劉振亞,張 萍,訾麗麗,朱天生*
(1.塔里木大學(xué) 農(nóng)學(xué)院,新疆 阿拉爾 843300; 2.塔里木大學(xué) 園藝與林學(xué)學(xué)院,新疆 阿拉爾 843300)
新疆光熱資源豐富,適合于棗樹的生長(zhǎng),同時(shí)棗樹對(duì)氣候、土壤的適應(yīng)能力很強(qiáng),耐土壤干旱、鹽堿和貧瘠,因此,近年來(lái)?xiàng)棙涞姆N植面積增長(zhǎng)很快,截止2019年底,紅棗的種植面積達(dá)到4.670×105hm2,產(chǎn)量達(dá)到3.728×106t[1],但自2010年以來(lái),駿棗縮果病的發(fā)生越來(lái)越嚴(yán)重,給農(nóng)戶造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。棗縮果病菌可在花期侵入和幼果期從果洼處侵入[2],發(fā)病棗果從外向內(nèi)逐漸出現(xiàn)褐色壞死現(xiàn)象,病組織呈海綿狀,在成熟之前脫落[3],造成減產(chǎn)。目前,對(duì)造成南疆地區(qū)縮果病的病原還存在爭(zhēng)議,報(bào)道的病原有細(xì)交鏈孢菌(Alternaria alternata)、實(shí)腐莖點(diǎn)霉[Phoma desturctiva Plowr] Fusicoccum sp.、Coniothyrium sp.、細(xì)極鏈格孢菌(Alternaria tenuissima)、青霉菌(Penicillium expansum)、芽枝孢菌(Cladosporium tenuissimum)、聚生小穴殼菌(Dothiorella gregaria Sacc)[4-12]。由于不同學(xué)者對(duì)棗縮果病的病原看法不一,這導(dǎo)致了棗縮果病的防治困難。因此,本研究對(duì)引起新疆南疆駿棗縮果病的鏈格孢屬真菌進(jìn)行形態(tài)特征和培養(yǎng)性狀等形態(tài)學(xué)研究,并結(jié)合18 S rDNA-ITS、EF-1α、β-tubulin、ATPase基 因 進(jìn) 行測(cè)序和序列分析,對(duì)其病原菌進(jìn)行鑒定,以期明確新疆南疆駿棗縮果病的病原種類,為縮果病的防治奠定一定基礎(chǔ)。
從和田、喀什、阿克蘇采集具有典型癥狀的縮果病的病樣,帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分離培養(yǎng)。
1.2.1 病原菌的分離與培養(yǎng) 病原菌的分離與純化采用常規(guī)組織分離法[13]。將分離物置于25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng),在菌落邊緣挑取形態(tài)比較單一的菌絲塊轉(zhuǎn)接到新的PDA上培養(yǎng),進(jìn)行2~3次純化后,最后的單孢純化保存?zhèn)溆谩?/p>
1.2.2 致病性測(cè)定 將單孢分離所得到的純菌株接種在PDA培養(yǎng)基中,25 ℃培養(yǎng)5 d后,用無(wú)菌水制成孢子懸浮液,置于10×40倍顯微鏡下鏡檢,每個(gè)視野的懸浮液中孢子量為20~40個(gè)分生孢子,將采集的健康無(wú)傷的棗果實(shí)用75%酒精進(jìn)行表面消毒,再用無(wú)菌水將棗果實(shí)清洗干凈,用無(wú)菌牙簽刺孔,在超凈工作臺(tái)中將孢子懸浮液噴霧接種到有傷的棗果實(shí)上,無(wú)菌水作為對(duì)照,然后放入事先鋪有濕潤(rùn)濾紙的搪瓷盆中,每個(gè)代表菌株接種3個(gè)果實(shí),28 ℃條件下,12 h光照與12 h黑暗交替培養(yǎng),每日觀察病斑生長(zhǎng)情況,5 d后測(cè)量病斑直徑,并對(duì)發(fā)病果實(shí)進(jìn)行再分離[4]。
