劉一賢 施玉萍 戴利銘 李嵐嵐 蔡志英



摘要 為明確采自西雙版納景洪地區疑似橡膠麻點病的病原菌,采用組織分離法進行病原菌分離,活體接種法進行致病性測定,通過形態學觀察結合rDNA-ITS和GAPDH兩個核苷酸片段序列分析,將病原菌確定為狗尾草平臍蠕孢Bipolaris setariae。通過單因子變量試驗,對病原菌進行生物學特性研究,結果表明:菌絲生長最適溫度為30℃,最適pH為7~8,最適培養基為PDA,菌絲致死溫度為53℃,10 min。該病原菌能有效利用多種碳源和氮源,碳源以可溶性淀粉利用率最高,最適氮源為蛋白胨。24 h黑暗條件下培養更有利于菌絲生長。分生孢子萌發的最適溫度為28~35℃,最適pH為7~8,28℃黑暗培養2 h后萌發率達到最大,為95.5%,分生孢子致死溫度為60℃,10 min。
關鍵詞 橡膠樹;?葉斑病;?狗尾草平臍蠕孢;?生物學特性
中圖分類號: S 436.85
文獻標識碼:?A
DOI:?10.16688/j.zwbh.2021676
Abstract In order to identify the pathogen of suspected rubber tree leaf spot disease with symptoms similar to the disease caused by Bipolaris heveae, the samples were collected from Jinghong, Xishuangbanna, and the tissue isolation method was used to isolate and culture the pathogen, and the in vivo inoculation method was used to determine its pathogenicity. The pathogen was identified as Bipolaris setariae according to the morphological characteristics and analysis of rDNA-ITS and GAPDH gene sequences. The single-factor variable experiments were carried out to determine the optimum conditions for its mycelial growth and spore germination. The results showed that the optimum temperature for mycelium growth was 30℃, and the optimum pH value was 7-8. PDA was the optimal medium for hyphal growth and the lethal temperature for the mycelium was 53℃ for 10 min. A lot of carbon and nitrogen resources could be used by the pathogen, and the most suitable carbon and nitrogen sources were starch and peptone. Full dark treatment was more favorable for mycelium growth. In addition, the optimum temperature for conidial germination was 28-35℃ and the optimum pH value was 7-8. The germination rate (95.5%) was the highest after culture for 2 h at 28℃ in dark. The lethal temperature for the conidia was 60℃ for 10 min.
