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孢子捕捉仪的组成特点及在植病流行学中的应用

来源:/ 更新时间:2012-12-19 阅览4464次

      对于气传性的植物真菌病害来说,空气中的病原菌数量与病害的发生程度有十分密切的关系。明确环境因子与空气中病原菌数量之间的动态关系,了解病害发生的初侵染菌量或再侵染菌量,对于认识病害的流行规律和提高病害的预测预报水平有十分重要的作用。同时,也能够有助于制定最佳的防治时机,有效地进行病害的控制和管理,减少化学农药的不合理使用及其带来的环境污染问题和延缓病原菌抗性的产生。当前,研究空气中的病原菌浓度及变化动态的方法主要有水平玻片法、垂直或倾斜玻片法或垂直圆柱体法降、孢子捕捉仪(吸入型孢子碰撞捕捉器)法141以及移动式孢子捕捉器法。但是前两种方法的孢子捕捉效率和效果容易受到气候变化特别是降雨和风速的影响;而移动式孢子捕捉器则主要用于病原菌的取样,不能实现对病原菌数量的连续监测。因此在对空气中病原菌的动态监测上,目前应用最多的是孢子捕捉仪
1孢子捕捉仪的组成及特点
      大多数此类捕捉器是采用真空泵或其他空气驱动装置把孢子吸入捕捉器内,通过碰撞着落到一个运动的收集表面。通常由遮雨板、风向标、捕捉盘、定时钟、进气嘴、空气驱动装置如真空泵、捕捉仓、支架等组成。孢子捕捉器工作时,空气驱动装置使捕捉仓内形成负压,外面夹带着孢子的空气就由进气嘴吸入捕捉仓内,孢子就被吸附到捕捉盘上的勃性捕捉带上,这样就完成了对孢子的捕捉。研究表明,与以往的捕捉方法相比,利用定容式孢子捕捉器的捕捉效率更高。
      和其他孢子捕捉设备相比,定容式孢子捕捉器主要有以下几个特点:①由于安装了遮雨板、风向标以及在捕捉仓内进行孢子捕捉,能够减少气候变化对捕捉效果的影响;①采用自带的空气驱动装置提供动力,因此可以保证任何时刻吸入的空气体积是一定的,而不随外界条件的变化而变化;③进气嘴一般较小,可以避免一些个体较小的昆虫如蚜虫的进入;④通过安装定时钟,能够确保一定的时间后替换捕捉盘,同时捕捉盘能够随时间的推移而移动,这样每一时段空中孢子的数据就记录在捕捉带不同的区域上,从而可以实现对病原菌数量的连续监测。
2孢子捕捉仪在植病流行学研究中的应用
2.1空气中病原菌的空间动态及其影响因素
      病害流行的空间动态是病害流行过程中的一个侧面,反映了病害数量在空间中的发展规律,主要研究病害在距离菌源中心一定距离上的发生情况及传播规律问题。当传播条件(气流、风速、寄主植株密度等)相同时,流行速度愈高,传播距离也愈远,传播速度也愈快。另外,传播速度愈快,空间传播范围也愈大,流行速度潜能的发挥也愈大。利用定容式孢子捕捉器来了解空气中病原菌的空间动态,将有助于对病害流行过程的研究。利用Hirst定容式孢子捕捉器研究表明大风能够减少大麦白粉病菌分生孢子的捕捉量,当一天中最高温度超过19℃时捕捉量迅速增加,并且在24℃左右捕捉量达到最大值。用Burkard孢子捕捉器对葡萄白粉病菌分生孢子的飞散动态进行了研究,结果表明空气中分生孢子浓度与风速的变化一致,而与相对湿度的变化情况相反,但是轻微的降雨能够增大空气中分生孢子的浓度。研究了降雨对空气中柑橘黄斑病子囊孢子数量的影响,结果发现降雨2h后,就能够用Burkard定容式孢子捕捉器捕捉到空气中柑橘黄斑病菌的子囊孢子,16h之内子囊孢子的释放量达到最大值,没有降雨时,只能捕捉到少量的子囊孢子;同时还发现随着高度的增加和离侵染源距离的增大,捕捉量均减少。同样利用Burkard孢子捕捉器研究发现在降雨超过2~几小时后油菜黑胫病菌的子囊孢子就达到释放高峰,同时释放时间能够持续3天,在同样地降雨条件下,分生孢子释放高峰的出现也只需要几个小时,并且与风向一致方向捕捉到的孢子数要多于其他方向。此外用Hirst孢子捕捉器研究了空气中苹果黑星病菌、马铃薯晚疫病菌、大豆北方茎溃疡病菌以及甜菜褐斑病菌孢子数与气候、病害发生之间的关系。国内不少科研工编辑在这方面也开展了工作,使用“河农型”电动式孢子捕捉器对苹果斑点落叶病分生孢子的飞散动态进行了研究,结果发现影响其分生孢子飞散的主要气象要素为降雨和风,一天中各小时孢子飞散是不均匀的,总的情况是白天多晚上少,绝大多数孢子飞散是在9:00~22:00这段时间,最高峰出现在15:00—16:00。采用“河农型”孢子捕捉器对保护地番茄灰霉病分生孢子进行逐日、逐小时捕捉,发现出空气相对湿度和孢子飞散呈显著负相关,空气温度和孢子飞散呈显著正相关;一天中孢子飞散主要集中在白天,以14时的飞散量最多。
2.2病原菌生活史中不同阶段及其他寄主在病害流行中的作用
