互动科普

一种柑橘毁灭性病害正从佛罗里达蔓延到加利福尼亚。

撰文：安娜·库奇门特（Anna Kuchment） 翻译：王雪峰 审校：李中安

哈尔伯特像犯罪现场的侦探一样仔细调查着这棵树，然后在心里揣测她能想到的各种情况。她排除了由真菌引起的根腐病，理由是这棵树没有显现出任何腐烂症状。接下来，她想到了一种称为柑橘衰退病（citrus tristeza）的病毒性疾病，在西班牙语和葡萄牙语中衰退病意为“悲伤”，该病通过枝条嫁接传播，为害植株（柑橘种植者往往取一棵植株枝条上的芽，嫁接到另一棵树，以此来种植柑橘，而不是直接通过种子播种），但这棵柚子树没有经过嫁接。排除了所有其他可能之后，哈尔伯特的列表上剩下了世界上最具毁灭性的柑橘病害——黄龙病（huanglongbing）。

黄龙病，也称为青果病（citrus greening），在中国、印度、印度尼西亚和南非缓慢传播。2004年，黄龙病在巴西出现。该病会堵塞植株的循环系统，使植株死亡，留下畸形、苦味的果实。造成病害的细菌可以潜伏在一种叫做亚洲柑橘木虱的小型有翅昆虫的唾液腺里，通过昆虫取食叶片，将细菌注入植株体内。这种木虱的种群数量庞大，杀虫剂无法将其消灭，目前也无有效的方法来防治黄龙病。

哈尔伯特剪下了少量枝条带回实验室检测。几天后，她的担忧得到证实。柑橘黄龙病已经在美国橙汁产业的核心区着陆。

哈尔伯特拉响了警报，科学家和种植者们积极响应。他们挖除了病树，喷洒广谱杀虫剂，用纱网保护苗圃，从亚洲引进木虱天敌（寄生蜂）。研究人员开始给植株枝干注射抗生素，并寻找抗性基因来转入柑橘植株。但黄龙病仍在继续扩张，在过去8年里，超过一半佛罗里达州柑橘树感染黄龙病，2006到2011年间佛罗里达州政府花费了45.4亿美元、投入8 200多名专职人员来应对该病。佛罗里达大学突发病原研究所所长J·赫伦·莫里斯（J. Gleen Morris）说：“5年后，佛罗里达橙汁可能不复存在。”

自从哈尔伯特首次在美国发现黄龙病以来，该病已蔓延到佐治亚州、南卡罗来纳州、路易斯安那州和得克萨斯州。去年春天，洛杉矶也发现了这种病。2012年11月，检查员在加利福尼亚州商业果园中发现了能传播病害的木虱。除非科学家发现能防控黄龙病的方法，否则它将极大影响柑橘产业。

木虱的故事

哈尔伯特办公室在佛罗里达州节肢动物标本馆内。穿过标本馆的大厅时，你可以看到那里保存的约900万种昆虫标本，各种干制和镶嵌标本均放在窄木抽屉内，而摆放这些抽屉的高大金属陈列柜，塞满了几间屋子。作为FDACS植物产业部的昆虫学家，哈尔伯特利用这些标本来帮助识别几十种州检测员送检的昆虫。检查员们将果树和盆栽植株上采集的昆虫，放进装有酒精的小玻璃瓶，然后把玻璃瓶装入黄色的小商务信封，邮寄给哈尔伯特。她收到后，就放在办公桌上的托盘内进行分类鉴定。

哈尔伯特60来岁，低低地挽了个发髻，看起来像一个和蔼的图书管理员。但当投身到这场战斗，捍卫佛罗里达价值几十亿美元的柑橘产业时，她变身成了一个斗士。哈尔伯特是为佛罗里达州政府工作的8个昆虫学家之一，也是两个半翅目昆虫（例如蚜虫、叶蝉、木虱等吸食植株汁液的昆虫）专家之一。她的主要职责是，当有任何新的害虫入侵时，及时给种植者和管理机构发出预警。哈尔伯特说：“我的工作是让新发昆虫在我的雷达监测范围内，并搞清楚这些不速之客有多坏。”

