基于病毒抗性种植材料的香蕉束顶病传播动力学建模与防控策略研究

推荐：针对香蕉束顶病(BBTD)严重威胁全球香蕉产业的问题，John J.Mapinda团队构建了考虑香蕉束顶病毒(BBTV)抗性种植材料的动力学模型。研究通过Lyapunov函数和分岔分析证实，当有效再生数Re <1时疾病可消除，结合90%抗性种植与90%病株清除率可在15个月内根除病害，为可持续防控提供了理论依据。

　　

香蕉作为全球重要的经济作物和粮食来源，正面临香蕉束顶病(Banana Bunchy Top Disease, BBTD)的毁灭性威胁。该病由香蕉束顶病毒(Banana Bunchy Top Virus, BBTV)引起，通过蚜虫载体(Pentalonia nigronervosa)和潜伏感染种植材料传播，可导致90-100%的产量损失。尽管现有防控措施包括病株清除、蚜虫防治等，但缺乏对病毒抗性种植材料影响的量化评估。针对这一空白，坦桑尼亚多多马大学和姆瓦利姆·朱利叶斯·K·尼雷尔农业技术大学的John J.Mapinda团队在《Scientific Reports》发表了开创性研究。

研究采用确定性数学模型，整合了BBTV抗性参数α和病株清除率γ等关键变量。通过Runge-Kutta四阶算法进行数值模拟，结合下一代矩阵法推导有效再生数R_e
，并运用Lyapunov函数和分岔分析验证稳定性。模型参数基于文献数据，初始条件设定为典型暴发场景(S_p
(0)=400, I_l
(0)=50等)。

【模型构建与验证】
建立包含五类群体的ODE系统：易感香蕉植株(S_p
)、潜伏感染(I_l
)、症状感染(I_s
)、易感蚜虫(S_a
)和带毒蚜虫(I_a
)。通过盒方法证明解的正定性和有界性，确定模型在生物数学上的合理性。

【传播阈值分析】
推导出R_e
的显式表达式，显示其与抗性参数α负相关。当R_e
<1时，无病平衡点全局渐近稳定；R_e

1时，地方病平衡点稳定。前向分岔现象证实了该阈值行为的典型特征。

【敏感性分析】
识别出关键敏感参数：传播率β_b
(+0.4702)和β_v
(+0.2793)显著促进传播，而抗性率α(-0.2793)和清除率γ(-0.105)为有效抑制因子。

【防控情景模拟】
数值模拟揭示：单独使用10%抗性种植可使潜伏/症状感染分别减少36%/76%；而联合90%抗性种植与90%病株清除时，15个月内即可完全清除病害。这一协同效应远超各措施单独实施的效果。

该研究首次量化了抗性种植材料在BBTD防控中的核心作用，突破了过去模型忽略抗性因素的局限。结论支持通过育种计划推广抗性品种，并强调必须结合定期病株清除才能实现疾病根除。成果为热带地区制定成本效益优化策略提供了科学依据，尤其对非洲小农户具有重要实践指导价值。研究建议进一步开展田间试验验证模型预测，并探索抗性基因的分子机制以增强防控持续性。