刘凤权,明亮,赵延存,孙伟波
(江苏省农业科学院植物保护研究所/江苏省食品质量安全重点实验室/省部共建国家重点实验室培育基地,江苏南京 210014)
苹果和梨是世界两大重要的蔷薇科落叶果树,也是中国第二和第三大果树树种。据联合国粮农组织(FAO)统计,2021年中国苹果的栽培面积和产量分别为209.3万hm2和4 598.5万t,占世界的43.4%和49.4%,梨的栽培面积和产量分别为98.6万hm2和1 897.8万t,占世界的70.5%和74.0%[1]。中国苹果和梨产业的健康发展直接影响世界果树产业发展。各种病害的发生,严重影响果树的产量和品质,是限制果树产业健康发展的重要因素之一。
梨火疫病(Fire blight)因寄主范围广、传播途径多、扩散速度快、危害损失重而受到世界各国的广泛关注。梨火疫病是一种由解淀粉欧文氏菌(Erwiniaamylovora)引起,危害苹果、梨等蔷薇科植物的毁灭性细菌病害。该病害于1780年首次发生于美国纽约哈德逊河流域,目前已传播到全球60多个国家和地区,包括美洲、欧洲的大部分地区以及非洲、亚洲的部分地区。梨火疫病菌是世界十大最重要的植物病原细菌之一[2],常导致苹果、梨等寄主植物的大面积死亡,带来巨大的经济损失。在中国,2015年首次在新疆伊犁地区的苹果树上发现梨火疫病,2017年扩散至库尔勒地区,给库尔勒香梨造成了严重的危害,2020年在甘肃张掖梨产区被发现。目前,梨火疫病仍是新疆大部、甘肃河西走廊等地果园的重点监测和防控对象[3-6]。
早期中国对梨火疫病的研究主要集中在传入风险评估、病原菌分子检测等方面。近些年,尤其是2021年以来,随着梨火疫病在中国发生区域和受影响面的扩大,综合防控技术研究(尤其是抗病品种、药剂防治等方面)越来越多,相关技术的应用效果也得到验证。笔者针对梨火疫病在中国的发生危害情况、综合防控技术研究及应用情况进行概述,期望为中国梨火疫病的阻截和防控提供参考。
21世纪初,中国的多个邻国陆续报道了梨火疫病,包括俄罗斯(2003年)、哈萨克斯坦(2008年)、吉尔吉斯斯坦(2008年)以及韩国(2015年),发病位置最近的果园离中国边境不到200 km[7],中国面临极高的病害传入风险。2015年,梨火疫病首次在新疆自治区伊犁州霍城县的苹果上发生[5,6,8]。2016年春天,伊犁州的苹果和梨上也发现了梨火疫病疑似症状,如花朵腐烂、新梢枯萎、“牧羊鞭状”下垂枝条等。笔者团队和南京农业大学等研究人员赶赴当地采集了花朵、枝条等样品,进行了病原物的分离鉴定,根据分离菌株的16S rDNA序列以及EasdiA和gyrB基因比对结果,确认了病原物为梨火疫病菌[4,8]。据调查,2016年在伊犁州0.67万hm2(10万亩)寄主林中,有0.25万hm2(3.8万亩)发生火疫病,大部分果园苗圃为轻度发病,重度发病的约66.7 hm2(1 000亩),危害果树包括苹果、梨、野山楂和海棠等(图1,图2)。
图1 火疫病危害梨树枝条
图2 火疫病危害苹果花朵
2017年春季,梨火疫病在新疆自治区库尔勒市的香梨上大规模爆发。库尔勒位于伊犁东南约460 km,是中国著名的香梨产区,所产香梨闻名全国。据文献资料,2017年库尔勒全市香梨种植区均有梨火疫病发生,发病面积约6 700 hm2,当年造成该区域香梨减产30%～50%,部分梨园甚至毁园[3]。2018年,库尔勒有180万株香梨树因梨火疫病被毁,减产20多万t[9],香梨产业遭受了严重损失。到目前为止,新疆自治区有50个县(市、区)发生梨火疫病。