Key words rubber tree;?leaf spot disease;?Bipolaris setariae;?biological characteristic
橡膠樹是熱帶地區重要經濟作物,其產生的天然橡膠是工業上的重要原材料,廣泛用于交通、國防、醫療和日常生活等領域,是一種重要的戰略資源[1]。橡膠樹病蟲害是制約橡膠產業發展的一大難題,據聯合國糧農組織報道,由病蟲害導致的橡膠減產約占總產量的25%[2]。目前已經報道的橡膠病害有近百種,我國有91種,對橡膠生產造成嚴重危害的葉部病害主要有橡膠白粉病、炭疽病、棒孢霉落葉病、季風性落葉病[3]。
橡膠葉斑病是橡膠樹上最常見的病害,隨著全球氣候變暖,農業氣候帶移動[4],橡膠樹種植年限增加,膠園缺乏管理等問題,出現了一些新的病害。近幾年報道了由鏈格孢Alternaria spp.[5]、可可毛色二孢Lasiodiplodia theobromae[6]、嘴突凸臍蠕孢Exserohilum rostratum[7]和新擬盤多毛孢屬的Neopestalotiopsis aotearoa[8]等病原菌引起的葉斑病。筆者在中國橡膠主產區云南省西雙版納州開展橡膠樹病害調查過程中,在景洪農場增殖苗圃‘云研77-4上發現一種新葉斑病,染病葉片病斑呈紅褐色小點或黑色小點,小點直徑為0.2~3 mm,周圍伴有黃色暈圈,病斑小而多。其癥狀特點與橡膠樹平臍蠕孢Bipolaris heveae引起的橡膠麻點病[9]相似,在田間易混淆,麻點病在橡膠樹接近老化的葉片上只出現深褐色小點,病斑小而多。此次調查發現,該病害目前主要在橡膠苗圃中危害橡膠嫩葉。為了探究該病害的病原菌,本研究對采集到的病樣進行組織分離,柯赫氏法則驗證,病原菌形態觀察結合分子鑒定,從而確定病原菌的分類地位;在此基礎上,對其生物學特性進行研究,為了解該病害的發生規律以及病害的有效控制提供參考依據。
1?材料與方法
1.1?病樣采集
在云南省西雙版納州景洪農場‘云研77-4橡膠苗圃基地采集具有典型癥狀的病葉標本,裝于自封袋內并做好標記。帶回實驗室后分離病原菌,觀察記錄發病情況,測量病斑大小。
1.2?病原菌分離與純化
采用組織分離法分離病原菌。取病健交界處組織,用75%乙醇浸泡30 s,0.1%升汞溶液消毒1 min,無菌水漂洗3次,濾紙吸干水分后置于PDA培養基上。于28℃暗培養3 d后,挑取菌落邊緣菌絲轉接,用平板稀釋法進行單孢分離獲得純培養菌株,于4℃和-80℃保存。
1.3?分離菌株的致病性測定
孢子懸浮液的制備。選取純化后的代表性菌株JH1a,于PDA培養基上28℃培養7 d。用無菌水沖洗孢子,無菌紗布過濾菌絲后制成濃度為104個/mL的孢子懸浮液。
田間接種試驗。采用古銅期的‘云研77-4橡膠苗葉片進行無傷接種。處理組每株噴霧10 mL菌株JH1a孢子懸浮液,以噴霧接種無菌水為對照,每處理接種3株,重復3次。接種后植株用塑料袋套袋保濕2 d后去掉塑料袋,繼續定期觀察。待植株出現癥狀后,采集感病葉片再進行病原的分離鑒定。
1.4?病原菌鑒定
1.4.1?病原菌形態觀察
將菌株JH1a接種在PDA培養基上,28℃暗培養4 d,觀察菌落形態并測量菌落直徑。將菌株接種到PCA(馬鈴薯200 g,胡蘿卜200 g,瓊脂20 g,蒸餾水1 000 mL)平板上28℃暗培養5 d,從接種點附近挑取小塊培養基,制作玻片[10]。使用Axio Lab. A1型蔡司顯微鏡拍照記錄產孢結構及分生孢子特征,臍點特征,測量分生孢子大小,記錄隔膜數等。
1.4.2?分子鑒定
采用基因組DNA提取試劑盒(康為世紀生物科技股份有限公司)提取菌株JH1a基因組DNA。采用核糖體內轉錄間隔區rDNA-ITS通用引物ITS1(5′-CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA-3′)/ITS4(5′-TCCTCCGCTTATTGATATGC-3′)[11]和3-磷酸甘油醛脫氫酶(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase)編碼基因引物GDF1(5′-GCCGTCAACGACCCCTTCATTGA-3′)/GDR1(5′-GGG-TGGAGTCGTACTTGAGCATGT-3′)[12]分別擴增ITS和GAPDH核苷酸片段,PCR產物經瓊脂糖凝膠電泳檢測后送北京六合華大基因科技有限公司廣州分公司進行測序。
