免费文献传递   相关文献

Progress in research on the VBNC state of plant pathogenic bacteria

植物病原细菌的VBNC状态研究进展



全 文 :植物病理学报
ACTA PHYTOPATHOLOGICA SINICA  43(3): 249 ̄257(2013)
收稿日期: 2012 ̄09 ̄10ꎻ 修回日期: 2013 ̄03 ̄10
基金项目: 公益性行业(农业)科研专项(201003066)资助
通讯作者: 罗来鑫ꎬ博士ꎬ主要从事种子病理学和种传细菌病害研究ꎻ Tel:010 ̄62732994ꎬ E ̄mail: luolaixin@cau. edu. cn
第一作者: 蒋 娜ꎬ女ꎬ山东东营人ꎬ博士研究生ꎬ 主要从事种传细菌病害研究ꎻ E ̄mail: jn2009@139. comꎮ
􀤃􀤃􀤃􀤃􀤃􀤃
􀤃􀤃􀤃􀤃􀤃
􀤃
􀦃 􀦃
􀦃
􀦃
专题评述
植物病原细菌的 VBNC状态研究进展
蒋 娜ꎬ 李健强ꎬ 罗来鑫∗
(中国农业大学植物病理学系ꎬ种苗健康北京市工程研究中心ꎬ种子病害检验与防控北京市重点实验室ꎬ 北京 100193)
摘要:有活力但不可培养状态(Viable But Non ̄CulturableꎬVBNC)被认为是细菌对不良环境条件的一种抗逆反应ꎬ包括 5 种
植物病原细菌在内的数十种细菌已报道具有 VBNC状态ꎮ 这种特定的生理状态已经导致细菌学研究中一些方法的探索和
改进ꎬ对基于分离培养的植物病原细菌学研究产生了重大影响ꎮ 本文对已经报道 VBNC状态的植物病原细菌进行了综述ꎬ
介绍了 VBNC状态细菌的诱导因素、恢复条件、致病性、检测方法等方面的研究进展ꎬ对未来植物病原细菌的 VBNC 研究
提出了展望ꎮ
关键词:VBNCꎻ植物病原细菌ꎻ诱导ꎻ检测ꎻ恢复ꎻ致病性
Progress in research on the VBNC state of plant pathogenic bacteria   JIANG Naꎬ LI
Jian ̄qiangꎬ LUO Lai ̄xin  (Department of Plant Pathologyꎬ China Agricultural Universityꎻ Beijing Engineering Research
Center of Seed and Plant Healthꎻ Beijing Key Laboratory of Seed Disease Testing and Controlꎬ Beijing 100193ꎬ China)
Abstract: The viable but non ̄culturable (VBNC) state is a survival strategy in response to harsh environmental
conditions. The VBNC state of five species of plant pathogenic bacteria has been reported. The specific physio ̄
logical state of bacteria has leaded to some changes of methodology and will influence the traditional research
based on culture in bacteriology. This review describes the VBNC state of plant pathogenic bacteriaꎬ including
the inducing factorsꎬ the detection methodsꎬ the resuscitation of VBNC bacteria and its pathogenicity. Some
prospects of the VBNC state are provided.
Key words: VBNCꎻ plant pathogenic bacteriaꎻ inductionꎻ detectionꎻ resuscitationꎻ pathogenicity
中图分类号: S432. 42          文献标识码: A          文章编号: 0412 ̄0914(2013)03 ̄0249 ̄09
1  植物病原细菌的 VBNC状态概述
1. 1  VBNC状态
1982 年 Xu 等[1]通过对大肠杆菌(Escherichia
coli)和霍乱弧菌(Vibrio cholerae)存活规律的研
究ꎬ首次发现并提出了细菌的“有活力但不可培
养”(Viable But Non ̄CulturableꎬVBNC)状态ꎬ即细
菌处于不良环境条件下ꎬ细胞会发生生理上和形态
上的变化ꎬ用常规培养方法不能使其分裂生长ꎬ但
是仍具有代谢活性ꎮ VBNC 状态被认为是多种革
兰氏阴性(G - )细菌和某些不形成芽孢的革兰氏
阳性(G + )细菌的一种抗逆反应ꎬ也有学者认为
VBNC 状态是细菌生命循环中的一个环节 [2 ~ 4]ꎮ
近三十年内ꎬ在动物病原细菌、食品微生物和环境
微生物等领域ꎬVBNC研究较多ꎬ已有 50 余种病原
细菌报道了 VBNC 状态(表 1) [5]ꎬ包括与某些植
物病原细菌分类地位非常近的 Burkholderia cepa ̄
cia、Pseudomonas aeruginosa 和 P. syringae 等ꎬ但
在植物病原细菌方面ꎬ研究时间较短ꎬ且集中在
G -细菌上ꎬ范围相对更窄(表 2)ꎮ
 
