免费文献传递   相关文献

Phomopsis asparagi toxin preparation and the resistance induction on asparagus callus by the pathogen toxin

茎枯病菌毒素制备及对芦笋愈伤组织抗性诱导的研究



全 文 :植物病理学报
ACTA PHYTOPATHOLOGICA SINICA  46(1): 140 ̄144(2016)
收稿日期: 2014 ̄11 ̄09ꎻ 修回日期: 2015 ̄07 ̄31
基金项目: 河北省现代农业产业技术体系蔬菜创新团队
通讯作者: 乜兰春ꎬ教授ꎬ从事蔬菜生理生态及生长调控研究工作ꎻTel: 0312 ̄7528312ꎬE ̄mail: nlch66@126.comꎮ
doi:10.13926 / j.cnki.apps.2016.01.018
􀤃􀤃􀤃􀤃􀤃􀤃
􀤃􀤃􀤃􀤃􀤃
􀤃
􀦃 􀦃
􀦃
􀦃
研究简报
茎枯病菌毒素制备及对芦笋愈伤组织抗性诱导的研究
李俊萍ꎬ 乜兰春∗ꎬ 王珊珊ꎬ 刘 孟
(河北农业大学 园艺学院ꎬ保定 071000)
Phomopsis asparagi toxin preparation and the resistance induction on asparagus
callus by the pathogen toxin  LI Jun ̄pingꎬ NIE Lan ̄chunꎬ WANG Shan ̄shanꎬ LIU Meng  (College
of Horticultureꎬ Agricultural University of Hebeiꎬ Baoding 071000ꎬ China)
Abstract: Toxin ̄producing culture medium and culture time for Phomopsis asparagi were optimizedꎬ and the
effect of the pathogen toxin on asparagus callus was investigated in the study. It was found that the toxin pro ̄
duced from culture for 12 days in the Fries medium showed the strongest inhibition effect on asparagus radicle.
Toxin caused callus of ‘Apollo’ꎬ ‘Champion’ and ‘NJ987’ browning. Resistance of the callus of the three
varieties to toxin could be induced by toxin treatment. Toxin concentration for resistant callus selection was
30% ̄40%.
Key words: Phomopsis asparagiꎻ toxinꎻ radicle inhibition rateꎻ callusꎻ browning
文章编号: 0412 ̄0914(2016)01 ̄0140 ̄05
    芦笋(Asparagus officinalis L.)又名石刁柏ꎬ是
百合科天门冬属多年生宿根植物ꎬ是世界公认的高
级保健蔬菜ꎮ 我国是芦笋第一大生产和出口大国ꎬ
但茎枯病的危害严重影响了芦笋的产量与质量ꎮ
芦笋茎枯病是由天门冬拟茎点霉菌(Phmopsis as ̄
paragi (Sass. ) Bubak)引起的一种真菌性病害ꎬ因
气候原因ꎬ我国 3年以上笋田发病率几乎 100%ꎬ而
欧美芦笋主产区均为冷凉气候ꎬ基本不发生茎枯
病ꎬ相应的研究报道也很少[1]ꎮ 利用病原菌毒素
作为选择压力对植物离体组织进行筛选可以得到
相应的抗性材料[2~5]ꎬ目前国内外在芦笋茎枯病菌
毒素及抗性突变体方面尚未见研究报道ꎮ 本文对
芦笋茎枯病菌产毒培养基和培养时间进行了筛选ꎬ
研究了毒素对芦笋愈伤组织的影响ꎬ以期为建立芦
笋抗茎枯病突变体的离体筛选体系奠定基础ꎮ
1  试验方法
1.1  病原菌的分离纯化和鉴定
    自芦笋发病茎段的病健交界处取小块组织ꎬ接
种在添加有 40 μg􀅰mL ̄1链霉素的 PDA 平板培养
基上ꎬ按照常规病菌分离法中的组织分离法对茎枯
病菌进行分离ꎬ再用稀释纯化法[2ꎬ4]进行纯化ꎬ得
到芦笋茎枯病菌的单孢菌落ꎮ 对病原菌的生长情
况、菌落形态、颜色以及孢子形态等进行观察ꎬ并参
照 Yang 等[1]的方法对分离得到的菌株进行分子
生物学鉴定ꎮ
1.2  产毒培养基的筛选
    切取芦笋茎枯病菌菌丝片(直径 0.5 cm)ꎬ分
别接入装有 100 mL Fries、Richard、Czapek、PD 和

