林木叶锈病研究进展

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生理小种分化

锈菌的生理分化研究以落叶松—杨栅锈菌较多，落叶松—杨栅锈菌的生理分化现象最初由VanVloten报道，认为存在3个生理小种。20世纪70—80年代欧洲、澳大利亚和美国的学者对该锈菌的生理分化、致病性进行了较为系统的研究。Pinon报道在比利时、法国和荷兰等国家存在2个不同的生理小种，并首次将其定名为E1和E2，后又分别在意大利、比利时和法国发现了新的E3、E4和E5，我国也发现了5种不同的生理小种［2］。我国对松杨栅锈菌的研究与国外同类研究相比差距很大，最早始于1998年，曹之敏利用可溶性蛋白质电泳分析并结合鉴别寄主反应型测定及潜育期、产孢量等将太白山、火地塘和天台山等地5个菌样划分为MLP1、MLP2和MLP33个生理小种，其中MLP1和MLP3与欧洲小种E1和E2相似，MLP2则与欧洲小种明显不同［25］。任本权将11个菌样划分为3个类群:类群Ⅰ致病性较强;类群Ⅱ致病性较弱;类群Ⅲ为免疫到近免疫［26］。传统生理小种鉴定方法费时费工，接种条件不易掌握，同时受鉴别品种的限制，难以满足生产需要。根据生物化学、分子生物学性状来区分锈菌生理小种，已成为目前植物锈菌小种研究的重要手段，但在林木锈菌研究方面还不多见。随着RAPD、ITS序列分析等分子生物学技术的出现及应用，可以在分子水平上快速、灵敏地检测生物种群内的遗传分化。田呈明［19］利用RAPD技术对山西及青海的7个地区的13个落叶松杨栅锈菌的分离物进行了基因组DNA多态性分析，结果表明:各菌株的相似系数在0．608～1．000之间，各菌株之间的差异在0～33．1%之间，致病性的聚类分析表明，各菌株间的DNA多态性与致病性及寄主、地理来源等没有明显的相关性。陈建珍［20］的研究也发现落叶松—杨栅锈菌菌系之间有一定的相似性和明显的遗传多态性，多态性与地理来源没有必然的相关性。魏明［21］利用RAPD技术筛选出中国流行的1号、3号、4号和5号4个流行小种的特异性条带，通过寻找各生理小种的特异性RAPD片段，建立起我国松杨栅锈菌生理小种的分子检测体系。余仲东等［22］比较和分析了中国松杨栅锈菌与国外该菌的ITS序列上的差异对中国不同地域的松杨栅锈菌的5个生理小种11个均系进行了遗传多样性分化研究，结果表明:该菌在我国的遗传分化与地理来源相关，并将各均系分为西部地理群和北方地理群，且核糖体基因间隔转录区高度保守不适合松杨栅锈菌种内群体遗传多样性分化研究。

寄主抗病性及抗病机制研究

传统的研究寄主抗病性的普遍方法有田间观察、叶盘法、叶片分离法和人工接种试验。孟繁荣［23］对黑龙江省主要杨树品种进行了抗青杨叶锈病的筛选，结果表明:黑杨派及其派内杂交种为抗病品种，青杨派、青杨与白杨的杂交种及青杨派与黑杨派的杂交种是高度感病品种;白杨派及其以白杨派为母本的杂交种为免疫品种。高建壮等［24］研究了22个不同种源和300个不同无性系青杨幼树抗锈性能力，结果表明:不同种源和同一种源内不同无性系间的生长差异主要由于青杨来自不同的地理环境及不同基因型的个体所致。田呈明利用叶盘法发现黑杨派对松杨栅锈菌高抗，黑杨和青杨的杂交种抵抗，香脂杨是高感。近年来随着电子显微镜技术在禾本科植物锈菌、亚麻锈菌、菜豆锈菌、梨锈病菌等多种作物锈菌研究上的成功应用，有关杨树与栅锈菌互作中的组织学和细胞学研究逐渐开展起来，主要集中在病原菌侵染寄主后孢子萌发的超微结构、寄主超微结构变化、寄主体内各种酶的变化等等。田呈明［25］研究了中国松杨栅锈菌和杨树的互作机制，认为感病品种的病原菌反应在病原菌侵入之前与寄主抗性无关，同时杨树品种与栅锈菌的相互识别和抗性表达发生在第一个吸器出现之前。对落叶松—杨栅锈菌与不同杨树无性系互作过程中的细胞学研究发现，在不同的非亲和性组合中，病菌侵染结构的受抑情况不同，感病品种的细胞紊乱程度增加，出现更多乳突和胼胝质，乳突及胼胝体的出现与寄主对病原菌的反应有关，而吸器受抑及坏死的表现和出现时间在各抗病组合中基本相似，说明吸器外包物和淀粉粒与寄主抗性有关。赵鹏［26］和田呈明［27］系统研究了不同亲和性组合的生理代谢变化，发现寄主可溶性糖、可溶性蛋白、还原性糖，氨基酸、过氧化氢酶活性、过氧化物歧化酶、过氧化物酶、丙二醛变化与寄主对M．larici－populina的抗性有关，同时发现CAT、SOD和POD的活性与寄主过敏性坏死有关，而且这些生理指标可认为是评价杨树对M．larici－populina抗性的有价值指标。同时还发现栅锈菌侵染寄主后对寄主的光合、蒸腾作用均有影响，而且在亲和性组合中影响显著。