植物病理学报 43 卷
Table 1  Pathogens known to enter the VBNC state[5]
Aeromonas hydrophila Helicobacter pylori Serratia marcescens
A. salmonicida Klebsiella aerogenes Shigella dysenteriae
Agrobacterium tumefaciens K. pneumonia S. flexneri
Burkholderia cepacia K. planticola S. sonnei
B. pseudomallei Legionella pneumophila Streptococcus faecalis
Campylobacter coli Listeria monocytogenes Vibrio alginolyticus
C. jejuni Mycobacterium tuberculosis V. anguilarum
C. lari M. smegmatis V. campbellii
Cytophaga allerginae Pasteurella piscicida V. cholera
Enterobacter aerogenes Pseudomonas aeruginosa V. harveyi
E. cloacae P. syringae V. mimicus
Enterococcus faecalis Ralstonia solanacearum V. parahaemolyticus
E. hirae Rhizobium leguminosarum V. shiloi
E. faecium R. meliloti V. vulnificus ( type 1 &2)
Erwinia amylovora Salmonella enterica Xanthomonas campestris
Escherichia coli ( including EHEC) S. typhi X. axonopodis pv. citri
Francisella tularensis S. typhimurium
1. 2  已报道 VBNC状态的植物病原细菌
迄今为止ꎬ报道 VBNC 状态的植物病原细菌
均为 G - 细菌ꎬ包括引起多种植物根癌病的
Agrobacterium tumefaciens[6]ꎬ引起十字花科蔬菜黑
腐病的 Xanthomonas campestris pv. campestris
(Xcc) [7]ꎬ引起茄科作物青枯病的 Ralstonia so ̄
lanacearum[8 ~ 11]ꎬ引起梨火疫病的 Erwinia amylo ̄
vora[2ꎬ 3ꎬ 12ꎬ 13]ꎬ和引起柑橘溃疡病的 X. axonopodis
pv. citri(Xac) [14]ꎬ研究环境有不同形式的液体培
养基、土壤环境和寄主植株体等(表 2)ꎮ
1. 3  VBNC细菌的形态变化
一般认为ꎬVBNC状态的细菌比正常生理状态
的细菌个体小ꎮ 例如:处于对数生长期的 V.
vulnificus长度为 2 μmꎬ但是进入 VBNC 状态后ꎬ
V. vulnificus变为直径仅有 0. 6 μm的球状[5]ꎮ 目
前已报道 VBNC 状态的植物病原细菌均为杆状
菌ꎬ在 VBNC状态下形态也会发生变化ꎮ Ordax 使
用浓度为 0. 05 mM的 Cu2 +诱导 E. amylovoraꎬ7 d
后得到 VBNC 状态的细菌ꎬ通过扫描电镜观察ꎬ
VBNC状态的细菌菌体较正常生理状态的菌体有
轻微的伸长ꎬ细胞外层部分增厚[2]ꎬ该结果与 V.
vulnificus等动物病原细菌的报道有所出入ꎮ 由于
缺乏更多的相关研究ꎬ对 E. amylovora 的研究结
果是否能代表更多植物病原细菌 VBNC 状态的形
态变化仍有待于进一步验证ꎮ
2  VBNC状态的诱导
温度、光照、紫外线、渗透压、pH值、氧气、寡营
养等因素都可以诱导细菌进入 VBNC 状态[15]ꎻ在
植物病原细菌的研究中ꎬ诱导因素多集中在寡营
养、低温、低氧、重金属(Cu2 + )等物理和化学因素ꎬ
其中寡营养状态和铜离子是目前研究最多的ꎮ
2. 1  物理因素
报道中ꎬ用于诱导植物病原细菌 VBNC 状态
的物理因素主要为寡营养条件ꎮ 使用 0. 9% 的
NaCl溶液培养 R. solanacearum 2 个月后ꎬ大约有
20%的细菌进入了 VBNC 状态[8]ꎮ 此外ꎬXcc 在
AB盐溶液(1 g / L NH4Clꎬ0. 3 g / L MgSO4ꎬ0. 15
g / L KClꎬ0. 01 g / L CaCl2ꎬ2. 5 mg / L FeSO4)中培
养 39 d 后 75%的细菌都进入了 VBNC 状态[7]ꎮ
这表明ꎬ在缺乏营养的条件下ꎬ细菌进入 VBNC 状
态来抵抗不良环境条件ꎮ
052
 
  3 期     蒋 娜ꎬ等:植物病原细菌的 VBNC状态研究进展 152
 
植物病理学报 43 卷
2. 2  化学因素
重金属对细菌的生存影响很大ꎬ在植物病原细
菌 VBNC状态研究中ꎬ最常用的是不同浓度的 Cu ̄
SO4 进行诱导ꎮ 在 Xcc 的相关研究中ꎬ通过在 AB
盐溶液中添加 CuSO4 使其浓度分别为 0. 005、
0􀆰 050 和 0. 500 mmol / Lꎬ在灭菌土中添加浓度为
10 mg / kg和 500 mg / kg 的 CuSO4ꎬ均成功诱导出
了 VBNC状态的细菌[7]ꎮ 在 A. tumefaciens[6]、R.