根据调查,梨火疫病各年份的发生程度与春夏季的温度、降雨量等气象因素密切相关。新疆2017年香梨花期多雨,造成梨火疫病大暴发,2018年中等发生,2019—2020年发病程度进一步减轻,2021年花期降雨导致病害再次严重发生[3],2022年和2023年病害严重度逐年降低。梨火疫病除了危害梨和苹果,还危害海棠、山楂、榅桲、杏等,且品种间存在较大差异,其中库尔勒香梨是受害最严重的梨品种[3,6]。
梨火疫病很快蔓延到与新疆毗邻的甘肃省。2020年春季,甘肃省河西走廊的张掖市梨园内发现了梨火疫病症状,危害程度较轻,只有零星的3个梨树枝条出现枯萎症状。本研究团队经分离鉴定,确认是梨火疫病菌的危害。随后临近的武威市在2021年也观察到了零星发生的火疫病。甘肃当地采取了重度修剪、药剂防治甚至整园清除的方法抑制梨火疫病的蔓延,病害并没有大范围传播[4]。
根据中国农业农村部发布的资料,截至2023年6月30日,梨火疫病发生于中国2个省(区)(新疆、甘肃)的58个县(市、区),比2022年增加了10个县(市、区)。其中,新疆有22个县(市、区)已得到根除[10]。据全国农技中心预测[11],2023年,梨火疫病全国预计发生面积3.67万hm2(55万亩),需预防控制面积在28万hm2(420万亩)以上。梨火疫病在新疆大部分梨、苹果产区中等发生,局部地区偏重发生,在甘肃河西走廊部分县中等发生,向苹果、梨主产区进一步扩散风险较高。
梨火疫病发生以来,中国采取了多种防控措施抑制病害蔓延,包括加强监测预警、强化检疫监管、实施综合防控(清除病树病枝、化学防控、安全授粉、规范果园管理)等,取得较好的防控效果。
2.1 风险评估和检疫管理
梨火疫病菌是国际重要的植物检疫对象。早期(1995—2007年)的研究中,国内研究人员根据中国梨、苹果的种植区域、梨火疫病的世界分布及病菌的生物学特性,应用地理信息系统(GIS)、MARYBLYT、Monte-Carlo等模型预测了中国梨火疫病的可能分布区及严重性,评估了梨火疫病随进口苗木、入境水果传入中国的风险,指出了中国大部分地区为梨火疫病的适生区,提出了相应的风险管理措施[12]。
参考国际植物检疫的做法,梨火疫病自1992年即被中国列为进境植物检疫危险性病害之一。近些年,中国对梨火疫病菌等检疫性外来入侵有害生物的监管力度不断加强,2020年,梨火疫病菌被列入《全国农业植物检疫性有害生物名单》,梨、苹果、山楂等蔷薇科寄主植物苗木、接穗被列入《应施检疫的植物及植物产品名单》[13]。2023年,梨火疫病菌被列入《重点管理外来入侵物种名录》[14],已严禁从疫区调运高风险苗木与枝条,禁止在疫区育苗,严禁从疫区调运花粉[11]。
2.2 病原检测
建立准确、灵敏、高效的病原菌检测技术是实现病害早期发现、诊断和防控的必备条件。国内对梨火疫病菌的检测从传统的选择性培养基、免疫学等方法逐步深入到以PCR为基础的多种分子生物学手段(图3)。胡白石等[15]建立了利用间接免疫荧光染色和协同凝集技术检测梨火疫病菌的方法。钱国良等[16]根据ITS保守序列设计了特异性引物,建立了梨火疫病菌实时荧光PCR检测方法。高岩等[17]根据病菌的EAsdiA基因序列设计了特异性引物,检测灵敏度为10个菌体。贾平乔、袁英哲等[18,19]分别建立了套式PCR和叠氮溴化丙啶-实时荧光定量PCR(PMA-qPCR)检测技术,灵敏度分别为0.15 pg菌体DNA和12 CFU/qPCR。羊坚[20]利用常规PCR、双重PCR、巢氏PCR体系建立了鸭梨花粉中梨火疫病菌的检测方法。Fei等[21]报道了2021年从新疆巴州分离的梨火疫病菌株S618-2-2的基因组草图,为了解中国梨火疫病菌的基因组信息和遗传背景提供了参考。
图3 梨火疫病菌NA培养基培养菌落图
2.3 农业防治
