蜡样芽孢杆菌NJSZ-13菌株防治松材线虫病研究

【目的】松材线虫病是一种由松材线虫对赤松、马尾松、黑松等易感树种寄生取食继而引起树种死亡的病害,其发病速度快、易传播,传统的物理、化学防治成本高,且化学防治对环境易造成不可逆的污染,目前还没有较好的防治方法。为寻找安全有效的生物防治方法,笔者探究蜡样芽孢杆菌在温室下对马尾松盆栽苗松材线虫病的防治效果。【方法】采用人工皮接法将2 000、4 000和6 000条松材线虫AMA3虫株分别接种到2年生马尾松幼苗上,测定发生松材线虫病症状的临界值;蜡样芽孢杆菌NJSZ-13菌株是从南京湿地松上分离出的具有杀线虫作用的松树内生细菌,在接种松材线虫AMA3虫株的前7天、当天和接种后第7天用灌根法灌入蜡样芽孢杆菌NJSZ-13菌株菌粉水悬液,并设置对照试验:将发酵液、菌悬液和发酵滤液稀释10倍后,各取20 mL灌注到2年生马尾松根部,其中发酵液和菌悬液的菌体浓度为4×10⁸ cfu/mL,以无菌水和培养基处理为对照,比较蜡样芽孢杆菌不同发酵产物对松材线虫病的防治效果;以灌根法分别施入20 mL菌体浓度为4×10⁸、4×10⁷、2×10⁷ cfu/mL的蜡样芽孢杆菌NJSZ-13菌株菌粉水悬液;将蜡样芽孢杆菌以菌粉水悬液灌根法和菌粉涂抹法两种方式处理2年生马尾松幼苗。从施菌浓度、施菌方法和施菌时间等3个方面对经过低温喷雾干燥制备的蜡样芽孢杆菌菌粉进行防治松材线虫病试验,观察各处理下马尾松的发病情况。【结果】2年生马尾松接种松材线虫AMA3虫株后发病的临界值为4 000条。采用灌根法施入蜡样芽孢杆菌NJSZ-13菌株的发酵液和无菌发酵滤液后不能对松材线虫病起到预防作用,施蜡样芽孢杆菌菌悬液对松材线虫病有一定的预防效果(33%)。蜡样芽孢杆菌对马尾松松材线虫病的预防效果要大于治疗效果,健康马尾松在接种线虫之前以灌根法施入蜡样芽孢杆菌的预防效果会更好。将蜡样芽孢杆菌菌粉直接涂抹松枝,与菌粉水悬液灌根的方法相比,两者对松材线虫病的防治效果相当。同一菌体浓度下蜡样芽孢杆菌菌粉水悬液和发酵菌悬液对松材线虫病的预防效果相当;施用蜡样芽孢杆菌菌粉水悬液对松材线虫病的防治效果随菌体浓度的增加有所提高,当菌体浓度达到一定值以后,增加浓度也不会提高防治效果。【结论】在蜡样芽孢杆菌NJSZ-13菌株防治2年生马尾松幼苗松材线虫病前,先筛选2年生马尾松接种松材线虫的临界值,能有效避免因接种松材线虫浓度过大而使真实防治效果降低的缺点。蜡样芽孢杆菌NJSZ-13菌株菌悬液和经低温喷雾干燥制得的菌粉对松材线虫病均有一定的预防效果,在马尾松未感染松材线虫的健康状态施用蜡样芽孢杆菌NJSZ-13菌株效果更好,通过菌粉涂抹法处理松枝可以对松材线虫病产生预防效果。     

专题报道Ⅰ：松材线虫病致病机理与病害防治（执行主编 叶建仁）专题编者按

松材线虫病是在我国发生最严重的毁灭性森林病害,已经在10多个省市区造成了严重的经济和生态损失。该病害原产地为北美洲,自20世纪初先后传入东亚的日本、中国和韩国等,给这些国家的松林带来了巨大的破坏。我国于1982年首次在南京发现松材线虫病,40年来病害一直在不断扩展蔓延。至2021年底,我国有19个省（自治区、直辖市）的728个县级行政区被划分为疫区,当年病死松树达到数千万株,防控形势异常严峻。本专题针对当前松材线虫病流行与防控中的一些热点和难点问题,围绕分子致病机理、疫源追溯和病害防治方法等方面开展研究,通过RNA干扰、基因重组和酵母转化实验明确松材线虫性别分化基因和热激转录因子在生长发育过程中和性别分化中具有的重要作用;以新一代测序技术、分子标记手段研究分析松材线虫在我国的种群分化情况,揭示不同线虫类群与地理区域间呈现的相关性;利用微生物培养、浸渍提取法和生理生化指标测定等方法,筛选并获得一系列对松材线虫具有明显拮抗作用的腐生线虫、松树内生细菌和植物提取物。本专题研究内容有助于深入解析松材线虫病在我国的传播蔓延规律,揭示松材线虫致病关键基因功能,提出病害防控的新方法,从而为更好地防控这一重大外来入侵物种引起的病害提供重要的理论和实践支撑。     