solanacearum[8]、E. amylovora[2ꎬ 12ꎬ 13]和 Xac[14]的
研究中ꎬ也均是在不同基质中添加了低浓度的 Cu ̄
SO4 进行诱导ꎬ分别得到了上述几种植物病原细菌
的 VBNC状态ꎮ
3  VBNC状态的检测
植物病原细菌 VBNC状态的检测方法多是从
环境微生物中借鉴过来的ꎬ通过分别测定可培养细
菌(culturable)和活菌(viable)的数量ꎬ间接计算得
到 VBNC状态细菌的数量ꎮ 可培养细菌检测一般
是在适宜的固体培养基上(如 LB等)涂板计数ꎬ方
法较简单ꎬ无需赘述ꎻ活菌的检测相对繁琐ꎬ多为基
于光学的染色方法和基于分子生物学的 PCR 方
法ꎮ
3. 1  基于光学的检测方法
基于光学的检测方法是最经典的 VBNC 检测
方法ꎬ从 1982 年 Xu 等[1]第一次报道 VBNC 状态
开始ꎬ该方法仍是报道一种新菌 VBNC 状态时的
首选方法ꎮ
3. 1. 1  基于细胞生长和吖啶橙染色的直接计数
方法  1979 年ꎬKogure等[16]首次使用了活菌直接
计数法 (Direct Viable CountꎬDVC)ꎮ 此后ꎬGrey
使用 DVC法验证了细菌活力试剂盒检测方法的
准确性ꎮ 其方法是将 0. 1 mL 细菌加入到含
0􀆰 01%酵母浸粉和 0. 1%萘啶酮酸的 1 mL 培养基
中ꎬ25℃过夜培养ꎻ用 0. 1 mL浓度为 0. 5%的吖啶
橙染色 30 min后ꎬ再通过 0. 22 μm 孔径的黑色聚
碳酸酯膜收集菌体并通过荧光显微镜观察ꎮ 与缺
少酵母浸粉和吖啶橙的对照相比ꎬ增长的细菌被认
为是活细菌[8]ꎮ 在环境微生物的 VBNC 状态检测
中ꎬDVC法是目前最常用的检测方法ꎬ但该方法存
在一定的局限性ꎮ 绝大多数 G +细菌和少数 G -细
菌对萘啶酮酸具有抗性ꎬ比如番茄溃疡病菌
(Clavibacter michiganensis subsp. michiganensisꎬ
Cmm)ꎬ其菌体的 DNA 复制不能完全被萘啶酮酸
所抑制ꎬ因此不能通过 DVC 法进行检测和计数ꎮ
另外ꎬ培养基中残存的酵母提取物能与细菌固定液
结合产生沉淀ꎬ该沉淀可被吖啶橙染色ꎬ造成背景
色过高ꎬ不利于靶标菌的观察ꎮ
3. 1. 2  基于细胞呼吸作用的检测方法   5 ̄氰基 ̄
2ꎬ3 ̄二(4 ̄甲基苯基)四唑氯化物(5 ̄cyano ̄2ꎬ3 ̄di ̄
tolyl tetrazolium chlorideꎬCTC)是一种电子受体物
质ꎬ在细菌呼吸作用过程中ꎬ无色氧化态的 CTC可
以被还原为红色[17]ꎮ 在待测细菌溶液中添加低浓
度的 CTCꎬ室温条件下避光培养一段时间后ꎬ显微
镜下观测或是利用流式细胞仪检测具有红色荧光
的菌体ꎬ这些菌体被认为是活菌ꎮ 此法比 DVC 法
的适用范围广ꎬ但目前还不清楚是否所有的细菌均
可降解 CTC[15]ꎮ 在 E. amylovora 的 VBNC 状态
研究中ꎬ使用 CTC 法对病原菌的活菌数目进行了
检测和计算[2]ꎮ
3. 1. 3  基于细胞质膜结构完整性的检测方法(核
酸荧光染色)   在近几年关于 VBNC的报道中ꎬ多
数研究使用了 Molecular Probes 公司的 LIVE /
DEAD BacLight Bacterial Viability Kits(活 /死细菌
检测试剂盒)ꎮ 此试剂盒包含 2 种荧光染料 ̄碘化
丙啶(Propidium IodideꎬPI)和 SYTO 9ꎮ SYTO 9
可以穿过完整的细胞膜ꎬ进入菌体内与核酸结合而
呈现绿色荧光ꎬ其激发光为 480 nmꎬ发射光为 500
nmꎮ PI不能穿过完整的细胞膜ꎬ只能通过破损的
细胞膜进入菌体结合核酸而呈现红色荧光ꎬ其激发
光为 490 nmꎬ发射光为 635 nmꎮ 此试剂盒使用方
便ꎬ染色效果好ꎬ但是对于不同的细菌ꎬPI 和 SYTO
9 的比例需要做出适当的调整ꎮ
Ordax 等[2] 用活 /死细菌检测试剂盒将 E.