測序結果經BLAST比對后,從GenBank數據庫中篩選下載相關菌株序列。采用最大似然法對ITS-GAPDH序列進行系統發育分析,以Curvularia buchloes CBS 246.49作為外群,ML分析采用MEGA 6.0,bootstrap重復值為1 000次。
1.5?病原菌JH1a菌株生物學特性測定
1.5.1?不同條件對菌絲生長的影響
培養基:將活化的菌株JH1a分別接種于不同培養基上,V8汁培養基(市售V8汁200 mL、CaCO3 3 g、瓊脂20 g,定容至1 000 mL)、Czapek (NaNO3 3 g/L,K2HPO4 1 g/L,KCl 0.5 g/L,MgSO4·7H2O 0.5 g/L,FeSO4 0.01 g/L,蔗糖20 g/L,瓊脂20 g/L)、YEPD(酵母浸膏10 g/L,蛋白胨20 g/L,葡萄糖20 g/L,瓊脂20 g/L)、SNA(KH2PO4 1.0 g/L,KNO31.0 g/L,MgSO4·7H2O 0.5 g/L,KCl 0.5 g/L,葡萄糖0.2 g/L,蔗糖0.2 g/L,瓊脂20 g/L)、OA(燕麥30 g/L,葡萄糖20 g/L,瓊脂20 g/L)、PCA、PDA 7種培養基, pH自然。重復3次。28℃黑暗培養4 d后觀察病原菌生長情況,用十字交叉法測量菌落直徑。
溫度:將活化的菌株JH1a接種在PDA培養基上, pH自然,設置培養溫度為5、10、15、20、25、28、30、35℃。重復3次。黑暗培養4 d后用十字交叉法測量菌落直徑。
pH:設置PDA培養基滅菌后的pH為3、4、5、6、7、8、9、10、11,制成不同pH的PDA平板。重復3次。28℃黑暗培養4 d后用十字交叉法測量菌落直徑。
碳源:用葡萄糖、麥芽糖、乳糖、果糖、半乳糖、可溶性淀粉、山梨醇、木糖、甘露醇、鼠李糖、甘油等11種碳源等量代替Czapek培養基中的蔗糖,制成不同碳源的培養基,pH自然。重復3次。28℃黑暗培養4 d后用十字交叉法測量菌落直徑。
氮源:用L-天冬酰胺、酪氨酸、甘氨酸、牛肉浸膏、蛋白胨、尿素、L-丙氨酸、NaNO2、NH4Cl、胱氨酸、色氨酸、L-精氨酸、酵母浸膏、(NH4)2SO4等14種氮源等量代替Czapek培養基中的NaNO3, pH自然,制成不同氮源培養基。重復3次。28℃黑暗培養4 d后用十字交叉法測量菌落直徑。
光照:設置24 h黑暗、24 h光照、L∥D=12 h∥12 h,3種光照條件。采用PDA培養基,pH自然,重復3次。28℃培養4 d后用十字交叉法測量菌落直徑。
致死溫度:在試管中加入無菌水,挑取菌絲塊放入試管中,設置水浴鍋溫度為40、45、50、55、60、65℃,將試管置于不同溫度下處理10 min后,挑取菌絲塊置于PDA培養基上。獲得菌絲致死溫度范圍后,以1℃溫度差設置溫度梯度,明確菌絲致死溫度。
1.5.2?不同條件對孢子萌發率的影響
光照:采用懸滴法[13]測定孢子萌發率。菌株分生孢子懸浮液配制方法同1.3,下同。取少量無菌水配制的孢子懸浮液,置于載玻片上,設置黑暗、光照兩種條件,28℃培養,測定2、4、6 h的分生孢子萌發率。
溫度:設置培養箱溫度為5、10、15、20、25、28、30、35、40℃,取少量無菌水配制的孢子懸浮液,置于不同溫度下,黑暗培養2 h后觀察分生孢子萌發率。
pH:采用pH為3、4、5、6、7、8、9、10、11的磷酸緩沖液配制孢子懸浮液,28℃黑暗培養2 h后觀察分生孢子萌發率。
孢子致死溫度:設置水浴鍋溫度為40、45、50、55、60、65、70、75℃,將孢子懸浮液置于不同溫度下處理10 min后進行涂板,獲得孢子致死溫度范圍后,以1℃溫度差設置溫度梯度,明確分生孢子致死溫度。
每處理重復3次,隨機鏡檢100個孢子統計萌發率。
1.6?數據分析
利用Excel 2003和SAS 9.2軟件對試驗數據進行統計分析和GraphPad Prism 8.0軟件作圖,并應用Duncan氏新復極差法進行差異顯著性檢驗。
2?結果與分析