农业防治是通过选育和利用抗病虫害品种、优化栽培管理措施等防治有害生物的方法。针对梨火疫病的农业防治措施主要有选用抗病品种、重度修剪、清洁果园、花期安全授粉等。
2.3.1 抗病品种筛选 选用优良抗病的品种和砧木。段红雁等[22]评价了新疆常见的5种蔷薇科果树对梨火疫病的抗性,海棠多表现为高抗,山楂和苹果表现为中抗,杜梨和库尔勒香梨均为低抗。在梨品种方面,刘华威等[23]评价了54份梨种质资源对梨火疫病的抗性,表明在中国梨种质中可能存在较丰富的抗病资源,东方梨的抗性较西方梨更强。李洪涛、陈励坤等[24,25]评价了50余个梨品种(种质)对梨火疫病菌的抗病性,发现了多个品种表现抗病性或耐病性。何临梓等[26]评价了梨砧木对梨火疫病的抗病性,结果表明秋子梨属于耐病种质,杜梨属于感病种质,4种梨砧木抗性强弱排序为秋子梨>豆梨>川梨>杜梨。蒋媛等[27]评价了杜梨实生后代的抗病性,筛选出4个抗病材料和10个中抗材料。吴瑞瑞等[28]研究鉴定了玉露香梨对火疫病菌的抗性,开展了抗性相关蛋白质组学分析。在苹果品种方面,李晓妹等[5]评价了国内20个苹果品种(类型)对梨火疫病菌的抗病性,显示高抗品种有1个为GD-9,是中国的野生塞威氏苹果,抗病苹果品种有4个。王大江等[29]利用嫩叶和嫩枝离体接种方法评价了488份苹果种质资源的火疫病抗性,筛选出高抗资源8份,其中栽培品种6份和塞威士苹果2份,可作为鲜食种质创制和砧木选育的基础材料。
2.3.2 重度修剪 梨火疫病发生后,应及时剪除受害枝条,清理地面枝条、叶片、果实等废弃物,移出园外集中烧毁,保持田园卫生,并及时消毒修剪工具,减少交叉污染。生产上不易做到一剪一消毒,可以在修剪后全园施一次药。吕天宇等[30]观察了GFP荧光标记的梨火疫病菌在枝条组织中的侵染扩展动态,发现病健交界处的活菌数量最多,达到108 CFU/g,未显症部位0～10 cm处病原菌数量为105 CFU/g。王杰花等[31]报道了修枝剪用3%噻霉酮水分散粒剂溶液进行消毒,对梨火疫病的防效可稳定保持在90%以上。王俊等[32]利用电加热自动消毒修枝剪抑制梨火疫病的田间传播,修剪后的病枝复发率很低(0%～13.33%),平均防效超过91%,而采用未消毒工具修剪的病枝复发率相比较高(16.67%～23.33%)。马翔宇等[9]报道了园艺修剪措施对梨火疫病的防效为85.5%～100%,砍除感病杜梨防护林的防效为86.3%～96.0%。乾义柯等[33]利用实时荧光定量PCR检测了库尔勒香梨园土壤中梨火疫病菌的浓度,发现6～7月病菌浓度显著高于4月、10～11月,加强花期病害防治和梨园病残体清理可降低土壤中病菌浓度,降低梨树根部侵染风险。
2.3.3 安全授粉 昆虫授粉作为一种经济、方便、高效的授粉方式被广泛使用,但很多昆虫也是梨火疫病菌的重要传播媒介,如蜜蜂、蚜虫、木虱等[34,35],在梨火疫病发生地区,应尽量避免使用蜜蜂授粉。班学等[36]报道了禁蜂授粉可以显著降低梨火疫病的发病率,如兵团某梨园2019年放蜂授粉,果园发病率达到100%,发病株率为84%,属于重度发病果园;在禁蜂授粉后,2020年发病率下降至33%,发病株率下降至10%,为零星发病果园;2021年再次放蜂授粉后,果园发病率又达到100%,发病株率为36%。为降低授粉的工作量和成本,羊坚[20]优化了库尔勒香梨无人机液体授粉花粉液参数组合,库尔勒香梨花序坐果率达88.57%,花朵坐果率30.79%,授粉成本较人工蘸粉和人工抖粉显著下降。
2.4 药剂防治
表1 中国用于防治梨火疫病的登记农药产品(数据截至2023.9.25,以有效期先后排序)
