全 文 :植物病理学报
ACTA PHYTOPATHOLOGICA SINICA 45(1): 84 ̄87(2015)
收稿日期: 2014 ̄04 ̄23ꎻ 修回日期: 2014 ̄10 ̄09
基金项目: 云南省科技厅重点新产品开发计划(2011B008)ꎻ 公益性行业(农业)科研专项经费资助(201303018)
通讯作者: 赵志坚ꎬ研究员ꎬ主要从事植物真菌、卵菌病害研究ꎻ E ̄mail: zhijianzhao@ hotmail.comꎮ
doi:10.13926 / j.cnki.apps.2015.01.012
研究简报
云南魔芋新病害—疫病病原菌的鉴定
孙道旺1ꎬ3ꎬ4ꎬ 曹继芬2ꎬ 裴卫华2ꎬ 尹桂芳1ꎬ3ꎬ4ꎬ 马继琼1ꎬ3ꎬ4ꎬ 潘开华5ꎬ
吴 康5ꎬ 赵 琴5ꎬ 段钟情6ꎬ 杨明英2ꎬ 王 玲1ꎬ3ꎬ4ꎬ 赵志坚2∗
( 1云南省农业科学院生物技术与种质资源研究所ꎬ昆明 650223ꎻ 2云南省农业科学院农业环境资源研究所ꎬ昆明 650205ꎻ
3云南省农业生物技术重点实验室ꎬ昆明 650223ꎻ 4农业部西南作物基因资源与种质创制重点实验室ꎬ昆明 650223ꎻ
5 云南省农业科学院富源魔芋研究所ꎬ富源 655500ꎻ 6云南省富源县植保植检站ꎬ富源 655500)
Identification of a new Phytophthora blight disease on konjac in Yunnan SUN
Dao ̄wang1ꎬ3ꎬ4ꎬ CAO Ji ̄fen2ꎬ PEI Wei ̄hua2ꎬ YIN Gui ̄fang1ꎬ3ꎬ4ꎬ MA Ji ̄qiong1ꎬ3ꎬ4ꎬ PAN Kai ̄hua5ꎬ WU
Kang5ꎬZHAO Qin5ꎬ DUAN Zhong ̄qing6ꎬ YANG Ming ̄ying2ꎬ WANG Ling1ꎬ3ꎬ4ꎬ ZHAO Zhi ̄jian2 ( 1Bio ̄
technology and Germplasm Resources Instituteꎬ Yunnan Academy of Agricultural Sciencesꎬ Kunming 650223ꎬ Chinaꎻ
2Agricultural Environment & Resources Instituteꎬ Yunnan Academy of Agricultural Sciencesꎬ Kunming 650205ꎬChinaꎻ 3Yunnan
Province Key Lab of Agricultural Biotechnologyꎬ Kunming 650223ꎬChinaꎻ 4Key Lab of Southwestern Crop Gene Resources and
Germplasm Innovationꎬ Ministry of AgricultureꎬKunming 650223ꎬChinaꎻ 5Fuyuan Institute of Konjacꎬ Yunnan Academy of
Agricultural Sciencesꎬ Fuyuan 655500ꎬ Chinaꎻ 6Plant Protection and Quarantine Station of Fuyuan County in Yunnan Provinceꎬ
Fuyuan 655500ꎬ China)
Abstract: A new blight disease was found on konjac and caused severity loss in Fuyuan Countyꎬ a main konjac
production area in Yunnan. The purified isolates were determined for pathogenicity with Koch’s postulates and
sequenced based on two targetsꎬ ribosomal DNA ̄ITS and Cox2. The phylogenetic relationships between the
pathogen and Phytophthora species were also analyzed. The results showed that the isolates were the new
pathogen of konjae. The pathogen formed white colony on clarified V8 agar and the hypha were observed
without septumꎬ producing spherical chlamydospores and forming ovoid or obpyriform sporangia with obvious
papillate. Both DNA sequences of rDNA ̄ITS and Cox2 from the pathogen shared the highest similarity and had
99% homology with known Phytophthora nicotianae. The phylogenetic tree also showed both the pathogen and
P. nicotianae were clustered in the same sub ̄group. These results confirmed that the pathogen caused blight
disease on konjac was P. nicotianae. According to our knownledgeꎬ this is the first report of new host of