      植物病原真菌的生活史一般分为有性阶段和无性阶段。其中无性阶段产生的无性孢子对病害的传播和再侵染起重要的作用;而有性阶段多出现在发病后期或经过休眠后,有性孢子一般一年产生一代,主要是为了度过不良环境,是许多病害的主要初侵染源。如根据捕捉器的结果研究了西班牙南部地区空气中鹰嘴豆蔓枯病菌子囊孢子的变化动态,结果发现子囊孢子是该地区鹰嘴豆蔓枯病的主要初侵染源,其中绝大多数的子囊孢子在1月初至2月末被捕捉到,这个时期与鹰嘴豆残枝上假囊壳的成熟时期是一致的;有雨的情况下大部分的子囊孢子在白天被捕捉到,其中70%是在12:oo—18:00。通过孢子捕捉法,利用Burkard定容式孢子捕捉器研究表明小麦壳针抱叶枯病菌的有性阶段在英国全年都能产生,并且产生子囊孢子的高峰期不一定出现在秋季和早冬,因此有性阶段不仅是秋季病害发生的初侵染来源,同时还能够加重由分生孢子引起的再侵染。使用Burkard捕捉器研究了油菜白斑病子囊孢子在病害流行中的作用,认为子囊孢子能够在更远的距离内传播,而分生孢子只能通过雨水飞溅进行短距离的传播,并且在秋季一旦子囊孢子引起油菜发病,以后病害的流行和发生就仅仅依赖于分生孢子的传播,据此认为子囊孢子是油菜白斑病的初侵染来源,并对该病害在英国的侵染循环进行了修订,同时研究还表明白天捕捉到的子囊孢子数占绝大部分,湿度和降雨是影响子囊孢子释放的关键因子。采用天定容式孢子捕捉器对温室中的矮牵牛花和番茄晚疫病菌进行了动态监测,结果表明,温室中的矮牵牛花上的晚疫病菌可以成为其他牵牛花和番茄晚疫病的侵染源,只是番茄上的病情指数要高于矮牵牛花,与番茄相比,矮牵牛花释放的晚疫病菌数量少,但是持续释放的时间长。
2.3病害发生情况与孢子浓度及环境条件之间的关系
      对于病害预测预报来说,与仅根据调查结果和环境条件建立的预测模型相比,结合了病原物数量的预测模型的结果更准确,在以后将成为病害预测中不可缺少的因子之一。采用定容式孢子捕捉器研究了大蒜叶枯病严重度与空气中孢子浓度及气候之间的关系,结果表明降雨是与空气中孢子浓度关系最直接的因子,其次是相对湿度,温度仅与分生孢子的释放有关,而与子囊孢子的释放无关;一天之中O一6h子囊孢子的浓度最高,而分生孢子的浓度则在12—18h时达到最大值;病害严重度与10天前空气中的累计孢子数及气候条件尤其是降雨量、温度和蒸汽压有关。根据英国Burkard企业生产的7天定容式孢子捕捉器研究发现空气中草葛白粉病分生孢子浓度与温度有显著的正相关关系,而与相对湿度及降雨量之间存在显著的负相关性;白天捕捉到的孢子数比晚上多,并且捕捉高峰大约在13点到15点之间;另外病情指数与孢子浓度之间也存在极显著的正相关性。xu等(2000)根据气候因子和Burkard捕捉器所捕捉到的空气中的孢子数,结合病害调查,分别建立了草墓花上灰霉病病情指数与气候因子、病情指数与孢子数以及病情指数与气候因子、孢子数的回归模型,经检验3个模型均达显著水平,其中结合了气候因子和孢子数的模型的预测效果最好,并且基于气候因子建立的模型的预测效果优于基于孢子数的模型。基于气候因子和空气中孢子浓度建立了草薄果实上的灰霉病病情指数的预测模型。
3存在的问题
      为了确定孢子的浓度,需要对孢子捕捉仪捕捉带上的孢子在显微镜下进行计数,首先要做的就是对所捕获的孢子进行鉴定,目前主要是根据在显微镜下观察到的形态特征来判断孢子的类型,这样就比较容易出现误计。
      在对孢子进行计数时,最准确的方法是在显微镜下对整个捕捉带观察计数,但是工作量太大,而且需要的时间也太长,一些不会降低准确性但能够减少工作量和检查时间的方法也己建立圈。其中常用的方法有两种:一种是检查单一的纵向移动;另外一种则需要检查12个横向移动,这两种方法都能够反应出空气中孢子浓度的变化动态。但是,无论是哪种方法,仍需要不少时间。
虽然定容式孢子捕捉器的捕捉效率较高且不易受到外界环境因素的影响,但是成本较大,费用较高。
4展望
      随着现代技术特别是分子生物学技术的发展,对空气中植物病原菌的鉴定和定量已取得了一定的进展。通过研究,从孢子捕捉器(便携式)的收集胶带上的少量饱子中成功地提取了油菜上的2种主要病原菌的DNA,并可以用PCR技术对它们进行检测,其中检测的最低孢子数分别可达到1和10个左右。研究开发出了核果褐腐菌的检测技术,首先建立了Real—timePCR的Ct值与不同数量孢子DNA提取液浓度关系的标准曲线,通过测定来自Burkard孢子捕捉器的样品孢子的DNA浓度,定量估计空气中此病原菌的孢子浓度,它与传统显微镜孢子计数方法的结果一致。因此利用分子生物学技术,在病原菌的鉴定和定量上,不但节省了大量的时间和工作量,而且准确性也能够得到保证。将孢子捕捉技术和现代分子生物学手段结合起来,并根据其他环境条件,在了解植物病害的发生动态和流行规律、提高病害的预测预报水平等方面将具有广泛的应用前景。

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