柑橘黃龍病是柑橘種植業中的一種毀滅性病害,又稱青果病、枯黃病、黃梢病。主要通過柑橘帶菌種苗、帶菌接穗或帶菌柑橘木虱形成病原菌源,然后在柑橘枝條抽發時期進行大面積傳播,繼而對柑橘生產造成重大災害。有文史記載,柑橘黃龍病發生由來已久,早在百年之前,已經初步形成災害,盡管目前柑橘黃龍病的研究較多,但仍然無法全面根治。本文介紹了近年來柑橘黃龍病研究取得的進展,以期為柑橘黃龍病研究工作提供參考。
1 柑橘黃龍病的危害
1919 年,在華南地區首次發現柑橘黃龍病[1].
目前為止,中國 19 個栽培柑橘的省區已經有 11 個遭受過柑橘黃龍病危害,受災面積已達總面積的80% ,損失產量占總產量的 85% 左右。2004 年和2005 年巴西圣保羅州、佛羅里達州分別發生了柑橘黃龍病災害[2],給柑橘種植者造成了極大損失。
除去地中海盆地、太平洋島嶼、澳洲和西亞之外,亞洲、非洲、大洋洲、美洲的 40 多個國家都相繼發生過柑橘黃龍病災害[3].此病存在潛伏期,通常新植株染病后不能及時發現,但 1 ~ 2 年植株會死亡,老齡植株抵抗力相對較強,會在 3 ~ 5 年死亡,嚴重時經常造成全園感染,損失重大。柑橘黃龍病破壞力巨大,目前還沒有根治此病的方法,所以柑橘黃龍病被稱作柑橘中的癌癥。
2 柑橘黃龍病的癥狀
患病植株初期葉片呈斑駁狀或黃化型,后期出現類似缺鋅的癥狀,整體黃化甚至枯萎?;疾≈仓觊_花早,結果率低,產量銳減,所結果實小,顏色不正常,俗稱 “紅鼻果”或 “斜肩果”,品質較差。夏梢和秋梢比春梢較易發病,果實上面部分呈黃色,下面部分呈綠色。通過觀察染病植株葉片的亞顯微結構發現,細胞結構出現明顯變化。如葉綠體中淀粉粒膨大; 基粒受到不同程度的破壞,呈松散狀,排列比較紊亂; 細胞膜凹陷形成質膜體,內部有許多形態不一的空泡; 線粒體內嵴也被破壞,有的斷裂不完整,有的已經消失[4].
3 柑橘黃龍病的研究概況
3. 1 病原研究
最初對柑橘黃龍病的種種推測及猜測都缺乏科學依據,直到出現病芽嫁接的相關報道,才發現該病由病毒傳播引發。Doi 等[5]首次在植物中發現了類菌原體病原,而 Laflche 等[6 -7]通過用電鏡觀察,發現南非青果病和印度枯梢病等病株篩管的組織中也存在類菌原體,因此推測柑橘黃龍病的病源是類菌原體。然后在中國臺灣發現的立枯病和菲律賓地區感染的葉斑駁病植株體內同樣觀察到了類菌原體。因為這種病原體的膜有 3 層結構,膜的厚度大概有 20 nm,比類菌原體的界限膜厚得多,因此又認為,這種感染植物的病毒是一種未命名的病原菌[8].Garnier 等[9]研究發現柑橘黃龍病病原的膜結構中,內、外 2 層膜之間的肽聚糖與革蘭氏陰性細菌的細胞壁結構十分相似,推測柑橘黃龍病的病原菌屬于革蘭氏陰性菌,屬于變形菌門的 α 亞群,病原為 Proteobacteria 綱,韌皮部桿菌屬,其形態與螺原體及菌原體不同。根據菌體的熱敏感性,可分為亞洲型 ( Candidatus Liberibacter asiaticus) 、美洲型 ( Ca. L. amercanus ) 、 非 洲 型 ( Ca. L.
africanus) .柑橘黃龍病病菌很難進行人工培養。
據報道,國內外均有柑橘黃龍病病菌培養成功的案例,但均被后來研究推翻,認為是假培養。
3. 2 病原的檢測方法
3. 2. 1 田間診斷
肉眼觀察黃化現象,將發病植株枝條剪去,保證肥力、水分充足,外界條件正常,待新枝條長出,看是否存在黃化現象,如果存在,則證明染病,反之則沒有。還可以使用指示植物,如椪柑。
通過嫁接的方法將枝條接到指示苗木枝干上,每次接 20 株,21 ~ 23 ℃ 溫室培養,大概 3 ~ 4 個月即可表現出癥狀。田間診斷法相對簡單、快捷,成本小,具有多年應用歷史,是目前應用最廣泛的方法。因為植株葉片黃化有多種原因,所以僅靠觀察黃化現象并不準確。
3. 2. 2 電鏡觀察法
在電子顯微鏡下觀察,可以看到病菌的大小、形狀及膜結構。但由于病菌分布不均勻以及采集方法不正確,通常檢測準確度不高。
3. 2. 3 血清學鑒別法
此法需要抗體、抗原的結合,原理是依據抗體和抗原的高度特異性,由于抗體多在于血清中,所以被稱為血清學反應。國內外都已制成有單克隆抗體,但是由于單克隆抗體特異性較強,只能與相應的抗原發生反應,不能與大部分的抗原發生反應,因此,該方法的應用受到很大限制。
3. 2. 4 PCR 檢測法
PCR 技術高度靈敏,能檢出和擴增任何僅含有一個 DNA 模板的樣品。PCR 檢測法又分為 4 種,常規 PCR、巢式 PCR、定量 PCR、實時熒光 PCR.
