综述:传统与新型育种技术在防治大豆病害中的应用潜力

【字体: 时间:2025年06月06日 来源:Phytopathology Research 3.2

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  这篇综述系统探讨了利用传统育种(杂交、回交)、分子标记辅助育种(MAS)、突变育种、转基因技术(RNAi、CP基因)及新兴基因组编辑技术(CRISPR/Cas9)应对大豆细菌性(如Xag、Psg)、真菌性(如炭疽病、锈病)、病毒性(如SMV、BPMV)和线虫(如SCN、RKN)病害的策略,强调了整合纳米技术(诊断与药物递送)和参与式育种对实现可持续大豆生产的重要性。

  

背景

全球人口增长与气候变化对粮食安全构成严峻挑战,大豆(Glycine max)作为重要蛋白质和油脂来源,其生产受多种病害威胁。病原体包括细菌(如Xanthomonas axonopodis pv. glycines/Xag)、真菌(如Phakopsora pachyrhizi)、病毒(如Soybean mosaic virus/SMV)和线虫(如Heterodera glycines/SCN),年均导致11%产量损失。传统化学防治存在环境风险,亟需生态友好的综合管理策略。

大豆病害分类与危害

细菌病害

  • 细菌性疱痂病(Xag引发):叶片出现隆起脓疱,减产达40%,病原通过hrp基因簇调控毒性。
  • 细菌性疫病(Pseudomonas syringae pv. glycinea/Psg):水渍状角斑病变,与Septoria褐斑病症状相似但具晕圈。

真菌与卵菌病害

  • 炭腐病(Macrophomina phaseolina):根系维管束阻塞,土壤中休眠体存活15年,2012年美国损失7300万蒲式耳。
  • 猝死综合征(SDS):由Fusarium virguliforme等引起,与SCN协同危害,减产5-15%。
  • 亚洲大豆锈病(P. pachyrhizi): obligate病原体,孢子随风传播,严重时减产50-100%。

病毒病害

  • 花叶病毒(SMV):蚜虫传播,叶片斑驳,Rsv4基因提供广谱抗性。
  • 豆荚斑驳病毒(BPMV):与Phomopsis spp.共感染,减产10-40%。

线虫病害

  • 大豆胞囊线虫(SCN):雌虫形成柠檬状囊肿,年损失15亿美元,Rhg和qSCN位点(如PI 88788)是关键抗源。
  • 根结线虫(RKN):Meloidogyne spp.通过效应蛋白诱导合胞体,多生命周期加剧危害。

病害管理技术进展

传统育种

  • 利用野生种质(如Glycine soja)和R基因(Rpp抗锈病、Rps抗疫霉病),但耗时且易引入不良性状。

分子标记辅助育种

  • KASP标记筛选SCN抗性,QTL定位(如QRpm3-1抗霜霉病)加速抗病品种选育。

突变育种

  • 辐射诱变获得抗SMV和锈病突变体,但随机突变限制效率。

转基因技术

  • 病毒CP基因(如SMV外壳蛋白)介导病原衍生抗性(PDR);RNAi沉默SCN的HgY25基因降低侵染。

基因组编辑

  • CRISPR/Cas9编辑Avr4/6效应基因增强对Phytophthora sojae免疫;敲除GmTAP1提升广谱抗性。

纳米技术

  • 银纳米颗粒抑制真菌(如Fusarium),纳米孔测序实现田间病原快速检测。

挑战与展望

  • 技术整合:CRISPR编辑需克服大豆多倍体复杂性,纳米载体优化靶向递送。
  • 生态安全:转基因作物需评估基因流风险,纳米材料需控制环境毒性。
  • 农民参与:地方知识与现代技术结合,提升抗病品种适应性。

未来需加强野生资源利用(如G. tomentella),开发多基因编辑策略,推动病害可持续治理。

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