从上世纪90年代中期，哈尔伯特从南非的一些同行那里听说青果病的危害以来，这种病害已经在她的监测范围里了。1998年6月在棕榈滩郡调查时，哈尔伯特成为美国首次发现木虱的人。她记得木虱的典型取食特征：身体与枝干呈45°。

回顾过去，哈尔伯特已经感觉到，她这次发现的背后潜在的巨大危害。但自从上世纪40年代巴西发现有木虱存在以来，直到1998年美国都没发现过一例黄龙病。因此，哈尔伯特和同事决定继续观察。她和一队检查员回到棕榈滩，四散开来寻找木虱，看其是否已经扩散开来。利用塑料粘虫板和白色塑料盘，哈尔伯特和同事地毯式地搜索木虱：他们用棍子击打芸香科的灌木和植株，对掉到盘子里的木虱进行计数。他们发现，棕榈滩郡外的木虱数量慢慢变少，直到没有。木虱的入侵看上去局限在海岸线96千米之内的范围，而且在采集到的昆虫中，检测结果均为黄龙病阴性。

这是一个好的信号。但哈尔伯特和同事继续对木虱和柑橘植株进行常规检测，始终对黄龙病症状保持警惕。2005年，她决定到民族聚居地开展更广泛的调查，那里有些人来自于黄龙病发病国家和地区。这就是她在迈阿密发现那棵染病柚子树的原因——这棵树种在一个来自中国台湾的女士家的后院。哈尔伯特说：“这是个糟糕的日子。”

当哈尔伯特确认，黄龙病的确出现了的时候，该病已经在佛罗里达快速传播，这主要是由于木虱的繁殖能力超强。每只雌虫在它一个月的生命周期内最多可以产800个卵，以至于在一棵树上可以同时存在40 000多只木虱。由于木虱可以蹦跳和飞翔，即使用杀虫率达99%的农药喷雾，也会留下很多幸存者。它们会转移到另一种喜欢的植株——月橘叶（orange jasmine）上取食，而这种植物产自迈阿密，是广受欢迎的灌木，在佛罗里达许多苗圃和折扣店内销售，这为木虱的传播提供了便利。

佛罗里达致命的飓风季节可能也成为木虱传播的一个因素。卡特里娜和其他热带风暴可能将木虱吹到更远的地方。同时，风暴也使得树体更弱，对病害更敏感。

作为外来生物，亚洲柑橘木虱在美国没有本地的天敌，这使得它们得以快速繁殖。因此昆虫学家迫切想寻找一种能消灭木虱的昆虫。

引进寄生蜂

去年夏天一个炎热的日子里，马克·霍德（Mark Hoddle）和克里斯汀·霍德（Christina Hoddle）租了一辆白色福特轿车，从加利福尼亚州里弗赛得驱车前往洛杉矶。车后座放着一个蓝色的小保温桶，里面装着一个冰袋和半打装着寄生蜂的小瓶，瓶内还有少量喂养寄生蜂的蜂蜜。马克开着车，克里斯汀则翻着一堆他们将要造访的实验点的材料。

加利福尼亚州是仅次于佛罗里达州的美国第二大柑橘产区。大部分佛罗里达柑橘用于榨汁，而加利福尼亚州则主要供应全美的鲜食柑橘。当2008年在圣迭戈郡首次发现柑橘木虱时，加利福尼亚州开始尽全力阻止木虱的扩张，使其不至于扩散到北部的中央峡谷。政府在圣迭戈喷洒杀虫剂，但木虱很快传播到洛杉矶，进而向海岸移动，因此他们需要制定新的应对计划。

马克和克里斯汀是加利福尼亚州大学里弗赛得分校的昆虫学家，主要从事外来入侵物种的防控。在加利福尼亚州发现第一只柑橘木虱后，马克读了一篇巴基斯坦旁遮普省的科学家在1927年撰写的论文，作者用触目惊心的表达方式描述了黄龙病的影响（“原本有商业价值的果园变成了只剩下干枯树干的废弃园子，这样的场景随处可见”）。文中还报道了一个本地的寄生蜂品种，该寄生蜂可消灭95%的亚洲柑橘木虱。马克想：“这些寄生蜂能在加利福尼亚州生存吗？”

