車海彥++曹學仁++羅大全
摘 要 黃化病是一種嚴重威脅檳榔生產種植的毀滅性傳染性病害,目前主要在印度和我國檳榔主產區發生。本文從非生物與生物因素兩方面對檳榔黃化病病原認識過程及檢測方法進行詳細的綜述。
關鍵詞 檳榔黃化病 ;病原 ;檢測方法
中圖分類號 S432.1 文獻標識碼 A Doi:10.12008/j.issn.1009-2196.2017.02.016
Research Advances in Pathogenic Detection Technique for
Arecanut Yellow Leaf Disease
CHE Haiyan CAO Xueren LUO Daquan
(Environment and Plant Protection Institute CATAS / Ministry of Agriculture Key Laboratory
of Integrated Pest Management on Tropical Crops / Hainan Key Laboratory for Monitoring
and Control of Tropical Agricultural Pests, Haikou, Hainan 571101)
Abstract Arecanut yellow leaf disease is a lethal infectious malady which seriously hampers arecanut production. It occurs mainly in arecanut plantations in India and China. The recognition and detection of the pathogen of the arecanut yellow lead disease were reviewed from the abiotic and biotic aspects.
Keywords arecanut yellow leaf disease ; pathogen ; detection methods
檳榔(Areca catechu L.)為棕櫚科多年生常綠喬木,其果實主要作為咀嚼嗜好品,并具有藥用價值。主要種植在亞洲,如印度、印度尼西亞、中國、泰國、馬來西亞、越南、緬甸、柬埔寨等國家,我國檳榔主要種植在海南和臺灣[1],據海南省農業廳統計,截止2013年,海南種植面積已達90 886 hm2,占全國的95%以上,是海南省第二大熱帶經濟作物。
檳榔黃化病(Arecanut yellow leaf disease,AYLD)是一種嚴重危害檳榔生產種植的毀滅傳染性病害。1914年,人們首次在印度的Kerala發現AYLD,目前該病害僅在印度、中國和斯里蘭卡等3個國家有報道發生[2-4]。本文從非生物與生物因素兩方面對檳榔黃化病病原認識過程及檢測方法等進行了綜述。
1 非生物因素
檳榔黃化病在印度發生后,人們懷疑該病害可能是一種生理性病害,對檳榔葉片和土壤中的大量和微量元素、水分等進行研究,發現上述指標部分發生變化,但均不能證實上述因素是引起黃化病發生的病因[5-9]。1985年3~4月份,俞浩等通過對我國海南萬寧、屯昌等地發生黃化的檳榔園調查分析認為,黃化病是由缺鉀引起的生理性病害,但位于屯昌的海南省藥材場部分檳榔園追施鉀肥及部分微量元素后未見癥狀減輕,到2001年時,該場檳榔黃化病發生面積已有由1981年的6.67 hm2擴展到23.3 hm2以上[10-11]。
2 生物因素
2.1 螨蟲
Khandige等[12]首次在感染黃化病的病葉中發現螨蟲,認為螨蟲與黃化病發生相關。Menon等[13]研究表明由螨蟲引起的黃葉可以通過噴施對硫磷消除癥狀,證明螨蟲不是黃化病病原。
2.2 真菌
Menon[14]和Anonymous[15-16]先后從感病檳榔的不同部位分離出色二孢(Diplodia sp.)、尾孢(Cercospora)、鐮刀菌(Fusarium sp.)、木霉(Trichoderma sp.)、曲霉(Aspergillus sp.)、盤多毛孢菌(Pestalotia sp.)等多個屬的真菌,但將它們回接到幼苗上均不能引起黃化病。Rawther[17]發現感病的植株根部大多腐爛,推測該病害由真菌引起。此后研究發現,根腐與黃化病沒有關系,健康與感病葉片上的真菌種類也未見顯著差異,說明黃化病與真菌無關[18-19]。
2.3 細菌
1962~1964年,印度科研人員從病樹的根部分離到Bacillus,Xanthomonas和Serratia細菌,但接種檳榔苗上,未表現黃化病癥狀[20-21]。Srivastava等[22]觀察到感病檳榔根部存在細菌菌流,認為與黃化病相關,并從中分離出2個菌株,其中1個被鑒定為假單孢菌。人們對檳榔園中的細菌進行研究發現,感病的檳榔園中細菌數量遠多于健康的檳榔園,來自印度Palode地區大約70%感病的檳榔樣品根部發現細菌菌流,來自Mohitnagar地區的大約20%健康樣品根部發現細菌菌流,但是來源于Vittal地區的健康樣品根部沒有發現細菌菌流[23-24]。盡管人們對細菌與黃化病發生的關系做了大量研究,但未見關于用柯赫氏法則驗證細菌與黃化病發生關系的文獻報道。
