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      王草莖點霉葉斑病病原鑒定及生物學(xué)特性

      2016-07-25 15:09:36張馳成吳偉懷粱艷瓊鄭金龍
      江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2016年6期
      關(guān)鍵詞:生物學(xué)特性

      張馳成++吳偉懷++粱艷瓊++鄭金龍++習(xí)金根++鄭肖蘭++唐文++許沛冬++李銳++賀春萍++易克賢

      摘要:針對在廣西橫縣發(fā)生的一種王草葉斑病害,為明確其病原種類,采用形態(tài)學(xué)和分子生物學(xué)方法進行了鑒定,并研究其生物學(xué)特性。結(jié)合致病菌的形態(tài)特征以及ITS序列系統(tǒng)聚類分析結(jié)果,將其鑒定為草莖點霉(Phoma herbarum)。生物學(xué)特性研究表明:該菌菌絲體適宜生長的溫度為20~32 ℃,最適溫度為25~28 ℃;菌絲體生長的最適pH值為5~8;菌絲體生長的最佳碳源為葡萄糖、蔗糖和甘露醇;最佳氮源為蛋白胨,而尿素則不適合菌絲體生長;光/暗交替或暗/光交替均有利于菌絲體生長;菌絲體致死溫度為50 ℃,10 min。

      關(guān)鍵詞:王草;莖點霉;病原鑒定;ITS;生物學(xué)特性

      中圖分類號: S435.4文獻標(biāo)志碼: A文章編號:1002-1302(2016)06-0210-05

      收稿日期:2015-02-06

      資助項目:公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項 (編號:201303057)。

      作者簡介:張馳成(1992—),男,安徽馬鞍山人,碩士研究生,主要從事熱帶牧草病害調(diào)查及病原鑒定等研究。E-mail:cczhang1992@126.com。

      通信作者:賀春萍,碩士,副研究員,從事橡膠樹根病的拮抗菌篩選等研究,E-mail:hechunppp@163.com;易克賢,博士,研究員,從事熱帶牧草、劍麻和蘆筍真菌病害與抗性遺傳育種研究,E-mail:yikexian@126.com。王草(Pennisetum)別稱皇草、皇竹草,是以象草為母本、美洲狼尾草為父本雜交(Pennisetum purpureum×P.americanum)育種而成[1]。我國于1982年由中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院從哥倫比亞引進,經(jīng)過多年試種選育而成,后定名為熱研4號王草(Pennisetum purpureum×P.americanum cv. Reyan No.4)[2]。王草為多年生牧草,具有產(chǎn)量高、生長快、抗倒伏、耐干旱、抗病力強等特點,而且莖葉柔軟口感好,營養(yǎng)豐富,以優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)而著稱,被譽為“草中之王”[3],是各種草食性牲畜和魚類的優(yōu)質(zhì)飼料。適宜在我國熱帶及亞熱帶種植,目前已經(jīng)在海南、廣東、廣西、云南等地成功種植,是華南地區(qū)最適于集約化栽培的刈割型禾本科牧草[4]。然而,隨著種植面積的不斷擴大以及種植年限的延長,各種病害逐漸發(fā)生并逐年加重,很大程度上限制了包括王草在內(nèi)的牧草產(chǎn)量及質(zhì)量[5-6]。牧草病害可使牧草生長量減少,產(chǎn)草量降低,營養(yǎng)成分含量和可消化率下降,有害物質(zhì)含量增加,進而導(dǎo)致動物日增體質(zhì)量減少[7]。王草作為南方主要熱帶牧草之一,同樣面臨多種病害尤其是真菌病害的影響。

      2015年5月,在廣西橫縣出現(xiàn)了成片王草大規(guī)模發(fā)生葉斑病的情況,且有迅速蔓延之勢。為明確其病原,本試驗通過病原菌形態(tài)學(xué)檢查,結(jié)合分子生物學(xué)手段對該致病菌進行了鑒定,進而對其進行了生物學(xué)特性研究,以期為當(dāng)?shù)赝醪萑~斑病害的發(fā)生及綜合防治提供理論依據(jù)。

