针叶林蛀干害虫伴生长喙壳类真菌多样性与致病性研究

来源 :中国林业科学研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hebe2010
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植食性昆虫与微生物自中生代以来就共存于针叶林内。其中,真菌和小蠹虫的伴生因昆虫宿主种类繁多、危害严重和伴生真菌的严重致病性,多年来一直是伴生关系中的研究热点。二者相互作用,共同进化,在大多数情况下伴生真菌能够为植食性昆虫提供营养、改变其取食策略,协同克服寄主抗性,成功入侵寄主,而真菌也利用植食性昆虫进行传播扩散、栖息新环境。云南三种切梢小蠹、落叶松八齿小蠹和松材线虫媒介松墨天牛是当前危害我国针叶林的重要病虫害,一旦大面积爆发,则危害严重且持续时间长,直接造成针叶林的死亡,给当地经济发展和生态安全带来不可挽回的损失。本研究利用传统的组织分离培养、高通量测序和化学生态学等方法,以三种切梢小蠹为主要研究对象,研究三种切梢小蠹、落叶松八齿小蠹和松墨天牛的伴生真菌多样性以及真菌区系组成,对伴生长喙壳类真菌进行分类鉴定和系统发育分析,并测定相关真菌的致病性。主要结果如下:利用组织分离培养法,对云南省五个地区(安宁、曲靖、玉溪、祥云、普洱)三种切梢小蠹伴生长喙壳类真菌进行分离、培养,共得到772株长喙壳类真菌。对所有菌株进行培养特征归类、ITS序列初步鉴定的基础上,挑选代表性菌株进行菌种鉴定,基于LSU,ITS,tub-2,tef-1α和CAL五个DNA片段的MP、ML系统发育分析,菌落特征、显微形态特征观察和生长速率测定,共鉴定出11个种,属于长喙壳类真菌的5个属。其中包括4个新种,Graphilbum anningense sp.nov.、Ophiostoma aggregatum sp.nov.、Sporothrix pseudoabietina sp.nov.、S.macroconidium sp.nov.,6个已知种Esteya vermicola、Leptographium yunnanense、O.brevipilosi、O.canum、O.minus、O.tingens和一个未鉴定种Ophiostoma sp.1。Ophiostoma canum、O.brevipilosi和O.minus分别为横坑切梢小蠹、短毛切梢小蠹和云南切梢小蠹的伴生优势种,三个种的总分离率达87.3%;从中国北方侵染长白落叶松和兴安落叶松的落叶松八齿小蠹虫体和坑道中分离出一个长喙壳类真菌新种O.olgensis。形态特征和系统发育分析表明O.olgensis与O.kryptum最为相似;从浙江省和山东省的松材线虫病染病马尾松、黑松树体内松墨天牛幼虫坑道和蛹室分离得到的254株长喙壳类真菌。代表性菌株系统发育分析和形态特征比较结果表明,这些菌株共代表了长喙壳类真菌的6个种,包括一个已知种O.ips,三个新种O.album sp.nov.、O.massoniana sp.nov.、S.zhejiangensis sp.nov.,和两个未鉴定种O.cf.deltoideosporum,Gra.cf.rectangulosporium。Ophiostoma ips分离率超过90%,是我国松墨天牛∕松材线虫病伴生真菌区系中的绝对优势菌。对云南省上述五个地区,三种切梢小蠹、梢干侵染时期成虫分别进行采集,共收集到1260头小蠹虫,分成45个样本(每个样本小蠹虫25-30头),利用高通量测序Illumina Mi Seq PE300测序平台,ITS1 DNA片段分析小蠹虫体表伴生真菌的群落组成。45个样本共产生1,326,579条序列,以97%的序列相似性聚类分析,得到6个门、29个纲、76个目、142个科、271个属、416个种和948个OTUs。云南切梢小蠹、横坑切梢小蠹和短毛切梢小蠹分别检测到641,604和261个OTUs。Venn图、群落结构分析图和Heat-map图分析显示,云南切梢小蠹和横坑切梢小蠹体表真菌多样性明显高于短毛切梢小蠹,前两者体表真菌群落结构更为相似,不同于后者体表真菌群落结构。主成分分析PCA结果表明,侵染时期、小蠹虫种类、寄主和地理分布都会影响小蠹虫体表真菌群落组成,寄主和地理分布影响程度较大,侵染时期、小蠹虫种类影响程度较小。选取上述分离培养所得9个长喙壳类真菌种,每个菌种两个菌株,分别在5年生云南松幼苗上进行致病力测试,阐明不同长喙壳类真菌的致病性差异。初步试验结果分析表明O.aggregatum和L.yunnanense致病性最强;O.brevipilosi、O.minus、O.tingens、S.pseudoabietina和S.macroconidium次之;Gra.anningense和O.canum最弱。随后对9个菌种的18个菌株在云南松上的病斑区和健康区韧皮部挥发物分析发现,病斑区萜烯类挥发物的含量明显大于健康区。不同浓度的α-蒎烯、β-蒎烯标准品对真菌生长速率的影响结果表明:低浓度蒎烯对长喙壳类真菌的生长几乎没有抑制作用,对有的菌种的生长甚至起促进作用,高浓度蒎烯明显抑制真菌的生长;α-蒎烯比β-蒎烯对真菌生长影响效果更明显。综上所述,本研究共分离、获得与我国针叶林重要蛀干害虫伴生的长喙壳类真菌1032个菌株,鉴定为18个种,包括8个新种,7个已知种和3个未鉴定种。高通量测序分析表明侵染时期、小蠹虫种类、寄主和地理分布都会不同程度的影响小蠹虫体表真菌群落组成。长喙壳类真菌致病性研究发现,伴生真菌致病性不同,但都能对寄主松树造成一定的危害。近几年,长喙壳类真菌的生物多样性、生物地理学和生态学在中国的研究不断继增。云南三种切梢小蠹、落叶松八齿小蠹、松墨天牛∕松材线虫病伴生长喙壳类真菌的相关研究结果表明,伴生长喙壳类真菌在中国具有较高的物种多样性和明显的致病性。这些研究有助于与其他小蠹或松墨天牛∕松材线虫病分布区相关伴生长喙壳类真菌种进行比较,进而更好地理解这些病虫害爆发背后的发生机制,为有效的害虫管理,检疫措施提供指导,减轻病虫害爆发后的生态、经济损失。
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