amylovora染色后用流式细胞仪(BectonDickinson
FACSCalibur bench cytometer)检测ꎬ发现有一部分
细菌呈现红色和绿色两种荧光ꎬ此部分被两种染料
染色的细菌是属于活细菌还是死细菌并不容易确
定ꎮ 笔者认为ꎬ虽然在细胞膜不完整的细菌中ꎬ红
色荧光会覆盖绿色荧光ꎬ但 PI 和 SYTO 9 在竞争
结合位点的过程中ꎬ仍然会有少部分 SYTO 9 与核
酸结合ꎬ而流式细胞仪的检测灵敏度非常高ꎬ故可
以检测到此部分绿色荧光ꎮ
van der Wolf 等[18]使用 PI 对 80℃加热处理
252
 
  3 期     蒋 娜ꎬ等:植物病原细菌的 VBNC状态研究进展
15 min的马铃薯环腐病菌(C. m. subsp. sepedoni ̄
cusꎬCms)的死细胞进行染色ꎬ以未加热的活细胞
为对照ꎬ通过紫外体视镜检测ꎬ发现此方法并不能
把死细胞和活细胞分开ꎮ 笔者以和 Cms 同种但不
同亚种的番茄溃疡病菌(Cmm)为材料ꎬ使用该试
剂盒中的 PI 进行染色ꎬ通过共聚焦显微镜(Leica
TCS SP5)观察ꎬ发现死细菌呈现红色荧光ꎬ而活细
菌检测不到荧光ꎬ证明可以通过 PI 染色的方法把
Cmm的死细胞和活细胞分开的ꎬ与之前 van der
Wolf对 Cms的研究结果存在一定出入ꎮ
以上 3 种染色方法中ꎬ第 1 种和第 2 种染色方
法检测的是细菌的代谢活性ꎬ而第 3 种方法检测的
是细菌膜结构的完整性ꎮ 在实验过程中ꎬ可以将这
2 种不同原理的检测方法结合使用ꎬ使结果更具说
服力ꎮ
3. 2  基于分子生物学的检测方法
随着分子生物学技术的发展ꎬ利用分子手段检
测 VBNC状态的细菌已成为一种趋势ꎮ 目前ꎬ分
子检测方法在植物病原细菌中未见报道ꎬ但是在其
他微生物中已有应用ꎬ值得借鉴ꎮ
3. 2. 1   基于 DNA 的检测方法   单叠氮乙啶
(Ethidium monoazideꎬEMA)和单叠氮丙啶( Pro ̄
pidium monoazideꎬPMA)是 2 种双链 DNA 染料ꎬ
可通过破损的细胞膜进入胞内ꎬ与 DNA 发生不可
逆的共价结合ꎬ阻止死细胞的 DNA 被扩增ꎮ 近年
来ꎬEMA 和 PMA 在有活力细胞的检测中被大量
应用ꎬ如 Luo 等[19]将 EMA 应用于 Real ̄time PCR
中ꎬ可实现选择性定量检测样品中有活力的番茄溃
疡病菌ꎮ Nocker 等[20]对 PMA 和 EMA 进行了比
较ꎬ发现 EMA也可以进入某些种类细菌的活细胞
中ꎬ活细胞通过外排泵将 EMA 排出体外时ꎬ会存
在少量的残留ꎬ这些残留可能影响活细胞 DNA 的
扩增ꎮ PMA 比 EMA 多一个正电荷ꎬ透膜性更差ꎬ
更不容易进入到活细胞内部ꎬ能够有效避免来自活
细胞中的 DNA不被染料结合ꎮ
Slimani等[21]用 0. 4 μm的聚碳酸酯膜过滤热
处理和非热处理混合的 Legionella pneumophilaꎬ将
6. 25 μM的 PMA溶液添加到滤膜上ꎬ经处理后再
提取 DNAꎬ可以很好地抑制死细胞 DNA 的扩增ꎬ
该方法可用于 VBNC 状态 L. pneumophila 的计
数ꎮ
3. 2. 2  基于 RNA 的检测方法  由于细菌 mRNA
的半衰期一般只有 3 ~ 5 min[22]ꎬ在不可培养的细
胞中ꎬ仍有 mRNA 的表达[23]ꎬ所以 mRNA 也被当
作一种 VBNC 细菌的指示因子ꎬ基于 mRNA 水平
检测的 RT ̄PCR技术越来越多地被应用于有活力
细胞的检测中ꎮ 但是ꎬ该方法需在明确 VBNC 机
制或者某个靶标基因在 VBNC 状态的表达情况的
前提下ꎬ才可以实施ꎮ
E. coli作为重要的模式生物ꎬ在 VBNC 方面
的研究相对比较透彻ꎮ Liu 等[24]应用 RT ̄PCR 结
合电子芯片的技术ꎬ以编码脂多糖的 rfbE 基因和
编码 H7 鞭毛蛋白的 fliC 基因为靶标ꎬ检测不同水
样中 VBNC状态的 E. coli O157:H7ꎮ 该方法的检
测限可达到梯度稀释的细菌培养物中 1 CFU的 E.