P. nicotianae and new disease of konjac.
Key words: konjacꎻ Phytophthora blight diseaseꎻ Phytophthora nicotianaeꎻ identification
文章编号: 0412 ̄0914(2015)01 ̄0084 ̄04
魔芋为天南星科 (Araceae)魔芋属 ( Amor ̄
phophallus Blume)植物ꎬ是富含葡甘露聚糖的经济
作物ꎮ 随着人们对魔芋葡甘露聚糖的进一步研究
和深度开发利用ꎬ魔芋的生产越来越受到重视ꎬ种
植方式也由传统的半野生零星种植转向规模化大
面积种植ꎮ
1期 孙道旺ꎬ等:云南魔芋新病害———疫病病原菌的鉴定
云南是魔芋的起源中心之一[1]ꎬ其气候环境
非常适宜魔芋的生长和种植ꎬ但由于规模化种植程
度的扩大以及芋农较为粗放的栽培管理方式ꎬ魔芋
病害日趋严重ꎬ新病害亦不断出现ꎮ 20 世纪 90 年
代初ꎬ我国魔芋有 3 种主要病害ꎬ现已增至 11 种ꎮ
最近在云南省魔芋不同生育期的叶片及茎杆上又
发现一种新病害———魔芋疫病ꎮ 该病水渍状的黑
褐色病斑在叶片上首先出现ꎬ随后病斑沿茎杆向下
扩展ꎬ引起植株叶片枯萎ꎬ严重时整个植株枯萎死
亡ꎮ 魔芋球茎感病后ꎬ魔芋生长中后期整个植株褪
绿变黄直至枯萎死亡ꎬ严重影响魔芋产量和质量ꎮ
本文通过形态学和分子生物学技术ꎬ对魔芋疫病新
病害进行鉴定ꎬ以期为魔芋疫病的深入研究和病害
防治提供科学依据ꎮ
1 材料与方法
1.1 供试材料
1.1.1 病样采集 魔芋疫病病样于 2012年 7月采
自云南省富源县魔芋种植区ꎮ 魔芋品种为花魔芋
(Amorphophallus konjac)ꎮ
1.1.2 培养基 加有抗生素终浓度分别为 50 mg /
L利福平、100 mg / L氨苄青霉素和 150 mg / L五氯
硝基苯的选择性黑麦固体培养基(RSA)和澄清
V8蔬菜汁培养基(C ̄V8A)ꎮ
1.1.3 魔芋苗 在水培条件下繁育的苗龄为 1 年
的花魔芋脱毒苗ꎮ
1.2 试验方法
1.2.1 病原菌分离 取具有典型疫病症状的叶片
和茎用于病原菌的分离ꎮ 将供试病样表面消毒后ꎬ
用无菌手术刀切取病健交界处约 0.5 cm×0.6 cm
的小块组织ꎬ接于准备好的 RSA培养基中ꎬ25℃黑
暗培养 3~4 dꎮ 待长出菌落后ꎬ挑取菌丝尖端对分
离的病原菌进一步纯化ꎬ获得纯培养ꎮ
1.2.2 致病性测定 分离获得的纯培养用柯赫氏
法则进行验证ꎮ 致病性测定采用菌丝块和游动孢
子悬浮液接种花魔芋健康植株进行ꎮ 分离物游动
孢子的诱导参考 Zheng[2]的方法进行ꎮ 将获得的
纯培养菌株 25℃黑暗培养 5 d后ꎬ用打孔器从菌落
边缘切取直径为 0.5 cm 的菌饼ꎬ将菌丝面向下接
种于花魔芋健康植株叶片上ꎬ每个菌株 3 次重复ꎻ
用诱导产生的浓度约 1×104个 / mL 的游动孢子悬
浮液接种健康魔芋叶片及茎杆ꎬ每个菌株 3 次重
复ꎮ 接种后的魔芋植株置于温度为 23℃、相对湿
度为 70%~ 80%的人工气候箱中 16 h 光照 8 h 黑
暗培养 5~7 d后调查致病性结果ꎮ
1.2.3 病原菌的分子生物学鉴定
(1)基因组 DNA提取 供试菌株菌丝体基因
组 DNA提取采用修改的 CTAB 法ꎬ提取的基因组
DNA保存于-20℃备用ꎮ
(2) rDNA ̄ITS 与 Cox2 基因的 PCR 扩增及测
序 采用真菌核糖体 rDNA 区通用引物 ITS1(TC ̄
CGTAGGTGAACCTGCGG ) 和 ITS4 ( TCCTC ̄
CGCTTATTGATATGC )ꎬ 扩 增 ITS1 ̄5. 8S ̄ITS2
rDNA 全序列及部分 18S 和 28S rDNA 序列ꎻ采用
疫霉菌细胞色素 c 氧化酶亚单位 (Cytochromec
oxidase subunit IIꎬCox2)基因引物 FM75 (5′ ̄CTT ̄