防治技术

国内外对杨树叶锈病的防治进行了大量的研究工作，取得了可喜的成绩，主要集中在抗病品种的选育、化学防治及重寄生菌的筛选和利用上。育种学家利用中间杂交或派间杂交，获得杂交子代，而从中筛选抗病性能良好的无性系。以法国国家农业研究所为代表的欧洲树木育种学家找到了1个美洲黑杨母本V5，能够抵抗松杨栅锈菌的3个生理小种，并利用上述抗病母本、毛果杨父本和欧洲黑杨父本3种杨树进行抗叶锈病杂交育种研究，获得了许多种间及种内杂交的子代，并从中筛选到一些能抵抗不同松杨栅锈菌的生理小种的无性系。曾大鹏等［4］1983—1986年利用银白杨对M．magnusi-ana及M．larici－populina的抗病性及不同派杨树品种间对2种锈菌的抗性差异，通过双交和多父本混合授粉方法，等到了一批抗2种锈菌的杂种苗。常规育种存在抗病遗传资源有限、选择效率低、育种周期长等缺陷，基因工程技术已成为林木抗锈病育种研究新的有效途径，同时具备抗性持久的特点。化学防治是世界各国普遍采用的行之有效的措施，特别适合苗圃和人工幼林。春季锈孢子出现前后喷施一次石硫合剂，夏孢子形成期连续集中喷施粉锈宁，浓度1000～1500倍液效果最佳。锈菌的生物防治主要利用重寄生真菌的寄生作用，来控制锈菌的生物群体数量，达到抑制病害发生的目的。Sharma等首次报道了澳大利亚Populus×euroomericana上M．larici－populina夏孢子上的锈菌重寄生菌极细枝孢，其形态学与夏孢生枝孢相似［28］。田爱霞等［29］从落叶松—杨栅锈菌中分离获得青霉属重寄生菌Penicilliumsp．、链格孢属重寄生菌Alernariasp．和枝孢属重寄生菌C．te-nuissimum3株重寄生菌，并对其生物学特性进行了研究。

控制策略探讨

1提高认识，增加重视程度。要充分认识杨树叶锈病防治工作是保证林木健康生长、促进林农增产、增收的重要措施。2加强检疫，阻止病原菌远距离传播。检疫措施是控制该类病害的重要手段之一，可以采用显微观察、组织染色及PCR技术检测，其中PCR检测更为灵敏、准确和快速。3改善种植结构，阻断锈菌侵染循环。杨树人工林大多是由单一无性系组成的大面积纯林，虽然适合于大规模的集约化经营，但却不利于病虫害的防治。因寄主抗性会引起病原菌种群结构的变化从而导致病害发生。在杨树种植区要从植物群落结构出发，设计出能够控制此种病害的森林生态系统，阻断锈菌侵染循环，以达到保护森林资源的目的。4加强抗病基因的分子标记、定位和克隆，培育抗病新品种。利用分子标记可快速、有效鉴别和检测不同抗病基因，避免传统生物学鉴定方法受条件影响大、效率低、难以准确鉴定不同基因的缺陷，分子标记技术的应用可以提高育种中的选择效率，加速育种进程，促进抗病基因的合理应用。克隆抗病基因对于研究抗病基因的结构和功能、抗病基因的修饰改造和利用具有重大意义。目前已鉴定了栅锈抗病基因MER，并利用AFLPandBSA技术对抗叶锈品种的选择、抗叶锈基因的分子标记进行了研究。采用分子标记定位抗性基因和构建抗病基因连锁遗传图谱技术，结合传统抗病选种育种方法，已成为杨树抗病育种先进模式。5加强栽培管理，进行科学防控。提高营林技术是增强林木抗病能力的重要措施。首先，应选用无病害的大苗，保证苗期健康。其次，避免营造或自然形成黑杨派或青杨派杨树与落叶松的混交林，在落叶松林附近营造以抗落叶松—杨栅锈菌的白杨树种为主，同时注意多树种或品种搭配种植。适当控制苗木栽植密度，适时增施N、P、K肥，提高抗病能力。最后在秋冬季清除落叶或修剪冬芽，减少当年初侵染源，控制该病害的发生。

本文作者：冯连荣宋立志张兴芬尹杰作者单位：辽宁省杨树研究所