1.2.3 病原菌的鑒定
1.2.3.1 形態(tài)學(xué)鑒定 將病原菌接種到PCA培養(yǎng)基上,置于25 ℃培養(yǎng)箱中按12 h光照和12 h黑暗交替培養(yǎng),培養(yǎng)5 d后,制成玻片在顯微鏡下觀察分生孢子的形態(tài)[14]。
產(chǎn)孢表型觀察的具體方法:將比載玻片略小的濾紙中心裁剪出1 cm×3 cm的長(zhǎng)方形小孔,用透明膠帶將其緊貼在載玻片上并放在有2層濾紙的培養(yǎng)皿中一起滅菌,滅菌后,挑取在PCA培養(yǎng)基中培養(yǎng)的菌落邊緣并涂抹在載玻片上的濾紙一側(cè),然后放在有近紫外燈和日光燈的培養(yǎng)箱中,25 ℃、12 h光照與12 h黑暗交替培養(yǎng)5 d后,在徠卡熒光數(shù)碼顯微鏡下觀察代表該菌株總體特征的產(chǎn)孢表型[15]。根據(jù)分生孢子、分生孢子梗和產(chǎn)孢表型等特征,參考張?zhí)煊睿?6]的研究,初步確定其屬種。
1.2.3.2 分子生物學(xué)鑒定 將菌種接種到PDA培養(yǎng)基上,28 ℃培養(yǎng)5 d,用打孔器打取菌餅轉(zhuǎn)接到含有100 mL PDA的錐形瓶中,放在28 ℃轉(zhuǎn)速為180 r/min的搖床中,培養(yǎng)2~3 d后,用無(wú)菌水沖洗,再用4層滅菌的紗布進(jìn)行過(guò)濾[17],40 ℃烘干后放入滅菌EP管中備用。采用CTAB的方法提取基因組DNA[18]。
病原菌rDNA-ITS的擴(kuò)增采用通用的引物ITS1和ITS4,EF-1α基因的擴(kuò)增采用引物EF1-728F和EF1-986R,β-tubulin基因的擴(kuò)增采用Beta-F和Beta-R,ATPase基因的擴(kuò)增采用引物ATPDF1和ATPDR1[19-20]。
表1 PCR所需引物及其序列
通 用 引 物ITS1與ITS4、EF-1α、β-tubulin,以及ATPase基因擴(kuò)增體系和擴(kuò)增條件分別參考唐淬[21]和臧睿[22]的實(shí)驗(yàn)方法。將引物擴(kuò)增的PCR產(chǎn)物送到生工生物工程(上海)股份有限公司進(jìn)行測(cè)序。獲得序列后,登陸GenBank數(shù)據(jù)庫(kù),下載鏈格孢屬真菌序列,應(yīng)用MEGA 6.06軟件中的鄰接法(neighbor-joining,NJ)構(gòu)建聚類分析樹狀圖[23]。
采用常規(guī)組織分離法,共分離純化獲得15個(gè)分離物,根據(jù)分離物、菌落形態(tài)、產(chǎn)孢結(jié)構(gòu)和分生孢子基本形態(tài)的相似性進(jìn)行合并,并分類編號(hào),初步確定為4種真菌分離物,編號(hào)分別為NJZZ-1、NJZZ-2、NJAA-3、NJZZ-4。
將NJZZ-1、NJZZ-2、NJAA-3、NJZZ-4接種到棗果實(shí)上,其中NJZZ-2刺傷接種后的棗果,6 d后可觀察到接種部位出現(xiàn)紅褐色的橢圓形病斑,在6~10 d病斑逐漸擴(kuò)大,并且接種部位呈黑褐色,后期凹陷和軟爛。而NJZZ-1、NJAA-3和NJZZ-4刺傷接種后,沒(méi)有出現(xiàn)縮果病的癥狀,說(shuō)明NJZZ-1、NJAA-3和NJZZ-4不是棗縮果病的病原。將NJZZ-2接種到健康的棗果實(shí)上,將發(fā)病的棗果再分離接種到其純培養(yǎng)基上,性狀與NJZZ-2相同,根據(jù)柯赫氏法則,確定NJZZ-2為菌株的病原菌。對(duì)照處理不發(fā)病。