南亚的亚洲柑橘木虱有天敌是很正常的，因为柑橘木虱可能起源于这里。但黄龙病、木虱和柑橘在何时、何地、怎么遇到一起的，始终是个谜。人们历来认为柑橘属发源于中国，但最近澳大利亚西悉尼大学的安德鲁·比蒂（Andrew Beattie）和同事的研究则暗示，大约3,500万年前，柑橘第一次出现在大洋洲，后来才传到亚洲。引起黄龙病的细菌候选是韧皮部杆菌属（Candidatus Liberibacter，由于该细菌很难培养，尚未被单独培养过，科学家还不能完全确定），它们可能起源于非洲。根据病害的毒力水平推断，这种细菌最近500年才从柑橘的近缘属传播到柑橘树上（如果柑橘和黄龙病已经一起共存很久，柑橘应该已经产生抗性或已经灭绝）。

比蒂推测，这种传播发生在非洲，柑橘木虱将细菌传到橙或橘树上，然后由于殖民地贸易，这些染病的植株或果实就被运到印度。人类的栽培同样也充当了重要角色。木虱在方便若虫取食的嫩梢上产卵。由于人们施肥灌溉，柑橘树快速生长和抽梢，这为各龄木虱创造了良好的生存空间。

亮腹釉小蜂（Tamarixia radiata）能在加利福尼亚州最重要的柑橘产区（中央峡谷）存活的前提是，加利福尼亚州的环境必须要和它们的原产地相似。马克向气候匹配软件输入数据后发现，巴基斯坦旁遮普省和加利福尼亚州产区环境非常相似，都具有夏季炎热干旱和冬季冷凉多雾的特征。他还意外地发现，旁遮普省一所重点农业大学的副校长毕业于加利福尼亚大学里弗赛德分校。马克说：“这让我有柳暗花明的感觉。”2011年，他和克里斯汀前往巴基斯坦，去学习关于亮腹釉小蜂的一切。

在9·11恐怖袭击后，从巴基斯坦引进寄生蜂不是一件容易的事。在加利福尼亚食品和农业部（California Department of Food and Agriculture）工作的马克从美国农业部申请到了许可证，建立了一个确保引进昆虫无病的检疫操作程序。他和他的博士后研究生花了数月来测试亮腹釉小蜂的寄主范围，观察其是否影响本地植株上的本地木虱，以及它们是否会寄生到一些以杂草为食的益虫上，以确保它们不会寄生到加利福尼亚本地的昆虫身上或破坏杂草的生物防治。最后，马克和克里斯汀在加利福尼亚大学里弗赛德分校建立了复杂有序的隔离间，里面有一系列检疫实验室，用幼嫩的的柑橘植株饲喂柑橘木虱，寄生蜂则在柑橘木虱身上繁殖。

2011年12月以来，马克和克里斯汀已经在洛杉矶、里弗赛德、橘郡和圣伯纳迪诺郡的10多个试验点释放了数以千计的亮腹釉小蜂。在那个夏天，他们常去调查洛杉矶的释放点，查看寄生蜂的情况。“这是一场城市战争，”马克说。尽管很热，他和克里斯汀还是穿着防晒服——长袖衬衫和长裤。

在美国，虽然亚洲柑橘木虱首先发现于圣迭戈，但它们似乎在以最快的速度向洛杉矶移动。在洛杉矶，人们喜欢在后院栽柠檬或酸橙树，许多人入关时从墨西哥带着柑橘回来，还有人从亚洲回来的时候在他们的行李箱里放些枝条。一棵染病的柠檬树的枝条，可以很容易地嫁接到酸橙或柚子树上，然后果树就可以同时结出两种果实。一旦木虱来到洛杉矶，它们将在人们的后院传播这种病害，重复在佛罗里达上演的情节。

