古柏干部腫瘤病的初步研究

薛煜，張玉洲，趙佳麗，季秀，李玨聞

(1.東北林業(yè)大學林學院，黑龍江 哈爾濱 150040;2.北京市林業(yè)保護站，北京 100029;3.中國林業(yè)科學研究院研究生部，北京 100091)

在古典皇家壇廟、皇家園林、帝王陵寢及古寺名剎等處多有上千年的古柏群。經(jīng)實地調(diào)查和網(wǎng)上搜索發(fā)現(xiàn)在中國各名勝景點的古柏都不同程度的罹患干枝腫瘤病，有的已枯死。目前，國內(nèi)外還沒有見到有關古柏干部腫瘤病的研究報道。

柏樹上常見的銹菌是膠銹菌Gymnosporangium spp.的冬孢子階段，引起枝條腫脹，瘤部表面很粗糙，常流出樹脂，但很少在樹干部形成大的腫瘤［1］。松屬植物的干部腫瘤是由松櫟柱銹菌Cronartium quercuum引起的，該病害的病原、病原菌的生物學特性和生活史已基本研究清楚［2］。通過對山東孔府的古柏群，北京天壇公園、地壇公園和大覺寺中的柏樹調(diào)查，發(fā)現(xiàn)30%的柏樹都不同程度的罹患干部腫瘤病。筆者認為無論從學術研究價值還是現(xiàn)實中病害的嚴重性及迫切性考慮，對古柏干部腫瘤病研究都是非常必要的。

1 材料與方法

1.1 材料2013年10月，側(cè)柏Platycladus orientalis(L.)Franco干部腫瘤病標本采自山東省曲阜縣孔府院內(nèi);2014年11月，在北京天壇公園、地壇公園、大覺寺采集側(cè)柏干部腫瘤標本。2014年5月，在密山市興凱湖采集興凱湖松瘤銹病樣本。

1.2 方法 病害調(diào)查中每個調(diào)查樣地最少調(diào)查30株柏樹，刮取瘤部韌皮部組織放入紙袋，帶回室內(nèi)。病害分級標準參照《林病研究方法》干部病害的分級［3］。

將柏樹的病部組織切成2mm小塊，貼在薄膜膠帶上，放入IB－5離子鍍膜儀內(nèi)4 min，在高真空下將樣品噴涂鉑鈀合金導膜。然后在MTFI－QUANTA200型掃描電鏡下觀察、攝影。

2 結(jié)果與分析

2.1 柏樹干部腫瘤病發(fā)生與病原山東孔府的古柏上發(fā)現(xiàn)的干部腫瘤多發(fā)生在柏樹干部，側(cè)枝偶有發(fā)病，發(fā)病率10%左右，病情指數(shù)20.5。在北京天壇公園、地壇公園和大覺寺古柏群的腫瘤發(fā)病率分別為15%，20%，10%，病情指數(shù)分別為25.6，35.3，15.2，以地壇公園的古柏腫瘤病最為嚴重。

取樣山東的樣本電鏡掃描發(fā)現(xiàn)有一種新的、未知病原菌。它的菌絲有2種，一種表面光滑，另一種表面具刺;孢子串生，表面具刺，刺很柔軟，大小在(17～23)μm×(5～10)μm(見圖1，2)。

取樣北京的樣本電鏡掃描雖然沒有見到孢子，但發(fā)現(xiàn)在寄主細胞中的菌絲光滑、網(wǎng)狀分布于寄主細胞間(見圖3，4)，未發(fā)現(xiàn)具刺的菌絲。在北京地區(qū)柏樹腫瘤組織中發(fā)現(xiàn)的菌絲類型和山東孔府柏樹上的不同，引起柏樹干部腫瘤病的病原菌是否存在不同種群，他們之間在系統(tǒng)進化中有何聯(lián)系都有待進一步研究。

圖1 山東孔廟側(cè)柏韌皮部中的病原菌

圖2 山東孔廟側(cè)柏韌皮部中的兩種形態(tài)菌絲

圖3 天壇公園側(cè)柏韌皮部中的病原菌

圖4 地壇公園側(cè)柏韌皮部中的病原菌

2.2 古柏干部瘤狀增生的病理原因古柏屬于國家重點保護物種，不能在木質(zhì)部取樣;但我們可以從松樹瘤銹病的木質(zhì)部病理解剖的結(jié)果窺見一斑。目前已經(jīng)研究證明的樟子松、馬尾松、云南松和興凱湖松等二針松瘤銹病是由松櫟柱銹菌引起的，侵染途徑為幼嫩的皮部和輕微的傷口。該菌擔孢子萌發(fā)產(chǎn)生菌絲，在先端產(chǎn)生附著胞，緊貼在寄主表面。附著胞上產(chǎn)生侵入絲侵入寄主細胞，然后形成吸器深入到寄主細胞內(nèi)吸收營養(yǎng)。吸器為棒狀，頂端鈍圓，不分枝，單胞，單核。3～5個吸器可同時伸入到同一個寄主細胞內(nèi)，還可通過紋孔深入到寄主木質(zhì)部管胞中。寄主細胞間的菌絲多年生，有隔膜，單核，網(wǎng)狀分布于寄主的薄壁組織中［4］(見圖5，6)。

