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栖息地恢复实际上是在加利福尼亚荒地上杀死植物吗?

2014年,加利福尼亚州农业部的植物生物学家报告了一个令人震惊的发现:在苗圃中种植然后种植在加利福尼亚州周围的生态恢复地点的本地野花和草本植物感染了疫霉(Phytophthora tentaculata),这是一种致命的外来植物病原体,可导致根和茎腐烂。

虽然生态学家长期以来对进口观赏植物所带来的外来植物病原体持谨慎态度,但这是加利福尼亚州首次在用于恢复工作的本土植物中发现这些微生物。他们在修复地点的存在提出了可怕的可能性,即生态恢复,而不是将受干扰的地点归还其自然美景,可能实际上将致命的植物病原体(例如与突然橡树死亡有关的病原体)引入野外。

加州大学伯克利分校自然资源学院的新工作首次表明了修复苗圃中病原体的威胁可能是多么广泛和致命。

该团队调查了加利福尼亚州北部的五个本地植物苗圃,发现其中有四个寄生于外来的或非本地的疫霉病病原体。研究人员发现,天然植物苗圃病原菌的菌株有时比野生菌株更具侵袭性,其中一些菌株对可用于控制它们的杀菌剂的耐药性迅速下降。

研究人员与该州各地的修复苗圃合作,表明新的管理技术与检测病原体的新方法相结合,可以帮助这些苗圃限制外来病原体的传播。

“其中一些修复项目耗资数千万美元,但当然它们的实际价值要高得多,因为健康的自然生态系统提供了丰富的服务,包括支持动植物生物多样性,提供良好的水和空气质量,以及愉快娱乐场所,“加州大学伯克利分校的合作推广专家兼环境科学,政策和管理副教授Matteo Garbelotto说。

“受外来植物病害影响的生态系统中的此类服务大大减少,而水流失和侵蚀,外来植物和动物的建立,甚至更热的野火可能会随着自然生态系统中的疾病爆发而增加,”Garbelotto说。

病原体进化为智胜杀菌剂

使人类生病的细菌不断发展以抵抗旨在对抗它们的抗生素,并且已经在导致农业植物疾病的微生物中记录了对杀真菌剂的抗性。Garbelotto和他的团队想知道在天然和观赏植物苗圃中广泛使用杀真菌剂是否也可以加速植物病原体中杀真菌剂抗性的发展。

他们的研究部分是由于他们在俄勒冈州森林中发现了一种新的突然橡树死亡病原菌株,这种病毒对一种通常被称为亚磷酸盐的杀真菌剂具有高度耐受性,这种杀菌剂是野生植物寄生虫的主要武器之一,因为它的应用确实如此。不会引起任何已知的负面环境副作用。

他们与一群新西兰研究人员一起,决定研究Phytophthora的杀真菌剂抗性 - 一种植物病原体属,可以致命的溃疡病和根腐病 - 两种重要的杀菌剂,包括亚磷酸盐。

研究人员从森林和苗圃中的11种物种中收集了许多疫霉菌样本。然后他们测试了每个物种对多个个体的亚磷酸盐的敏感性。

研究人员在PLOS ONE报道,虽然大多数测试的物种总体上仍对亚磷酸盐敏感,但四种物种的菌株能够抵抗这种化学物质的影响。其中包括北美突然橡树死亡背后的寄生虫Phytophthora ramorum和欧洲突然落叶松死亡,以及最近由加州本地植物苗圃和修复地点的加州大学伯克利分校研究人员首次发现的Phytophthora crassamura。

这四种物种中的每一种中的一些菌株虽然在遗传上几乎与仍然对亚磷酸盐敏感的菌株相同,但对其具有抗性。Garbelotto说,当比较几乎遗传相同的菌株时,化学耐受性或化学敏感性的存在表明抗性的发生最近才发生,可能是因为在原生和观赏苗圃中广泛使用亚磷酸盐。

“这些病原体可以在植物生产设施中充斥着这些化学物质,在研究开始时,我们假设在这种困境中,这些病原体将被迫产生抵抗力”Garbelotto说。“事实上,我们的假设是正确的,我们发现它们中的一些进化出了耐受亚磷酸盐暴露的能力。”

虽然亚磷酸盐仍可以帮助刺激植物的免疫系统,但这可能不足以平息疾病的传播,Garbelotto说。

“通过加压这些病原体来发展对亚磷酸盐的抗性,我们有效地将亚磷酸盐作为管理这些疾病暴发的潜在工具,”Garbelotto说。“此外,快速培养对杀菌剂的耐受性的能力可能表明这些病原体可以迅速适应新环境。因此,它们可能成为强大的侵入性生物体,侵袭更大的自然区域并导致重要的本地植物群的疾病和死亡“。

广泛但可修复的问题。

自从在加利福尼亚州恢复地点首次发现疫霉菌以来,加州大学伯克利分校和其他人的研究已经将野生树木和植物的死亡追溯到源自原生植物苗圃的病原体菌株,而不是已经在野外发现的菌株。然而,很少有研究证明问题的普遍程度。

在最近发表在植物病理学杂志上的一项研究中,加州大学伯克利分校的研究人员对加利福尼亚州五个修复苗圃中的203株植物进行了检查,发现55株植物感染了疫霉。

“我们能够证明这在加利福尼亚是一个普遍的问题,”Garbelotto说。“他们使用的大部分种群都是侵染的,水平非常高。对于某些物种,我们测试的植物中有超过50%被感染。”

然后,该团队与受感染的托儿所合作,实施新的最佳管理实践,试图在不使用亚磷酸盐或其他杀菌剂的情况下限制疾病的传播。这些简单的指导方针,包括更加谨慎地管理水径流和土壤以减少交叉污染,在实施后每年将疾病流行率降至接近零。

“我们能够证明,在遵循指南一年后,这些设施中没有病原体,其他不符合指南的设施仍然存在病原体,”Garbelotto说。“由于这些发现,人们现在投入大量资金和精力确保植物清洁,遵循类似的指导方针,并确保不使用杀菌剂来避免产生抗药性。”

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