苹果黑星病菌(Venturia inaequalis)性生殖起始时间新证：落叶前即可启动的扫描电镜证据

这篇研究通过扫描电镜(SEM)首次证实苹果黑星病菌(V. inaequalis)可在落叶前启动性生殖，发现同一叶片多病灶间能形成假囊壳(pseudothecia)初始结构。该发现揭示了病原菌遗传重组存在"叶片内优先"现象，为混合果园防控"超级菌株"(super races)风险提供理论依据，对优化落叶前后病害管理策略具有重要实践意义。

　　

1 引言

苹果黑星病作为全球栽培苹果(Malus × domestica)最具破坏性的病害，每年造成高达70%的产量损失。其病原菌Venturia inaequalis具有独特的双繁殖模式：无性阶段产生分生孢子(conidia)引发生长季感染，而有性阶段通过假囊壳形成子囊孢子(ascospores)成为次年春季初侵染源。传统认知认为性生殖仅发生于落叶后的腐殖质中，但英国东茂林研究站多年田间观察发现，病原菌群体遗传重组频率低于随机交配预期，暗示可能存在"落叶前交配"现象。

2 材料与方法

实验设计包含体外培养与叶片样本双重验证体系：

• 体外培养：从易感品种'嘎拉'(Gala)和抗性品种M. floribunda分离菌株，构建相容/不相容交配组合，通过SEM观察假囊壳发育差异

• 田间样本：采集三类叶片（无病斑、单病斑、多病斑），分即时固定与实验室模拟越冬（4°C→9°C梯度处理）两组

• SEM技术：改良Alves样本制备法，用1%单宁酸替代剧毒锇酸，通过二次电子探测器捕捉微米级结构

3 结果

3.1 体外假囊壳结构

不相容交配仅产生直径约20μm的初始圆形结构（图1A-C），而相容组合形成50-150μm的成熟假囊壳（图1D-F），其内可见子囊孢子，结构与其它子囊菌门真菌高度相似。

3.2 落叶前叶片证据

多病斑叶片边缘发现突起柱状结构（图2D-F），直径30-50μm，明显区别于无病斑叶片的清洁表面（图2A）和单病斑叶片的指状分生孢子梗（图2C）。这些结构在抗性品种TSR33T239叶片上完全缺失（图2B）。

3.3 越冬发育验证

实验室模拟越冬后，多病斑叶片假囊壳发育成熟（图2G-I），而单病斑叶片仅保留初始结构（图3），证实性生殖启动需双菌株共存。值得注意的是，初始结构在田间采样时（落叶前）已存在，打破"必须落叶后启动"的传统认知。

4 讨论

该研究首次通过微米级影像证据揭示V. inaequalis存在"双阶段交配"机制：

• 落叶前启动：叶片衰老过程中，相容菌株通过菌丝融合启动减数分裂，形成假囊壳原基

• 落叶后成熟：需4°C低温诱导完成子囊孢子发育

这一发现对病害防控具有三重启示：

1. 抗性育种：混合果园中不同品种菌株的跨叶片重组概率大幅降低，缓解对超级菌株的担忧

2. 防治时机：建议在落叶前2-3周施用杀菌剂，阻断性生殖启动阶段

3. 生态管理：结合落叶前微生物拮抗剂与落叶后清园措施，可减少90%以上越冬菌源

研究同时为植物病原真菌群体遗传学研究提供新视角，提示传统基于随机交配的进化模型可能需要修正。未来研究可聚焦于：

• 叶片内菌株交配的分子识别机制

• 不同温度梯度对假囊壳发育的影响阈值

• 新型late-season杀菌剂的开发策略