 
  1期 李俊萍ꎬ等:茎枯病菌毒素制备及对芦笋愈伤组织抗性诱导的研究
PS液体培养基[3ꎬ4]的三角瓶内ꎬ每种培养基接种
18瓶ꎬ每瓶 10块ꎮ 在 27℃下ꎬ120 rpm连续震荡黑
暗培养ꎬ分别于第 3、6、9、12、15 和 18 d 时各取 3
瓶ꎮ 培养液用 8 层纱布过滤ꎬ菌丝体置于 60℃下
烘干ꎬ称重ꎮ 滤液在 10 000 rpm下离心 10 minꎬ上
清液用 0.02 μm微孔滤膜过滤ꎬ得到不同培养基不
同培养时间的毒素液ꎬ分别稀释为原浓度的 40%ꎮ
按照 Tang等[4]的方法采用针刺法将浸有 1 mL 毒
素液的脱脂棉覆盖在芦笋茎伤口上ꎬ25℃保湿培
养ꎬ观察处理部位的病变ꎬ以确定毒素的致病性ꎮ
利用胚根抑制法[2]进行生物活性测定ꎮ
1.3  毒素液对芦笋愈伤组织的影响
    利用 Fries 培养基在 27℃ꎬ120 rpm 连续震荡
条件下黑暗培养芦笋茎枯病菌ꎬ在第 12 d 时制备
毒素液ꎮ 将‘阿波罗’、‘冠军’和‘NJ987’3 个芦笋
品种的愈伤组织切块(直径 6 mm)分别接种于含
有 25%、30%、35%和 40%毒素液的 MS培养基中ꎬ
每处理 50瓶ꎬ每瓶接 3块ꎬ调查愈伤组织的褐化率
和褐化指数ꎮ 褐化程度的分级标准如下ꎬ0 级:几
乎无褐化ꎬ生长情况类似于正常培养的愈伤组织ꎻ1
级:褐化部分少于 25%ꎻ2 级:褐化部分占整块愈伤
组织的 25%~50%ꎻ3 级:褐化部分占整块愈伤组织
的 50%~75%ꎻ4 级:褐化部分大于 75%ꎬ整块组织
几乎全部褐化死亡ꎮ
    愈伤组织褐化指数= 100×∑(各级愈伤组织块
数×相应级数) / (供试愈伤组织总块数×最高级数)
1.4  芦笋愈伤组织对茎枯病菌毒素的抗性
    将经毒素处理后存活的愈伤组织转入无毒素
培养基中继代培养 1个月后ꎬ再转入含毒素培养基
上培养ꎬ第 10 d调查愈伤组织褐化程度ꎮ
1.5  数据处理
    原始数据利用 Microsoft Excel 2010 进行整理
和图表制作ꎬ利用 DPS7.05 统计软件进行方差分
析ꎬ采用邓肯氏新复极差法进行差异显著性多
重比较ꎮ
2  结果与分析
2.1  芦笋茎枯病菌的分离鉴定及其毒素的致病性
    芦笋茎枯病菌菌落如图 1 ̄Aꎬ初生菌丝呈透明
状平铺在培养基表面ꎬ中心位置菌丝层较厚ꎬ白色ꎬ
后期变为灰白色ꎮ 培养过程中菌丝会产生分泌物ꎬ
使培养基变成黄褐色ꎬ如图 1 ̄Bꎮ 后期产孢后制备
分生孢子悬浮液ꎬ在显微镜下可观察到大量 α 型
分生孢子ꎬ长椭圆形至梭形ꎬ无色ꎬ单胞ꎬ两端各有
1 个油球ꎬ大小为 2. 0 ~ 3. 5 μm × 6. 5 ~ 12 μm
(图 1 ̄C)ꎬ具芦笋茎枯病菌典型特征[1]ꎮ 将提纯得
到的菌株 DNA 经 PCR 扩增ꎬ得到 600 bp 左右的
条带(图 1 ̄E)ꎬBLAST 比对结果显示该菌株与芦
笋茎枯病菌 Phmopsis asparagi 的相似度为 99%ꎮ
且其毒素能引起芦笋植株茎枯病田间发病典型症
状(图 1 ̄D)ꎬ表明毒素具有致病力ꎮ
2.2  不同培养基和培养时间对茎枯病菌生长及产
毒的影响
    从图 2 可以看出ꎬ茎枯病菌在 Fries、Richard、
Czapek、PD 和 PS 培养基中随着培养时间的延长
菌丝干重逐渐增加ꎬ分别在达到最大值之后又呈下
降趋势ꎮ 在 Richard 培养基培养 15 dꎬFries 或 PD
培养基培养 12 d 菌丝干重最大ꎬ说明这 3 种培养
基适宜茎枯病菌菌丝生长ꎮ
Fig. 1  Pathogen of asparagus stem blight
A: Single spore colonyꎻ B: Secretions produced by the pathogen hyphae discoloring the mediumꎻ C: The spores of the pathogenꎻ
D: Asparagus stem with the typical symptom of stem blight after inoculation of the pathogen in the fieldꎻ
E: PCR amplification of the strain with ITS4/ 5 primers.
141

