落叶松-青杨叶锈病菌担孢子萌发规律

龚文强 瓮岳太 王淑君 薛煜

(东北林业大学，哈尔滨，150040) (密山市林业局) (东北林业大学)

杨树广泛分布于北纬30°～72°之间的地区，因其生长快、易繁殖、用途广、适应性强、轮伐期短而广受林业生产单位和城市绿化部门的欢迎。然而，杨树上发生的病虫害不但多而且严重，其中落叶松-青杨叶锈病(Melampsora larici-populina)是一种分布最广、危害最严重、寄主种类最多、造成损失最大的叶部病害。已见报道的国家和地区近40 个，危害青杨派、黑杨派及其杂交种的多种杨树;遍布除南极洲以外的各大洲，几乎有杨树的地方都可见到它的危害［1-4］。近年来，该病害在东北各地苗圃普遍发生，在局部地区危害尤为严重，因此引起了生产和科研部门的普遍重视［5-6］。在发病严重的苗圃，2 年生实生苗发病率可达100%，病情指数达80 ～92，死苗率达21．5%［7］。国内外曾对该病的病原、致病性及寄主抗病性等方面进行了广泛地研究，进入20 世纪90 年代以后，研究工作主要集中在病原菌致病性及生理分化、寄主抗病性的分子遗传等方面。裴明浩等［8］对该菌的春孢子、夏孢子、冬孢子和担孢子的生物学特性进行了研究，发现春孢子萌发适温为15～18 ℃，夏孢子萌发适温为18 ～20 ℃，冬孢子以13 ～18 ℃为最适，担孢子以15 ～18 ℃为最适。郭志青等［9］的研究表明，夏孢子萌发的最适温度是20 ℃，在此温度下2 h 夏孢子就可萌发生成芽管，24 h 萌发率最高可达63．40%，芽管有多核现象。Staples等［10］报道了夏孢子萌发状态和侵染结构的分化情况。在担孢子萌发方面的研究国内外报道不多，本研究的目的是摸清担孢子的越冬情况和适宜萌发的温度条件，为该病的流行病学、预测预报研究提供科学依据。

1 材料与方法

标本采集地点:2013 年秋季在东北林业大学实验林场内采集落地的罹病杨树叶子，一部分置室内越冬，一部分置室外自然环境下越冬。

不同温度下担孢子萌发试验:将2%琼脂培养基切成2 cm×2 cm 小块，厚薄均匀适当，放在消毒的载玻片上，置于铺有浸水脱脂棉的灭菌培养皿内，载玻片下端用玻璃棒垫起。将长有冬孢子的叶子反压于皿盖内，将其分别置于5、10、15、20、25、30 ℃温度下培养，待担孢子弹落到2%琼脂培养基上时，撤掉树叶，继续观察担孢子萌发情况，当产生次生担孢子后，每隔2 h 观察一次，每个处理3 个重复，观察时，每个视野随机观察30 组数据，统计萌发率。

不同光照条件下担孢子芽管的生长情况:将收集到的担孢子分别置于全光、半光、无光3 种条件下，室温培养，各3 个重复，观察时，每个视野随机观察30 组数据，计算芽管长度。

担孢子在-10 ℃的萌发试验:为证明已萌发的担孢子经晚霜后是否仍有生命力，取罹病叶片，在室温下做萌发试验，标记培养皿1“-10 ℃”，标记培养皿2“室温”。随后观察其萌发情况，待其萌发刚产生芽管时，将培养皿1 置于-10 ℃环境下，将培养皿2 放在室温下培养。24 h 后，将培养皿1 取出，重新置于室温下，24 h 后，再观察萌发情况并记录。培养皿2 仍在室温下培养，24 h 后观察萌发情况。每个处理3 个重复，各重复观察10 个视野。

室内越冬的冬孢子萌发试验:将室内越冬的冬孢子放在培养皿内做萌发试验。培养基制作和获得担孢子的方法同不同温度下担孢子萌发试验。将培养皿1 直接置于-10 ℃的环境中48 h 后转入室内温度下继续作萌发试验，24 h 后取出玻片，观察其萌发情况。将培养皿2 放置在室温下直接作萌发试验，48 h 后观察期萌发情况，若担孢子不萌发，再置于-10 ℃下24 h 后取出再转入室温作萌发试验。每个处理3 个重复，各重复观察10 个视野。

2 结果与分析

2．1 担孢子在不同温度下的萌发率

落叶松-青杨叶锈病菌担孢子洋梨形，有一个疣状突起，担孢子萌发时首先长出短的芽管，在芽管顶端产生次生担孢子，担孢子的内容物进入到次生担孢子内，次生担孢子萌发产生芽管，有的担孢子可产生三生担孢子。试验中发现，担孢子在5 ℃和10℃下不萌发，但冬孢子可以萌发，弹射出担孢子。担孢子在15 ℃时萌发率平均可达60%，担孢子芽管不分枝。在刚开始萌发的6 h 内，担孢子萌发率直线上升，以后趋于平缓(表1，图1A)。20 ℃时担孢子的萌发率最高，培养12 h 后，平均萌发率可达83．42%(表1，图1B)。由此可见，落叶松杨栅锈菌的担孢子萌发的最适温度为20 ℃，而每年适温出现的时间或早或晚，成为当年病害是否严重的关键。如当年有利于担孢子萌发的适温比正常年份晚半个月，就会造成夏孢子比往年少一个世代，病害就会轻。担孢子在25 ℃下萌发率开始上升较慢，但到后期萌发率也可达到71．52%，但担孢子的芽管有扭曲的现象(表1，图1C)。担孢子在30 ℃时萌发率很低，比20℃时的萌发率降低了68．89%，说明30 ℃不适合担孢子萌发，担孢子芽管明显地扭曲变形，是否还有侵染能力，有待做接种试验验证(表1，图1D)。在自然界中，早春4 月末5 月初，很少有30 ℃的天气。如出现这种天气，这一年的病害肯定会比正常年份轻。

