南丰蜜桔、赣南脐橙,褚橙,这些柑橘类水果,因为口感清新,耐储存,秋冬季上市,深受消费者青睐,但是对于全球柑橘果农来说,却面临一个重大的挑战,柑橘黄龙病。

柑桔黄龙病因其危害的毁灭性被形象地喻为柑桔产业的“癌症”。近年来,由于受果品价格市场波动影响,导致部分果园疏于管理,加之冬季温度偏暖,木虱北移趋势明显,越冬虫口基数增大,致使黄龙病大面积爆发。黄龙病已在10 个省(自治区)的 267 个县(市、区)有不同程度发生,除老病区广东、福建等地黄龙病持续严重发生外,赣南、湘南、桂北等优势产区黄龙病也存在蔓延趋势。目前,普遍认为黄龙病的病原为难培养的革兰氏阴性细菌,暂定为韧皮部杆菌属、Candidatus Liberibacter)。


Photo by Mateus Bassan / Unsplash

黄龙病病原体研究

柑橘黄龙病的分离培养是学术界的一大难题,一直以来试图分离纯培养的进展相当缓慢,2009年Sechler等报道分离纯培养了黄龙病的亚洲种、非洲种和美洲种3个种。采用挤压滴液法(squeeze-drop method)和碎片浸渍法(mince-soakmethod)两种方法分离病原菌,利用自制的培养基Liber A加柑橘叶柄和中脉抽提物(CVE), 成功地培养出了病原菌。菌落在固体培养基上呈多形、杆状,外面有类似伞状的结构,将培养出的病原菌以渗透法接种到柑橘幼苗叶上,2~3个月后接种的幼苗出现了黄龙病的斑驳型症状,在接种的叶柄韧皮部细胞中观察到了病原细菌,呈球形;利用定量PCR检测到了黄龙病病原菌的存在,且能分离培养该病原菌,由于未接种成年树,没有观察到果实的症状,仅部分完成了柯赫氏法则,因现阶段还不能将该细菌称作黄龙病的病原菌,因此存在较大的争议。

对病原体的遗传多样性分析目前主要通过rDNA和β操纵子的研究,鉴定到三个黄龙病病原种:亚洲种(Ca.L.asiatieus)、非洲种(Ca.L.afieanus)和美洲种(Ca.L.americanus)。佛罗里达病原菌株系全基因的序列测定, 对黄龙病病原菌的特异性治疗会起到推动作用。

Slices of fresh lime in a bowl on a black backdrop
Photo by Luke Besley / Unsplash

病原菌、木虱及寄主植物的互做研究

黄龙病在寄主体内的潜育期在几个月到几年之间。黄龙病菌在病株和木虱体内越冬,通过柑橘木虱在田间近距离传播,传播距离不超过50m。研究表明,在带病和健康柑橘植株之间,木虱成虫一般优先选择带病柑橘植株。但是叶片的成熟度对木虱的选择也会有一定影响,在带病和健康柑橘嫩梢之间,木虱成虫一般会偏向选择带病柑橘嫩梢,且在带病嫩梢上停留的时间更长,而在没有嫩梢的情况下,木虱一般先选择带病成熟叶片,然后才选择健康成熟叶片,可能是由于带病植株营养匮乏等造成的。在带病植株上取食比在健康植株上取食的柑橘木虱唾液分泌时间更长,而韧皮部取食时间更短。颜色的差异可能也在一定程度上影响木虱对寄主的选择。利用黄板、绿板、白板对木虱进行多重试验,发现木虱成虫最容易被黄色吸引,其次是绿色,这可能就是它更偏向选择带病植株的原因之一。此外,触觉、光照等也是影响木虱寄主选择性的重要因素。黄龙病病原体侵染柑橘植株后会诱导其产生一些特殊的挥发性物质,从而使其对木虱更具吸引力。此外,病原体侵染还会诱导柑橘寄主释放另一种特异的挥发性物质——水杨酸甲酯(MeSA),该物质同样能够增强带病植株对木虱的吸引力(8)。木虱的取食同样会诱导植株产生挥发性物质,其中包括MeSA,该物质有利于木虱对寄主植物上同类的定位。木虱雌虫对柑橘寄主产生的挥发性物质的定位能力比雄虫更强,而雄虫通常是被雌虫或同性的排泄物散发的信号强烈吸引,由此推测,雌虫一般比雄虫更早定殖于带病寄主植物。

感染黄龙病后,脐橙的代谢系统也会产生变化,正常的代谢水平被扰乱,可溶性糖和淀粉大量积累。而蔗糖/葡萄糖水平的升高可抑制许多与光合作用相关基因的表达,并导致叶绿素减少,淀粉过度积累也会造成叶绿体类囊体系统受损,二者的综合作用可能使得染病柑橘最终出现黄龙病典型症状。通过比较感染黄龙病和环割甜橙植株的成熟果实发现,两者果实中淀粉、可溶性糖含量均降低,且果实会变小,但环割植株的果实并未出现着色不均(红鼻果)、畸形等黄龙病典型症状,表明黄龙病该症状可能受寄主病害应答机制的调控,植物激素不仅会影响柑橘结果和产量,还会激发植物对病原菌侵染的应答反应。

也称为黄龙病(HLB),这种细菌性疾病引起柑橘类水果,尤其是柑橘类,但是所有柑橘品种都易感,变黄并在叶子和果实上发现斑点。受影响的树木生长小,部分绿色的果实,具有药用,酸味。

