段淑人1* 張沛文1 石憲宗2 鄧文玲3 蘇秋竹4 馮鈞育4
1國立中興大學昆蟲學系
2農委會農業試驗所應用動物組
3國立中興大學植物病理學系
4農委會農業藥物毒物試驗所農藥應用組
*通訊作者 e-mail: [email protected]
摘 要
果樹木質部難養菌病害中最受矚目的即是由 Xylella fastidiosa 引起的細菌 性病害，此菌為革蘭氏陰性且端部長有纖毛。它侷限於植物木質部導管中繁殖，
並造成水份阻塞而產生植物急速缺水、焦枯的病徵。全球重要的經濟果樹病害如 葡萄皮爾氏病 (Pierce's disease) 及柑桔斑駁黃化病 (citrus variegated chlorosis) 即由此菌造成。褐透翅尖頭葉蟬 (Homalodisca vitripennis) 入侵美國加州後，即 成為皮爾氏病的主要媒介昆蟲，因其具有長距離遷移的能力、雜食性及高發生率，
可加速皮爾氏病的擴散，對美國釀酒葡萄產業造成巨大的威脅。近年來我國亦於 中部橫山梨園區發現此菌造成梨葉緣焦枯病 (pear leaf scorch) 的案例，經由田間 監測與分子檢測結果，推測白邊大葉蟬為候選媒介昆蟲。由於許多因子均可影響 此病害的發生率與嚴重性，在做好防治策略規劃前，必需先對各種影響因子徹底 了解，如病原菌的分類、特性、感性植物及中間寄主之物種範圍、媒介昆蟲種類 及其生態學、傳病機制與適宜發病的環境條件等。故本篇擬針對葡萄皮爾氏病的 蟲媒機制、傳病率與我國梨葉緣焦枯病候選蟲媒白邊大葉蟬之生物學及生態學的 研究進度做一報告。
關鍵詞：木質部難養菌、傳病機制、傳播率、褐透翅尖頭葉蟬、葡萄皮爾氏病、
梨葉緣焦枯病
前 言
Xylella fastidiosa Wells 是一種木質部難養菌，為桿狀、革蘭氏陰性細菌，菌 體端部具有長短不一之多型性纖毛 (pili of various types)，因侷限於木質部繁殖造 成菌落聚集，常在感染後數月菌體嚴重阻塞導管、妨礙水份傳送，引起植株枝條 或葉柄末端呈缺水現象，而產生葉片黃化、焦枯、似被火灼燒之病徵。為害之作 物包括多種重要經濟果樹，如葡萄、杏仁、柑桔、咖啡、梨子及其他梨果類樹種，
以及夾竹桃、苜蓿與其他園藝花卉種類。其中引起全球矚目的即為葡萄皮爾氏病 (Pierce's disease, PD)，在美國數個重要的釀酒產業地區均已遭受其威脅 (Hill &
Purcell, 1995; Hopkins & Purcell, 2002; Redak et al., 2004)；而另一個由 X.
的分佈與田間帶菌率進行全面的採集與檢測，經黃色黏板上取得之數千隻褐透翅 尖頭葉蟬樣品，以 RT-PCR 分析後僅有 3 個檢體帶有，此意謂褐透翅尖頭葉蟬 持續地擴散葡萄皮爾氏病，而德州地區之葡萄園也即將成為 X. fastidiosa 感染之 新疫區，造成該疫病之持續擴散中 (Hail et al., 2010)。感病葡萄株可能在受病原 菌侵入後數個月才逐漸呈現病徵，包括葉緣黃化、赤褐色，至全葉焦枯脫落只剩 葉柄，藤莖呈不規則木質化而留下小區域的綠色條斑，即將成熟的果粒整串乾燥 懸吊於樹上，植株呈現矮化、短藤、小葉或新芽變形等 (Varela et al., 2001)。由 於許多因子均會影響 Xylella 病害發生的頻率及嚴重性，故對於該菌系特性、感 性寄主及替代寄主植物物種、媒介昆蟲之生物及生態特性、環境氣候對媒介昆蟲 與病勢的發展，以及蟲媒之傳病機制等均需詳加了解，以利累積擬訂防治策略時 之必備要素。在台灣近年來已於中部橫山梨果園陸續發現由 X. fastidiosa 感染之 葉緣焦枯病疫區，在數年的監測及分子檢測數據中呈現木質部取食者白邊大葉蟬 Kolla paulula (Walker) 可能為本病之媒介昆蟲。本篇即針對國外數種葉蟬媒介 Xylella 病害的傳播機制、傳播率進行探討，並報告我國梨葉緣焦枯病候選蟲媒白 邊大葉蟬之生物學及生態學。