2.4 線蟲
Nair[25]在印度Kerala地區感染黃化病的檳榔根區發現爪哇根結線蟲(Meloidogyne javanica),螺旋屬線蟲(Helicotylenchus)和矮化屬線蟲(Tylenchorhynchus),首次提出線蟲與黃化病的關系。隨后科研人員從健康和感病檳榔園中分離到螺旋屬線蟲(Helicotylenchus)、真滑刃線蟲屬(Aphelenchus)等多個屬的線蟲[26-28]。1974年到1979年間,印度的Central Plantation Crops Research Institute對Kerala,Karnataka和Tamil Nadu地區的檳榔園中的線蟲種類和數量等做了大量的調查研究工作,從435份土壤樣品和822份根部樣品中分離到28個屬的植物寄生線蟲,其中腎線蟲(Rotylenchulus reniformis)、香蕉穿孔線蟲(Radopholus simillis)、雙宮螺旋線蟲(Helicotylenchus dihystera)、芒果擬鞘線蟲(Hemicriconemoides mangiferae)、塞氏紐帶線蟲(Hoplolaimus seinhorsti)在土壤樣品中數量最多。香蕉穿孔線蟲(Radopholus simillis)在根部樣品中數量最多,病根每克根最多產生440個線蟲,而健康根每克最多產生48個線蟲[29-31]。Sundararaju[32]用殺線蟲劑處理檳榔園后,黃化病的發生率降低,產量提高。Koshy等[33]將感病檳榔根部分離的香蕉穿孔線蟲接種到健康檳榔苗上,經過2年觀察發現,與對照相比,接種的幼苗葉片變為橙色,根部壞死,植株長勢差、高度低、樹冠變小,葉片數量少。再將從感病幼苗根部分離的香蕉穿孔線蟲回接到健康檳榔樹上,經過3年的觀察發現,與對照相比,接種樹的根變短、根重變低、葉片數量變少、樹冠變小等。 接種幼苗和大樹雖然表現感病癥狀,但未出現檳榔黃化病的田間典型表現癥狀。
2.5 病毒
Menon[34-36]通過紙層析的方法在感病葉片汁液中發現具有活性的核蛋白,將免疫獲得的兔血清與感病檳榔葉片粗提純液進行免疫反應,有沉淀產生,該病害能通過汁液或土壤傳播到檳榔和指示植物豇豆(Vigna unguiculata)、洋刀豆(Canavalia ensiformis D C.)等上,推測病毒或類病毒可能是引起該病害的病原。Nayar[37]通過組織病理學研究發現,檳榔感病后組織學上發生的變化與病毒侵染后引起的變化相似。
2.6 植原體
2.6.1 植原體病原認識過程
植原體(Phytoplasma)原稱類菌原體(Mycoplasma-like organisms, MLOs),無細胞壁,由生物膜包圍,隸屬于細菌界(Bacteria)。1971年,Nayar[38]從感病檳榔植物葉組織培養到疑似植原體的生物,首次提出植原體與黃化病相關。1978年,Nayar 和 Seliskar[39]通過電子顯微鏡首次在感病檳榔的篩管組織中發現植原體。隨后其他研究者也在感病檳榔植株多個器官的篩管組織中觀察到植原體,含量由高到低依次為頂端分生組織、根尖、葉軸、葉柄、心葉,成熟的老葉中含量較低[40-42]。利用Dienes和DAPI等染色劑,通過光學顯微鏡觀察,也進一步證實了感病植株篩管組織中存在植原體[43]。Nair & Daniel[44]發現感病的檳榔園中存在與植原體病害傳播相關的甘蔗斑袖蠟蟬(Proutista moesta)。Ponnamma等[45-47]將田間捕獲的甘蔗斑袖蠟蟬在感病植株上獲毒飼育后,再將其投放到健康植株上,在甘蔗斑袖蠟蟬的唾液腺中觀察到植原體。從1987年5月到1990年10月,通過持續的實驗研究,發現6株經樹蟬傳毒的檳榔均表現葉片黃化癥狀,其中在5株中觀察到植原體存在,空白對照樣品中均未發現植原體。隨著分子生物學技術的發展,采用巢式或半巢式PCR技術,Manimekalai[48-49]從印度的Karnataka的Sullia地區采集發病樣品,提取了感病植株花序、根部和葉片樣品的DNA,克隆了16S rDNA和 secA 基因,通過序列分析確定印度檳榔黃化植原體病原歸屬于‘Candidatus Phytoplasma oryzae-related strain(16SrXI組)。Muddumadiah等[50]也從上述地區采集樣品,擴增得到的 16S rDNA序列,經克隆測序分析發現該植原體屬于‘Candidatus Phytoplasma asteris (16SrI組)。