coliꎬ自来水中 3 ~ 4 CFU / L 的 E. coliꎬ河水中 7
CFU / L的 E. coliꎬ1 L河水中 50 个 VBNC状态的
E. coli细胞ꎬ灵敏度极高ꎮ
植物病原细菌的 VBNC 机制尚不清楚ꎬ限制
了基于 RNA检测方法的应用ꎮ
4  VBNC状态的恢复及其恢复后的致病性
4. 1  VBNC状态的恢复
如果 VBNC是细菌的一种抗逆机制ꎬ那么有
必要证明处于 VBNC状态的细菌是可以恢复到正
常生长和存活状态的ꎮ 在进行 VBNC 状态的恢复
时ꎬ一般有如下 3 种策略:1ꎬ去除细菌所在环境条
件中的诱导物质ꎬ如在培养基中添加 EDTA 螯合
Cu2 + ꎻ2ꎬ用营养充足的液体培养基或在培养基中
添加寄主植物的汁液等进行培养ꎬ促进 VBNC 状
态细菌部分基因的表达ꎻ3ꎬ直接接种寄主植物ꎬ在
寄主体内进行恢复ꎮ
Grey等[8]于 2001 年首次报道了植物病原细
菌 VBNC状态的恢复ꎬ通过在土壤中接种 VBNC
状态的 R. solanacearumꎬ随后在靠近番茄根部的
位置检测到了恢复后的 R. solanacearumꎬ这说明
植物根系的某些分泌物质ꎬ可能对 VBNC 细菌的
恢复有促进作用ꎮ
Ordax等[2]的研究结果表明ꎬ由 Cu2 +诱导的
E. amylovora的恢复能力与添加剂结合 Cu2 +的能
力、细菌进入 VBNC的时间、Cu2 +的浓度有关ꎮ 比
较几种添加剂的恢复效果ꎬKB 溶液、新鲜的未成
熟的梨汁效果最好ꎬEDTA 和天冬酰胺效果次之ꎬ
352
 
植物病理学报 43 卷
柠檬酸效果最差ꎮ
Santander等[3]利用 0. 7 μg / mL 的氯气诱导
E. amylovora的 VBNC状态ꎬ之后用 3 种不同方法
对其进行恢复处理ꎮ 结果表明ꎬ氯气诱导 30 min
的 E. amylovoraꎬ接种 KB 培养基、未成熟的梨和
梨树幼苗的方法都可将其恢复ꎻ但是氯气诱导 1 h
或更长时间后ꎬ仅接种梨树幼苗的方法可将其恢
复ꎮ 由此看来ꎬ用活体植株进行恢复的效率是最高
的ꎮ
4. 2  VBNC细菌恢复后的致病性
对从 VBNC状态恢复后的 E. amylovora 菌体
进行致病性研究ꎬ结果表明ꎬ在健康的梨果实上接
种处于 VBNC 状态的 E. amylovoraꎬ仅有 40 ~
60%的梨在接种的前五天显症ꎬ与对照相比ꎬ坏死
斑小且渗出物少ꎮ 然而ꎬ将从 VBNC 状态恢复后
的 E. amylovora 接种梨ꎬ发病情况与对照相似[2]ꎮ
上述结果表明ꎬ自然条件下ꎬ寄主中的营养物质可
促进细菌从 VBNC 状态恢复ꎬ且恢复后的细菌能
够重新获得与正常状态细菌相当的致病力ꎮ
笔者认为ꎬ当细菌处于 VBNC 状态时ꎬ体内的
新陈代谢水平非常低ꎬ与致病相关的基因基本处于
不表达或表达量极低的状态ꎬ不能引发病害或发病
比较轻ꎮ 当细菌恢复到可培养状态时ꎬ新陈代谢恢
复正常ꎬ基因表达也恢复到正常水平ꎬ因此致病力
也得到了恢复ꎮ
5  VBNC状态的机制
在目前关于植物病原细菌 VBNC 的研究报道
中ꎬ尚未涉及 VBNC 状态的机制ꎮ 而在环境微生
物方面ꎬ已有报道通过对 VBNC 状态、饥饿状态和
对数生长期的 Enterococcus faecalis 蛋白表达图谱
进行分析ꎬ发现三者之间存在很大差异ꎮ 例如ꎬ与
对数生长期的细菌蛋白图谱相比ꎬVBNC状态细菌
的果糖二磷酸醛缩酶(Fructose ̄bisphosphate aldola ̄
se)表达量上调ꎬ且等电点降低ꎬ而饥饿状态细菌的
果糖二磷酸醛缩酶表达量下调ꎮ 果糖二磷酸醛缩
酶在代谢途径中发挥重要作用ꎬ在 VBNC 状态和
饥饿状态下ꎬ该酶的表达量不一致ꎬ表明 VBNC 和
饥饿是两种不同的机制[4]ꎮ 另有报道称卤化呋喃
等小分子物质在细菌进入 VBNC 状态的过程中起
到了信号传递的作用[25]ꎮ
在 VBNC的诱导过程中ꎬ细菌的碳水化合物、
蛋白被降解ꎬ RNA、 DNA 含量下降[23]ꎮ Rozen
等[26]利用 DNA 微阵列方法分析了 VBNC 状态的
E. coli 的基因转录谱ꎬ发现有 320 个与细胞分裂
和核酸合成相关的基因表达量下调ꎬ937 个与小分
子代谢、能量代谢、TCA循环等相关的基因表达量
上调ꎮ
Chiu等[27]使用黄色荧光蛋白(YFP)标记 V.
parahaemolyticus 中细胞骨架蛋白 MreBꎬ发现
MreB被降解为小片段ꎮ VBNC诱导 12 h 后ꎬ短杆
状的 V. parahaemolyticus经过膨大过程ꎬ变为三种
形状的细胞:完全膨大的球形细胞ꎬ一端膨大的
“鸡腿状”细胞ꎬ中间膨大的“兔耳状”细胞ꎮ 36 h
后ꎬ所有细胞经过缩小过程ꎬ变为小球形ꎮ 这说明
细胞骨架蛋白 MreB 与 VBNC 状态细菌的形态变
化密切相关ꎮ
培养基中存在大量的过氧化氢ꎬ会对细胞产生
毒害ꎮ 在 V. vulnificus 中编码过氧化氢酶的 katG
基因下调ꎬ导致细胞不能合成足够的过氧化氢酶应
对培养基中的过氧化氢ꎬ这可能是 VBNC 细菌无
法在培养基上形成菌落的一个重要原因[28]ꎮ
通过 RT ̄PCR 的方法ꎬ在 VBNC 状态的 V.