2.1?病原菌分離及致病性測定
從云南省西雙版納州景洪農場橡膠‘云研77-4葉片上共分離得到4個菌株,通過對菌株形態和培養特征觀察,確定為同種真菌,選取具有代表性的菌株,編號為JH1a,進行后續試驗。活體接種菌株JH1a孢子懸浮液5 d后橡膠葉片上病斑呈紅褐色小點或黑色小點,直徑為0.2~3 mm,周圍有黃色暈圈,與在田間觀察到的病害特征一致(圖1),而對照組葉片沒有出現發病癥狀。對人工接種的發病葉片進行再次分離,分離得到的菌株其培養特征和分生孢子形態與JH1a菌株一致,確認JH1a菌株為橡膠葉斑病的病原菌。
2.2?病原菌形態特征
病原菌在PDA培養基上培養4 d菌落直徑為7.55 cm,菌落初為白色,逐漸變為青灰色,邊緣白色,菌落平展,氣生菌絲發達(圖2a)。顯微鏡下觀察分生孢子梗單生或簇生,淺褐色至中度褐色,頂端色淡,多個隔膜,上部常作屈膝狀彎曲,寬4.60~7.36 μm。分生孢子淺黃褐色至中度黃褐色,多數呈紡錘形,常略彎曲,極少直,光滑,4~10個假隔膜,孢子大小為(34.48~82.28) μm ×(9.93~15.55) μm,平均(53.64 × 11.75) μm,臍點略突出,基部平截(圖2b~c)。形態特征與狗尾草平臍蠕孢Bipolaris setariae[10]相符。
2.3?菌株JH1a的分子生物學系統發育分析
經ITS1和ITS4引物對菌株JH1a進行PCR擴增并測序,得到了長度為507 bp的rDNA-ITS序列(GenBank登錄號: KT805922)。其與狗尾草平臍蠕孢Bipolaris setariae(KR183790.1、MT750297.1、MT750301.1、MT750303.1)的一致性為100%。對菌株GAPDH基因的部分序列進行擴增并測序,得到591 bp的序列(GenBank登錄號: KT982612)。該序列與B.setariae (MF490833.1、MW473722.1、MT896702.1、MK558814.1、EF513206.1)的GAPDH基因序列一致性為100%。ITS-GAPDH序列系統發育樹顯示,JH1a菌株與B.setariae聚在同一分支(圖3),綜合以上信息,證明JH1a菌株為狗尾草平臍蠕孢Bipolaris setariae (Sawada) Shoemaker。
2.4?不同環境條件對病原菌JH1a菌絲生長的影響
2.4.1?溫度對菌絲生長的影響
由圖4可以看出,菌株JH1a在10~35℃范圍內均可生長,在5℃條件下停止生長。菌絲生長適宜溫度范圍為25~30℃,最適溫度為30℃,35℃時菌絲生長受到顯著抑制。
2.4.2?酸堿度對菌絲生長的影響
菌株JH1a對酸堿度的適應范圍較廣,在pH 3~11范圍內均可生長,最適宜菌絲生長的pH為7~8,pH小于5或高于10時,菌絲生長受到顯著抑制(圖5)。
2.5.2?溫度對孢子萌發的影響
菌株JH1a的分生孢子萌發溫度范圍較廣,5~40℃黑暗培養2 h 都可萌發(圖9),最適合孢子萌發的溫度范圍為28~35℃。28℃、30℃和35℃下的萌發率無顯著差異。當培養溫度低于28℃時,分生孢子萌發率顯著降低。JH1a的分生孢子對低溫有一定的耐受能力,5℃時萌發率為18.79%;對高溫較敏感,當溫度為40℃時萌發率急劇下降,僅為9.95%。
2.5.3?酸堿度對孢子萌發的影響
菌株JH1a的分生孢子在pH 4~11范圍內黑暗培養2 h都能萌發(圖10)。當pH小于5或大于8時,分生孢子萌發受到顯著抑制,在pH為3時分生孢子停止萌發。分生孢子萌發最適pH為7~8,pH 7.0時,萌發率達到最高,為86.20%。
2.5.4?分生孢子致死溫度
菌株JH1a分生孢子懸浮液在55℃水浴鍋中處理10 min能形成新的菌落,60℃處理相同時間后不能形成新菌落。進一步以1℃為梯度設置5個溫度處理,發現59℃處理10 min能形成新的菌落,60℃處理相同時間不能形成新菌落。說明分生孢子的致死溫度為60℃,10 min,高于菌絲致死溫度。
3?結論與討論
