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Identification of the pathogens causing root rot of Glycyrrhiza uralensis Fisch.

甘草根腐病病原菌鉴定



全 文 :植物病理学报
ACTA PHYTOPATHOLOGICA SINICA  44(2): 213 ̄216(2014)
收稿日期: 2013 ̄06 ̄01ꎻ 修回日期: 2013 ̄12 ̄23
基金项目: 宁陕科技合作项目资助ꎻ 高等学校学科创新引智计划资助(B07049)
通讯作者: 胡小平ꎬ教授ꎬ博士研究生导师ꎬ主要从事植物病理学研究ꎻ E ̄mail: xphu@nwsuaf􀆰 edu􀆰 cnꎮ
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研究简报
甘草根腐病病原菌鉴定
曹雪梅1ꎬ 李生兵2ꎬ 张惠玲2ꎬ 胡小平1∗
( 1旱区作物逆境生物学国家重点实验室 /西北农林科技大学植保学院ꎬ 杨凌 712100ꎻ 2 宁夏盐池县科技局ꎬ 盐池 751500)
Identification of the pathogens causing root rot of Glycyrrhiza uralensis Fisch􀆰   CAO
Xue ̄mei1ꎬ LI Sheng ̄bing2ꎬ ZHANG Hui ̄ling2ꎬ HU Xiao ̄ping1   ( 1 State Key Laboratory of Crop Stress Biology for
Arid Areas and College of Plant Protectionꎬ Northwest A&F Universityꎬ Yangling 712100ꎬ Chinaꎻ 2 Science and Technology
Bureau of Yanchi Countyꎬ Yanchi 751500ꎬ China)
Abstract: The diseased roots of Glycyrrhiza uralensis with root rot symptom were sampled in Ningxiaꎬ China􀆰
Seventy eight fungal isolates were finally isolated from the materials and the pathogens were identified according
to Koch’ s postulate􀆰 Fusarium solani and Fusarium oxysporum were found to be pathogenic to G􀆰 uralensis
plants􀆰 Based on the morphological characteristics and sequence analysis of EF ̄1αꎬ the representative isolates
G013 and FLR were identified as F􀆰 solani and F􀆰 oxysporumꎬ respectively􀆰 The host range test showed that the
two pathogens could also infect Solanum tuberosum and Glycine maxꎬ but not Triticum aestivum Linnꎬ Vigna
unguiculataꎬ Medicago sativaꎬ Phaseolus vulgarisꎬ Cucumis sativus Linnꎬ Solanum melongena L􀆰 ꎬ Capsicum
