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薇甘菊萎蔫病毒寄主范围、传播媒介和危害特点



全 文 :薇甘菊萎蔫病毒寄主范围、传播媒介和危害特点*
王瑞龙
1,2,3
陈 颖
1,2,3
张 晖
1,2,3
管奥湄
1,2,3
王子叶
1,2,3
宫 骁
1,2,3
尹 艺
1,2,3
曾任森
1,2,3**
( 1华南农业大学亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室,广州 510642; 2农业部华南热带农业环境重点实验室,
广州 510642; 3广东省普通高等学校农业生态与农村环境重点实验室,广州 510642)
摘 要 薇甘菊(Mikania micrantha H. B. K.)是华南地区重要的外来入侵植物。本文从田
间薇甘菊萎蔫病株中分离获得薇甘菊萎蔫病毒(Mikania micrantha wilt virus,MMWV)。在
温室中通过人工摩擦将该病毒接种到 9 科 27 种植物上,发现 MMWV能侵染其中的 6 科 12
种植物。利用透射电子显微镜观察该病毒颗粒呈球状,直径约 30 nm。MMWV 可由桃蚜
(Myzus persicae)以非持久性方式传毒。薇甘菊植株接种 MMWV 毒 30 d 后,其茎的长度、
叶、茎和根的鲜重分别比健康对照植株减少了 75. 3%、91. 6%、79. 5%和 75. 6%,被侵染的
薇甘菊出现萎蔫、皱缩、叶畸形等症状。实验室和野外条件均观察到 MMWV可以严重抑制
薇甘菊的生长,利用 MMWV控制薇甘菊的生物入侵有待进一步深入研究。
关键词 薇甘菊;薇甘菊萎蔫病毒;病毒病;生物防治
中图分类号 Q933 文献标识码 A 文章编号 1000 - 4890(2013)1 - 0072 - 06
Host range,transmitting vector,and damage characteristics of Mikania micrantha wilt vi-
rus. WANG Rui-long1,2,3,CHEN Ying1,2,3,ZHANG Hui1,2,3,GUAN Ao-mei1,2,3,WANG Zi-
ye1,2,3,GONG Xiao1,2,3,YIN Yi1,2,3,ZENG Ren-sen1,2,3** (1State Key Laboratory for Conser-
vation and Utilization of Subtropical Agro-bioresources,South China Agricultural University,
Guangzhou 510642,China;2Key Laboratory of Tropical Agro-environment,Ministry of Agricul-
ture,Guangzhou 510642,China;3Key Laboratory of Agroecology and Rural Environment of
Guangdong Regular Higher Education Institutions,Guangzhou 510642,China). Chinese Journal
of Ecology,2013,32(1) :72 - 77.
Abstract:Mikania micrantha H. B. K. is an important invasive alien plant in South China. In
this study,a virus named Mikania micrantha wilt virus (MMWV)was isolated from the invasive
plant in the field,and a greenhouse experiment was conducted to inoculate the virus on 27 plant
species of 9 families. A total of 12 plant species belonging to 6 families were infected. The elec-
tron microscopy observation revealed that the MMWV particle was spherical,with a diameter of a-
bout 30 nm. The MMWV could be transmitted by Myzus persicae in a non-persistent manner.
Thirty days after infection by MMWV,the shoot height and the fresh weights of leaves,stems,
and roots of M. micrantha were reduced significantly by 75. 3%,91. 6%,79. 5%,and
75. 6%,respectively,as compared to the control. The infected M. micrantha plants showed
wilt,crimpled,and malformed symptoms under field conditions. Under both laboratory and field
conditions,the MMWV inhibited the growth of M. micrantha efficiently. The feasibility of using
the MMWV to control the invasion of M. micrantha would be worthy to be explored further.
Key words:Mikania micrantha H. B. K.;Mikania micrantha wilt virus;viral disease;biologi-
cal control.