我國自1981年在海南屯昌首次發現黃化病以來,科研人員對病原開展了一系列的研究工作。金開璇等[11]通過電鏡觀察,在檳榔黃化病病株中發現類細菌和類菌原體。羅大全等[51-53]通過電鏡在感病檳榔篩管組織中觀察到植原體,未發現類細菌,經四環素注射可以抑制病情發展,這與植原體對四環素族抗菌素反應是一致的,利用植原體通用引物對,在表現黃化癥狀的樣品中通過PCR技術擴增到植原體特異條帶,進一步證實植原體是引起黃化病的病原,但是用椰子致死性黃化病病原特異性擴增引物對在檳榔黃化樣品中擴增不到特異片段。車海彥等[54]通過對采集自屯昌、瓊海、定安、萬寧、三亞等5個市縣的15個感病植株的花苞進行PCR檢測,在15個樣品的花苞DNA中均擴增到植原體16S rDNA,通過分析確定該植原體病原屬于16SrI-G亞組組。周亞奎等[55]采集海南3個市縣28個感病樣品,在9個葉片樣品中檢測到植原體,經PCR檢測克隆測序分析,該植原體屬于16SrI-B亞組。未有研究證實海南檳榔黃化病樣品中存在上述兩種植原體的復合侵染。楊文君等[56]克隆了海南瓊海的檳榔黃化植原體膜蛋白基因(AcPmp)編碼區,構建原核表達載體,并制備了效價高、特異性強的抗血清。唐慶華等[57]在對海南檳榔園中傳毒昆蟲調查中發現印度報道的甘蔗斑袖蠟蟬,該蟲在檳榔園中屬常見昆蟲,但未確定其是否為海南檳榔黃化病的傳毒昆蟲。劉慧娟[58]利用RAPD擴增體系,將海南檳榔分為兩種類型。兩種類型均有非病區樣品分布,但是兩種類型中的檳榔群體,在發病時間和發病程度上存在一定的差異。第一類型檳榔群體發病較重、較早;第二類型中非病區檳榔群體較多。科研人員還對檳榔樹感染黃化病后,體內發生的變化進行了研究,檳榔感病后,Cu含量升高,葉片中Ca、Mg 、Zn、B、Mo、Fe、Mn含量降低[59-60],植株中相關酶活性、蛋白含量、激素含量等也發生了變化[61]。植株中核酮糖1,5-二磷酸羧化/加氧酶和蕈狀支原體高同源蛋白,可能參與了檳榔黃化病發生和發展過程[62]。
2012年,人們在斯里蘭卡南部的檳榔樹上發現黃化病,Kanatiwela-de Silva等在斯里蘭卡的馬特勒(Matara)地區采集疑似感染黃化病的檳榔葉片樣品,通過掃描電子顯微鏡,在感病檳榔葉片篩管組織的內表面觀察到直徑在100~1 000 nm的植原體,進一步通過巢式PCR擴增植原體secA基因,經克隆測序分析發現該植原體屬于16SrXIV組[4]。
2.6.2 植原體病原檢測技術
檳榔黃化病田間主要根據其癥狀表現進行識別:發病初期,植株下部倒數第2~4張羽狀葉片外緣1/4處開始出現黃化,然后逐漸向葉中擴展,黃化部分與綠色部分有明顯的分界,新抽生的葉片短小,無法正常舒展長大,節間變短,抽生的花穗短小。
隨著科技水平的提高,人們開始使用血清學方法對檳榔黃化植原體病原進行檢測,2011年,Rajeev等[63]將從感病檳榔中純化的植原體,免疫兔子,獲得多克隆抗體,經瓊脂雙擴散和抗原直接包被法檢測證明,制備的抗體可以區分健康和感病植株。
常規PCR經常檢測不到檳榔黃化植原體病原,科研工作者大多使用巢式、半巢式和實時熒光PCR對病原進行檢測,車海彥等[54]、周亞奎等[55]利用植原體通用引物R16mF2/R16mR1和 R16F2/R16R2對海南檳榔黃化植原體病原進行檢測,擴增到大小約1 200 bp的特異條帶。Manimekalai等[49-50]利用植原體通用引物P1/P7-R16F2n/R16R2、根據椰子根萎蔫植原體設計的引物1F7/7R3-1F7/7R2和4Fwd/3Rev-4Fwd/5Rev對印度檳榔黃化植原體病原進行檢測,分別擴增到大小約為1 200 bp、500 bp和1 100 bp的特異條帶。Kanatiwela-de Silva等[4]利用引物SecAfor1/SecArev3(植原體通用引物)和RicesecAfor2/RiceseAcrev3(植原體16SrXI與16SrXIV組特異引物),對斯里蘭卡檳榔黃化植原體病原進行巢式PCR檢測,擴增到大小為420 bp的特異條帶。車海彥等[64]基于海南檳榔黃化植原體(16SrI組)16S rRNA基因設計1對特異性引物和TaqMan-MGB探針組合,建立了海南檳榔黃化植原體的實時熒光PCR快速檢測方法。Nair等[65-66]基于印度檳榔黃化植原體(16SrXI組)16S rRNA基因建立起適合檢測檳榔黃化植原體的SYBR green法建立實時熒光PCR檢測體系和LAMP技術體系。上述方法簡單、快速,適合病害的田間快速診斷、種苗繁育過程中進行快速檢測。
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① 基金項目:農業科技成果轉化資金項目(No.2014GB2E200114);海南省重大科技計劃項目(No.ZDZX2013019)。
收稿日期:2016-09-18;責任編輯/鄭淑娟;編輯部E-mail: rdnk@163.com。
② 車海彥(1976~),女,博士,副研究員,研究方向為植物病毒與植原體病害,E-mail:chehaiyan2012@126.com
③ 通訊作者:羅大全(1968~),男,研究員,研究方向為植物保護,E-mail:luodaquan@163.com。