作者:严涛 来源:中国科学报 发布时间:2023/11/28 19:13:42
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在地头建实验室,在秦岭里“养”线虫

 

李英梅挥动着手中的铁锹,铲起实验田里的各种蔬菜,甩掉泥土,把根须平摊在手心仔细观察。“这棵也有线虫。”李英梅把这颗蔬菜小心翼翼地交给自己的学生,装进取样袋内。

这是位于陕西省洛南县秦岭深处的一处小山村,陕西省生物农业研究所研究员、陕西省植物线虫学重点实验室常务副主任李英梅和团队在这里观察、培养、采样植物根结线虫已有三年多。“这次过来我们车上还拉了一箱培养好的根结线虫,要放置在试验田里,到明年春天来观察根结线虫的越冬情况。”李英梅说。

“线虫军团”已开始“北扩西进”

植物根结线虫是一种专性寄生的杂食性植物病原线虫。寄主很广,多分布在0-20厘米土壤内,特别是3-9厘米土壤中线虫数量最多。由于体型很小,根结线虫肉眼很难看到,但可以通过观察植物根部症状来判断田间是否有其危害发生。

2018年,李英梅和团队到陕西省洛南县兰草河村做调查,偶然发现当地的白菜等几种农作物根部病害症状不像常见的病害类型。“白菜根部的病害形态特征怎么有点像南方常见的象耳豆根结线虫?” 一起参与调查的中国农业科学院植物保护研究所彭德良研究员一句话提醒了李英梅。

于是李英梅把样本带回实验室分析,发现病原物确实是根结线虫中常见的象耳豆根结线虫,但这种热带线虫在北方发现还是头一次。

“根结线虫现在已经出现‘北扩西进’的趋势,而且是以每年三十多公里的速度蔓延,尤其是象耳豆根结线虫。”陕西省植物线虫学重点实验室学术委员会副主任陈志杰研究员分析说。

李英梅介绍,以前业内的关注点都在南方根结线虫,这一种类能占到植物根结线虫病害病原的90%。南方根结线虫最早分布在海南和广东,后来逐渐传播到福建、湖南。“为什么与南方气候条件差异巨大的陕西也会出现南方根结线虫?”李英梅说,自此之后陕西的根结线虫就成了她研究的主要内容。

为什么北方出现了根结线虫要引起重视,甚至作为一个专门方向和课题去研究?这与根结线虫的习性有关。李英梅团队发现的象耳豆根结线虫最早在海南被发现,短短二三十年时间,它已经取代了南方根结线虫,占海南根结线虫的六成以上。“象耳豆根结线虫种群的竞争能力很强。”更棘手的是以前的南方根结线虫有抗病基因和抗病品种,但这些抗病基因对象耳豆根结线虫来说没有抗性。“如果象耳豆根结线虫现在大面积传播开,目前在生产上还没有一个特别有效的办法,连抗病品种都没有。”李英梅说。

“线虫看不见 危害大无边”

上世纪80年代,西北农林科技大学已经有科研人员在研究植物线虫。由于当时在生产上并没有成灾,所以对植物线虫的研究也只是作为教学的需要,直到2000年。

这一年,陕西蒲城县有三位年轻人投资近百万元承包了60个蔬菜大棚种植厚皮甜瓜。距离甜瓜成熟还有二十来天的时候,瓜蔓忽然出现大面积枯萎,陕西省植物线虫学重点实验室学术委员会副主任陈志杰到地里调查以后说,采取灌根已经不起作用了,还是抓紧育苗,种点别的来补救。“他们一听就瘫坐在地上哭了起来,当时这件事情对我刺激很大。”陈志杰回忆说,让这三位投入巨资辛苦劳作的年轻人情绪崩溃的“罪魁祸首”就是植物根结线虫。

这是陈志杰在陕西第一次发现植物线虫造成灾害,“我当时分析,植物线虫将来会是影响陕西农作物和经济作物的一个主要问题,原因就是今后设施农业的大面积发展,原本不能在北方越冬的植物线虫可以越冬造成灾害了。”陈志杰说。

李英梅分析说,由于根结线虫的危害特别隐蔽,一方面大家会对根结线虫带来的病害出现判断错误,造成“误诊”,另一方面根结线虫不像其他细菌性和病毒、真菌性病害特征很明显,根结线虫病害识别起来很困难。