* 国家自然科学基金青年基金项目(31000260、31100286 和 31100402)资助。
**通讯作者 E-mail:rszeng@scau. edu. cn
收稿日期:2012-08-20 接受日期:2012-10-19
生态学杂志 Chinese Journal of Ecology 2013,32(1) :72 - 77
DOI:10.13292/j.1000-4890.2013.0046
薇甘菊(Mikania micrantha H. B. K. )是菊科
(Compositae)假泽兰属(Mikania)多年生草质藤本
植物,有攀援习性,原产自南美洲和中美洲,20 世纪
80 年代见于香港,后传入广东沿海地区(王伯荪等,
2003)。薇甘菊生长速度极快,繁殖力强,易缠绕灌
木和小乔木,使被覆盖植物因光合作用受抑制而生
长不良甚至死亡,俗称“植物杀手”(张炜银等,
2002;Wang et al.,2010)。薇甘菊与其他植物相比
对光、土壤营养等具有很强的竞争能力,同时具有化
感作用的特性可抑制邻近植物的生长和发育(邵华
等,2003;Weber et al.,2008;王瑞龙等,2012) ,对农
林业生产造成巨大经济损失,可引起次生自然植被
的逆行演替(昝启杰等,2000;张炜银等,2002)。
豇豆花叶病毒科(Comoviridae)包括蚕豆病毒
属(Fabavirus)、豇豆花叶病毒属(Comovirus)和线虫
传多面体病毒属(Nepovirus)。其中,蚕豆病毒属的
成员在世界范围内广泛分布,可以感染豆科作物、蔬
菜作物、中草药、花卉等多种重要的经济作物,对农
业生产造成严重的损失(戚益军等,1999;Ferrer et
al.,2007)。作者发现一种可以致使薇甘菊萎蔫的
新病毒,通过分析该病毒的基因结构,表明该病毒属
于豇豆花叶病毒科(Comoviridae)蚕豆病毒属
(Fabavirus)。薇甘菊感染该病毒后出现叶片萎蔫、
皱缩、叶畸形等症状,可以抑制薇甘菊的生长,将其
命名为薇甘菊萎蔫病毒(Mikania micrantha wilt vi-
rus,MMWV) (Wang et al.,2008)。
研究 MMWV 的寄主范围、形态特征、传播媒介
及对薇甘菊生长的影响,旨在探讨MMWV对华南地
区常见作物的侵染力及可能的影响和危害,为进一
步利用 MMWV控制外来入侵植物薇甘菊以及评价
其生态风险提供理论科学依据,有望研制出生物防
治薇甘菊的新方法。
1 材料与方法
1. 1 病毒毒源和植物材料
MMWV分离自田间发病的薇甘菊,经分子生物
学方法鉴定确定属于 MMWV(Wang et al.,2008)。
供试植物种子购自广州市种子公司。
1. 2 病毒接种
采用常规汁液摩擦接种方法。接种前 10 d 先
将 MMWV转接至薇甘菊上以制备高侵染力的活化
毒源。选用萎蔫、皱缩症状明显地薇甘菊嫩叶,加入
适量的 pH 7. 0 的磷酸缓冲液迅速研碎,过滤后用于
接种。
将供试植物种子用 55 ℃温水浸种 5 ~ 8 h 后,
用湿纱布包好,置于 26 ℃恒温人工气候箱内催芽,
待发芽后播种。每种供试植物分别种植 6 盆,每盆
1 株。供试植物置于(25 ± 1)℃ 温室中(光照
12 h·d -1,相对湿度 75%)培养。当幼苗具有 3 ~ 4
片真叶时,在顶部的第 1 片和第 2 片真叶上均匀地
洒一层石英砂,用齐头毛笔蘸取接种液在接种叶上
轻轻摩擦,随后用蒸馏水冲洗掉叶片上残留的物质。
以接种不含MMWV的磷酸缓冲液的植株作为对照。
接种后分别观察记录供试植株的反应症状,实验设
5 次重复。
1. 3 蚜虫传毒
健康无毒桃蚜(Myzus persicae)预先饥饿 3 ~ 4 h
后接种到有明显萎蔫症状的薇甘菊叶片上饲毒 24
h,随后将饲毒后的桃蚜接种到健康的薇甘菊嫩叶
上,3 d后灭蚜,观察薇甘菊发病情况。
1. 4 植株生物量的测定
薇甘菊茎段采自华南农业大学试验农场,剪成
长度约 7 cm的茎段,扦插在直径为 9 cm的花盆中,
每盆 1 株。待成活后选大小一致、长势良好的薇甘
菊 10 株,随机分为 2 组,每组 5 株。其中 1 组采用
常规汁液摩擦接种方法接种 MMWV,温室培养 30 d
后,分别收获感病薇甘菊和健康对照薇甘菊植株的
根、茎、叶,测定各部分鲜重,实验设 5 次重复。
1. 5 病毒粒子的形态观察
利用负染的方法将出现明显萎蔫症状的薇甘菊
嫩叶放入研钵中,加入适量蒸馏水,充分研磨,将样
