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威胁全球250亿美元香蕉产业的黑条叶斑病如何破解? qrcode

2020-07-02

香蕉是许多国家的主粮,也是重要的经济作物,但近年来全球香蕉种植者除了遭受枯萎病(尖孢镰刀菌TR4)的威胁外,还一直饱受黑条叶斑病(Black sigatoka)的困扰。据坦桑尼亚公民日报2020年4月的报道,东非主食之一的阿鲁沙香蕉正面临真菌病害威胁,坦桑尼亚的卡杰拉地区和乌干达的卢韦罗和姆巴拉拉地区是受影响最严重的地区,经相关机构研究确定,该病害为香蕉黑条叶斑病,由斐济球腔菌(Mycosphaerella fijiensis) 侵染形成。


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感染黑条叶斑病的香蕉叶片上留下明显斑点、条斑


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卡文迪什香蕉上黑条叶斑病典型症状


香蕉没有可以繁殖后代的种子,主要通过吸芽、地下茎、组织培养等无性繁殖方式繁殖。无性繁殖带来了稳定的品质,但也大大增加了植株感病的机率。香蕉黑条叶斑病能够引起叶片光合作用受阻、叶片干枯,最终可能致使果实产量损失超过50%(据美国植物病理学会报告)以及果实过早成熟,严重损害香蕉出口经济,被视为危害全球香蕉产业最严重的的病害之一。1963年首次命名并报道了该病害在全世界范围内的传播,现该病菌已广泛入侵拉丁美洲、加勒比地区、东南亚、印度,中国、东非、西非等地区的香蕉种植区。

 

全球香蕉产量分布

 

全球香蕉产业价值250亿美元,每年平均消费1.15亿吨香蕉。印度是世界上最大的香蕉生产国,约占全球香蕉产量的1/3,2018年香蕉产量为3080万公吨。中国香蕉产量位列第二,产量约为印度1/3。印度和中国也是全球最大的香蕉消费市场。


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(图源:KK Mustafah)


菲律香蕉产量仅次于中国,联合国粮农组织数据显示,菲律宾香蕉出口在亚洲排名第一,占地区总出口量的90%,其主要出口市场包括中国和日本。在全球范围内,菲律宾排名第二,出口量仅次于厄瓜多尔。


 表 2018年全球香蕉十大主产国

排名

国家/地区

产量 (公吨)

1

印度

30,808,000

2

中国

11,221,700

3

菲律宾

9,358,785

4

哥伦比亚

7,287,997

5

印度尼西亚

7,264,383

6

厄瓜多尔

7,157,603

7

巴西

6,752,171

8

喀麦隆

5,144,258

9

刚果民主共和国

5,066,203

10

乌干达

4,337,747


黑条叶斑病防治耗时、耗力、耗财

 

英国埃克塞特大学的一项研究表明,国际贸易和香蕉产量的增加、湿度和温度的变化促进了黑斑病的传播、增加了香蕉感染黑条叶斑病的风险。

 

如果香蕉受到黑条叶斑病的侵染而不加处理,整个果园可能会在几周内消失。因此,农民只能通过反复的药剂防治或清园等其他做法来进行控制,这对农民而言耗时又昂贵。在哥伦比亚、秘鲁和危地马拉等拉丁美洲国家,香蕉在他们的对外经济贸易中占有重要的体量,种植者为防控香蕉黑条叶斑病而不断增加喷洒药剂的次数,已由最初的每年10-15次增加到每周一次(全年高达50次),因而导致了耐药真菌菌株快速进化。据报道,该病菌对目前使用的几种杀真菌剂均产生了抗药性,因此各方都在不断寻找创新解决方案,来对付目前仍难以控制的这一病原菌。


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图源:Gert Kema


开发基于硼的杀菌剂有望成为新解方?

 

在过去的10多年间,斯托克顿公司通过多项研究和田间试验证明了生物杀菌剂Timorex Gold® (活性成分:互生叶白千层提取物)对于黑条叶斑病具有卓越的防效,该产品具有多种作用机制,即使在较为严重的病菌胁迫下,也具有出色的药效。Timorex Gold®可以抑制叶片和果实上病灶的扩张,由于其具有亲脂性,还能够穿过表皮屏障进入叶肉组织,防止和抑制组织中真菌的进一步发展。目前,该产品已在包括美国在内的30多个国家/地区进行了登记,2017年在中国获得登记,但登记的防治对象中尚无香蕉黑条叶斑病

 

除了农药公司,全球最大的水果和蔬菜生产商、四大跨国香蕉公司之一的都乐食品(Dole Fresh Fruit Co.)也在寻找创新、更可持续的解决方案以保护香蕉免受黑条叶斑病的侵扰。该公司为找到应对香蕉黑条叶斑病的有效方法,于2020年5月底宣布与初创公司Boragen建立合作伙伴关系,共同开发基于硼、具有杀菌效用的化合物。

 

硼是一种天然存在的化学元素,也是植物必需的微量营养元素,近年来逐渐受到生命科学领域的关注,由于硼在制药工业中被发现具有突破性的应用价值,因此在农业中也被视为具有巨大的发展潜力。

 

Boragen的目标是运用其团队专长和硼来开发具有新型作用模式的强效广谱杀菌剂,为农民提供更加永续的工具、减少农药对环境造成的负担,同时也能解决病原菌产生抗药性的问题。

 

对黑斑病具有天然抗性新品种-Pointe d'Or

 

目前,绝大部分的出口香蕉品种为卡文迪什(Cavendish)。但香蕉枯萎病和黑条叶斑病的流行给该品种的稳定供应造成巨大的威胁。2020年,法国第一个有机香蕉品种Pointe d'Or在SIA上展出。CIRAD和UGPBAN经过20年的研究,开发出这种非转基因香蕉,这一杂交品种未经处理,对黑条叶斑病具有天然抗性。这种香蕉能够通过有机和农业生态方式生产。


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香蕉新品种:Pointe d'Or


2019年,在瓜德罗普岛(20公顷)和马提尼克岛(15公顷)共35公顷土地上对Pointe d'Or进行了大规模试种。预计到2020年将有1000-1200吨该品种香蕉产生,2021年有希望达到2000吨。

 

据报道,Pointe d'Or在法国大陆已进入商业化测试阶段。若该品种能够被成功种植和推广,将成为抵抗香蕉黑条叶斑病,提高果实产量,解决香蕉出口品种单一问题的重要力量。


结语


当前,百菌清、福美双、代森锰锌等化学农药仍然是抵抗香蕉黑条叶斑病最有效的方法。除了从农药和品种选育的角度上寻找解决办法之外,生物技术也不失为一种可行之道。2016年,荷兰瓦格宁根大学和加州大学戴维斯分校的研究人员完成了该病菌的基因组测序,揭示了病菌与寄主香蕉之间的存在的作用机制,希望通过利用分子手段帮助开发更有针对性的杀菌剂以及抗性品种。另外,英国的一家生物科技公司Tropic Biosciences的科学家们开始研究运用基因编辑技术研发能够抵御TR4病毒的新型香蕉品种,随着基因编辑技术的不断发展,时间和成本方面的限制将不断被突破。这为研究人员对抗香蕉黑条叶斑病提供了另一种思路。


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