vulnificus[28]和 E. coli[24]中仍可以检测到某些毒
性基因的表达ꎬ说明 VBNC 状态的细菌保留了部
分的致病能力ꎬ从病原学上分析ꎬ仍然存在很高的
风险ꎮ
在 VBNC状态的恢复过程中ꎬ细胞首先合成
RNAꎬ翻译蛋白ꎬ细胞增长ꎬ细菌完成自身的生长ꎮ
随后复制 DNAꎬ分裂繁殖后代[23]ꎮ E. coli中编码
外膜蛋白的 ompW 基因在感应外界刺激和启动应
激反应中发挥重要作用ꎬ但是其表达可抑制细菌
VBNC状态的恢复[29]ꎮ 在恢复过程中ꎬV. parah ̄
aemolyticus中与 TTSS2 和溶血素相关的基因表达
量没有发生变化ꎬ证明致病基因并不是所有处于
VBNC状态的细菌恢复所必需的[30]ꎮ
6  植物病原细菌 VBNC状态的研究意义
植物病原细菌的 VBNC 状态作为微生物学中
的一个全新概念ꎬ在植物病理学领域受到高度关
注ꎬ它对传统的病害循环、病原菌检测、病害防治等
均提出了新的挑战ꎬ因此研究植物病原细菌的
VBNC状态具有重要的意义ꎮ
452
 
  3 期     蒋 娜ꎬ等:植物病原细菌的 VBNC状态研究进展
6. 1   为田间病害初侵染来源和病害流行学研究
提供参考
在实际生产中ꎬ切断病害的初侵染源是重要的
病害管理措施ꎮ 目前公认的对于植物病原细菌的
鉴定和检测方法中ꎬ均是以培养基的分离培养结果
为基础[31]ꎬ当在某些情况下ꎬ如果从土壤、种子、田
间病残体、自生植物等介体上均无法检测到病原细
菌ꎬ而田间病害仍然大量发生时ꎬ我们不妨从病原
细菌的 VBNC 状态入手ꎬ对上述材料进一步进行
分析和检测ꎮ 研究病原菌是否能以 VBNC 状态存
在ꎬ在作物生长阶段ꎬ受到植物的根系分泌物或植
物体中的某些物质刺激后ꎬVBNC细菌恢复正常状
态ꎬ从而导致病害的发生[8]ꎮ 当然ꎬ这个假设需要
后续通过实验进一步验证ꎮ
6. 2  指导田间病害防治
当前ꎬ含 Cu2 +的保护性药剂如可杀得等ꎬ是防
治植物细菌病害最常用的农药[32]ꎮ 但是ꎬ由于
Cu2 +可作为一种细菌 VBNC 状态的诱导剂ꎬ低浓
度条件下可能使细菌进入 VBNC 状态而并未完全
杀死细菌[2ꎬ 6 ~ 8ꎬ 12 ~ 14]ꎮ 因此ꎬ在田间用药时ꎬ要注
意通过调节和控制铜制剂的使用时间、施药次数、
浓度、安全间隔期等ꎬ避免病原细菌进入可能的
VBNC状态而对下一生长季造成潜在危害ꎬ提高防
病效果ꎮ 针对不同的植物病原细菌ꎬ可在实验条件
下分别测定 Cu2 +杀死细菌和诱导 VBNC状态的最
高浓度和最低浓度ꎬ从而为病害防治提供参考ꎮ
6. 3   促使种子健康检测和种子调运过程中检疫
方法的改进
细菌 VBNC状态的提出ꎬ对种子健康检测的
冲击是最直接的ꎮ 由国际种子检验协会( Interna ̄
tional Seed Testing Associationꎬ ISTA)颁布的«国
际种子检验规程»ꎬ是国际通用也是最常用的种子
健康检验方法ꎬ但是这些常规的方法无法检测到处
于 VBNC 状态的细菌ꎮ 因此ꎬ对于已报道存在
VBNC状态的细菌ꎬ尤其在检测那些可引起重大病
害发生的检疫性病原细菌时ꎬ必要的条件下ꎬ应当
增加 VBNC状态的检测ꎬ确保万无一失ꎮ
参考文献
[1]   Xu H Sꎬ Roberts Nꎬ Singleton F Lꎬ et al. Survival
and viability of nonculturable Escherichia coli and Vib ̄
rio cholera in the estuarine and marine environment
[J] . FEMS Microbiology Ecologyꎬ 1982ꎬ 8(4): 203
-208.
[2]   Ordax Mꎬ Marco ̄Noales Eꎬ Lopez M Mꎬ et al.
Surival strategy of Erwinia amylovora against copper:
induction of the viable ̄but ̄nonculturable state [ J] .
Applied and Environmental Microbiologyꎬ 2006ꎬ 72
(5): 3482 -3488.
[3]   Santander R Dꎬ Catala ̄Senent J Fꎬ Marco ̄Noales Eꎬ
et al. In planta recovery of Erwinia amylovora viable
but nonculturable cells [J] . Treesꎬ 2012ꎬ 26(1): 75
-82.
[4]   Heim Sꎬ Maria D M Lꎬ Bonato Bꎬ et al. The viable
but nonculturable state and starvation are different
stress responses of Enterococcus faecalisꎬ as deter ̄
mined by proteome analysis [J] . Journal of Bacteriol ̄
ogyꎬ 2002ꎬ 184(23): 6739 -6745.