品滴在有膜的铜网上,室温静置 1 min,用滤纸从铜
网边缘吸去多余的液体,在铜网上滴加磷钨酸负染
色液,染色 1 ~ 2 min,滤纸吸干剩余染色液,干燥后
利用透射电子显微镜观察MMWV颗粒的形态,测量
其病毒颗粒的大小。
1. 6 数据处理
MMWV侵染对薇甘菊生长的影响运用 SPSS
16. 0 进行 t检验,所有数据均为平均值 ±标准误。
2 结果与分析
2. 1 寄主反应和症状
汁液摩擦接种 9 科 27 种植物,MMWV 可以侵
染其中的 6 科 12 种植物(表 1)。MMWV 侵染薇甘
菊后引起薇甘菊叶片出现萎蔫、皱缩、叶畸形等症
状,与在野外观察到的症状相一致(图1)。MMWV
37王瑞龙等:薇甘菊萎蔫病毒寄主范围、传播媒介和危害特点
图 1 在野外薇甘菊感染薇甘菊萎蔫病毒(MMWV)后呈现
萎蔫的症状(箭头所示)
Fig. 1 Symptoms of Mikania micrantha infected by Mika-
nia micrantha wilt virus under field conditions
表 1 寄主植物感染薇甘菊萎蔫病毒后的发病症状
Table 1 Symptoms of host plants infected by Mikania mi-
crantha wilt virus
科名 中文名 拉丁名 感染症状 a
菊科 莴苣 Lactuca sativa - / -
Asteraceae 薇甘菊 Mikania micrantha W,Cr / W,Cr,LD,St
苋科 千日红 Gomphrena globosa LN / M
Amaranthaceae 鸡冠花 Celosia cristata LN / -
藜科 菠菜 Spinacia oleracea N / M
Chenopodiaceae 昆诺藜 Chenopodium quinoa CS / CS,LD
茄科 辣椒 Capsicum annuum - / -
Solanaceae 甜椒 Capsicum frutescens var. grossum - / -
番茄 Solanum lycopersicum - / -
三生烟 Nicotiana tabacum - Samsun - / -
豆科 豇豆 Vigna sinensis CS,LN / CS
Fabaceae 蚕豆 Vicia faba LN,N / N
大豆 Glycine max La / M
豌豆 Pisum sativum - / -
菜豆 Phaseolus vulgaris LN,N / -
葫芦科 黄瓜 Cucumis sativus - / -
Curcurbitaceae 南瓜 Cucurbita moschata Chl / -
苦瓜 Momordica charantia Cr / -
丝瓜 Luffa cylindrica - / -
十字花科 萝卜 Raphanus sativus - / -
Cruciferae 青菜 Brassica chinensis - / -
油菜 Brassica campestris - / -
花椰菜 Brassica capitata var. italica - / -
番杏科
Aizoaceae
番杏 Tetragonia expansa LN,Rs / -
禾本科 玉米 Zea mays - / -
Poaceae 水稻 Oryza sativa - / -
小麦 Triticum aestivum - / -
a接种叶症状 /系统叶症状;CS,黄斑;Cr,皱缩;La,隐症;LD,叶畸形;LN,局
部坏死;N,坏死;Rs,环斑;M,花叶;St,矮化;W,萎蔫;-,不侵染。
可以侵染豆科(Fabaceae)的豇豆(Vigna sinensis)、
蚕豆(Vicia faba)、大豆(Glycine max)和菜豆(Phase-
olus vulgaris)等,出现黄斑、局部坏死和花叶等症状,
但却不侵染豌豆(Pisum sativum)。MMWV 不侵染
茄科(Solanaceae)的辣椒(Capsicum annuum)、甜椒
(Capsicum frutescens var. grossum)、番茄(Solanum
lycopersicum)、三生烟(Nicotiana tabacum-Samsun) ;
十字花科(Cruciferae)的萝卜(Raphanus sativus)、青
