從患病黑分離病原菌HV0811的鑒定及其系統發育分析

孟 鵬,戰文斌,繩秀珍

(中國海洋大學 教育部海水養殖重點實驗室,山東 青島 266003)

已有報道哈維氏弧菌(Vibrio harveyi)能引起海水網箱養殖高體[1]、尖吻鱸[2]和鱸魚[3]的潰瘍病,但尚未見哈維氏弧菌引起黑患潰瘍、瞎眼癥的報道。2008年10月,山東威海網箱養殖黑發病,主要癥狀為潰瘍、瞎眼,發病黑體長 15～20 cm,死亡率約為 30%。為了深入了解該疾病從而采取有效防治措施,作者對患病黑進行了病灶處致病菌的分離,在常規生理生化鑒定的基礎上,利用基因序列分析的方法對其進行了分類鑒定,并進行了藥物敏感試驗,以期對該疾病的預防控制提供參考資料。

1 材料與方法

1.1 病原菌分離

取體表潰爛嚴重的瀕死病魚,無菌條件下從體表、眼睛等部位分離細菌,劃線接種于2216E、BHI、TSA平板培養基上,28℃培養18～24 h,挑取形態一致的優勢菌落進行純化培養后于-80℃保存備用。

1.2 人工感染實驗

將純化的 3株優勢菌 28℃培養 18～24 h后用0.85%無菌生理鹽水洗脫得菌懸液,用McFarland比濁法配制成9×108CFU/mL。并以10倍系列稀釋菌懸液至濃度為 9×107、9×106、9×105和 9×104CFU/mL。

1.3 細菌鑒定

將分離純化的 HV0811和人工感染后分離純化的HV0811-1劃線接種于2216E和TCBS平板培養基上,28℃培養18 h后觀察菌落特征,同時進行革蘭氏染色和電鏡觀察。

菌株 HV0811、HV0811-1的生理生化特征實驗參照《常見細菌系統鑒定手冊》[4]和《伯杰氏細菌學鑒定手冊》(第九版)[5]進行,快速鑒定采用法國生物梅里埃公司miniATB鑒定系統ID32E鑒定條。

1.4 16S rRNA和HSP60基因序列的測定和分析

DNA模板制備：菌株HV0811于2216E平板培養基28℃培養24 h。挑取單一菌落懸浮于無菌去離子水中,100℃水浴5 min,冷卻后4℃ 12 000r/ min離心10 min,上清液作為PCR擴增反應的模板。

基因序列的 PCR擴增與測序：用于 16S rRNA基因 PCR 擴增的引物為正向：27F：5′-AGAGTTTGATC(C/A) TGGCTCAG-3′(對應于E.coli16S rRNA基因的第 8～27 個堿基位置),反向：1 492R：5′-TACGG(C/T) TACCTTGTTACTT - 3′ (對應于E.coli16S rRNA基因的第1 492～1 510個堿基位置); 用于HSP60 基因 PCR 擴增的引物為正向：P1：5′-ACAACAGCAACGGTACTAGC-3′,反向：P2：5′-CAACTTTCACGATGCCAC-3′[6]。在 50 μL PCR 反應體系中含有：5 μL 10×PCR 緩沖液,3 μL 25 mmol/ L MgCl2,1 μL 10 mmol/ L 4×dNTP,引物各1 μL,Taq DNA聚合酶(5 U/μL) 1 μL,模板 DNA 5 μL。16S rRNA 和HSP60基因PCR反應條件分別為：94 ℃預變性4 min,接94℃變性30 s,55℃復性30 s,72℃延伸100 s,30個循環,最后72℃溫育6 min; 94℃預變性2 min,接著94℃30 s,50℃45 s,72℃ 60 s,35個循環,72℃延伸 7 min。PCR產物經瓊脂糖電泳確定特異條帶后,由上海生物工程技術公司進行PCR產物的純化和序列測定。

