淺析：東南亞木薯花葉病的出現，帶來的相關影響，以及防治手段

木薯（Manihot esculenta Crantz，大戟科）是世界上最重要的食用作物之一，儘管非洲目前擁有世界上最大的生產面積，但東南亞作爲糧食作物和生物燃料來源的種植一直在增加，目前木薯總產量超過 56 公噸/年。

不僅如此，木薯生產受到生產國數十種因素的影響，包括疾病，特別是木薯花葉病（CMD）和木薯褐條病（CBSD）這兩種病毒性疾病對全球生產構成最嚴重的威脅。

非洲以外地區還沒有關於 CBSD 的報告，CMD 於 2015 年首次在東南亞被報道，其病原體隨後被確定爲斯里蘭卡木薯花葉病毒 (SLCMV)，從那時起，病毒就開始迅速傳播，種植抗性品種已被證明是控制該病害的最有效策略。

CMD 對東南亞來說是新事物，尚未開發出合適的抗性品種，東南亞迫切需要制定控制該病害並以農民喜歡的品種提供健康種植材料的策略。

木薯花葉病 (CMD) 是由屬於雙生病毒科Begomovirus屬的木薯花葉病毒 (CMB) 引起的，是非洲和亞洲木薯生產的主要限制因素，CMB 的基因組是二分的，由兩條環狀單鏈 DNA（DNA-A 和 -B）組成，每條大小約爲 2.8 kb。

這些鏈被封裝在孿生二十面體顆粒中，這些顆粒通過滾環機制與雙鏈 DNA 中間體進行復制，CMD 症狀可以清楚地識別，包括髮育不良和扭曲的芽和葉，具有明顯的淺綠色到黃色鑲嵌圖案，葉子發育和光合能力受損導致儲存根產量降低，農民種植受感染的插條會導致後續種植週期的產量損失增加。

在東南亞發現 CMD 後，進行了初步調查以確定 SLCMV 對越南木薯根產量的影響，與使用健康無病插條相比，在種植時使用受 SLCMV 感染的插條時，木薯根產量和澱粉含量分別下降 16-33% 和 22-38%。這些發現與非洲的結果一致，那裡也描述了與 CMD 相關的塊根重量和總產量的減少。

CMB 由一羣煙粉蝨（煙粉蝨物種複合體）以非繁殖和循環方式自然傳播，該複合體由多種隱性物種組成。

煙粉蝨的物種狀態已，由線粒體細胞色素c氧化酶亞基I基因( cox1 )的核苷酸序列系統發育關係確定，至少有 24 個物種已被識別，對從柬埔寨和越南患病木薯葉中，收集的粉蝨進行了測序，所有這些都被歸類爲B.tabaciAsia。

使用在越南收集的粉蝨進行的接種實驗表明，該病毒可以從受 SLCMV 感染的木薯傳播到健康植物，由於木薯是一種無性繁殖作物，感染 CMB 的木薯莖也可能成爲病源。

雖然粉蝨在 20 m 以內的短距離傳播中發揮着疾病媒介的作用，但木薯種植材料的分佈網絡，特別是通過患病莖插條的傳播網絡，在長距離傳播中發揮着重要作用。

值得注意的是，去掉葉子後的健康莖和患病莖在形態上無法區分；使得 CMD 患病營養種植材料的商業分銷成爲 CMD， 在整個東南亞快速傳播的主要問題，使用殺蟲劑降低粉蝨密度可以限制短距離傳播。

然而，過度使用殺蟲劑可能會加速現有煙粉蝨物種向地中海煙粉蝨（生物型 Q）的轉移，這些煙粉蝨對目前用於控制，這種害蟲的殺蟲劑具有抗藥性，強烈建議開發綜合害蟲管理（IPM）來控制田間粉蝨，並防止產生抗藥性粉蝨，防止粉蝨蔓延到其他木薯種植地區。

直到2000年代初，東南亞的木薯生產才遭受嚴重的病蟲害，木薯粉蚧Phenacoccus manihoti Matile-Ferrero（半翅目：假球蟲科）和植原體病、木薯掃帚病開始對該地區的木薯造成嚴重損害。