2.3.1 形態(tài)學(xué)鑒定結(jié)果 將NJZZ-2接種在PCA平板上,在25 ℃近紫外燈和日光燈下12 h光照與12 h黑暗交替培養(yǎng),培養(yǎng)5 d后,菌落直徑5.5 cm,菌落為致密絨毛狀,生長(zhǎng)初期為白色,菌落邊緣較整齊,菌落背面青綠色,中心深褐色;在PCA+濾紙上,培養(yǎng)5 d后,形成較短且多分枝的分生孢子梗,分生孢子梗上長(zhǎng)3~7個(gè)分生孢子,分生孢子呈倒梨形或棒形,淡褐色,表面光滑,具有橫縱隔膜1~6個(gè),分隔處不縊縮,孢身(15.6~40.43) μm×(6.8~13.27) μm,喙 有長(zhǎng)、有短,呈淡褐色,大小為(0~20.5) μm×(2.35~4.53) μm(圖2);根據(jù)菌株的培養(yǎng)特性和形態(tài)特征,參照張?zhí)煊睢吨袊?guó)真菌志·鏈格孢屬》[16]一文研究的標(biāo)準(zhǔn),將其初步鑒定為鏈格孢屬的鏈格孢菌[Alternaria alternata (Fr.) Keissler]。
2.3.2 分子生物學(xué)鑒定結(jié)果 登陸NCBI網(wǎng)站將獲得的序列進(jìn)行BLAST比對(duì)分析,下載相似序列,用MEGA 6.06軟件中的Neighbour-joining方法構(gòu)建聚類分析樹狀圖。通過(guò)BLAST比對(duì)發(fā)現(xiàn),樣品菌株ITS序列與GenBank數(shù)據(jù)庫(kù)中鏈格孢屬ITS序列的相似度均達(dá)到100%,選擇一些序列進(jìn)行下載,構(gòu)建發(fā)育樹(圖3)顯示,NJZZ-2與下載的序列聚在一個(gè)大的分枝下,因此,僅通過(guò)ITS基因序列無(wú)法鑒定出樣品菌株的具體種類。
圖3 基于ITS序列構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹
將樣品序列在GenBank數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行BLAST比對(duì)發(fā)現(xiàn),樣品菌株EF-1α序列與鏈格孢屬的幾株真菌序列相似度在99%以上,通過(guò)下載這些序列與樣品菌株序列共同構(gòu)建EF-1α系統(tǒng)發(fā)育樹(圖4)顯示,NJZZ-2與不同登錄號(hào)的A. alternata、A. tenuissima、A. longipes聚為一分枝,這說(shuō)明不同登錄號(hào)鏈格孢屬菌株與NJZZ-2之間的同源性高,利用DANMAN軟件將NJZZ-2與鏈格孢屬17種真菌的核苷酸的一致性進(jìn)行比對(duì)發(fā)現(xiàn),NJZZ-2與A. alternata(MN473125、KY094928、KU145274、MK248718、MW848791)的一致性最高,與不同登錄號(hào)A. tenuissima的一致性大部分達(dá)到82%以上(表2),說(shuō)明采用EF-1α基因序列進(jìn)行比對(duì)分析,無(wú)法有效區(qū)分A. alternata和A. tenuissima這2個(gè)種。
表2 NJZZ-2樣品菌株與鏈格孢屬17種EF-1α真菌序列一致性比較
圖4 基于EF-1α序列構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹
下載與樣品β-tubulin序列相似度在96%以上的鏈格孢屬真菌序列,構(gòu)建β-tubulin系統(tǒng)發(fā)育樹(圖5)顯示,NJZZ-2與A. alternata、A. tenuissima、A. arborescens的同源性最高,聚為一個(gè)分支,利用DANMAN軟件將NJZZ-2與鏈格孢屬15種真菌的核苷酸的一致性進(jìn)行比對(duì)發(fā)現(xiàn),NJZZ-2與A.alternata (MG558003、MG925327)的一致性最高,達(dá)到95%以上(表3),因此,將NJZZ-2鑒定為A.alternata。