媒介昆蟲寄主營養與其食性、生長發育之研究
植物木質部汁液為貧瘠的胺基酸流質，含有多於 80% 的水與少數無機鹽類離 子所組成。因此木質部取食者 (xylem feeder) 為了能夠維持生長與繁殖，勢必演化 出特殊的行為及生理適應；包括大量的取食植物汁液、高效率地吸收胺基酸、及 頻繁遊走於各寄主植物間 (Tipping et al., 2004; Mizell et al., 2008)。也由於一般木 質部取食者僅能吸食植株木質部汁液的水份與無機鹽類離子，通常其寄主範圍相 對較為廣泛。褐透翅尖頭葉蟬即是一種相當雜食的昆蟲，可取食超過 100 種隸屬 37 科的植物，不同的寄主植物可影響褐透翅尖頭葉蟬卵的孵化率、若蟲發育時 間、存活率、及雌蟲之產卵量；混和多種植物共同飼育褐透翅尖頭葉蟬，將可提 高產卵量及有效建立室內族群 (Hoddle et al., 2003; Chen et al., 2010)。葉蟬在若蟲 期與成蟲期具有不同的營養需求，能提供若蟲完整發育的植物種類遠遠超過成蟲
命維持佔有相當大的重要性，然而實驗室內的生態研究，均限制了褐透翅尖頭葉 蟬寄主植物選擇的多樣性 (Russell et al., 2003; Brodbeck et al., 2007; Mizell et al., 2008)。除了寄主植物之營養成份對褐透翅尖頭葉蟬之生理表現有影響外，其生活 葉蟬經確認為美國地區葡萄皮爾氏病的媒介昆蟲 (Severin, 1950; Nielson, 1968;
1979) 。 整 合 褐 透 翅 尖 頭 葉 蟬 、 藍 綠 尖 頭 葉 蟬 (Graphocephala artropunctata (Signoret))、綠尖頭葉蟬 (Draeculacephala minerva Ball)、紅首尖頭葉蟬 (Xyphon fulgida Nottingham) 及數種沫蟬的傳毒率、繁殖棲所、寄主植物、發生頻率、分 散能力等，確認褐透翅尖頭葉蟬對病害擴散之威脅性最高 (Varela et al., 2001)。
而柑桔斑駁黃化病亦可由 10 屬 11 種葉蟬傳播 (Krugner et al., 2000)。因此有數 種木質部取食性葉蟬，因具高效率傳播 Xylella 病害之能力，而被視為重要的農 業害蟲。
Xyella fastidiosa 之寄主植物範圍及媒介昆蟲傳播率之研究 蟲媒植物病害的傳播率高低，依媒介昆蟲種類及寄主植物品系之不同組合而 (Severin, 1949; Turner & Pollard, 1955; Purcell, 1979, 1980; Almeida et al., 2001)。而 X. fastidiosa 菌在罹病柑桔葉柄導管中成功建立菌落的機率僅 6.4-13.5% 亦遠低 於葡萄中的 40% (Mollenhauer & Hopkins, 1976; Alves et al., 2004)。經調查發現加 州 Temecula 山谷之葡萄皮爾氏病發生的頻度及嚴重程度，與葡萄園和柑桔園鄰 近程度有密切關係，即使褐透翅尖頭葉蟬往返於兩種果園間取食，但未見柑桔感 染 X. fastidiosa 病害的病徵出現。再度印證葡萄與柑桔對 X. fastidiosa 菌種有不 同的感受性及忍受程度，但柑桔仍可保有該菌使褐透翅尖頭葉蟬得以獲毒而增加
蟬可取食上百種植物，分別提供其全年生長發育與繁殖之營養所需 (Mizell et al., 2008)，因為具有強飛行能力、多元的寄主植物、高取食量及頗長的成蟲期，造成 它有較大的機會獲取不同品系的 X. fastidiosa 菌體，而成為最優勢的媒介 Xylella 病的害蟲。將褐透翅尖頭葉蟬連續曝露於感染皮爾氏病的葡萄及葉緣焦枯病的夾 竹桃之環境中，可利用 PCR 測得單獨獲得一種菌體且成功繁殖的分別有 29%