2．2 担孢子芽管长度在不同光照下的生长情况

在光照和黑暗交替的条件下，担孢子芽管生长随时间的推移而生长，最长可达58 μm，到48 h 后基本停止生长，这意味着担孢子在条件适宜的环境中可保持生长状态达48 h，甚至更长。担孢子芽管在全光条件下的生长情况与半光条件下的基本相似，说明全光和半光对于担孢子生长影响不大。在无光条件，担孢子芽管长度最长，表明担孢子更适合在无光条件下萌发(表2)。

表1 不同温度下落叶松-青杨叶锈病菌担孢子的萌发率

图1 落叶松-青杨叶锈病菌担孢子在不同温度下培养10 h后的萌发率

表2 不同光照下落叶松-青杨叶锈病菌担孢子芽管的生长情况

2．3 -10 ℃对担孢子萌发的影响

把在室外越冬的冬孢子置室温下，已萌发的担孢子(图2A)移入-10 ℃环境中48 h 后，再放回到室温，担孢子还可继续萌发，这证明寒冷的条件不能影响担孢子的萌发力和生活力，是一种耐寒性相当强的孢子。这意味着担孢子在早春即使已开始萌发，遇到晚霜降临，也不会影响当年担孢子的有效侵染，当温度回升后，担孢子芽管还会继续萌发生长(图2B)。

2．4 室内越冬的冬孢子的萌发特点

室内越冬的病叶直接放入-10 ℃下48 h 后，再移至室温下做萌发试验，发现冬孢子可以萌发，产生担孢子并大量萌发，说明冬孢子只要经短期的寒冷刺激就可获得萌发能力，而且萌发势与经过一冬严寒的病叶上的冬孢子无大异(图2C)。室内越冬的病叶在室内做萌发试验48 h 后，取出玻片观察，冬孢子可以产生担孢子，但担孢子无萌发能力，48 h 后也未见萌发。当将室内过冬的冬孢子所产生的、未萌发的担孢子置在-10 ℃条件下48 h 后，再转入室内做担孢子萌发试验，24 h 后观察，其担孢子萌发很好(图2D)。由此可见，寒冷条件对担孢子的萌发是至关重要的。此种现象也为林木病理学的基础理论增添了新的内容，同时也为该病害的流行学研究和预测预报提供了参考依据。

图2 落叶松-青杨叶锈病菌担孢子萌发状

3 结论与讨论

在不同温度下的担孢子萌发试验证明，担孢子在10 ℃以下时不萌发，即使产生次生担孢子也无萌发能力。15 ℃至25 ℃的环境下长势较好，20 ℃时萌发率最高，为83．42%。因此，证明早春时，自然界的温度只有高于10 ℃时，担孢子才开始萌发，且在25 ℃以后萌发率随着温度的增高而降低，担孢子芽管出现畸型现象。担孢子芽管在无光环境下生长情况要好于半光和全光，担孢子的生长速度最快。担孢子芽管长度在无光条件下最长，但光对担孢子芽管生长的影响并没有其他因素那么强烈。

根据观察室温下已萌发的担孢子移入到-10 ℃环境中，48 h 后再移入室温，可继续生长，说明担孢子的芽管和担孢子都不会受突变的寒冷影响，重新置于室温时可继续萌发生长。未经过室外越冬的冬孢子，置于低温48 h 后，移入室温下，能产生大量的担孢子且大量萌发。室内越冬的冬孢子在室温下可以产生担孢子，但担孢子无萌发能力;移入冷冻条件下48 h 后，担孢子可获得萌发能力，在室温下大量萌发。这说明担孢子是通过冷冻刺激后，才可获得萌发能力，其发生机理有待今后深入研究。

［1］ 周仲铭，袁毅．杨树叶锈病的研究概况［J］．北京林学院学报，1985(4):84-102．

［2］ 袁毅．我国杨树叶锈病菌种类的研究［J］．北京林学院学报，1984(1):48-82．

［3］ 尚衍重，郝俊贞，袁秀英．内蒙古的杨树栅锈菌［J］．华北农学报，1990，5(2):86-92．

［4］ Pei M H，McCracken A R． Rust diseases of willow and poplar［M］． New York:Oxford University Press，2005．

［5］ Hansen E A． Poplar woody biomass yields:a look to the future［J］． Biomass Bioenerg，1991，1(1):1-7．

［6］ Steenackers J，Steenackers M，SteenaekersV，et al． PoPlar diseases，consequences on growth and wood quality［J］． Biomass Bioenerg，1996，10(5/6):267-274．

［7］ 王纯利．新疆杨柳科植物上栅锈菌属(Melampsora Cast．)研究［D］．乌鲁木齐:乌鲁木齐八一农学院，1985．

［8］ 裴明浩，尚衍重．青杨叶锈病(Melamapsora laricipopulina Kleb．)的研究［J］．东北林学院学报1984，12(2):40-49．

［9］ 郭志青，曹支敏，余仲东．落叶松-杨栅锈菌夏抱子萌发条件研究［J］．西北林学院学报，2010，25(3):118-121．

［10］ Staples R C，Macko V． Germination of urediospores and differentiation of infection structures［M］Bushnell W R，Roelfs A P．The cereal rusts，origins，specificity，structure，and physiology．Orlando:Academic Press，1984:255-289．