GGCAATTAGGATTTCAAGAT ̄3′) 和 FM78 ( 5′ ̄
ACAAATTTCACTACATTGTCC ̄3′)ꎬ 扩增 Cox2
基因[3]ꎮ 目的片段经 DNA 胶回收试剂盒回收纯
化后ꎬ由华大基因公司测序ꎮ
(3) rDNA ̄ITS和 Cox2 序列及系统发育分析
魔芋疫病分离物测序获得的 rDNA ̄ITS 和
Cox2 序列ꎬ用生物信息学分析软件 DNAStar 的
SeqMan程序进行拼接、人工校对ꎬ编辑后获得的准
确序列提交 GenBankꎮ 参考疫霉属 2012 年最新分
组ꎬ从 NCBI下载与烟草疫霉同一组群(Clade I)的
所有疫霉种以及其他组群的部分疫霉种的 rDNA ̄
ITS和 Cox2序列进行系统发育分析ꎮ 不同疫霉种
的系统发育用 Mega 5.0 来分析ꎬ采用 NJ( neigh ̄
bor ̄joining)算法 1 000 次重复构建系统发育树ꎮ
2 结果与分析
2.1 病原菌的分离及形态学特征
从具有典型疫病症状的叶片和茎杆上共分离
获得 5 个纯培养菌株(AK1201、AK1202、AK1203、
AK1204和 AK1205)ꎮ 在 25℃黑暗培养条件下ꎬ
不含抗生素的 C ̄V8A 上ꎬ5 个纯培养菌株的菌株
特征一致ꎬ均为白色菌落ꎬ菌落生长速率较快ꎬ气生
菌丝较旺盛ꎬ菌落均匀一致ꎬ边缘较整齐ꎮ 菌丝无
隔ꎬ孢囊梗不规则分枝或不分枝ꎬ孢子囊不从孢囊
梗上脱落ꎬ孢子囊形态多样ꎬ常为倒梨形、卵形、卵
圆形、梨形或近球形ꎬ大多数顶生ꎬ偶尔侧生ꎬ具明
显乳突ꎮ 厚垣孢子球形到卵圆形、光滑ꎬ顶生或间
58
植物病理学报 45卷
生(图 1)ꎮ 观察魔芋疫病分离物菌落、孢子囊和厚
垣孢子形态特征ꎬ初步确定病原物为卵菌纲疫霉
菌[2]ꎮ
2.2 病原菌的致病性
分别用 5个纯培养分离物的菌丝块和诱导获
得的游动孢子囊悬浮液ꎬ接种健康魔芋叶片或茎杆
保湿培养 3 d后ꎬ结果发现菌丝块和游动孢子囊悬
浮液接种的叶片或茎杆均出现水渍状、扩展性的病
斑ꎬ症状与魔芋在田间发病的初期症状一致(图
2)ꎮ 随机挑取接种的发病组织进行分离ꎬ均可得
到与原来接种的菌落特征相同的分离物ꎮ 根据柯
赫氏法则ꎬ证实获得的 5个纯培养分离物即为引起
魔芋疫病的病原菌ꎮ
2.3 rDNA ̄ITS和 Cox2 序列分析
为了准确鉴定魔芋疫病的病原菌ꎬ挑取菌株
AK1202 进行 rDNA ̄ITS 和 Cox2 序列的分析ꎮ
DNA片段经胶回收后测序分析ꎬrDNA ̄ITS序列长
度为 840 bp (GenBank 登录号:KF601194)ꎬCox2
基因序列长度为 544 bp ( GenBank 登录号:
KF636133)ꎮ 将菌株 AK1202 的 rDNA ̄ITS 和
Cox2序列在 NCBI 中利用 BLASTN程序进行同源
搜索ꎬ发现与其 ITS 和 Cox2 序列同源性最高的菌
株均 为 烟 草 疫 霉 ( Phytophthora nicotianae )ꎬ
AK1202菌株与它们的同源性均为 99%ꎮ 通过对
rDNA ̄ITS和 Cox2 2个靶标序列的分析ꎬ将引起魔
芋疫病的病原菌鉴定为烟草疫霉ꎮ
2.4 魔芋疫病菌的系统发育
分别将鉴定的魔芋疫病菌 AK1202 的 ITS 和
Cox2序列与从 GenBank获取的疫霉种组群 I 及其
他组群部分疫霉种的相应序列进行比对ꎬ并构建系
统发育树ꎮ在以 rDNA ̄ITS序列构建的系统发育
Fig. 1 The morphological characterization of blight disease pathogen
culture isolated from Amorphophallus konjac
A: Colony morphology on C ̄V8 mediumꎻ B: Globular chlamydosporesꎻ C: Papillate sporangium. Bar= 20 μm.