这种病主要是由微小的昆虫传播,但需要多年才能充分发挥作用,加上新树需要数年时间才能成长,使寻找解决方案的工作变得缓慢和痛苦。有人估计,佛罗里达州的柑橘高达90%可能受到影响。
全球公共部门和私营部门都在积极需求柑橘黄龙病的防治解决方案。

Slices of fresh grapefruit on a black backdrop
Photo by Hans Vivek / Unsplash

公共部门解决方案

根据美国农业部2011年“有害生物危险报告”公布,该病于2005年在美国发现。到2011年,佛罗里达州州每个县都受到影响,目前,佛罗里达州是严格检疫区,该州所有的树木和扦插苗禁止运往其他地区和国外。

美国国家食品与农业研究所所长桑尼·拉马斯瓦米(Sonny Ramaswamy)在一份声明中说:“柑橘黄龙病的经济影响在数十亿美元之内。

2017年1月份,美国农业部宣布自2009年以来在黄龙病治理上花费了4亿美元,自2014年以来美国农业部(USDA)的研究资助高达5,700万美元。

研究已经有了一定的突破,但还没有找的可以根治的手段。首先是一种转基因病毒,将该病毒植入到柑橘树体内,可以诱导柑橘产生抵抗黄龙病的“防御性”蛋白,该转基因病毒将于2019年批准使用。其次,有几家小公司宣称,他们开发出来几种可以减少黄龙病传播的农药。

Lemons floating in water
Photo by Tirza van Dijk / Unsplash

初创公司解决方案

培养柑橘黄龙病高抗植株

2017年10月份,美国农业生物技术公司Phytelligence宣布与佛罗里达州农作物种植生产商达成合作,为柑橘黄龙病提供抗病毒砧木,虽然这种新砧木不能治愈黄龙病,但是可以减少感染几率。

Phytelligence公司的专有技术MultiPHY可以在减少肥料农药物质投入的情况下,使苹果,樱桃,桃子,梨,葡萄,啤酒花,浆果和坚果等作物的生长速度提高五倍。该技术可以加快果树繁育,有效解决育种周期长这一难题。Phytelligence创始人兼首席科学官Amit Dhingra告诉安平泰基金,将把该技术应用于筛选柑桔黄龙病高抗植株。

有效生防细菌

copia-agro是以色列的创业发展基金,致力于商业化以色列各大学的技术。

“我们投资的技术是基于一种新的,未知的内生细菌,它可以进入植物韧皮部,分解韧皮部细菌病原体致死残留的的化合物,这种内生细菌不会对植物造成任何损害。” Copia执行合伙人Ohad Zuckerman对安平泰基金说。

黄龙病是一种韧皮部细菌性疾病,Zuckerman解释说,它通过植物导管传播。Copia已经投资了一项技术来解决目前困扰许多作物如枣椰树,葡萄,土豆和木材的疾病。Copia室内测试和田间药效试验表明,这种未知细菌细菌可以效地控制胡萝卜黄色病的发生,胡萝卜黄色病与柑橘黄龙病有亲缘关系。

光催化材料

中国的一家创业公司,在进行纳米二氧化钛防治黄龙病实验,该公司对纳米二氧化钛进行改性修饰,提高光催化效率,在自然光下将水分解为超氧离子,用于杀灭黄龙病病原微生物。目前,已经在广西、江西、广东等地开展试验。

激光抗菌疗法

佛罗里达大学的研究团队用激光处理柑桔叶片, 发现激光处理能够大幅改善抗菌疗法的效果。 目前, 抗菌疗法被认为是防治柑桔黄龙病最有效的方法。 当用激光处理柑桔叶片时, 激光束会产生直径250 μm的压痕,如单层细胞膜厚度一样微小。 研究团队用温室栽植的两年生伏令夏橙为材料, 在激光处理叶片之后, 立即使用抗菌测试液, 并且利用特异荧光染料对每棵植株的测试液进行跟踪。 另外, 对叶片进行油处理能够有效防止激光损伤。 为了进行大规模应用而专门发明了更为灵活的仪器系统, 包括多重激光喷嘴, 抗菌喷雾以及涂蜡剂。 这种新型激光处理系统的优势在于降低抗菌剂的施用频率, 减少化学药品应用并降低对环境的不良影响

激光炮打木虱

微软前工程师Nathan Myhrvold创立了Intellectual Ventures Laboratory的公司。利用红外线LED灯发射出的光线和反光板共同形成了杀灭区域,并用数码相机中用到的电荷耦合器件监测这一区域。一旦监测到飞虫飞入该区域,激光炮就会向飞虫发射出不致命的检测激光,用来检测飞虫的大小以及振翅频率。设备中特制的软件可以根据检测激光收集到的信息对蚊子进行识别,最终 判断出它的种类甚至是性别,因为不同种类、不同性别的蚊子,他们振翅频率都是有所不同的。软件一旦识别出攻击目标,就会进行安全检查,确保攻击目标前没有障碍物。安全检查完毕后,才会发射出攻击激光将飞虫击落。柑橘黄龙病最大传播途径就是木虱,通过该技术杀灭木虱是一种可能的防治方法。

替代种植

初创公司也希望为佛罗里达柑橘种植者提供柑橘替代作物,以便在找到柑橘黄龙病有效防治手段之前,能确保当地果农有一定的收入。。TerViva为当地果农提供一种多年生豆科树水黄皮,该树既可以生产植物油和蛋白质丰富的动物饲料,又可以防止非林地退化。水黄皮是一种比大豆更有效的蛋白质和油的来源:每亩土地,水黄皮比大豆多产8倍的植物油,2倍蛋白饲料,而且水和肥料使用只有大豆的十分之一。


Photo by Gala Rodriguez / Unsplash