frutescensꎬ Solanum lycopersicumꎬ Zea mays L􀆰 and Gossypium spp􀆰 . This is the first report of root rot caused
by F􀆰 solani and F􀆰 oxysporum on G􀆰 uralensis in China􀆰
Key words: Fusarium solaniꎻ Fusarium oxysporumꎻ EF ̄1αꎻ host range
文章编号: 0412 ̄0914(2014)02 ̄0213 ̄04
    甘草(Glycyrrhiza uralensis Fish􀆰 )别名甜草、
蜜草、甜根子ꎬ为豆科多年生草本植物ꎬ以根与根茎
入药ꎬ具有补脾益气、清热解毒、祛痰止咳、缓急止
痛、调和诸药之功效ꎬ是我国临床常用的中药材ꎬ也
可用作食品添加剂ꎮ 甘草主要分布在我国的内蒙
古、甘肃和宁夏ꎬ在青海、陕西、新疆、黑龙江、辽宁、
吉林、河北、山西等地局部地区也有分布ꎮ 宁夏盐
池县是我国乌拉尔甘草的重要产区ꎬ面积大、贮量
多、品质好ꎬ1995 年被誉为“中国甘草之乡” [1]ꎮ
近年来ꎬ野生甘草遭到了大规模采挖ꎬ甘草蕴藏量
急剧减少ꎬ目前主要通过人工种植来满足市场需
求ꎮ 随着甘草种植面积的不断扩大ꎬ甘草病虫害日
趋严重ꎬ根腐病危害尤为突出ꎬ直接影响甘草的产
量和品质ꎬ造成巨大经济损失ꎮ
据报道ꎬ宁夏甘草病害种类主要包括褐斑病、
猝倒病、立枯病、锈病、白粉病、叶斑病和菟丝子
等[1]ꎮ 迄今ꎬ尚未见甘草根腐病的研究报道ꎮ 本
文采用柯赫氏证病律、病原菌的形态学和 EF ̄1α
序列分析ꎬ对甘草根腐病的病原学进行了研究ꎬ同
时测定了病原菌的寄主范围ꎬ以期为该病害的田间
诊断和防治提供参考ꎮ
1  材料与方法
1􀆰 1  试验材料
2012年 7月ꎬ在宁夏盐池县孙家楼和左记湾村
人工栽培甘草田中选取典型发病甘草植株为试验材
料ꎬ进行病原菌鉴定ꎮ 甘草(Glycyrrhiza uralensis)
幼苗由宁夏盐池县甘草试验站提供ꎮ 紫花苜蓿
 
植物病理学报 44卷
(Medicago sativa)、菜豆(Phaseolus vulgaris)、豌豆
(Pisum sativum)、蚕豆(Vicia faba)、豇豆 (Vigna
unguiculata)、甜瓜(Cucumis melo)、黄瓜(Cucumis
sativus)、 大豆 ( Glycine max )、 茄 子 ( Solanum
melongena)、马铃薯 ( Solanum tuberosum)、辣椒
(Capsicum frutescens)、番茄 ( Solanum lycopersi ̄
cum)、小麦(Triticum aestivum)、玉米(Zea mays)
和棉花(Gossypium spp􀆰 )种子均购自西安谷德种
业有限公司ꎮ
1􀆰 2  标样采集和病原菌分离
按照常规组织分离法对采集的标样进行分离ꎮ
分离物经单孢纯化后接于 PDA试管斜面ꎬ保存备用ꎮ
1􀆰 3  致病性测定
将在 PDA培养基上 25℃培养 7 d的分离物菌
饼(直径为 0􀆰 6 cm)接种于室内盆栽的健康一年生
甘草幼苗根部ꎮ 在植株主根距土壤表面 5 cm处刺
伤ꎬ从菌落边缘打取 5 个分离物菌饼覆在刺伤部
位ꎬ用铝箔纸包住ꎬ以接种空白 PDA培养基的刺伤
植株为对照ꎮ 对照和处理各 12次重复ꎮ 接种后的
植株置温室培养[(25±1)℃ꎬ16 h 光照]ꎬ2 个月后
再从发病植株根部分离病原菌并纯化ꎬ与最初接种
的分离物进行比较ꎮ
1􀆰 4  病原菌的形态特征和培养性状观察
将致病性接种试验确证的病原菌在 PDA 上
活化培养后ꎬ用灭菌打孔器(直径 0􀆰 6 cm)打取菌
饼接于 PSA(200 g马铃薯、20 g 蔗糖、20 g 琼脂、1
L去离子水)平板上ꎬ于 25℃黑暗培养 4 d 后观察