      1材料與方法

      1.1材料

      1.1.1 供試菌株從廣西橫縣熱研4號王草上采集病樣,經(jīng)室內(nèi)無菌條件下分離及單孢分離純化得到供試菌株。

      1.1.2供試培養(yǎng)基馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基(PDA):馬鈴薯200 g,葡萄糖15~20 g,瓊脂15~20 g,ddH2O定容至 1 000 mL,自然pH值;查氏瓊脂培養(yǎng)基(Czapek):硝酸鈉2 g,磷酸氫二鉀1 g,硫酸鎂0.5 g,氯化鉀0.5 g,硫酸鐵0.01 g,蔗糖30 g,瓊脂15~20 g,無菌水定容至1 000 mL。上述培養(yǎng)基均于121 ℃高壓滅菌20 min后備用。

      1.1.3試劑及儀器真菌核糖體內(nèi)轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)(rDNA-ITS)通用引物 ITS1(5′-TCCGTAGGTGAACCTGCGCGG-3′)和 ITS4(5′-TCCTCCGCTTAT TGATATGC-3′)由英濰捷基(上海)貿(mào)易有限公司合成。Taq酶、PCR buffer、dNTPs、DNA片段回收試劑盒及T1載體等均購自北京全式金生物試劑公司,其他試劑均為國產(chǎn)分析純。

      1.2方法

      1.2.1病樣采集及病原菌分離純化采用常規(guī)組織分離法進行病原菌的分離純化[8]。將田間采回的發(fā)病王草葉片沖洗干凈、晾干,在病健交界處剪取(2~3) mm×(2~3) mm的組織塊。于超凈工作臺中,首先用0.1% Hgcl2溶液消毒約 1 min,然后用75%乙醇漂洗30 s,經(jīng)無菌水漂洗2~3次后用滅菌濾紙吸干,置于PDA培養(yǎng)基中,在25 ℃條件下培養(yǎng)2~3 d。待菌落長出后,從其邊緣挑取菌絲塊,置于平板PDA培養(yǎng)基上進行純化,獲得分離菌株。

      1.2.2病原菌形態(tài)學(xué)鑒定將分離純化得到的病原菌接種于PDA培養(yǎng)基平板上,25 ℃培養(yǎng)6~7 d,期間觀察并記錄菌落在培養(yǎng)基上的生長狀況;在顯微鏡下觀察菌絲體與分生孢子的形態(tài),測量分生孢子的大小,并拍照保存。

      1.2.3病原菌致病性測定取健康王草嫩葉,先用無菌水洗干凈,再經(jīng)75%乙醇消毒,并再次用無菌水沖洗后晾干。將直徑5 mm的菌餅接種于經(jīng)消毒針頭刺傷的葉片(菌絲面緊貼在葉片傷口處),每葉接種2塊菌餅,重復(fù)處理3個葉片,接種無菌培養(yǎng)基塊作為對照。于托盤內(nèi)保濕。接種2 d后開始觀察發(fā)病癥狀,3 d后除去菌絲塊,記錄病斑大小和顏色。待接種葉片發(fā)病后,按照柯赫氏法則,從病部再分離病原菌,觀察所得分離物與原接種病原菌的形態(tài)特征是否一致。

      1.2.4病原菌分子生物學(xué)鑒定

      1.2.4.1病原菌基因組DNA的提取和 PCR 擴增用真菌DNA提取試劑盒(Biomiga Fungal gDNA Kit)提取供試菌株DNA,于超微量紫外分光光度計測定DNA濃度及純度,其余的DNA溶液置于-20 ℃冰箱保存?zhèn)溆谩S靡颕TS1/ITS4對其rDNA的2個內(nèi)轉(zhuǎn)錄間區(qū)和5.8S區(qū)段進行PCR擴增。每個反應(yīng)體系體積為20 μL:10×PCR反應(yīng)緩沖液2 μL,dNTPs (10 mmol/L) 1.6 μL,引物ITS1和ITS4 (10 μmol/L)各0.5 μL,Taq DNA聚合酶(5 U/μL) 0.2 μL,DNA模板 1 μL,ddH2O補足20 μL。用雙蒸滅菌水代替模板DNA作陰性對照。PCR擴增反應(yīng)在PCR擴增儀(Eppendorf Mastercyler gradient)上進行。擴增程序為:94 ℃預(yù)變性3 min;94 ℃變性30 s,60 ℃退火30 s,72 ℃延伸45 s,35個循環(huán);最后72 ℃延伸5 min,4 ℃保存。取 5 μL PCR產(chǎn)物用1% 瓊脂糖凝膠電泳檢測,分析PCR產(chǎn)物片段大小,并用凝膠成像系統(tǒng)拍照保存。