SATREPS 項目旨在解決這些日益嚴重的害蟲問題，主要目標是在東南亞發展可持續的木薯生產系統。由於沒有 CMD 抗性品種，因此種子生產者必須監測 CMD 以及其他植物病蟲害。

隨着 CMD 的快速擴張和對 CMD 的擔憂，SATREPS 做出了調整以解決這一日益嚴重的問題，包括設計 CMD 特異性引物以進行大量疾病篩查，還開發了用於現場疾病檢測和診斷的 LAMP 引物和方案。

作爲 SATREPS 項目的一部分，HLRAC 和 UBB 已經建立了有效的木薯繁殖方法，和健康種植材料生產系統，木薯通常通過直接在田間種植木質化莖插條來繁殖，使用該系統的繁殖率很低，每年大約十次。

在田間條件下長期栽培會增加疾病感染的風險，種子生產中心需要利用更有效的方案。

植物組織培養是建立無病系統的一種選擇，並具有三個主要優點。

首先，組織培養植物可以使用最佳的生長培養基快速繁殖；從而提供快速增殖的機會，其次，如果採用分生組織培養方法，可以消除病原體，第三，因爲組織培養衍生的植物是在體外繁殖的，在這個階段，疾病感染的風險就被消除了。

通過組織培養進行大規模繁殖需要大量的初始資金投資來建立，和支持設施和設備，並維持訓練有素的技術人員，組織培養的幼苗還需要長達 10-12 周的土壤適應，和生長才能達到 25 釐米的高度，這是田間種植的足夠高度。

雖然每個國家的多個地點不需要組織培養平臺，但據認爲，組織培養設施不應作爲無病木薯植物的主要繁殖來源，而可以作爲經過認證的病蟲害的種質庫免費的精英品種。

幼莖（4-6 周齡）可用作該系統的種植材料，植物繁殖也可以每 3-6 周重複一次，通過系統的不斷迭代，可以快速增加繁殖植物的數量，使用該系統，我們可以輕鬆地每 4-6 周生產 1000 株幼苗。

與組織培養和傳統方法相比，氣培繁殖系統的優點是任何階段，種類的木薯植物都可以用作起始來源；包括組織培養植物、4-6 周齡的幼苗，甚至 8-9 個月齡的木質化莖。

另一種繁殖方法是小型切割技術，採用長度約 5 釐米的小莖插條種植在土壤中，這種方法的繁殖率每年在 60 到 100 次之間，該技術比氣培系統具有成本優勢，並且不需要水培溶液和設備。

由於來自相對年輕植物（4-6周）的外植體不能用作該方法中的繁殖源，因此繁殖率低於氣培系統，人們認爲，最合適和最佳的繁殖方法因每個國家、繁殖中心或農民的技術和能力水平不同而有所不同。

這裡描述的種子系統中使用的原始植物材料代表了新的優良品種，或農民首選品種的集合，這些品種已被證實不含 CMD，將植物維持在無媒介條件下，放置在生長室或用篩網覆蓋的篩室中，以阻止粉蝨進入。

這些植物被用作通過氣培微切割技術進行繁殖的起始材料，HLARC的種植室裡已經建立了大型氣培設備，僅有效利用快速繁殖系統不足以提供滿足越南需求所需的大量清潔苗木。

田間繁殖必須作爲最後一步，以生產大量高質量的莖，供農民使用，此階段的生產者必須定期監測田間耕作期間的疾病症狀，任何有 CMD 症狀的植物必須立即移除，即使最初提供不含 CMD 的材料作爲種苗，CMD 感染植物的比例也可能會增加。

抗性來源的識別和抗性育種一直是對抗 CMD 的主要焦點，已鑑定出三種抗性來源，即 CMD1、CMD2 和 CMD3，並進行了部分表徵，並用於開發 CMD 抗性木薯品種。

CMD1 是隱性多基因位點，首次在木薯的野生近緣種精氨酸，CMD1 通過種間雜交和回交被基因滲入到M. esculenta中，導致在非洲釋放了 200 多個改良的 IITA 品種。