加利福尼亚食品和农业部已经着手在洛杉矶喷洒杀虫剂来防控木虱，阻止它们传播，但这一切都是徒劳。只需要看看统计数据就知道问题出在哪里：2010年，在洛杉矶的300万住户中，大约40%的住户种有至少1棵柑橘树。这意味着，至少有120万户种植的柑橘树需要喷药处理。喷药一个星期或几个月后，还需要再喷。到2012年10月，加利福尼亚州已经给4%，即46,941户的树喷药，花费了470万美元，平均每户100美元。马克说：“从中你也可以看出，为什么这个方法不可行。”只有州政府搁置洛杉矶的喷药运动，马克和克里斯汀释放的寄生蜂才是安全的。

马克和克里斯汀把车停在了洛杉矶亚苏撒一个墨西哥居民区附近的酒店，打开他们的保温桶，准备再次释放寄生蜂。通过计算黄色粘虫板上的木虱数量，他们发现，这个地方的虫口数量特别高。克里斯汀朝停车场边上的一棵咖喱树（柑橘的近缘属）走去。这棵树叶色鲜绿，但她立刻就在这棵树上发现了大量不同生命阶段的亚洲柑橘木虱。在树枝顶端新发的芽上，可以看到橘黄色的卵、白色的无翅若虫和正在跳跃爬行的褐色成虫。三周前，马克和克里斯汀已经在这个停车场另一边的一些柠檬树上释放了几十只寄生蜂，他们想看看，这些寄生蜂是否已经在灌木中生存下来。如果是那样的话，说明这些寄生蜂将开始繁殖。

情况看起来不错：虽然寄生蜂比巧克力碎末还小，很难被发现，但它们已经摆脱了死亡和毁灭的命运。雌性寄生蜂通过在木虱的腹部产卵杀死后者。一旦幼虫孵化出来——幼虫看上去就像胖乎乎的蛆——它们就会在木虱体内蠕动取食，从内部将木虱吃掉，大约一星期后木虱就只剩下外壳了。马克说：“这就成了寄生蜂的外壳。”寄生蜂的幼虫密封在这个外壳里，用吐出来的丝把外壳牢牢的粘在树叶上。然后化蛹破茧，成虫在木虱壳顶部咬一个小洞爬出来。克里斯汀和马克在咖喱树上观察到了好几只正破蛹而出的寄生蜂。

这种寄生蜂也能用另外一种方法来消灭木虱。雌蜂在木虱背后，用产卵管反复刺入木虱并吸取血液。马克说：“被多次刺伤，加上被吸血，足以令亚洲柑橘木虱丧命。”有了这些超强的捕食技巧，一只寄生蜂就能消灭上百只木虱。在他们离开前，克里斯汀又在树上挂了几个小瓶，打开盖子让其中寄生蜂飞出来捕食。

马克和克里斯汀估计，截至去年12月，他们释放的寄生蜂已经在加利福尼亚州40%的试验点生存下来，并且向新的木虱侵入区扩散，有的已经移动到好几千米远的地方。但是，寄生蜂不能完全解决问题。马克说：“寄生蜂并不是一劳永逸的解决方案，不过如果我们能消灭30%的木虱，就能阻止木虱的快速繁殖，降低扩散速度。”

寄生蜂之外

佛罗里达的生物防治早于加利福尼亚。1999年，佛罗里达州就释放了第一批寄生蜂，随后又在城区陆续释放了上百万只来自于巴基斯坦、越南和中国的寄生蜂，同时，该州也停止了喷施农药。（佛罗里达的环境不像加利福尼亚州的中央峡谷，这里的气候更接近越南。）

一些佛罗里达的种植者开始尝试另一种颇有争议的方法，以缓解病树症状，让柑橘树和病害共存。韧皮部杆菌会侵染植株的输导系统，从而阻塞导管，影响糖分和其他养分从叶片运送到根部。佛罗里达大学食品和农业科学的昆虫学家菲利普·斯坦斯利（Philip Stansly）说：“如果根部受害，植株就不能有效地从土壤中吸收和运输微量元素等矿物质到叶片，因此植株受到了加倍的伤害。”