[5]   Oliver J D. Recent findings on the viable but noncul ̄
turable state in pathogenic bacteria [J] . FEMS Micro ̄
biology Reviewꎬ 2010ꎬ 34(4): 415 -425.
[6]   Alexander Eꎬ Pham Dꎬ Steck T R. The viable ̄but ̄
nonculturable condition is induced by copper in
Agrobacterium tumefaciens and Rhizobium leguminosa ̄
rum [ J] . Applied and Environmental Microbiologyꎬ
1999ꎬ 65(8): 3754 -3756.
[7]   Ghezzi J Iꎬ Steck T R. Induction of the viable but non ̄
culturable condition in Xanthomonas campestris pv.
campestris in liquid microcosms and sterile soil [ J] .
FEMS Microbiology Ecologyꎬ 1999ꎬ 30 (3): 203 -
208.
[8]   Grey B Eꎬ Steck T R. The viable but nonculturable
state of Ralstonia solanacearum may be involved in
long ̄term survival and plant infection [ J] . Applied
and Environmental Microbiologyꎬ 2001ꎬ 67(9): 3866
-3872.
[9]   van Overbeek L Sꎬ Bergervoet J H Wꎬ Jacobs F H Hꎬ
et al. The low ̄temperature ̄induced viable ̄but ̄noncul ̄
turable state affects the virulence of Ralstonia so ̄
lanacearum Biovar 2. Phytopathologyꎬ 2004ꎬ 94(5):
463 -469.
552
 
植物病理学报 43 卷
[10] Imazaki Iꎬ Nakaho K. Temperature ̄upshift ̄mediated
revival from the sodium ̄pyruvate ̄recoverable viable
but nonculturable state induced by low temperature in
Ralstonia solanacearum: linear regression analysis
[J] . Journal of General Plant Pathologyꎬ 2009ꎬ 75
(3): 205 -212.
[11] Imazaki Iꎬ Nakaho K. Pyruvate ̄amended modified
SMSA medium: improved sensitivity for detection of
Ralstonia solanacearum [ J] . Journal of General Plant
Pathologyꎬ 2010ꎬ 76(1): 52 -61.
[12] Ordax Mꎬ Biosca E Gꎬ Wimalajeewa S Cꎬ et al. Sur ̄
vival of Erwinia amylovora in mature apple fruit caly ̄
ces through the viable but nonculturable (VBNC) state
[ J] . Journal of Applied Microbiologyꎬ 2009ꎬ 107
(1): 106 -116.
[13] Ordax Mꎬ Marco ̄Noales Eꎬ Lopez M Mꎬ et al. Ex ̄
opolysaccharides favor the survival of Erwinia amylo ̄
vora under copper stress through different strategies
[J] . Research in Microbiologyꎬ 2010ꎬ 161(7): 549
-555.
[14] del Campo Rꎬ Russi Pꎬ Mara Pꎬ et al. Xanthomonas
axonopodis pv. citri enters the VBNC state after cop ̄
per treatment and retains its virulence [J] . FEMS Mi ̄
crobiology Lettersꎬ 2009ꎬ 298(2): 143 -148.
[15] Zheng G Lꎬ Liao S Aꎬ Zhai J Jꎬ et al. Progress in re ̄
search on the “Viable but non ̄culturable (VBNC)”
state of bacteria in environment ( in Chinese) [ J] .
Progress in Microbiology and Immunology (微生物学
免疫学进展)ꎬ 2004ꎬ 32(4): 58 -66.
[16] Kogure Kꎬ Simidu Uꎬ Tage N. A tentative direct mi ̄
croscopic method for counting living marine bacteria
[ J] . Canadian Journal of Microbiologyꎬ 1979ꎬ 25
(3): 415 -420.
[17] Sieracki M Eꎬ Cucci T Lꎬ Nicinski J. Flow cytometric
analysis of 5 ̄cyano ̄2ꎬ3 ̄ditolyl tetrazolium chloride ac ̄
tivity of marine bacterioplankton in dilution cultures
[J] . Applied and Environmental Microbiologyꎬ 1999ꎬ
65(6): 2409 -2417.
[18] van der Wolf J Mꎬ van Beckhoven J R C M. Factors
affecting survival of Clavibacter michiganensis subsp.
sepedonicus in water [ J] . Journal of Phytopathologyꎬ
2004ꎬ 152(3): 161 -168.
[19] Luo L Xꎬ Waters Cꎬ Bolkan Hꎬ et al. Quantification
of viable cells of Clavibacter michiganensis subsp.
michiganensis using a DNA binding dye and a real ̄time
PCR assay [J] . Plant Pathologyꎬ 2008ꎬ 57(2): 332
-337.
[20] Nocker Aꎬ Cheung C ̄Yꎬ Camper A K. Comparison of
propidium monoazide with ethidium monoazide for dif ̄
ferentiation of live vs. dead bacteria by selective re ̄
moval of DNA from dead cells [J] . Journal of Micro ̄
biological Methodsꎬ 2006ꎬ 67(2): 310 -320.
[21] Slimani Sꎬ Robyns Aꎬ Jarraud Sꎬ et al. Evaluation of
propidium monoazide ( PMA) treatment directly on
membrane filter for the enumeration of viable but non
cultivable Legionella by qPCR [ J] . Journal of Micro ̄
biological Methodsꎬ 2012ꎬ 88(2): 319 -321.