松材线虫体内细菌对宿主繁殖和致病力的影响

为探讨松材线虫体内细菌在松材线虫病中的作用,对无菌松材线虫、体内细菌处理的松材线虫和野生型松材线虫的繁殖量和致病力进行了测定。结果表明:在非寄生条件下,无菌松材线虫的产卵量、卵孵化率和繁殖量显著高于携带细菌的松材线虫; 松材线虫体内寄生菌嗜麦芽窄食单孢菌NSPmBx03胞外代谢产物对松材线虫产卵量具有一定抑制作用。不同处理的松材线虫接种到3年生马尾松后,其繁殖量从高到低为野生型松材线虫>体内细菌处理的松材线虫>无菌松材线虫。对马尾松发病情况观察发现:接种野生型松材线虫的马尾松发病最早,病程最短; 次之为接种体内细菌处理的松材线虫; 最后是接种无菌松材线虫的处理。这表明嗜麦芽窄食单胞菌NSPmBx03对松材线虫在寄生和非寄生条件下繁殖的影响不同,对松材线虫致病力有一定增强作用。     

蜡样芽孢杆菌NJSZ-13菌株诱导马尾松抗松材线虫病研究

【目的】蜡样芽孢杆菌NJSZ-13是1株能杀死松材线虫的松树内生细菌,研究该菌株能否诱导马尾松抗松材线虫病,为进一步开发利用该菌株抗松材线虫病提供理论依据。【方法】通过对2年生马尾松苗根部施用NJSZ-13菌株菌悬液和灭活的菌悬液后4 d再接种松材线虫,以观察不同处理的病情发展。测定该菌诱导处理后4天内和接种松材线虫AMA3虫株后28天内马尾松体内防御相关酶活性的变化。【结果】接种松材线虫后42 d,菌悬液和灭活菌悬液处理诱导马尾松抗松材线虫病的效果达54%和33%,且发病时间延迟。接种NJSZ-13菌株后,马尾松体内丙二醛(MDA)含量减少,过氧化氢酶(CAT)活性降低,而过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)和多酚氧化酶(PPO)活性均显著高于对照;接种松材线虫后,菌悬液和灭活菌悬液处理的马尾松这5种酶活性明显高于未接种菌株的马尾松苗。总体上,菌悬液处理比灭活菌悬液处理的马尾松防御相关酶活性变化显著。【结论】蜡样芽孢杆菌NJSZ-13菌株能诱导马尾松抗松材线虫病,并且菌悬液的诱抗效果最佳。     

感染松萎蔫病的葡萄牙海岸松中内生细菌的分离

葡萄牙海岸松被松材线虫感染后的迅速死亡表明有其他生物的介入。内生细菌是一类普遍存在的生物,它在大部分植物中能形成种群。松材线虫携带的细菌也有可能导致海岸松的迅速死亡。笔者通过培养分离得到的细菌分离物,利用扩增性核糖体DNA限制性酶切片段分析(ARDRA)和变性梯度凝胶电泳分析(DGGE),了解被感染的和未被感染的海岸松内生细菌的种群结构,以分析鉴定与松材线虫相关的细菌。从样树和松材线虫中分离的细菌Alphaproteobacteria、 Bacteroidetes 属仅存在于内生菌中,而Actinobacteria、Firmicutes被发现仅与松材线虫相关。 ARDRA和 DGGE 分析证明内生菌种群结构多样性的差异可能与松材线虫的入侵有关。这种细菌种群的多样性差异似乎与Burkholderia、 Pseudomonas 和Luteibacter属中的某些菌株有关。而从树中分离出来的Janthinobacterium agaricidamnosum、 P. lutea 和 Dyella yeojuensis 与松材线虫相关     