佛罗里达的很多种植者开始通过叶面施肥来为树体补充营养。麦金农公司的第三代柑橘种植者和经理蒂姆·威利斯（Tim Willis）说：“我把它比作艾滋病。现在感染艾滋病的人可以活很多年，为什么我们不让得病的柑橘树也活很多年呢？”早在木虱尚未来来到佛罗里达之前，蒂姆和麦金农的总裁莫里·博伊得（Maury Boyd）已经开始在公司的柑橘园采用名为“凯迪拉克”的施肥程序，他们给这些植株追施镁、锌和硼等肥料。当黄龙病入侵时，植物病理专家建议种植者挖除病树。但在佛罗里达发现黄龙病时，病害已经大面积蔓延，如果挖除病树，可能会毁了莫里和蒂姆的生意。蒂姆说：“这些树是我家生活的来源，有了它们，儿子才完成了大学学业，我不能轻言放弃。”

因此，麦金农公司进一步执行这套施肥方案，并联合其他种植者，常规地统一喷洒农药进行防治。当莫里和蒂姆拒绝挖除病树时，专家告诉他们，这些植株将会在5年内死亡。但时隔7年，这些树仍然活着并且产量未减。

去年11月，蒂姆开着他的皮卡车去果园做常规调查。植株长势良好，树上挂满了又大又黄的早熟品种哈姆林甜橙，这个品种一般在晚秋和初冬时节成熟。虽然果园的果树几乎100%感染黄龙病，但仅有少数植株和叶片表现出了该病的典型症状：斑驳的叶片、青果、落果。当然，仍然没人知道他的好运还能持续多久。蒂姆说：“以前，我们种一棵树，就希望这棵树能一直在那里，一代代传下去。而如今许多人认为，如果这棵树能维持10年、15年就很不错了。”

到目前为止，所有已发表的研究都证明，像莫里这样通过施肥来拯救病树的方法是不可行的。美国农业部的流行病学家蒂姆·R·哥特瓦尔德（Tim R. Gottwald）说：“施肥不可能根治此病。”他和几个同事已经发表了系列防控研究，结果表明增施肥料无益于树体健康、果实质量或产量。事实上，哥特瓦尔德认为，这样做甚至更危险，因为这种做法掩盖了黄龙病症状，让染病植株隐症带毒。

蒂姆的果园附近，另一家大型橙汁供应商南方花园柑橘公司则采取了另一种方法。该公司总裁里克·克莱斯（Rick Kress）透露，公司已经挖除病树并补栽了65万棵树，占了总数的1/4，所有的苗木均来自于防虫网内的无病树苗。病菌可以在植株体内潜伏数月或几年才表现出症状，使得根除该病十分困难，但工人们仍坚持观察果园内果树的黄龙病症状。克莱斯的果园里，黄龙病侵染率已明显降低，但他的成本也相应增加了40%～50%。

科学家正加紧寻找新的防控方法。以前的一些研究表明，在根部输入或在树干注射青霉素可以让它们从病症中恢复，让根系更发达。2011年，佛罗里达大学的吉姆·格雷厄姆（Jim Graham）发现，硫酸铜也具有同样的功效。因为硫酸铜不像青霉素那样能作用于人类，因此可能更容易通过环境保护机构的条例。但通过注射来延长植株的寿命，潜在的成本将十分高昂。

从长远来看，解决之道在于遗传工程。得克萨斯农工大学的植物病理学家埃里克·米诺科夫（Erik Mirkov）已经将两个来自于菠菜的抗黄龙病基因转到了柑橘里。康奈尔大学的科学家正在培育能趋避亚洲柑橘木虱的柑橘，这两种技术最终可能结合起来。这两项研究都获得了南方花园公司的资助，他们已经投入600万美元用于控制黄龙病的研究。但转基因产物的注册审批周期长、花费高，同时还面临公众能否接受的问题。许多人担心，这一系列问题解决后，是否还来得及拯救柑橘产业。哈尔伯特说：“我们需要开创性的想法来解决这一问题。”

本文作者：安娜·库奇门特（Anna Kuchment）是《科学美国人》资深编辑。 

本文译者：王雪峰是中国农业科学院柑橘研究所副研究员，目前在与美国农业部进行黄龙病的合作研究。

本文审校：李中安是中国农业科学院柑橘研究所所长助理兼植保研究室主任和国家苗木脱毒中心主任，研究方向为植物病理和作物遗传育种。