由于病原菌的刺激及菌絲逐年生長，致使寄主的皮層組織和韌皮部組織細胞體積增大且數(shù)量增多。木質(zhì)部中的管胞常常被一排或多排增生的薄壁細胞所分開，由于大量薄壁細胞的增加，將木質(zhì)部的管胞擠壓得扭曲變形。特別在春材中，管胞木質(zhì)化程度不好，抗壓能力差，并且銹菌和寄主組織都處于活躍狀態(tài)，這種擠壓作用更為強烈，嚴重地影響了寄主輸導組織的功能［4］(見圖7，8)。

圖5 松櫟柱銹菌有隔菌絲600×

圖6 寄主細胞內(nèi)吸器600×

圖7 興凱湖松正常木質(zhì)部縱切面600×

圖8 興凱湖松瘤銹病罹病木質(zhì)部縱切面600×

2.3 古柏干部瘤狀增生的生理原因古柏干部腫瘤的發(fā)生除上述由病原菌引起的外，還有其它非病原因素引起的。樹干的生長是由生長激素類物質(zhì)控制的，一般幼樹的生長激素很充盈，老年減少或出現(xiàn)生長激素種類之間的不平衡，致使細胞分裂不均勻。這種異?，F(xiàn)象持續(xù)多年，在形態(tài)上就會表現(xiàn)出來。如果細胞切向分裂比徑向分裂的多，年久樹干就會出現(xiàn)縱向裂痕。如果形成層的某些細胞橫向分裂特別快，就會使樹干產(chǎn)生局部突起，形成瘤狀物。

樹木生長過程中，還會發(fā)生另一種變異現(xiàn)象，即如果束間的薄壁細胞不轉(zhuǎn)化為形成層的細胞或一部分不轉(zhuǎn)化，則束間形成層出現(xiàn)斷缺，這樣樹體的各部分增長就不勻稱，形成了隆起的背和凹陷的溝，組成了背與溝相間扭錯的外形。

此外，還有一些環(huán)境因素造成的。1)凍害。樹木干部在氣溫低且變化劇烈的冬季會發(fā)生凍裂現(xiàn)象，在裂縫處會形成愈傷組織。2)日灼傷。日灼傷常發(fā)生在隆冬和早春，樹木的主干和大枝向陽面白天接受陽光直接照射，使處于休眠狀態(tài)的細胞解凍;夜間樹皮溫度下降到0℃以下，導致樹皮皮層細胞死亡。死亡的組織凹陷，邊緣組織增生，形成愈傷組織，樹干呈現(xiàn)疤結(jié)狀。3)蟲癭。有些蛀干昆蟲侵入樹干引起的傷害或所產(chǎn)生的物質(zhì)也會引起樹木的組織細胞異常分裂，導致樹干木質(zhì)部和韌皮部局部增生，但這種癭瘤多發(fā)生在芽或小枝上。

3 結(jié)論與討論

(1)柏樹腫瘤病在國內(nèi)外還未見報道，是一種早已存在、未引起人們重視的新病害。但從各地柏樹的發(fā)病情況和筆者實地調(diào)查的情況看，這種病害并不是現(xiàn)代才有的，而是從遠古就存在，只是以前沒被重視。在包頭市阿爾丁植物園的1億年前的木化石群，我們發(fā)現(xiàn)在柏樹的干部就有瘤狀突起，是否和現(xiàn)代發(fā)現(xiàn)的柏樹腫瘤為相同原因，有待考證。在山東曲阜柏樹上發(fā)現(xiàn)的病原菌菌絲有兩種，一種是表面光滑的，另一種表面是具刺的;產(chǎn)生的孢子串生，表面具刺。在北京天壇公園、地壇公園和大覺寺柏樹上發(fā)現(xiàn)的病原菌菌絲只有一種，表面光滑，它們是否為一種病原菌還是不同的病原菌以及是一類引起寄主腫瘤的病原菌群還有待進一步研究。

(2)古柏干部腫瘤組織中的病原菌未發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生吸器，并且孢子形態(tài)，菌絲類型均不同，可排除與引起松瘤銹病的病原菌為同種。

(3)有些古柏的腫瘤是由于生理原因引起的，其干部腫瘤的形態(tài)不同于病原菌引起的，前者樹干通常是呈現(xiàn)疤結(jié)狀或由不均勻隆起的背和凹陷的溝組成扭錯的外形;而由病原菌引起的古柏干部腫瘤大多是渾圓、光滑的。

(4)本課題組要繼續(xù)完成病原菌的鑒定、病害的發(fā)生發(fā)展規(guī)律和致病機制等的基礎研究，制定防治計劃，挽救我國珍貴的自然遺產(chǎn)及填補目前世界古柏腫瘤病的研究空白。

［1］ 中國林業(yè)科學研究院.中國森林病害［M］.北京:中國林業(yè)出版社，1984:54－55．

［2］ 薛煜，邵力平，王振華.興凱湖松瘤銹病研究［J］.東北林業(yè)大學學報，1990，17(2):1－5.

［3］ 項存悌.林病研究法［M］.哈爾濱:東北林業(yè)大學出版社，1991:90－96．

［4］ 薛煜，邵力平，王振華.興凱湖松瘤銹病的組織病理分析［J］.東北林業(yè)大學學報，1988，16(1):10－13.