松材线虫行为及松材线虫病的致病因子

松材线虫 (Bursaphelenchusxylophilus(Steiner&Buhrer)Nickle)病是松树上的一种毁灭性病害 ,主要由松墨天牛(MonochamusalternatusHope)传播 ,可危害黑松 (Pinusthunbergii)、马尾松 (P .massoniana)等多种松树。我国于 1982年在南京中山陵园风景区首次发现松材线虫病。目前 ,该病害已扩散到了我国的江苏、安徽、浙江、广东、山东、河北、台湾和香港 7省一地区 ,并且疫区有继续扩大的趋势。到 2 0 0 0年底 ,我国松材线虫病害发生面积已超过 7.3× 10 4hm2 ,累计枯死松树近 2× 10 7株 ,直接经济损失数亿元 ,使我国的松林资源、自然景观和生态环境遭受严重破坏。虽然投入了大量人力、物力和财力对松材线虫病进行了研究和防治 ,但目前仍未找到经济有效的可大面积遏制该病扩散和蔓延的系统配套技术措施。这主要是由于对松材线虫病的致萎机理还不十分清楚。因此 ,研究松材线虫病的致萎机理 ,不仅对于致病机理研究具有重要的理论价值 ,而且对于寻找新的防治途径也具有重要的实践意义。研究表明 ,一些外界因素会对松材线虫的行为产生影响。如 :重力会使松材线虫向下运动 ;松材线虫具趋光性 (这可能与松材线虫向松树梢部的扩散运动有关 ) ;温度也会对松材线虫的运动产生影响 ,适当的高温 (45℃ )可以阻止松材     

松材线虫与其携带细菌之间的相互影响

笔者研究了从松材线虫体上分离的2 株强致病菌和1 株弱致病菌与松材线虫的相互影响。结果表明:强致病菌荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens) GcM5 1A菌株、恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)ZpB1 2A菌株能够明显地促进无菌松材线虫的产卵量增加、繁殖速度加快和成虫虫体生长;同时,松材线虫也能促进强致病菌荧光假单胞菌GcM5 1A菌株、恶臭假单胞菌ZpB1 2A菌株的繁殖。而泛菌(Pantoea sp.)ZM2C菌株完全抑制了无菌松材线虫的繁殖,无菌松材线虫对泛菌ZM2C菌株的繁殖亦具有显著抑制作用。由此说明松材线虫与其携带的某些致病菌之间存在互惠共生现象,松材线虫携带的致病菌并不是偶然的污染,它们之间的互惠共生现象是在长期共生进化中形成的。笔者还讨论了互惠共生现象在松材线虫致病过程中的作用。     

松萎蔫病病原的研究

为了探讨松萎蔫病与松材线虫的关系,笔者研制了一种简单试验装置"冷闸",使接种的线虫被隔离在松树接种枝内而不能迁移.用该装置进行接种试验的结果表明:在松材线虫被局限于接种枝内而不能移动到寄主其他部位的情况下,接种无菌松材线虫与致病荧光假单胞菌Pseudomonas fluorescerns(GcM5-1A),以及该致病细菌体外培养的无细胞滤液,同样能诱发该病.该致病细菌又从接种无菌线虫和致病细菌后病死寄主中分离到并被鉴定,证明符合柯赫法则.致病荧光假单胞菌GcM5-1A体外培养的无细胞滤液接种试验结果说明,该致病菌株培养物中的内吸性毒素导致了寄主的萎蔫和死亡.由此,松萎蔫病经实验证实为首例由细菌和线虫互惠共生复合体引起的植物病害.     

不同致病力线虫接种黑松后寄主体内组织病理学变化

分别用强、弱致病力松材线虫和无致病力拟松材线虫接种2年生黑松苗,发现不同致病力线虫在黑松苗体内的迁移特性不同,导致黑松苗产生的组织病理学变化也有差异.强致病力松材线虫扩散主要通过轴向树脂道在树体内上下扩散,通过径向树脂道在树体内向外扩散,并以此成为逾越形成层的通道,由于松属植物树脂道是遍布整个树体的一个"管网系统",所以线虫扩散速度快;弱致病力松材线虫扩散主要在皮层中,扩散速度慢,致病速度慢;无致病力拟松材线虫主要分布在皮层中,仅仅在少数皮层树脂道中发现线虫,而其对韧皮部、维管形成层细胞、木质部的射线细胞和树脂道周围的薄壁细胞未造成影响,也不能大量繁殖,因而对黑松不致病.无论是强致病力松材线虫还是弱致病力松材线虫接种后均未观察到线虫直接侵入松树形成层细胞,形成层细胞的死亡是一个渐进的过程,与线虫未到达的树脂道上皮细胞等薄壁细胞的死亡方式类似.     

