik等将来源于葡萄的两个合成1, 2-二苯乙烯酶基因Vst1和Vst2导入番茄中,再与晚疫病菌共培养,结果在转基因番茄体内产生了1, 2-二苯乙烯的后继产物植保素-反式白黎芦醇,通过接种试验,该转基因番茄植株具有抵抗晚疫病的能力。唐绂枕报道,中国国家基因工程中心已获得高抗ToMV、CMV、马铃薯X病毒病和抗早疫病、晚疫病两种真菌病害的多抗番茄品种。

6、问题及今后研究方向

番茄晚疫病作为毁灭性的世界病害,已引起各国学者的重视。人们在病原菌生物学特性、诱导抗病性、组织学和细胞学等方面已经取得了一定的进展。但在生产、研究中仍存在急待解决的问题。如番茄晚疫病菌致病机理、毒素和致病酶作用、植物保卫素的种类、结构式以及植物保卫素的抗病作用等。此外番茄晚疫病原菌生理小种变异频繁,要想筛选获得持久且有效、污染小的防治剂仍是全世界面临的巨大挑战。抗病育种工作的前提是掌握抗性资源,对国内现存番茄品种资源进行抗性鉴定,充分利用野生番茄资源,对表现好的抗源材料充分研究利用,进一步进行重复鉴定、异地鉴定、多菌系鉴定,确切了解其抗性程度、抗性稳定性、适应性及遗传特征,并注意兼抗或多抗材料的鉴定筛选。在鉴定抗性特征的基础上,做好抗源材料的综合性状改良及利用工作,高度重视抗源材料的丰产性及品质表现。采用常规育种与生物技术相结合的多种育种方法,将抗晚疫病外源基因转育到性状优良的品系中,创造新型抗源材料。通过远缘杂交利用异属、种的特殊有利性状以及野生类型的高度抗病性和对环境胁迫的抵抗能力,来改良栽培品种。深入研究番茄抗晚疫病遗传,利用不同亲本材料和病原菌,采用多菌系多试验条件进行接种鉴定,可能有助于揭示抗性遗传方式。建立操作规范性好,鉴定灵敏度高、结果稳定性强、适应性广的抗性鉴定方法。