菌落形态及培养性状ꎮ 用十字交叉法测量菌落生
长直径ꎬ计算生长速率ꎮ 在光学显微镜下观察分生
孢子形态、大小ꎬ隔膜有无及数目、产孢结构、厚垣
孢子有无及着生部位等ꎮ
1􀆰 5  病原菌的分子鉴定
1􀆰 5􀆰 1  基因组 DNA提取  将病原菌接于马铃薯
葡萄糖液体培养基中ꎬ在 25℃、125 r / min 条件下
振荡培养 3 ~ 4 dꎬ过滤收集菌丝体ꎬ风干后ꎬ采用
CTAB法提取 DNAꎮ
1􀆰 5􀆰 2  EF ̄1α 区段扩增及测序   利用引物 EF1 ̄
728F / EF1 ̄986R扩增延伸因子 EF ̄1αꎮ 引物序列
为: EF1 ̄728F: 5′ ̄CATCGAGAAGTTCGAGAAGG ̄
3′ꎻ EF1 ̄986R: 5′ ̄TACTTGAAGGAACCCTTACC ̄
3′ꎮ PCR 反应体系 25 μL:2 ×Reaction Mix 12􀆰 5
μLꎬ引物 EF1 ̄728F / EF1 ̄986R ( 10 μmol / L ) 各
1 μLꎬGolden DNA polymerase 0􀆰 15 μLꎬ模板 DNA
l μL ( 50 ng / μL)ꎬ ddH2O 9􀆰 35 μLꎮ 扩增条件:
95℃预变性 3 minꎻ94℃变性 2 minꎬ55℃退火 30 sꎬ
72℃延伸 l minꎬ共 35 个循环ꎻ最终 72℃延伸 5
minꎮ PCR 扩增产物用 3%琼脂糖凝胶电泳检测
后ꎬ送上海生工测序ꎮ
1􀆰 5􀆰 3  序列比对及系统发育树构建  将测序结果
在 GenBank 数据库中进行同源性序列分析ꎬ与数
据库中已知镰刀菌 EF ̄1α 序列进行比较ꎬ确定病
原菌的分类地位ꎮ 采用软件 MEGA 5􀆰 0 中的 NJ
(Neighbor ̄Joining)法对镰刀菌属第 III ~ V 组不同
种的 EF ̄1α序列进行系统发育树分析ꎬ利用 Boot ̄
strap(1 000次重复)检验各分支的置信度[2]ꎮ
1􀆰 6  寄主范围测定
采用灌根法对寄主进行致病性测定ꎮ 将病原
菌在 PDA上培养 7 d 后接于 PDB 液体培养基中ꎬ
置于 25℃、125 r / min 的摇床上培养ꎮ 7 d 后用 4
层纱布过滤ꎬ并将滤液中孢子的浓度调至 107 个 /
mL备用ꎮ 供试种子经 0􀆰 1%升汞液表面消毒后播
种在盛有灭菌土的营养钵内ꎬ待幼苗长出 2 ~ 4 片
真叶时采用灌根法接种于植株根部ꎬ接种量为 10
mL /株ꎬ每种作物接种 20株ꎬ以无菌水接种的为对
照ꎮ 接种后的植株置 25℃温室培养ꎬ定期观察ꎬ记
录发病情况ꎮ
2  结果与分析
2􀆰 1  病害症状
甘草根腐病主要为害 3 ~ 4 年生甘草植株ꎬ发
病率 30%左右ꎬ严重田块可达 50%以上ꎮ 田间 2
年生甘草在当年成熟后即有发生ꎬ3~4年生甘草在
6~7月份为病害高发期ꎮ 发病初期ꎬ甘草幼苗叶片
由下而上变黄ꎬ植株矮化ꎮ 地下部分侧根从根尖开
始变褐ꎬ水渍状ꎬ随后变黑腐烂ꎮ 主根下半部出现
黑褐色凹陷斑ꎬ髓部变褐ꎬ并且向上发展ꎬ褐色渐
浅ꎮ 病株极易从土中拔起ꎬ严重时植株枯萎死亡ꎬ
根部腐烂ꎬ在根部表面可见白色菌丝(图 1)ꎮ
2􀆰 2  致病菌的分离与致病性测定
    从甘草病株根部共分离获得 78 个真菌分离
物ꎬ经形态学观察ꎬ将这些分离物初步归为 3 个类
群:茄类镰刀菌 ( Fusarium solani)、尖孢镰刀菌
(Fusarium oxysporum)和层出镰刀菌 ( Fusarium
proliferatum ) ꎮ其中ꎬ茄类镰刀菌48株ꎬ尖孢镰刀
412
 
  2期 曹雪梅ꎬ等:甘草根腐病病原菌鉴定
Fig.1  Symptoms of Glycyrrhiza uralensis root rot
A: Symptom in the fieldꎻ B: Healthy leavesꎻ C: Wilted leavesꎻ D: Healthy rootꎻ E: Interior decay of root􀆰