松材线虫病致病机理和防治技术研究进展

在松材线虫病的研究方面,目前比较一致的观点是松材线虫在整个病程中起着重要作用,其中多数学者认为松材线虫是唯一病原,还有认为松材线虫携带的细菌与松材线虫一起导致发病。在致病机理的研究中,有三种主要观点:(1)松材线虫分泌的酶破坏了松树薄壁细胞的壁和膜,导致松树死亡;(2)松材线虫入侵松树后,松树体内出现了导致松树死亡的毒素;(3)松树感染松材线虫后,木质部内挥发性物质增加,管胞中形成了空洞,致使松树体内水分输导受阻,松树萎蔫死亡。在松树对松材线虫的抗性方面,树种之间抗性的差异性较显著,而同种松树不同地理种源之间抗性的差异性的显著程度因树种而异。     

松材线虫体表物质与其携带细菌的关系

松萎蔫病是由松材线虫与其所携带的细菌复合侵染所引起。为进一步明确松材线虫与其携带细菌的关系,笔者用无菌线虫体表浸泡物处理细菌,再将无菌线虫各虫株与细菌共培养,结果表明细菌的存在可促进线虫的繁殖,线虫体表浸泡物质可促进细菌繁殖,无菌线虫与细菌共培养后线虫繁殖数量较无菌线虫单独培养有明显增加,说明松材线虫与其体表细菌的关系为一种互惠关系。此外还设计了无菌线虫对细菌的趋向性试验,考察线虫与自身体表所携带细菌之间的趋向性是否具有特异性,结果表明所有无菌线虫对成团泛菌具有明显的趋向性,各无菌松材线虫对于分离自各自体表的细菌菌株没有特异的趋向性。     

松幼苗和幼树离体枝对松材线虫侵染的反应

研究松树幼苗和幼树离体枝对松材线虫侵染的反应,表明组织褐变、失水萎蔫为病害外部症状表现标志;2月龄苗对线虫侵染的反应快速敏感,组织细胞褐变坏死反应明显。而茎已完全木质化的1 年生松幼苗和4~5年生幼树离体枝感染松材线虫后,外部症状表现为发病叶褪绿、变红褐色或褐色且萎蔫,症状首先出现在叶基部,很快向叶尖扩展,至整个针叶枯萎死亡。叶部症状的出现标志病害进入发展晚期,寄主已接近完全死亡,茎内失水和细胞褐变坏死已广泛发生。组织细胞褐变坏死反应则直接与线虫的迁移扩散、分布和数量有关。肉眼可见的皮层和髓的褐变通常发生在线虫出现之后,其褐变程度与线虫的数量呈正相关。     

松材线虫在松树体内扩散及其引起的寄主细胞反应研究进展

松材线虫病是松树最危险的病害之一，在世界上一些国家都有发生并且损失惨重。寄主松树感染松材线虫[Bursaphelenchus xylophilus （Steiner＆Buhrer）Nickle]40天后即可死亡。我国自1982年在南京中山陵风景区首次发现以来，到2000年底，因病枯死的松树达到2000多万株，直接经济损失25亿元，间接损失250亿元。松材线虫侵入寄主（主要是松树）后，在其体内迁移、分布及其引起的寄主内部细胞学、组织学的变化。病害发展过程与致病相关性。     

松材线虫病病原种群分化研究现状

探究松材线虫[Bursaphelenchus xylophilus (Sleiner & Buhrer) Nickle]种内群体分化状况有助于揭示该病在我国大面积流行蔓延的机制,为进一步研究松材线虫的防控提供理论依据和技术支撑。笔者从松材线虫的形态学分化、致病性分化、遗传分化以及三者之间的相互关系等方面论述了松材线虫病病原种群分化的研究进展,并讨论了该领域今后的研究方向。     