序列分析與系統發育樹的構建：菌株 HV0811的16S rRNA和HSP60基因序列已經提交國際互聯網 Gen-Bank核苷酸序列數據庫,通過 Blast與GenBank數據庫中的序列進行比較,從中選取與所分析的基因序列同源性高的已知菌株,采用ClustalX1.8軟件進行多序列匹配排列,用 Mega2.1采用鄰位相連(Neighbor-joining method)獲得系統發育樹,通過自舉分析(Bootstrap)進行置信度檢測,自舉數集1 000次。

1.5 藥物敏感實驗

藥敏紙片購自青島愛普科生物有限公司,共 30種抗菌藥物,藥敏試驗參照紙片擴散法抗菌藥物敏感試驗操作標準進行。

圖1 人工感染黑的實驗照片(箭頭示病灶處)Fig.1 Sebastodes fuscescens in the artificial infection experiment(arrows point to the lesions)

2 結果

2.1 病原菌的分離和人工感染實驗

分離到的優勢菌株分別編號為 HV0811、PT0811、JH0811,人工感染3～5 d后,菌株HV0811較高濃度感染組的魚活動減弱,從注射部位到尾鰭逐漸潰瘍,體表潰爛出血,眼睛渾濁不透明,尾鰭潰爛,露出尾椎骨,尾柄表皮充血,肛門紅腫,伴有血樣物流出(圖1),與自然發病癥狀相同。菌株PT0811、JH0811組與對照組未出現任何癥狀。HV0811高濃度組死亡率較高,死亡速度較快; 低濃度組陸續發病死亡。用感染發病魚的潰爛處、眼球及斷尾分離到的細菌再次感染黑,得到相同的結果,證明HV0811是黑潰瘍、瞎眼癥的致病菌。按改進的寇氏法[7]計算菌株HV0811的半致死量為LD50=7.15×105CFU/尾,表明該菌株具有高致病力,對黑的感染力較強,結果見表1。

表1 人工感染一周實驗結果Tab.1 Results of artificial infection experiment for a week

2.2 細菌鑒定

在 2216E平板培養基上 28℃培養 24 h,菌株HV0811、HV0811-1呈光滑、圓形、濕潤、隆起、灰白色的菌落,直徑 1～3 mm; 革蘭氏染色為陰性,短桿菌,多呈單個排列; 無芽孢,無莢膜,有運動性,不發光; 電鏡觀察發現菌體呈短桿狀,具有1根端生鞭毛(圖2)。在 TCBS平板培養基上菌落綠色,菌株需Na+生長,低于4℃和高于42℃不生長。氧化酶、接觸酶、硝酸還原反應均為陽性,具有賴氨酸脫羧酶,不具有鳥氨酸脫羧酶、精氨酸雙水解酶、脲酶,發酵葡萄糖產酸不產氣,利用麥芽糖、甘露糖、海藻糖,不利用半乳糖、鼠李糖、阿拉伯糖。菌株HV0811、HV0811-1生理生化特性見表2。

2.3 16S rRNA和HSP60基因序列分析及系統發育樹的構建

以總DNA為模板,經通用引物27F和1492R擴增到HV0811的16S rRNA基因序列條帶約為1 500 bp,經引物P1和P2擴增到HSP60基因序列條帶約為100 bp和500 bp (圖3),分別選取1 500 bp和500 bp的條帶測序。不包括引物結合區,所擴增的 16S rRNA 、HSP60基因序列長度分別為1 033 bp、521 bp。基于 16S rRNA和 HSP60基因序列,采用ClustalX1.8以及 Mega2.1軟件構建的系統發育樹表明：菌株 HV0811分別與哈維氏弧菌(AY750578)和(AY332571)相類聚,其中16S rRNA基因序列與哈維氏弧菌(AY750578)聚合置信度較低,僅有10%(圖4),不能有效地確定該種; HSP60基因序列與哈維氏弧菌(AY332571) 聚為一個分支的置信度達100%(圖5)。綜合該菌的形態、生理生化及 HSP60基因序列比對結果,將病原菌HV0811鑒定為哈維氏弧菌。