      1.2.4.2PCR產(chǎn)物的回收、克隆及測序PCR產(chǎn)物經(jīng)電泳分離后,在紫外燈下切下含目的片段的瓊脂糖凝膠,轉(zhuǎn)入無菌的微量離心管,用膠回收試劑盒(OMEGA Gel Extraction Kit)回收純化,具體操作步驟參見說明書;與T1載體連接后轉(zhuǎn)化感受態(tài)DH5α。經(jīng)藍白斑篩選后,隨機挑取5個白斑,利用通用引物M13F/R對待鑒定的菌液進行PCR鑒定。反應(yīng)體系以及PCR擴增反應(yīng)程序參照“1.2.4.1”節(jié)。反應(yīng)結(jié)束后,取5 μL擴增產(chǎn)物1.0%瓊脂糖凝膠電泳后紫外燈下檢查擴增結(jié)果。選取陽性克隆,提取質(zhì)粒DNA,送英濰捷基(上海)貿(mào)易有限公司測序。

      1.2.4.3病原菌rDNA-ITS序列系統(tǒng)發(fā)育樹的構(gòu)建獲得的序列在DNAStar中,利用ITS1、ITS4引物序列去除多余的載體序列。將所得序列在GenBank(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/)進行Blast比對及同源序列分析,并下載Phoma屬的P. herbarum、P.omnivirens、P. eupyrena、P. schachtii、P. muscivora、P. haematocycla、P. polemonii、P. dutchum、P. multirostrata、P. aliena、P. costarricencis、P. sexea、P. destructiva、P. bulgarica、P. pereupyrena、P. matteuciicola、P. insulana、P. digitalis、P. crystallifera、P. acetosellae等20個種的37條rDNA-ITS序列。利用MEGA 4.0軟件中鄰接法 (neighbor-joining,NJ) 進行聚類分析,繪制出相應(yīng)的系統(tǒng)發(fā)育樹,重復(fù)次數(shù)為 1 000 次。

      1.2.5病原菌生物學(xué)特性研究

      1.2.5.1病原菌菌絲體生長特性測定將供試病原菌在PDA培養(yǎng)基平板上于28 ℃培養(yǎng)5 d,用無菌的打孔器在菌落邊緣打取直徑5 mm的菌餅備用。將菌餅接種于PDA平板中央,分別置于5、10、15、20、25、28、32、37 ℃以及40 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng);另將接種供試菌株的PDA平板分別置于完全光照、完全黑暗、光/暗交替(18 W,1根燈管;光照和黑暗各 12 h)、暗/光交替(黑暗和光照各12 h)的28 ℃恒溫條件下培養(yǎng);用稀鹽酸和氫氧化鈉溶液將PDA培養(yǎng)基的pH值分別調(diào)節(jié)為4、5、6、7、8、9、10、11后制成PDA平板,將菌餅接種于不同pH值的平板中央,28 ℃恒溫培養(yǎng);用等量的碳源(麥芽糖、D-果糖、葡萄糖、乳糖和甘露醇)及氮源(蛋白胨、甘氨酸、牛肉浸膏、尿素和L-天冬酰胺)分別替換Czapek培養(yǎng)基中的蔗糖和硝酸鈉,制成含不同碳氮源的Czapek培養(yǎng)基平板,分別以不含碳源(蔗糖)及氮源(硝酸鈉)的培養(yǎng)基為對照,將供試菌株菌餅接種于平板中央,28 ℃恒溫培養(yǎng);所有處理均重復(fù)5次,培養(yǎng)5 d后用十字交叉法測量菌落直徑并計算菌絲體生長速率,用SAS軟件對試驗結(jié)果進行統(tǒng)計分析。

      1.2.5.2病原菌致死溫度和時間測定在含有2 mL無菌水的試管中加入供試菌株菌餅,分別在45、50、55、60、65 ℃的恒溫水浴鍋中加熱10 min,20 min后迅速冷卻,取菌餅接種在PDA培養(yǎng)基平板中央,28 ℃恒溫培養(yǎng),逐日觀察菌絲體生長情況。