[22] Conway Tꎬ Schoolnik G K. Microarray expression
profiling: capturing a genome ̄wide portrait of the tran ̄
scriptome [ J ] . Molecular Microbiologyꎬ 2003ꎬ 47
(4): 879 -889.
[23] Trevors J T. Viable but non ̄culturable (VBNC) bac ̄
teria: gene expression in planktonic and biofilm cells
[J] . Journal of Microbiological Methodsꎬ 2011ꎬ 86
(2): 266 -273.
[24] Liu Yꎬ Gilchrist Aꎬ Zhang Jꎬ et al. Detection of via ̄
ble but nonculturable Escherichia coli O157:H7 bacte ̄
ria in drinking and river water [J] . Applied and Envi ̄
ronmental Microbiologyꎬ 2008ꎬ 74(5): 1502 -1507.
[25] Srinivasan Sꎬ Ostling Jꎬ Charlton Tꎬ et al. Extracellu ̄
lar signal molecular( s) involved in the carbon starva ̄
tion response of marine Vibrio sp. strain S14 [ J] .
Journal of Bacteriologyꎬ 1998ꎬ 180(2): 201 -209.
[26] Rezon Yꎬ LaRossa R Aꎬ Templeton L Jꎬ et al. Gene
expression analysis of the response by Escherichia coli
to seawater [J] . Antonie van Leeuwenhoekꎬ 2002ꎬ 81
(1): 15 -25.
[27] Chiu S Wꎬ Chen S Yꎬ Wong H Cꎬ et al. Localization
and expression of MreB in Vibrio parahaemolyticus un ̄
der different stresses [ J] . Applied and Environmental
Microbiologyꎬ 2008ꎬ 74(22): 7016 -7022.
[28] Smith Bꎬ Oliver J D. In situ and in vitro gene
652
 
  3 期     蒋 娜ꎬ等:植物病原细菌的 VBNC状态研究进展
expression by Vibrio vulnificus during entry intoꎬ per ̄
sistence withinꎬ and resuscitation from the viable but
nonculturable state [ J] . Applied and Environmental
Microbiologyꎬ 2006ꎬ 72(2): 1445 -1451.
[29] Asakura Hꎬ Kavamoto Kꎬ Haishima Yꎬ et al. Differ ̄
ential expression of the outer membrane protein W
(OmpW) stress response in enterohemorrhagic Esche ̄
richia coli O157:H7 corresponds to the viable but non ̄
culturable state [J] . Research in Microbiologyꎬ 2008ꎬ
159(9 -10): 709 -717.
[30] Coutard Fꎬ Lozach Sꎬ Pommepuy Mꎬ et al. Real ̄time
reverse transcription ̄PCR for transcriptional expression
analysis of virulence and housekeeping genes in viable
but nonculturable Vibrio parahaemolyticus after recov ̄
ery from culturability [J] . Applied and Environmental
Microbiologyꎬ 2007ꎬ 73(16): 5183 -5189.
[31] Agrios G N. Plant pathology ( fifth edition) [M] .
USA: Elsevier Academic Pressꎬ 2005ꎬ 23.
[32] Basim Hꎬ Minsavage G Vꎬ Stall R Eꎬ et al. Charac ̄
terization of a unique chromosomal copper resistance
gene cluster from Xanthomonas campestris pv. vesica ̄
toria [ J] . Applied and Environmental Microbiologyꎬ
2005ꎬ 71(12): 8284 -8291.
责任编辑:张宗英
􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌
􀤌
􀤌
􀤌
􀤌
􀤌
􀤌
􀤌
􀤌
􀤌
􀤌
􀤌
􀤌
􀤌
􀤌
􀤌
􀤌
􀤌
􀤌
􀤌
􀤌
􀤌
􀤌
􀤌
􀤌
􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌
􀤌
􀤌
􀤌
􀤌
􀤌
􀤌
􀤌
􀤌
􀤌
􀤌
􀤌
􀤌
􀤌
􀤌
􀤌
􀤌
􀤌
􀤌
􀤌
􀤌
􀤌
􀤌
􀤌
􀤌
􀤌
􀦌 􀦌
􀦌
􀦌
欢迎订阅«植物病理学报»
«植物病理学报»是中国植物病理学会主办的全国性学术刊物ꎬ“中国科技核心期刊”ꎮ 主要刊登
植物病理学各分支未经发表的专题评述、研究论文和研究简报等ꎬ以反映中国植物病理学的研究水平
和发展方向ꎬ推动学术交流ꎬ促进研究成果的推广和应用ꎮ
本刊现已被英国农业与生物技术文摘(CAB)、联合国粮农组织 AGRIS 等收录ꎮ 据«中国科技期
刊引证报告»(2012 年版)统计结果ꎬ«植物病理学报»影响因子 0. 836ꎮ 荣获首届«中国学术期刊检索
与评价数据规范»(CAJ ̄CD)执行优秀期刊奖和 2012 中国国际影响力优秀学术期刊奖ꎮ
本刊为双月刊ꎬ每期定价 30 元ꎬ全年 6 期共 180 元ꎮ
邮发代号: 82 ̄214ꎮ 欢迎投稿ꎬ欢迎订阅ꎮ
编辑部地址: 北京市海淀区圆明园西路 2 号 中国农业大学植保楼 406 室
邮编: 100193
电话: (010) 6273 2364
E ̄mail:zwblxb@ cau. edu. cnꎮ
752