CMD2 是由一個顯性單基因座賦予的，在非洲的熱帶M. esculenta (TME) 羣體中被鑑定出來，並由農民在廣泛和長期的 CMD 壓力下作爲地方品種栽培，攜帶 CMD2 的品種對幾乎所有 CMB 都表現出高水平的抗性，並且是非洲、拉丁美洲和亞洲 CMD 抗性育種計劃的主要來源。

CMD3 最初是通過 TME 和 TMS 基因型雜交產生的，對品種 TMS 97/2205 及其後代的遺傳分析表明，CMD3 是一個新的數量性狀基因座 (QTL)，可提供對 CMD 的推定抗性，而與 CMD2 無關。

解決 CMD 問題的一個重要策略是使用分子育種方法培育抗 SLCMV 的木薯品種。這些方法將有助於將 SLCMV 抗性轉移到，每個地區當地農民和澱粉工廠可接受的優良品種中。

最實用的方法是將標記選擇納入東南亞現有的育種計劃中，DNA 標記可用於促進育種羣體中 CMD2 型抗性的快速評估，目前可用的標記與抗性基因座並不緊密相關，抗性性狀與標記 RME1 和 NS158 之間發生重組事件，水平分別爲 4% (4 cM) 和 7% (7 cM) 。

最近，非洲地方品種 TME3（CMD2 抗性）和 60,444（CMD 易感性）的基因組，從頭組裝已經可用，並表明 CMD2 相關標記與 12 號染色體中大約 5 Mb 的區域對齊。

CMD2 基因座的新高分辨率圖譜將有助於基因作圖研究，旨在縮小這一大區域，以識別該基因座上的 CMD 抗性基因，育種帶來了額外的挑戰，CMD2 由西非農民選擇，存在於適合非洲環境和非洲消費者的種質中。

由於木薯的雜合性，將非洲種質與亞洲品種雜交將削弱過去幾十年，在東南亞開展的育種計劃的成就，木薯育種週期長是制定和實施育種計劃的主要限制因素，正在田間和實驗室對調節木薯開花的生理機制進行研究，以制定縮短育種週期的木薯育種策略。

木薯的開花時間各不相同，並且取決於基因型和環境，遺傳轉化和基因編輯技術，通過將新性狀整合到木薯種質中供育種者利用，爲增強育種提供了巨大的潛力，並且在某些情況下通過將有益性狀引入現有農民偏好的品種來避免冗長的育種計劃的需要。

木薯的轉基因和基因編輯主要依賴於農桿菌介導的轉化，使用脆性胚性愈傷組織（FEC）作爲轉基因整合的靶組織，然後恢復轉基因和基因編輯植物。

基因組編輯技術是一項相對較新的技術，也是作物改良的有力工具，縮短了改良品種開發所需的時間，基因組編輯已成功應用於木薯，但仍面臨技術挑戰。

需要識別有用的基因作爲編輯目標，以創造理想的性狀；包括 CMD2 介導的耐藥性。基因組學和轉化技術的最新進展，有望爲 KU50 等亞洲品種的 CMD 抗性基因組編輯應用提供靶點。

轉基因植物的開發和使用可能會引起公衆對潛在環境影響和健康風險的擔憂，替代方法，例如基於病毒的載體和體外組裝的 Cas9-gRNA-核糖核蛋白系統，已在其他植物物種中使用。

這些方法的優點是它們不會將外源DNA整合到植物基因組中並減少脫靶突變，從而避免意外的表型性狀，未來的目標是開發一種可用於，許多不同木薯品種的非轉基因編輯系統，隨後可用於將 SLCMV 抗性或其他重要農業性狀納入，已被當地農民和澱粉工廠接受的優質亞洲木薯品種中。

木薯是東南亞碳水化合物的重要食物來源，也是食品和工業材料的經濟作物，隨着東南亞經濟的持續發展，對木薯生產的需求將繼續增加。

CMD現已在東南亞建立並正在傳播，相關項目開發了害蟲管理工具和健康苗木生產系統，可用於避免 CMD 等病蟲害造成的木薯產量損失。