      2結(jié)果與分析

      2.1王草葉斑病田間發(fā)病癥狀

      田間調(diào)查發(fā)現(xiàn),該病主要危害王草葉片,在葉片邊緣或尖端形成枯黃色條狀斑點(圖1-a,后期整個葉片黃化枯死并且變脆,有黑色小霉點形成(圖1-b)。經(jīng)室內(nèi)分離后及單孢純化得到3個菌株,編號分別為GX8-2、GX12、GX葉斑-2。經(jīng)鏡檢表明,這3個菌株的培養(yǎng)性狀、菌絲體及分生孢子形態(tài)等均相同,因此認(rèn)為屬于同一種真菌,故后續(xù)研究只對 GX8-2進行研究。

      2.2病原菌的培養(yǎng)形狀和形態(tài)學(xué)觀察

      菌株在PDA培養(yǎng)基上的菌落形態(tài)呈近圓形,有輪紋,邊緣不均勻,菌落中央稍隆起,菌絲灰白色,生長旺盛,棉絮狀(圖2-a、圖2-b)。經(jīng)顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn),菌絲表面粗糙、不平滑(圖2-c),分生孢子器呈橢圓形,黑褐色,具孔口,表面不光滑,大小約為124.78 μm×92.99 μm(圖2-d);分生孢子呈卵圓形或橢圓形,無色單胞,大小為(5.16~6.92) μm×(2.56~3.54) μm (圖2-e)。其型態(tài)特征與莖點霉(Phoma sp.)描述高度相符。

      2.3致病性測定

      將純化后的單孢菌株GX8-2菌塊接種至王草葉片上,2~3 d后,接種葉片均表現(xiàn)病癥,接種發(fā)病癥狀與大田發(fā)病初期癥狀一致,但比大田自然發(fā)病初期癥狀嚴(yán)重(圖3)。根據(jù)柯赫氏法則將發(fā)病組織進行再分離, 獲得的分離物形態(tài)特征與原接種菌株一致,表明所獲得的分離物為王草葉斑病的致病菌。

      2.4病原菌ITS序列分析

      利用引物ITS1/ITS4對菌株GX8-2的DNA模板進行PCR擴增,經(jīng)瓊脂糖凝膠電泳檢測表明,該引物從基因組中擴增出1條特異性條帶,其大小介于500~750 bp之間(圖4)。經(jīng)克隆測序最終獲得534 bp rDNA-ITS序列,將該序列提交至GenBank數(shù)據(jù)庫,獲得序列登錄號為KU324835。經(jīng)Blast比對分析發(fā)現(xiàn),該序列與數(shù)據(jù)庫中已登錄的Phoma herbarum(KJ767078.1,AB369456.1,KJ767079.1) 草莖點霉ITS

      序列同源性達99%。通過與GenBank數(shù)據(jù)庫中登錄的20個Phoma屬序列構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹揭示,GX8-2與Phoma herbarum的同源性最高,聚為一個分枝(圖5)。最終結(jié)合形態(tài)學(xué)觀察結(jié)果,將GX8-2鑒定為草莖點霉(Phoma herbarum)。

      2.5病原菌生物學(xué)特性

      2.5.1病原菌菌絲體生長特性病原菌菌絲體生長特性測定結(jié)果表明,適宜草莖點霉菌菌株GX8-2生長的溫度范圍為25~32 ℃,最適生長溫度為25 ℃,當(dāng)溫度低于10 ℃或高于37 ℃時,菌絲體生長受到抑制或無法正常生長(圖6);光/暗交替或暗/光交替條件最適宜菌絲體生長,完全黑暗或完全光照條件下菌絲體生長速率相對較慢(圖7);在供試的所有pH值下GX8-2菌絲體均能生長,最適宜菌絲體生長的pH值范圍為5~8(圖8);該菌在含有葡萄糖、蔗糖和甘露醇的查氏培養(yǎng)基上生長狀況良好且生長狀況較一致,在含有乳糖的查氏培養(yǎng)基上生長受到一定的影響,菌絲體稀薄,在不含任何碳源的查氏培養(yǎng)基上生長時,菌絲體極其稀薄,肉眼幾乎很難看到(圖9);該菌在含有不同氮源的查氏培養(yǎng)基上生長狀況存在較大差異,在含有蛋白胨的培養(yǎng)基上生長最快,且菌絲密實,在含有尿素的培養(yǎng)基上生長最慢,在不含任何氮源的培養(yǎng)基上生長時菌絲稀薄,生長不旺盛(圖10)。