菌 24株ꎬ层出镰刀菌 6株ꎬ出现频率分别为 61􀆰 5%、
30􀆰 8%、7􀆰 7%ꎮ 从所获得的 3个不同类群中各选择
5 个菌株进行致病性测定ꎬ结果表明 15 个代表菌
株表现出不同程度的致病性ꎬ其中菌株 G013 和
FLR致病性最强ꎬ能引起典型的病害症状ꎬ与田
间发病病征相似ꎮ 对照植株生长正常ꎬ无任何症
状ꎮ 取发病植物组织进行病原菌分离ꎬ分离培养
物与接种试验病原菌在形态上一致ꎬ从而证明菌
株 G013 和 FLR为甘草根腐病的致病菌ꎮ
2􀆰 3  病原菌的形态学鉴定
2􀆰 3􀆰 1  G013 菌落和菌体形态   在 PSA 培基上ꎬ
菌落呈圆形ꎬ气生菌丝薄绒状ꎬ白色至浅黄绿色ꎬ正
面中央可见分泌紫红色色素ꎬ菌落反面深黄色至浅
黄色ꎬ25℃条件下在 PSA上黑暗培养 4 d菌落生长
直径为 3􀆰 2 cmꎮ 小型分生孢子数量多ꎬ卵圆形或
肾形ꎬ大小为(7􀆰 5 ~ 16􀆰 0)μm×(2􀆰 5 ~ 5􀆰 3)μmꎬ单
胞ꎬ假头状着生于分生孢子梗上ꎻ分生孢子梗细长ꎬ
瓶状ꎻ大型分生孢子马特形ꎬ数量多ꎬ两端钝圆ꎬ足
细胞不明显ꎬ2~5个分隔ꎬ大小为(20􀆰 0 ~ 50􀆰 0)μm
×(4􀆰 5~7􀆰 5) μmꎻ罕见厚垣孢子ꎮ
2􀆰 3􀆰 2  FLR菌落和菌体形态  在 PSA培基上ꎬ菌
落呈圆形ꎬ气生菌丝白色棉絮状ꎬ菌落正面可见分
泌紫色色素ꎬ 菌丝生长速度快ꎬ25℃条件下在 PSA
上黑暗培养 4 d 菌落生长直径为 4􀆰 5 cmꎮ 小型分
生孢子数量多ꎬ椭圆形至腊肠形ꎬ单胞或偶尔双胞ꎬ
大小为(5􀆰 0 ~ 15􀆰 0)μm×(2􀆰 5 ~ 7􀆰 5) μmꎬ着生于
侧生瓶状小梗上或短的侧生分生孢子梗上的瓶状
小梗上ꎻ分生孢子梗瓶状ꎬ短ꎬ单生ꎬ无分枝ꎬ顶端产
孢部位稍细ꎬ大小为(7􀆰 5 ~ 22􀆰 5)μm×(2􀆰 5 ~ 5􀆰 0)
μmꎻ大型分生孢子数量少ꎬ镰刀形ꎬ一般为 3 ~ 5 个
分隔ꎬ多为 3 个分隔ꎬ大小为(15􀆰 0 ~ 32􀆰 5) μm×
(5􀆰 0~10􀆰 0) μmꎻ厚垣孢子球形ꎬ顶生或间生于短分
枝上ꎬ单独或成链状ꎬ直径大小为(7􀆰 5~30􀆰 0) μmꎮ
2􀆰 3􀆰 3  形态学鉴定结果  根据 G013和 FLR的形
态学特征ꎬ依据 Booth[3] 的镰刀菌属分类系统ꎬ
G013被鉴定为茄类镰刀菌(Fusarium solani)ꎬFLR
被鉴定为尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)ꎮ
2􀆰 4  病原菌的分子鉴定
采用引物 EF1 ̄728F / EF1 ̄986R 对菌株 G013
和 FLR的 EF ̄1α 区进行了扩增和测序ꎬ2 个菌株
的 EF ̄1α序列全长分别为 270 bp 和 247 bp(Gen ̄
Bank 登录号分别为 AB777258 和 AB777257)ꎮ
G013测序结果与 FRCS974 等同属茄类镰刀菌的
EF ̄1α序列的同源性高达 100%ꎻFLR 测序结果与
NRRL 38328 等同属尖孢镰刀菌的 EF ̄1α 序列的
同源性高达 100%ꎮ 进一步利用 MEGA 5􀆰 0 软件
采用 neighbor ̄joining法建立镰刀菌属第 III ~ V 组
不同种的系统发育树ꎬ结果表明ꎬ菌株 G013 与
NRRL52790、FRCS974 和 NRRL52721 3 个 Fusari ̄
um solani 菌株的同源性高ꎬ位于系统发育树的同
一分支ꎬ得到了 100%的支持率ꎻ菌株 FLR 与
PUF017、NRRL38328和 NRRL36284 3个 Fusarium
oxysporum菌株的遗传距离最近ꎬ聚为一类ꎬ支持
率也为 100%ꎮ 结合 2 个菌株的形态学特征和