圖2 菌株HV0811的負染電鏡照片Fig.2 The electron micrograph of strain HV0811 with negative staining

2.4 藥物敏感試驗

作者對分離的病原菌Vibrio harveyi進行了 30種常見抗菌藥物的敏感性測定,結果顯示病原菌對慶大霉素、新霉素、紅霉素、美滿霉素、氯霉素、先鋒必素、氟哌酸、丙氟哌酸、菌必治、復達欣、奧復星、頭孢呋肟及復方新諾明高度敏感,對卡那霉素、丁胺卡那霉素、麥迪霉素、四環素、萬古霉素、先鋒霉素Ⅴ及呋喃唑酮中度敏感,對氨芐青霉素、苯唑青霉素、羧芐青霉素、氧哌嗪青霉素、青霉素、強力霉素、多黏菌素B、氯潔霉素、先鋒霉素Ⅳ及先鋒霉素Ⅵ耐藥。實驗結果見表3。

3 討論

哈維氏弧菌是海水魚的常見致病菌,能引起花鱸[8]、斜帶石斑魚[9～11]、大黃魚[12]等魚類不同程度的體表潰瘍,充血癥狀。本文中患病黑不僅具有潰瘍的癥狀同時具有瞎眼癥,角膜不透明、眼球突出,與Saeed等[13]曾報道的患病的養殖遮目魚癥狀相同。作者認為哈維氏弧菌在導致黑出現以潰瘍為主的

表2 菌株HV0811、HV0811-1、哈維氏弧菌《伯杰氏手冊》第九版的生理生化特征比較Tab.2 Comparisons of physiological and biochemical characteristics of HV0811、HV0811-1 and Vibrio harveyi

圖3 菌株HV0811的16S rRNA和HSP60基因的PCR擴增未純化產物Fig.3 PCR amplification products of 16S rRNA and HSP60 genes of strain HV0811

圖4 以16S rRNA基因構建的弧菌系統發育樹Fig.4 Phylogenetic tree of Vibrio based on 16S rRNA gene

本實驗分離的哈維氏弧菌HV0811在TCBS上生長呈綠色與相關文獻[9～10]報道的黃色結果不一致,原因在于 TCBS的成分中包含蔗糖,相關文獻中報道的哈維氏弧菌發酵蔗糖產酸,而本實驗分離的哈維氏弧菌不發酵蔗糖,若在 TCBS培養基中加入葡萄糖,生長結果則變為黃色,此差異的主要原因可能是種類個體之間存在差異性。

圖5 以HSP60基因構建的弧菌系統發育樹Fig.5 Phylogenetic tree of Vibrio based on HSP60 gene

表3 菌株HV0811對不同抗菌藥物的敏感性Tab.3 Sensitivity of strain HV0811 to antibacterial agents

從16S rRNA基因序列系統發育樹上看,節點的置信度普遍很低,其中菌株 HV0811與哈維氏弧菌(AY750578)聚合的置信度僅有10%,由于弧菌屬16S rRNA基因序列的種間差異不顯著,導致弧菌不具有唯一的聚類特征[15]。以 HSP60基因構建的系統樹,置信度普遍明顯高于16S rRNA基因,作者認為16S rRNA基因序列同源性分析不適宜用于親緣關系較近的弧菌種之間的鑒別,而HSP60基因比16S rRNA基因攜帶更多的多態信息,因此 HSP60基因比 16S rRNA基因更適合于海水養殖動物中弧菌的分類研究,這與吳淑勤等[10]觀點相同。作者采用的 HSP60基因序列分析和生理生化鑒定方法都證明分離的病原菌HV0811屬于弧菌屬的哈維氏弧菌。

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