菜(Brassica chinensis)、油菜(B. campestris)和花椰
菜(B. capitata var. italica) ;禾本科(Poaceae)的玉
米(Zea mays)、水稻(Oryza sativa)和小麦(Triticum
aestivum)等植物。
2. 2 蚜虫传毒试验
试验结果表明,MMWV可由桃蚜以非持久性方
式传毒,同时在野外观察发现,薇甘菊出现萎蔫、皱
缩症状的叶片背面有桃蚜聚集(图 2)。
2. 3 MMWV侵染后薇甘菊的生物量变化
接种 MMWV后 30 d,薇甘菊叶、茎和根的鲜重
均显著低于健康对照植株(图 3)。对照健康薇甘菊
茎的长度平均为 115. 8 cm,其叶、茎和根的鲜重分
别为 7. 39、2. 56 和 2. 05 g。而 MMWV 侵染薇甘菊
后,其茎的长度平均为 28. 6 cm,叶、茎和根的鲜重
分别为 0. 62、0. 53 和 0. 50 g。MMWV 侵染使薇甘
菊茎的长度、叶、茎和根的鲜重分别比健康对照植株
减少了 75. 3%、91. 6%、79. 5% 和 75. 6%,结果表
明,MMWV可抑制薇甘菊的生长。
2. 4 病毒颗粒的电镜观察
将萎蔫的薇甘菊嫩叶研磨后加在铜网上,利用
图 2 薇甘菊萎蔫叶片上的桃蚜
Fig. 2 Myzus persicae on the wilt leaves of Mikania micran-
tha
47 生态学杂志 第 32 卷 第 1 期
图 3 薇甘菊萎蔫病毒部位侵染薇甘菊 30 d 后茎、叶和根
鲜重
Fig. 3 Fresh weight of stems,leaves and roots of Mikania
micrantha at 30 d after MMWV infection by Mikania mi-
crantha wilt virus
数值为平均值 ±标准误,**P < 0. 01 水平上差异显著。
图 4 薇甘菊萎蔫病毒形态的电镜观察
Fig. 4 Electron micrograph of spherical virus particles of
Mikania micrantha wilt virus
磷钨酸负染,通过透射电镜可以观察到球形病毒颗
粒(图 4) ,病毒颗粒呈白色,边缘为深色,直径约为
30 nm。病毒颗粒表面没有观察到任何亚基结构,表
明 MMWV颗粒外壳蛋白亚基排列较为紧密。
3 讨 论
目前,蚕豆病毒属包括蚕豆萎蔫病毒-1(Broad
bean wiltvirus-1,BBWV-1)、蚕豆萎蔫病毒-2(Broad
bean wilt virus-2,BBWV-2)、野芝麻轻花叶病毒(La-
mium mild mosaic virus,LMMV)和龙胆花叶病毒
(Gentianmosaic virus,GeMV)等 4 个成员(Ferrer et
al.,2007)。其中 BBWV-1 包括 PV132 和 Ben 2 种
分离株(Ferrer et al.,2005)、BBWV-2 包括 B935、
IA、IP、K、MB7、ME和 PatMM等 7 种分离株(Ikegami
et al.,2001;Koh et al.,2001)。GeMV 是 2005 年在
日本发现的为蚕豆病毒属的一种新种(Kobayashi et
al.,2005) ,MMWV 是作者于 2008 年首次发现,通
过遗传进化树分析表明 MMWV 与 GeMV 同属于蚕
豆病毒属的第 3 个分支,由于 MMWV与 GeMV有较
近的亲缘关系,所以 MMWV代表了 GeMV的一种新
的分离株(Wang et al.,2008)。
蚕豆病毒属的成员在世界范围内广泛分布,对
农业生产造成巨大的经济损失(周雪平和李德葆,
1996;Ferrer et al.,2007)。研究表明,BBWV的寄主
范围极广,可侵染分属于 44 科 186 属中的 328 种植
物,容易通过汁液摩擦及豆蚜(Aphis craccivora)、桃
蚜、蚕豆蚜(A. fabae)、豌豆蚜(Acyrthosiphon pisum)
等以非持久性方式传播(戚益军等,1999)。目前,
在中国广泛分布的是 BBWV-2,可引起畸形、花叶、
环斑、顶枯、脆裂、萎蔫等症状,对植物生长危害严重
(戚益军等,1999;周雪平等,2001;李燕宏等,
2006)。GeMV可侵染豆科的蚕豆(Vicia faba)、龙胆
科(Gentianaceae)的龙胆 (Gentiana scabra var.