1999 年,Hocquellet 等文獻對比 In-2. 6 ( M94319)和 As-1. 7 ( U09675) 的 rplKAJL-rpoBC 基因序列設計出引物對 A2 和 J5,分別在 2 種病菌中擴增出不同的片段。李韜等發現巢式 PCR 可以檢測到單頭帶菌木虱。2004 年,張利平[10]運用實時熒光 PCR檢測柑橘黃龍病病菌,發現檢測精準度是常規PCR 的 100 倍。
3. 2. 5 淀粉-碘反應檢測
2002 年,Masatoshi 用組織學方法證實了感染黃龍病的柑橘葉片積累大量的淀粉粒。2002 年,Onuk 等[11]利用淀粉-碘反應原理對柑橘黃龍病進行了診斷。
3. 2. 6 高光譜檢測技術
高光譜檢測技術是應用高光譜圖像進行物質成分檢測的技術。近年來,美國科學家將高光譜技術應用到柑橘黃龍病的檢測領域,旨在尋找一種快速、簡便、準確的檢測方法[12].科研人員運用熒光成像光譜分析技術對柑橘健康葉子與黃龍病葉子、健康葉子與腐爛葉子、健康葉子與非黃龍病但斑駁黃化葉子進行檢測,辨識率分別達為 89%,87% 和 87%[13].美國國家機器人工程中心科學家找到了柑橘黃龍病葉的顯著光譜特征,樣本采樣數量足夠時,正確辨識率達 95% 以上[14].美國農業部科學家通過 FT-IR-ATR 法進行檢測,正確辨識率達 95%以上,并且成本低,速度快[15].
3. 3 病菌的防治
現代科技日益發達,對柑橘黃龍病的研究也日益加深,但目前對該病防治還沒有十分有效的方法,截斷病源傳播途徑、培育無毒種苗是普遍接受的方法。本文總結了比較實用、便捷的防治方法,介紹如下。
3. 3. 1 加強植株檢查和果園管理
要盡量避免發生病害,就需要從源頭截斷。嚴格審核每個環節,嚴禁從發病區進行接種、換種以及育苗,也不能使攜帶有木虱的植株進入非病區;加強果園管理,增強樹勢; 減少農藥化肥的使用,首選有機肥料和微生物肥料,給種苗提供一個適宜的環境,增強植株抵抗力。
3. 3. 2 培育無菌種苗
柑橘黃龍病之所以難以防治,并且為害嚴重,很大一部分原因是種苗本身帶毒,所以培育無菌種苗十分重要。無菌種苗培育方法又分為熱處理法、珠心胚法、莖尖培養法和莖尖微芽嫁接法。柑橘黃龍病病原具有熱敏感性,羅志達等[16]發現用含四環素的熱水處理帶病枝條比單獨用熱水處理效果好。高峰等[17]對華盛頓臍橙沒有受精的胚珠進行離體培養,從發病植株中獲得無病毒珠心苗。陳青瑛等[18 -19]利用莖尖培養法獲得無病毒柑橘植株。蔣元暉等[20 -21]相繼采用微芽嫁接技術成功培育出無病毒柑橘植株,隨后,姜玲等[22]改進了柑橘微芽嫁接技術,提高了生產率。
3. 3. 3 培育抗性種苗
因為柑橘黃龍病防治工作頗為艱辛,有學者提出培育抗病植株,目前許多科研工作者在這方面做了大量研究工作,主要利用雜交技術、遺傳轉化技術、RGA 基因克隆技術、轉錄組學和蛋白質組學技術。Shinozaki 等[23]將九里香和柑橘進行體細胞雜交,但獲得的雜交苗畸形,生長緩慢; 美國農業部柑橘育種中心已經培育出具有一定抗性的植株[24].遺傳轉化技術是通過轉基因技術將抗菌肽基因導入柑橘,從而培育出抗病植株。Grosser等[25]將抗菌肽基因轉入甜橙和柚子,16 個月后,植株仍未出現病癥。RGA 基因克隆技術是目前的研究熱點,但是 R 基因以基因簇形式存在,還難以確定目的 R 基因。轉錄和蛋白質組技術方面也做了大量研究,Martinelli 等[26]通過轉錄組測序,發現黃龍病調控基因參與糖代謝、光合作用、細胞壁、植物激素、細胞揮發性物質合成等過程,熱激蛋白表達水平的改變對柑橘黃龍病起到至關重要的作用??傊?,目前抗性育種方面還不太成熟,還需要深入研究。
4 展望
從發現柑橘黃龍病至今,對柑橘黃龍病的研究一直沒有停止過。因為缺乏抗生素方面的藥物,目前主要以預防為主,仍然不能根治此病[27].對發病植株最常用的方法仍然是鏟除病樹或者剪掉病枝,這對柑橘產業造成了很大的損失。最合理的方法是加強果園管理[28],消滅柑橘木虱,及時挖除病樹,培育無毒苗,盡早培育出抗性植株[29].對科研工作者而言,首先應該獲得病菌的純培養,不能純培養對柑橘黃龍病的研究造成了重大的阻礙[30]; 其次應該從分子生物學方面著手,培育抗性柑橘品種。