表3 NJZZ-2樣品菌株與鏈格孢屬15種β-tubulin真菌序列一致性比較
圖5 基于β-tubulin序列構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹
下載與樣品ATPase序列相似度在98%以上的鏈格孢屬真菌序列,通過(guò)構(gòu)建ATPase序列的系統(tǒng)發(fā)育樹(圖6)顯示,NJZZ-2與A. alternata (MH492 683、MF741789、MH492682、MN175530)和A. interrupta(MH092840)聚為一個(gè)分支。利用DANMAN軟件將NJZZ-2與鏈格孢屬12種真菌的核苷酸的一致性進(jìn)行比對(duì)(表4)發(fā)現(xiàn),NJZZ-2與A. alternata和A.tenuissima的一致性無(wú)差異,說(shuō)明ATPase序列無(wú)法有效區(qū)分鏈格孢屬的不同種。
表4 NJZZ-2樣品菌株與鏈格孢屬12種ATPase真菌序列一致性比較
圖6 基于ATPase序列構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹
鏈格孢屬病原菌的寄主范圍很廣泛,可引起多種植物和作物病害[24]。馬連杰[25-26]等研究結(jié)果表明,A. alternata是引起重慶地區(qū)蠶豆葉部病害和北京、山西葡萄葉斑病的病原之一;宜昌的核桃黑斑?。?7]、 河北省張北縣及內(nèi)蒙古烏蘭察布市萵筍葉斑病[28]、貴州省貴陽(yáng)市樹莓葉斑病[29]、青海省青貯玉米葉枯?。?0]、湖南牡丹黑斑?。?1]等都是鏈格孢屬真菌引起的。而對(duì)鏈格孢屬的病原,特別是小孢子種的鑒定又很困難,原因在于鏈格孢屬的小孢子種的形態(tài)特征不一致,同一種分生孢子具有不同的形態(tài)特征,其變化幅度較大,不同的小孢子種在相同的人工培養(yǎng)條件下,分生孢子具有趨同現(xiàn)象,這給從傳統(tǒng)形態(tài)學(xué)鑒定小孢子種帶來(lái)了很大困難[14],因此,需要結(jié)合分子生物學(xué)手段確定其分類。研究發(fā)現(xiàn),僅通過(guò)ITS序列無(wú)法區(qū)分鏈格孢屬的不同種,這與段麗君等[32]的研究結(jié)論一致。準(zhǔn)確鑒定鏈格孢屬的不同種,還需要結(jié)合其他基因序列,如王志霞等[19]通過(guò)培養(yǎng)性狀、形態(tài)特征和18 S rDNA-ITS、EF-1α、β-tubulin基因序列進(jìn)行比對(duì)分析,將新疆矮化密植棗園紅棗葉斑病的病原菌鑒定為A. alternata。許陽(yáng)[33]利用鏈格孢菌的特異性引物對(duì)河北和河南地區(qū)的棗縮果病鑒定為A.alternata。祖艷青[34]利用ITS、Gpd、RPB2、OPA2-1、ACT基因區(qū)段將新的未知種與其他種區(qū)分開。但本研究結(jié)果顯示,采用ITS、EF-1α序列和ATPase基因序列無(wú)法將棗縮果病鑒定到具體種類,由此可以看出,鑒定鏈格孢屬小孢子種的困難程度。
本研究采用β-tubulin基因序列及DANMAN軟件分析了病原核苷酸的一致性,并結(jié)合形態(tài)學(xué)鑒定,將新疆南疆駿棗縮果病的病原鑒定為A.alternata (Fr.) Keissler。
江西農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)2022年7期