(PD) 及 41% (OLS)，而同時測得兩種菌系的葉蟬僅有 7%，可傳其中一種菌系至 健康株者約為 39%，且無任何蟲體可同時傳兩種病害，即使經取食非寄主植物長 達一週，褐透翅尖頭葉蟬體內仍保有 X. fastidiosa 菌體 (Costa et al., 2006)。不同 植物木質部汁液可能對 X. fastidiosa 菌體的生長、聚集與附著型式均有影響，採 自葡萄柚、柑桔、檸檬的木質部汁液造成菌體結集成一團白色的菌塊，而取自於 葡萄藤的木質部汁液則使得 X. fastidiosa 菌體產生一層厚而明顯易見的生物膜 (biofilm)，且經接種數天後發現 X. fastidiosa 菌體在柑桔、檸檬植株內的密度低 於葡萄，且柑桔木質部汁液亦呈現顯著抑制生物膜形成的情形，此將影響植株對 病菌之感受性及媒介昆蟲傳毒成功率 (Bi et al., 2007)。而媒介昆蟲對於健康株或 罹病株亦有不同之取食偏好性，即在植株上之停留取食時間或移動頻度有所差 異，因而影響病原菌擴散的速率 (Sisterson, 2008)。
葉蟬媒介 Xyella fastidiosa 之傳播機制與生物膜之形成 葡萄皮爾氏病的病原 X. fastidiosa 菌體經常可自田間採集之藍綠尖頭葉蟬 的前腸分離出來。在光學或掃描式電子顯微鏡下觀察受感染之葉蟬，可見該菌附 著於蟲體食料腔及食道上呈繁殖狀態。藍綠尖頭葉蟬在取食罹病葡萄時，於獲毒 後 2 小時即可成功傳毒，如此短暫的潛伏期顯示，高效率的葉蟬一旦獲得病菌 時，只需利用取食行為即能成為有效的傳毒者，不需要在蟲體內循環、或等待長 時間的繁殖。若蟲經過蛻皮即消失傳毒能力，但只要再度取食罹病株即可獲毒，
此菌不會經由卵傳播，且只要成蟲感染獲毒，即可持續傳播病菌，最長可達數個 月，且在獲毒兩週後即可於食料腔及前食料腔發現如地毯般覆蓋的菌層 (Severin, 1949; Freitag, 1951; Purcell, 1979; Purcell et al., 1979; Purcell & Finlay, 1979;
Oncometopia facialis 及 Dilobopterus costalimai 於獲毒 48 小時並培養二週後，
發現 X. fastidiosa 菌體以側邊附著於食料腔、以菌體端部附著於前食料腔 (Alves et al., 2008)。當葉蟬刺吸罹病植株時，存在木質部汁液中之 X. fastidiosa 菌體可 以 5 to 50 cm/s 的流速經過蟲體前腸，此流動可造成部份附著的菌體於生物膜形 成前脫離前腸內壁表皮，在初期是以側向附著，但菌落大量形成時則以端部附著 蟲體表皮 (Almeida & Purcell, 2006)
。
X. fastidiosa 在植株木質部內與植物之多醣類發生作用，同時菌體蛋白質參 與細胞附著、酵素分解果膠聚葡萄糖及纖維素等作用，菌體可分解利用植株之養 分作為碳源 (Roper et al., 2007)。類似的狀況亦發生在媒介昆蟲的前腸壁，X.
fastidiosa 可消化蟲體表皮結構之多醣類成為營養生長之原料，例如果膠，此等碳 源亦會影響傳毒機制與效率 (Killiny & Almeida, 2009a)。昆蟲體結構性多醣類以 纖維素及幾丁質為最主要的成份，也是許多微生物生長時重要的有機碳、氮源，
可供其在環境中存活，有助於其在寄主與媒介昆蟲體中生存、附著與傳播的元素，
但某些醣胺類如 N-acetylglucosamine 亦會抑制細菌對蟲媒的黏附 (Gooday, 1990;
Keyhani & Roseman, 1999; Killiny & Almeida, 2009b)。幾丁質亦可誘發細菌表現型 的改變，顯著增強黏附性，故 X. fastidiosa 菌不僅可利用蟲媒前腸壁為碳源，更
Keyhani & Roseman, 1999; Killiny & Almeida, 2009b)。幾丁質亦可誘發細菌表現型 的改變，顯著增強黏附性，故 X. fastidiosa 菌不僅可利用蟲媒前腸壁為碳源，更