512
 
植物病理学报 44卷
EF ̄1α序列分析结果ꎬ确定 G013和 FLR分别为茄
类镰刀菌(Fusarium solani)和尖孢镰刀菌(Fusari ̄
um oxysporum)ꎮ
2􀆰 5  寄主范围测定结果
对 6科 15种作物的室内接种试验结果表明ꎬ
甘草根腐病菌 G013 和 FLR 除侵染甘草外还可侵
染马铃薯和大豆ꎬ引起植株叶片褪绿黄化、萎蔫ꎬ主
根维管束变褐ꎮ 此外ꎬG013 菌株还可侵染蚕豆和
豌豆ꎬFLR 还可侵染甜瓜ꎮ 而紫花苜蓿、菜豆、豇
豆、黄瓜、茄子、辣椒、番茄、小麦、玉米和棉花等 5
科 10种植物无任何症状ꎮ
3  结论与讨论
甘草根腐病在宁夏盐池、平罗及灵武甘草生
产基地均有发生ꎬ已成为当地影响甘草产量的主要
病害ꎮ 本研究用 PDA培养基对宁夏盐池甘草根腐
病病原菌进行了常规组织分离ꎬ分离获得 78 个真
菌分离物ꎮ 根据柯赫氏证病律经室内接种测定发
现ꎬG013和 FLR 能引起典型的病害症状ꎬ与田间
发病病征相似ꎬ并从接种后的甘草发病部位再次分
离到该病原菌ꎬ证明了 G013和 FLR是引起甘草根
腐病的病原菌ꎮ 经形态特征、培养性状及 EF ̄1α
序列分析等ꎬ证明病原菌 G013和 FLR分别为茄类
镰刀菌和尖孢镰刀菌ꎮ 研究还发现ꎬ甘草根腐病病
原菌不仅能浸染甘草造成病害ꎬ人工接种还能侵染
土豆、大豆等植物ꎬ该结果为生产中进行轮作栽培
提供了参考ꎮ
镰刀菌属为真菌中较大的一属ꎬ它广泛分布
于自然界中ꎬ兼寄生或腐生生活ꎬ是人类发现的重
要植物病原菌之一ꎮ 由于不同种之间形态相近ꎬ且
在培养过程中容易发生变异ꎬ使镰刀菌成为真菌中
最难鉴定的属之一ꎮ 1989 年ꎬGuadet 等将分子系
统学方法应用于镰刀菌属种的鉴定ꎮ 镰刀菌属系
统学研究的主要基因位点有 β ̄tubulin、mtSSU rD ̄
NA、28S rDNA、ITS、EF ̄1α、IGS、 lys2、histone H3、
RPB2、calmodulin 等ꎮ 目前应用较多的是 rDNA ̄
ITS和 EF ̄1α 延伸因子ꎮ EF ̄1α 对镰刀菌系统发
育学种的鉴定具有很大的可用性ꎬ首先它在镰刀菌
种的水平上具有丰富的信息量ꎻ其次ꎬ在镰刀菌属
中并未发现 EF ̄1α 基因序列的非直系同源拷贝ꎬ
而一些镰刀菌拥有 ITS2 的非直系同源拷贝ꎬ导致
了不正确系统发育参考[4]ꎮ 许多学者已运用
EF ̄1α基因成功鉴定了镰刀菌ꎮ
人工接种发现ꎬ从甘草病株根部分离的真菌
分离物能独立引起健康甘草植株叶片黄化萎蔫ꎬ主
根维管束变褐ꎬ根部腐烂ꎬ与田间发病病状相似ꎮ
Yang 等[5] 研究认为甘草胭蚧 [ Porphyrophora
sophorae(Arch􀆰 )]可为害甘草根部ꎬ造成根部组织
腐烂ꎬ地上部长势衰弱以致全株干枯死亡ꎮ 因此ꎬ
有必要深入研究甘草根腐病菌与甘草胭蚧的互作
关系ꎬ以及这些病原菌在为害甘草过程中烟胭蚧可
能扮演的角色ꎮ
本文证实了茄类镰刀菌和尖孢镰刀菌是甘草
根腐病的病原菌ꎬ这一结果对研究甘草根腐病的发
生流行规律及综合防治均具有重要参考价值ꎮ 在
不同的生态条件下ꎬ甘草根腐病田间发生危害可能
是这 2种镰刀菌单独或复合侵染所致ꎬ关于该病菌
的侵染致病过程和致病机制尚需要进一步研究ꎮ
宁夏盐池县甘草根腐病是由茄类镰刀菌和尖孢镰
刀菌引起的ꎬ在中药材病害研究中ꎬ常常使用这一
称谓ꎬ但这是比较笼统的称呼ꎮ 在大田作物及森林
病害中ꎬ一般把由茄类镰刀菌引起的病害称为根腐
病ꎬ把由尖孢镰刀菌引起的病害称为枯萎病ꎮ 甘草
根腐病在国内其他甘草分布区的发生为害情况ꎬ仍
需要开展更大范围的调查研究ꎮ
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责任编辑:于金枝
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