2.4.2 施药时间和方法 选择合适的施药时间及施药方法是提高防治效果的关键。花期是梨火疫病菌侵染和传播的关键时期。根据新疆等地的实践,施药从5%花开的初花期开始,到90%落花结束,需喷施2～3次杀菌剂。在降雨、大风或冰雹等不利天气发生后,应再次喷施杀菌剂,尤其是对发病严重的果园,并应轮换喷施不同类型的杀菌剂,以避免病菌产生抗药性。此综合防控措施可概述为“三对”(用对药剂、用对时间、用对施药方法)、“一禁”(禁蜂授粉)、“一提升”(提升树势),经新疆等实施后,梨火疫病的发生得到较好抑制,如2022年库尔勒市梨火疫病的发病率和感病株率分别为11.43%和0.13%,较2021年的20.59%和0.71%有显著下降。
2.5 生物防治
与国际上应用的产品相比,中国防治梨火疫病的药剂产品仍比较单一,仍以抗生素和化学药剂为主,生物防治产品、植物诱抗剂、噬菌体和抗菌肽等新型产品仍比较匮乏。国外已有很多生防制剂被开发和销售,包括商品菌剂荧光假单胞菌(Pseudomonasfluorescens)A506、成团泛菌(Pantoeaagglomerans)D325和P10c、枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)QST713及BD170,部分产品的防治效果和抗生素效果相当[37],为中国发展梨火疫病生物防治农药提供了借鉴参考。
近些年,国内筛选获得了一批表现显著拮抗活性的生防菌,因尚处于研究或中试阶段未登记应用。鲁晏宏等[53]筛选出对梨火疫病菌表现拮抗活性的贝莱斯芽胞杆菌(Bacillusvelezensis)JE7和JE4、植物乳杆菌(Lactobacillusplantarum)LP1和LP2等菌株,其中贝莱斯芽胞杆菌JE4的温室防效达到73%以上。徐琳赟等[54]筛选出对梨火疫病菌具有抑制或竞争作用的克雷伯氏菌(Klebsiellasp.)TN50、类芽孢杆菌(Paenibacillussp.)HN89和假单胞杆菌(Pseudomonassp.)SN37等8个菌株,喷施TN50菌液对预防香梨花腐的效果显著,防效(52.36%)与农用链霉素(防效60.67%)相近。贺旭等[55]筛选出对梨火疫病菌具有强抑菌活性的贝莱斯芽孢杆菌(Bacillusvelezensis)FX1菌株,喷施FX1菌株脂肽类物质粗提液、除菌发酵液和菌体发酵液对香梨花序3～5 d的保护性防效为79.07%～50.02%,对杜梨苗7～15 d的保护性防效为72.85%～71.54%。Cui等人[56]从库尔勒梨园中筛选到巨大普里斯特氏菌(Priestiamegaterium)菌株KD7,对梨火疫病菌具有较强的拮抗活性,喷施KD7菌液可降低离体梨叶片、枝条和果实的梨火疫病发病程度。
梨火疫病是中国新发现的危险性检疫性植物细菌病害,对苹果和梨两大落叶果树造成了严重的危害和损失,极大地威胁到中国果树产业的安全。相对于国外的研究,中国对梨火疫病的研究起步较晚,研究的广度和深度也较浅,未来可加强以下方面的研究:①开展病原流行学等方面的研究,进一步明确中国梨火疫病菌的来源、传播途径和影响因素,加强检疫监管,切断可能的传播路径。②开展病原菌致病机理、药剂作用机理等方面的基础研究,挖掘潜在的作用靶标。③筛选和培育抗病的优良品种和砧木,优化品种布局。④研发安全、高效、环保的生物防治新产品,尽快实现产业化应用,降低对抗生素及其它化学药剂的依赖。⑤巩固现有的防控成果,总结防控实践经验,加强标准化建设,建立科学的梨火疫病综合防控技术体系,提供一套系统性、绿色、可持续的梨火疫病综合防控方案。
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