Fig. 2 Symptom of Phytophthora blight disease on Amorphophallus konjac
A: Phytophthora blight disease occured in the fieldsꎻ BꎬC: Symptom caused by
Phytophthora spp. inoculated with mycelia plugs and zoospore suspensionꎬ respectively.
68
1期 孙道旺ꎬ等:云南魔芋新病害———疫病病原菌的鉴定
树中ꎬAK1202 与疫霉种组群 I 的所有疫霉种位于
同一个大的组群ꎬ而且与 GenBank 中所有已知的
烟草疫霉的遗传距离最近ꎬ位于系统发育树的同一
分支ꎻ以 Cox2基因构建的系统发育树也有一致的
结果ꎬ魔芋疫病菌 AK1202与所有已知的烟草疫霉
聚类于同一分支ꎬ进一步证实分离得到的病原菌为
烟草疫霉ꎮ
3 讨论
传统的植物病原菌分类和鉴定方法通常以形
态特征和生理生化指标作为依据ꎮ 疫霉属病原菌
传统的鉴定主要包括孢子囊、孢囊梗、厚垣孢子、有
性器官、菌丝和菌落等形态特征ꎬ由于疫霉属病原
菌形态变异大ꎬ一些分类、鉴定的依据不太稳定ꎬ因
此疫霉属种的分类与鉴定难度较大[2ꎬ 4]ꎮ
近年来ꎬDNA 技术的快速发展有效地弥补了
传统分类方法的不足ꎬ其中 rDNA ̄ITS 成为植物病
原菌分类和鉴定应用最广泛的靶标之一ꎬ成功用于
大量真菌和卵菌的鉴定ꎮ 传统鉴定方法与 DNA
技术结合ꎬ极大地提高了植物病原物种类鉴定的准
确性ꎮ 然而对于一些亲缘关系非常相近的疫霉近
缘种或姊妹种ꎬ有时候仅靠单一的 rDNA ̄ITS 序列
可能也难以区分ꎬ需要同时对其他保守的靶基因进
行分析ꎬ这样才能更准确地进行物种的鉴定或分
类[5]ꎮ 大量疫霉种的线粒体 DNA(mtDNA)编码
区测序显示 Cox2 和 Cox1基因适合于疫霉属广谱
的系统发育分析[3]ꎮ 因此ꎬ本文除了利用 rDNA ̄
ITS序列对病原菌进行鉴定外ꎬ还使用 Cox2 基因
序列进行分析ꎬ发现魔芋疫病菌 2 个靶标 DNA 序
列与已知烟草疫霉的同源性均为 99%ꎬ确保了鉴
定结果的可靠性ꎬ而且通过系统发育分析也进一步
明晰了病原菌的归属ꎮ
本研究首次发现烟草疫霉侵染魔芋引起叶、茎
疫病ꎬ这是魔芋为烟草疫霉新寄主的首次报道ꎬ表
明烟草疫霉在云南的发生与危害范围逐步扩大ꎮ
烟草疫霉通常引起土传病害ꎬ植株病原残体、厚垣
孢子或卵孢子往往成为侵染源引发病害ꎬ防治困
难ꎬ易造成毁灭性危害ꎮ 当前ꎬ魔芋疫病已给云南
魔芋产业的健康发展带来威胁ꎮ 本研究明确其病
原菌为烟草疫霉ꎬ可为魔芋疫病的识别与诊断ꎬ病
害的有效防控以及减少病害损失提供帮助ꎮ
参考文献
[1] Liu P Y. Konjac( in Chinese) [M] . Beijing: China
Agriculture Press(北京:中国农业出版社)ꎬ 2003.
[2] Zheng X B. Phytophthora and methods in Phytophthoa
( in Chinese) [M] . Beijing:China Agriculture Press
(北京:中国农业出版社)ꎬ 1997.
[3] Kroon L P N Mꎬ Bakker F Tꎬ van den Bosch G B Mꎬ
et al. Phylogenetic analysis of Phytophthora species
based on mitochondrial and nuclear DNA sequences
[J] . Fungal Genetics and Biologyꎬ 2004ꎬ41: 766 -
782.
[4] Martin F Nꎬ Abad Z Gꎬ Balci Yꎬ et al. Identification
and detection of Phytophthora: reviewing our
progressꎬ identifying our needs [ J] . Plant Diseaseꎬ
2012ꎬ96(8): 1080-1103.
[5] Blair J Eꎬ Coffey M Dꎬ Park S Yꎬ et al. A multi ̄locus
phylogeny for Phytophthora utilizing markers derived
from complete genome sequences[J] . Fungal Genetics
Biologyꎬ 2008ꎬ45:266-277.
责任编辑:于金枝
78