松材线虫对黑松、湿地松幼苗活性氧代谢的影响

以2月龄黑松（Pinus thunbergii)、湿地松（P.elliottii)幼苗为材料，研究松材线虫（Bursaphelenchus xylophilus)感染对松幼苗活性氧代谢的影响。在接种松材线虫后，黑松较湿地松发病快且重，黑松内超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）活性逐渐降低；湿地松内SOD和CAT在接种早期活性增加，随后下降。两种幼苗接种后，过氧化物酶（POD）活性、H2O2和丙二醛（MDA）含量不断增加。H2O2和MDA的积累与植株发病速度呈明显正相关。因此，松材线虫病的发生和发展与寄主植物组织的膜脂过氧化作用有关。     

引诱剂防治松材线虫病及其配套技术

采用3种方法防治松材线虫病：（1）利用天牛引诱剂诱杀松墨天牛成虫；（2）释放管氏肿腿蜂捕杀松墨天牛幼虫；（3）同时利用天牛引诱剂和管氏肿腿蜂防治松墨天牛。通过连续3a的防治试验结果表明，M99-1天牛引诱剂防治松材线虫病兢果明显，松树死亡率下降61％，若同时配套释放肿腿蜂，并对诱捕装置进行改装，则效果更好，松树死亡率可下降77％。     

鞭毛蛋白毒素导致的黑松超微结构病理学变化

【目的】以松材线虫、致病细菌荧光假单胞菌及其鞭毛蛋白毒素、非致病细菌缓慢葡萄球菌等材料对3年生黑松进行接种试验,通过其样枝切片的超微结构病理学变化,了解致病细菌毒素在松萎蔫病中的作用。【方法】分别以野生松材线虫悬液、荧光假单胞菌菌株GcM5-1A无细胞滤液、无菌松材线虫+荧光假单胞菌菌株GcM5-1A、荧光假单胞菌菌株GcM5-1A的鞭毛蛋白毒素Flg、无菌松材线虫+缓慢葡萄球菌菌株AM2C、无菌松材线虫悬液接种黑松,以健康松树为对照。对于发病的处理,在接种后病程的第2或第3阶段取样; 对于未发病的处理,则在接种11 d后取样。取样时,在距离接种点不同位置进行,然后制备透射电镜样品,观察这些切片的超微结构变化。【结果】野生松材线虫、GcM5-1A无细胞滤液、无菌松材线虫+GcM5-1A、GcM5-1A鞭毛蛋白毒素等4种处理下黑松树体组织的超微结构均遭受严重破坏,病理学变化趋势一致。无菌松材线虫、无菌松材线虫+AM2C等两种处理下树体组织基本未遭受破坏,超微结构观察结果与健康松树的基本一致。GcM5-1A无细胞滤液与野生松材线虫的处理中,在靠近接种点处,前者处理下切片的超微结构受害比后者严重; 在远离接种点处,前者受害反而比后者轻。通过GcM5-1A无细胞滤液与野生松材线虫接种观察结果比较,发现松材线虫在树体内的移动加速了致病菌的扩散,导致毒素的增产和扩散,加速了松树的死亡。【结论】在接种处理的第2阶段是松萎蔫病发展的关键阶段。无菌松材线虫不能致死松树,而松材线虫携带的致病细菌产生的毒素是致死松树的真正原因,验证了松萎蔫病是松材线虫与其携带致病细菌的复合侵染导致病害的假说,而松材线虫在树体内的移动加速了致病菌的扩散,最终导致松树加速死亡。     

干旱胁迫对松材线虫病发生的影响

从感染松材线虫后，用不同干旱胁迫（ＰＥＧ）处理，包括干旱（不浇水）与浇水对松树的蒸腾作用，树体内过氧化氢酶（ＣＡＴ）活性变化及干旱对发病进程松树死亡影响的系统观察，结果表明，干旱能明显地加快感染松材线虫后黑松的死亡速度，干旱胁迫和松材线虫的杂能迅速破坏松苗体内保护酶（ＣＡＴ）的活民生，而加快其死亡速度；高温干旱年份能加快提高黑松，马尾松的发病死亡率，多雨年份马尾松的发病率则较轻，但黑松仍能大量发病     

松材线虫萎蔫病病死木的空间分布型

应用频次分析方法研究了松材线虫萎蔫病病死木和林分中原有松树的空间分布型。松材线虫萎蔫病病死木在马尾松林内的分布为聚集分布,主要为波松－二项分布,林分内原有松树的分布为随机分布,说明松材线虫萎蔫病病死木的聚集分布不是由林分内原有松树的分布所引起。