      2.5.2病原菌致死溫度和時間菌株GX8-2經(jīng)45 ℃處理10~30 min后仍然能在PDA平板上正常生長,但是在50 ℃及以上溫度處理10 min后不能生長。由此表明,菌株 GX8-2 菌絲體的致死溫度為50 ℃ 10 min。

      3討論

      熱帶、亞熱帶地區(qū)多年生牧草資源十分豐富,而高溫高濕的氣候也非常適宜病原微生物的生長和繁殖,導(dǎo)致熱帶牧草病害普遍發(fā)生,嚴(yán)重影響牧草產(chǎn)量及干草質(zhì)量。練啟仙等2004—2005年對貴州花江地區(qū)王草病害調(diào)查結(jié)果表明,該地區(qū)有莖腐病(病原為Gibberella sp.)、褐斑?。ú≡瓰锳lternaria sp.)、葉斑?。ú≡瓰镻homa sp.)、斑點?。ú≡瓰镋picoccum sp.)和紋枯?。ú≡瓰镽hizoctonia sp.)等典型病害[9-10]。鄭麗等對海南省牧草病害調(diào)查結(jié)果表明,造成海南王草葉斑病病害的病原菌主要有Phoma sp.、Rhizoctonia oryzae、Curvular sp.、Drechslera sacchari和 Alternaria sp. 5種[11]。雖然國內(nèi)對由Phoma sp.侵染王草引起的葉斑病早有記錄,但未見對該病病原進行系統(tǒng)生物學(xué)研究的報道。

      筆者從發(fā)生在廣西橫縣地區(qū)王草葉斑病病葉上,分離得到1株致病菌GX8-2。經(jīng)形態(tài)學(xué)觀察和分子生物學(xué)鑒定將其鑒定為草莖點霉(Phoma herbarum),并對其生物學(xué)特性進行了初步研究。研究表明,適宜GX8-2菌株生長的溫度范圍為25~32 ℃,這與張翠英的研究結(jié)果[12]相符合,只有溫度低于10 ℃或高于37 ℃時,菌絲體的生長才會受到抑制或無法正常生長;該病菌的適宜pH 值范圍很廣,酸或堿的條件對其菌絲生長影響不大;GX8-2菌株在含有葡萄糖、蔗糖和甘露醇的查氏培養(yǎng)基上生長狀況良好且生長狀況較一致,會產(chǎn)生紅色素,與許愛清等報道的由鎘誘導(dǎo)草莖點霉產(chǎn)生紅色素的描述[13]類似;該病菌對碳氮源的要求不嚴(yán)格,僅是以尿素為氮源時病原菌的生長狀況不太理想,說明該菌有很強的環(huán)境適應(yīng)性。本次在廣西橫縣暴發(fā)的王草莖點霉葉斑病發(fā)生情況十分嚴(yán)重,這可能與該病原菌對環(huán)境的適應(yīng)性較強有一定的關(guān)系。

      莖點霉屬真菌種類繁多,且大部分是重要的植物致病菌,能侵染植物并引起葉斑、莖枯、根腐和果腐等癥狀[14-17]。在牧草上,多喙莖點霉(Phoma multirostrata)侵染多花筋骨草引起黑脛病,導(dǎo)致植株整株枯萎死亡[18]。苜蓿莖點霉(Phoma medicaginis)引起苜蓿黑脛病和葉斑病[19-21],以及莖點霉(Phoma sp.)引起紅豆草葉斑病[6]均有報道。不同病原菌侵染植物發(fā)生葉斑病的危害癥狀較為相似[22-24],給病害診斷及病原鑒定帶來了較大困難。是否可以根據(jù)不同的牧草葉斑病害開發(fā)出田間快速檢測及診斷的方法,值得進一步研究。

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