buergeri)、藜科的藜麦(Chenopodium quinoa)、苋色
藜(C. amaranticolor)等 9 科 21 种植物(Kobayashi et
al.,2005) ,LMMV自报道以来尚未见进一步的研究
(Ferrer et al.,2007)。研究表明,MMWV可侵染 6
科 12 种植物,引起被侵染植物出现皱缩、萎蔫、花
叶、叶畸形等症状。接种 MMWV 30 d 后,薇甘菊茎
的长度和总生物量分别比对照健康薇甘菊减少了
75. 3%和 87. 6%,MMWV 可抑制薇甘菊的生长(图
3)。
本研究表明,MMWV 可通过桃蚜来传播,与蚕
豆病毒属的病毒主要通过蚜虫来传播机制相一致
(Wang et al.,2008) ,MMWV 可通过桃蚜作为该病
毒传播介体传播到其他作物,从而对农业生产造成
危害,未来需对MMWV在华南地区的分布范围及作
物的危害程度做更深入的研究。
外来入侵植物薇甘菊对华南地区的生态环境严
重危害(王伯荪等,2003;Weber et al.,2008;王瑞龙
等,2012)。目前,控制薇甘菊的入侵方法主要是化
学防治、人工清除和生物防治(Zhang et al.,2004)。
化学防除在有效控制薇甘菊入侵的同时对环境造成
了污染。人工清除劳动强度大,仅适用于小范围内
控制了薇甘菊的危害(张炜银等,2002)。生物防治
57王瑞龙等:薇甘菊萎蔫病毒寄主范围、传播媒介和危害特点
是控制外来入侵种最有前景的方法,其中发现和利
用天敌控制外来有害生物作为一种新兴的方法值得
深入研究(Cortesero et al.,2000;张炜银等,2002;
Wang et al.,2008)。目前研究主要是利用以薇甘菊
为食的安婀珍蝶(Actinote anteas)、艳婀珍蝶(Acti-
note thalia pyrha)和小蓑蛾(Acamhopsyche sp. ) (邵
华等,2002;刘雪凌等,2007)、寄生植物田野菟丝子
(Cuscuta campestris) (王伯荪等,2002;Shen et al.,
2005)及薇甘菊的病原菌薇甘菊锈菌(Pucinia spe-
gazzinii) (Barreto & Evans,1995)等来生物防治薇甘
菊。但至今,薇甘菊的生物防治尚未取得突破,生物
防治薇甘菊在实践中的应用还有待进一步研究(张
炜银等,2002)。
病毒作为一种病原体可使有害生物致病,应用
病毒来控制有害生物值得做深入研究(Lacey et al.,
2001;Wang et al.,2008)。研究表明,可利用小分子
RNA病毒来防治蚜虫和粉虱(Trialeurodes vaporario-
rum) (van Munster et al.,2002)。Lang 等(2004)发
现一种可使赤潮异弯藻(Heterosigma akashiwo)致死
的 RNA病毒(Heterosigma akashiwo RNA virus) ,提出
可应用该病毒来控制赤潮异弯藻,以防止赤潮的发
生。同样,研究发现一种可使红火蚁(Solenopsis in-
victa)致死的 RNA病毒被认为可应用于红火蚁的生
物防治(Valles et al.,2004,2007)。本研究发现的
MMWV虽然不能使薇甘菊致死,但在野外和实验室
条件下均观察到 MMWV 可明显地抑制薇甘菊的生
长,在对 MMWV进行生态安全评估之后,有望研发
出控制生物防治薇甘菊入侵的新方法。
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作者简介 王瑞龙,男,1976 年生,博士,助理研究员,从事
化学生态学和有害生物控制方面的研究。E-mail:rlw2009@
scau. edu. cn
责任编辑 魏中青
77王瑞龙等:薇甘菊萎蔫病毒寄主范围、传播媒介和危害特点