困惑两种密切相关的玉米干豆疾病

干豆青枯病与玉米枯萎病病原菌的比较。干豆枯萎病菌中Curtobacterium(左)的杆状体比高斯枯萎病菌Clavibacter(右)的杆状体短而粗。
图1。干豆青枯病与玉米枯萎病病原菌的比较。干豆枯萎病菌中Curtobacterium(左)的杆状体比高斯枯萎病菌Clavibacter(右)的杆状体短而粗。

困惑两种密切相关的玉米干豆疾病

两种密切相关的植物病害——一种发生在玉米上,另一种发生在干豆上——遵循着类似但有些令人费解的模式,它们的出现和消失,然后又重新出现,成为对作物产量的严重威胁。什么因素影响了这个周期?这个周期可以被预测吗?这种图案需要再看一遍。

玉米枯萎病是玉米的一种破坏性细菌性疾病,由玉米枯萎病引起Clavibacter michiganensis无性系种群。nebraskense.1969年,它在道森县的列克星敦附近首次被发现,这使它成为内布拉斯加州土生土长的物种。

在接下来的十年里,内布拉斯加州至少53个县以及爱荷华州、南达科他州、堪萨斯州和科罗拉多州的玉米样本中都发现了这种病毒。该疾病最终从其他疾病中确诊

美国玉米种植州在20世纪80年代中期消失,就像它最初出现时一样突然。

干豆的细菌性青枯病,由Curtobacterium flaccumfacienspv。flaccumfaciens自1922年在南达科他州首次发现这种疾病以来,它一直是一种严重但不规律的疾病。在20世纪40年代,它的发病率扩大到整个豆类生产州,最显著的是在大平原。

这种疾病一直持续到20世纪70年代初,成为内布拉斯加州的地方病和经济上重要的生产限制因素,直到20世纪80年代初消失,类似于戈斯枯萎病。

分类的相似之处

这两种病原体有相似的特征。它们有亲缘关系,事实上,它们曾被归为同一属(棒状杆菌属),主要是因为表面上相似的粒子形状,被称为“棒状”。今天,这个术语被非正式地用来描述由不规则的、短的、可能有轻微弯曲、弯曲或棒状的细菌组成的可变菌群的成员。这一特征使该属得名于希腊名词“koruna”或“俱乐部”。

它们现在被分类为两个属,Clavibacter而且Curtobacterium.高斯枯萎病病原体,Clavibacter它所产生的枝条比Curtobacterium干豆枯萎病所特有的较短、较胖的枝条略细、略长图1).除了颗粒形态的差异外,这两种病原体在生化和DNA特征以及细胞壁组成上也存在差异,进一步证明了它们可以被分为不同的类群。

疾病发展和病原体生存的有利条件

植物受到伤害或受到某种形式的胁迫,这两种病原菌的病害发展会得到加强。在这个地区,这些条件通常是由暴雨、冰雹、大风和喷沙组成的风暴提供的。

这两种细菌病原体也可以成为全身性的,进入并阻止植物维管系统内的水的转运,导致萎蔫症状。这两种病原体也很容易在土壤表面受感染的残留物中存活,作为未来作物的主要接种源。减少耕作、连作、叶片组织损伤、喷灌或降雨会增加整个农田的感染和传播。

一旦发生感染,疾病发展的最佳温度是华氏80至90度。病原体也携带在种子中,在种皮的外面和内部,这也可以解释它的运动和分布在整个美国的种植区。

病原体重新崛起

在21世纪头十年中期,这两种病原体重新出现,在整个高原地区种植玉米或豆类的地方造成了严重的生产问题。这两种疾病在消失很久之后又复活了,这令人费解。然而,在2003-04年以来对这两种疾病进行了大量研究之后,我们现在提出了几个假说,以解释为什么这两种疾病似乎在同一时间框架内重新出现。

导致疾病爆发的可能因素

也许造成新流行病的最具影响力的因素是本区域所采取的文化习俗的改变。在过去的20多年里,大多数地区的生产者在他们的系统中引入了某种形式的少耕。将这一做法与区域范围内同时增加中心支点灌溉系统相结合,还将改善田间病原体的存活、感染和扩散。

此外,对于高斯枯萎病,大多数种植者不再使用现有的抗病品种。这种做法在20世纪80年代很大程度上解决了这个问题,我们在2000年代中期的调查显示,这种疾病的再次出现与抗性品种的可用性和利用减少之间存在很强的相关性。

对于大豆枯萎病来说,这并不是一个很重要的因素。只有伟大的北方品种爱默生具有抗病能力,但它是一个特殊品种,为南欧的目标市场种植,因此产量有限。

另一个导致这种再出现现象的因素可以用同一时期整个地区观察到的气候模式来推测。2000年代中期的特点是冬天变暖,而在生长季节,干旱延长,夏季温度越来越高。这些因素肯定有利于这两种疾病。

结论

我们的研究表明,这些病原体几乎同时在该地区广泛重新出现并非巧合。这两种疾病似乎都没有完全消失,而是在杂草或受感染的作物残留物上以低水平存活下来。我们推测,这两种疾病直到2000年中期才被发现,因为在前几年,犁地是一种常见的做法,消除了病原体存活的主要机制。

从那时起,减少耕作变得普遍起来,在生产田中增加了更多的中心支点,这两种方法都提高了作物在田间的生存和传播能力。由于这两种疾病在植物高度胁迫时期的问题更大,也有可能是2000年代中期的干旱和较高的夏季温度也发挥了关键作用。

总之,我们假设,环境压力和文化习俗的变化共同导致了这些疾病在2000年代中期在中部高原的回归。

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一片玉米田。