平臍蠕孢屬Bipolaris真菌是分類學上一個較大的類群,包含約60個已知種[14]。該屬真菌是重要的植物病原菌,在世界范圍內廣泛分布,能引起多種禾本科植物病害,同時對其他種類的植物也有致病性,如:苦瓜Momordica charantia[15]、牧草[16]、青蘋果竹芋Calathea rotundifolia cv. fasciata[17]、椰子Cocos nucifera等[18],對農業生產造成巨大威脅[19]。狗尾草平臍蠕孢Bipolaris setariae于1912年被首次記錄為Helminthosporium setariae Sawada,1959年被正式命名為Bipolaris setariae[14]。該菌主要危害禾本科雜草[20],除此之外還能引起木薯葉斑病[21]、椰子葉斑病[22]、玉米葉斑病[23]、多枝臂形草葉枯病[24-25]、杉木葉枯病[26]等多種植物病害。對平臍蠕孢屬真菌的鑒定目前多采用多基因序列聯合分析,5.8S rDNA-ITS區的DNA序列為該類真菌在GenBank中信息量最大的序列,在該類真菌鑒定中作為首選分子標記,其次GAPDH基因擴增效率較高且較為保守,也常用作該類真菌的分子標記。EF-1α、CAL等可作為補充基因[27]。本研究中選用ITS-GAPDH 進行分析,結合形態特征將分離到的JH1a菌株鑒定為狗尾草平臍蠕孢Bipolaris setariae。平臍蠕孢屬的橡膠樹平臍蠕孢B.heveae[9]、雙色平臍蠕孢B.bicolor[28]也能引起橡膠葉斑病,尤其橡膠樹平臍蠕孢引起的麻點病和狗尾草平臍蠕孢引起的葉斑病在田間癥狀極為相似,其共同點是病斑小而多,區別在于橡膠麻點病病斑后期中央灰白色易穿孔[9],而狗尾草平臍蠕孢引起的葉斑病不易形成穿孔。
本研究對狗尾草平臍蠕孢的生物學特性測定結果表明,菌絲在10~35℃條件下均可以生長,最適生長溫度為30℃,在5℃時停止生長,菌絲的致死溫度為53℃,10 min。菌絲生長的最適pH為7~8,與橡膠上發現的嘴突凸臍蠕孢研究結果一致[29]。平臍蠕孢和凸臍蠕孢的分生孢子同為蠕形,是從長蠕孢屬Helminthosporium Link劃分出來的[27],因此在同一寄主上的生長特性較為相似。本研究比較了菌株對14種氮源和11種碳源的利用情況,發現該菌株對碳源、氮源利用范圍較廣泛,最適合菌絲生長的氮源為蛋白胨,碳源為可溶性淀粉,病原菌對營養物質的要求不高。最適合菌絲生長的培養基為PDA。絕大多數蠕形分生孢子真菌在PDA培養基上都生長良好,因此PDA培養基適合用于此類菌株分離和菌落形態觀察,但PDA培養基上分生孢子形態變異較大,進行孢子形態觀察時應選用營養相對貧乏的培養基[10]。該菌株分生孢子萌發對pH較敏感,僅在pH 6~8范圍內萌發率較高,但菌絲生長對pH不敏感,在過酸(pH=3)和過堿(pH=11)的環境中均可以生長,說明該病原菌對環境具有較強的適應能力。分生孢子萌發的最適溫度范圍為28~35℃,35℃時分生孢子的萌發率仍能達到91.6%,而菌絲在35℃時生長明顯受限,且分生孢子的致死溫度為60℃,10 min,明顯高于菌絲致死溫度(53℃,10 min),說明分生孢子對高溫耐受能力較強,可能跟其所處的熱帶高溫環境有關。黑暗條件更有利于菌絲生長和分生孢子萌發。本研究結果與牛曉慶等[22]在寄主椰子上分離到的狗尾草平臍蠕孢、時濤等[30]在木薯上分離到的狗尾草平臍蠕孢生物學特性存在一定的差異,環境適應可能是導致該現象的主要原因。海南文昌和云南景洪雖同屬熱帶地區,但是兩地直線距離1 000 km以上,且氣候類型存在較大的差異(分別為熱帶季風島嶼型氣候和熱帶濕潤季風氣候),在長期的環境適應過程中,兩地的狗尾草平臍蠕孢菌株的生物學特性產生了差異;其次,寄主差異也是導致病原菌生物學特性不同的原因之一,分離自不同寄主(玉米Zea mays、燕麥Avena sativa、牛筋草Eleusine indica)的麥根腐平臍蠕孢的最適合生長溫度、碳氮源利用情況等均存在一定的差異[31-33]。
狗尾草平臍蠕孢引起的橡膠葉斑病目前在田間為零星發生,為了避免該病害進一步發生流行,本文研究了病原菌的生物學特性,為預測病害的發生流行規律和病害防控技術的研究提供了依據。
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(責任編輯:田?喆)