“尤其是西瓜、甜瓜这一类农作物,距离成熟还有大约半个月的时候,也就到了根结线虫病害为害的顶峰,根系的根结越长越大,最后直接导致绝收。”李英梅说,甚至有农户因为瓜田彻底绝收差点自杀。“很多时候根结线虫造成的损失是无法挽回的。线虫看不见,危害大无边。”

植物根结线虫的防治到目前为止依然是道难题。不像真菌性和细菌性病害的病原物可以在实验室用培养基进行培养研究,根结线虫只能通过植物来活体培养。李英梅告诉《中国科学报》:“现在针对线虫的药剂很少,而且药剂使用时也要通过土壤和根系的‘阻隔’才能接触到线虫,难度很大。”现在科研领域对线虫的研究方式和理论体系的构建都不成熟,“虽然植物线虫病害已经是仅次于真菌性病害的全球第二大农作物病害,但对植物线虫的有效防控可以说目前仍然是一道世界性难题。”陈志杰说。

建在田间地头的实验室

2023年8月,陕西省科技厅组织专家组对位于陕西省大荔县的陕西省植物线虫学重点实验室进行验收,陕西植物线虫学研究终于有了“正规军”。

以中国工程院院士、西北农林科技大学植物病理学专家康振生教授为首的专家组在实验室验收报告中写到:“陕西省植物线虫学重点实验室首次开展了秦岭南麓中药材根结线虫病发生普查,发现了6个陕西新记录寄主,明确了根结线虫是中药材连作障碍的主要原因;证实了南方根结线虫已扩展至北温带,象耳豆根结线虫呈“北扩西进”的趋势;选育出抗根结线虫番茄品种8个,研发出生防杀线剂2个,构建了设施蔬菜和猕猴桃根结线虫可持续绿色防控技术体系……”

实验室的成立,最早可以追溯到2001年。经历了三位年轻人甜瓜绝收的事情之后,陈志杰意识到植物线虫将是以后陕西农业生产面临的最大“敌人”之一。但当时业内对植物线虫将造成大危害这一点还没有形成普遍认同,陈志杰选题立项都很难,只能采取各种办法争取经费来研究。

到2008年左右,植物线虫的危害越发严重,有关部门也逐渐开始重视。但陈志杰觉得当时的做法还是不行,需要一个平台,可以把陕西省与植物线虫有关的人才整合集中到一起。2017年,作为刚建所一年的陕西省生物农业研究所第一任所长的陈志杰开始着手组建实验室。“要让专业的人做专业的事,一个实验室就解决一个具体问题。“

如今已是实验室常务副主任的李英梅也是当年的团队成员,同时也是亲历了团队科研平台从废弃的乡政府老平房到省级重点实验室的见证者之一。早在2006年,刚毕业的李英梅就开始跟随陈志杰研究植物线虫,但她在校时的专业是农业昆虫,李英梅笑称“当时不是你能干什么,而是科研工作需要你干什么。先把事情干起来,帮助村民解决实际困难。”

刚刚参加工作的“小女生”李英梅来到位于陕西省大荔县东埝村的基地里,开始和团队深入田间地头搞研究,他们的实验室就设在简单改造的废弃民房里。李英梅和团队晚上住在民房改造的宿舍,夏天在近40度的天气就靠着一台老式电风扇降温,冬天冒着严寒每天早起摸黑走三公里的路去赶班车,偶尔还要干一些扎铁丝网绑护栏之类的手工活。

十余年间,李英梅彻底把根扎在基地,情况逐渐有所好转,陕西省科学院和省上有关部门以及当地政府到基地多次考察后,专门批了一些经费,“团队终于熬过了最艰难的日子。”李英梅说。

虽然现在实验室已经顺利通过了验收,也联合陕西省内多家单位共同参与,但仍处于起步阶段。“实验室在一些深层次的科学问题、技术应用还有技术研究方面都还比较欠缺,尤其植物线虫的抗病育种等关键问题起码还需要好几年的功夫。“李英梅告诉《中国科学报》。尤其在人才培养方面,实验室还没有办法自己培养研究生,目前主要是通过和其他高校研究所联合,把团队中的青年科研人员送到其他单位去学习锻炼。“希望将来同行们也可以把他们的人送到我们这里来,到那个时候就说明我们团队已经真正成长起来了。”李英梅说。

李英梅(中)、陈志杰(左)和刘晨助理研究员在观察线虫。

李英梅(右)在菜地里挖线虫。

挖出的被线虫危害的蔬菜样本。(文中图片均由严涛 摄)

 
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