 
植物病理学报 46卷
Fig. 2   Dry weight of the hyphae in different
media at different culturing time points
    从表 1可以看出ꎬ茎枯病菌在 5种培养基中产
生的毒素对芦笋胚根生长均具有抑制作用ꎬ随着处
理时间延长ꎬ抑制率增加ꎬ达到最大值后ꎬ稍有下
降ꎮ 以在 Fries培养基中所产毒素对芦笋胚根的抑
制率最高ꎬ且培养 12 d 时产生的毒素对胚根的抑
制率可达 97.69%ꎮ 因此ꎬFries 培养基是芦笋茎枯
病菌产毒的最佳培养基ꎬ27℃ꎬ120 rpm 连续震荡
黑暗培养 12 d所产毒素活性最强ꎮ
2.3  茎枯病菌毒素不同处理浓度和时间对芦笋愈
伤组织的影响
    毒素导致芦笋愈伤组织褐变(图 3)ꎬ3 个品种
愈伤组织的褐化程度均随毒素浓度增加和处理时
间延长而加重(表 2、表 3)ꎮ 30%、35%和 40%毒素
液处理 5 dꎬ3 个品种的愈伤组织褐化率在 45% ~
76%ꎬ褐化指数在 18~46ꎻ处理 10 dꎬ褐化率达 91%
~100%ꎬ褐化指数在 31 ~ 85ꎮ 而 25%浓度处理褐
化率和褐化指数均较低ꎮ 因此抗性愈伤组织筛选
的适宜毒素浓度为毒素液的 30%~40%ꎮ
Table 1  Inhibition ratio to asparagus radicle by the pathogen toxin produced in
different culture media from different lengths of culture periods
Medium
Culturing time length / d
3 6 9 12 15 18
Fries 31.75±1.66a 53.43±1.5a 74.5 ±2.97a 97.69±1.64a 92.91±1.04a 87.56±0.86a
Richard 22.95±1.64b 43.27±1.74b 64.33±1.99b 85.96±1.62b 88.21±2.00b 83.63±0.60b
Czapek 20.73±2.39bc 35.08±1.46c 47.49±3.32b 50.96±3.29b 51.85±1.96c 48.13±1.04c
PD 27.31±1.72cd 44.23±2.58c 67.41±2.49c 83.57±2.57c 79.61±1.51d 74.44±1.51d
PS 24.3 ±1.77d 49.17±1.67d 58.42±3.97d 66.34±2.23d 63.07±0.96e 59.89±0.24e
  Different letters within the same column indicate significant difference (P<0.05)
Fig. 3  Effect of toxin produced by Phomopsis asparagi on asparagus callus
A: Controlꎻ B: Callus began to go browning after 2 days of treatment by 35% concentration toxinꎻ
C: Callus almost completely browning after 10 days of treatment by 35% toxin concentration.
241

 
  1期 李俊萍ꎬ等:茎枯病菌毒素制备及对芦笋愈伤组织抗性诱导的研究
2.4  芦笋愈伤组织对茎枯病菌毒素的抗性
    从表 4可以看出ꎬ经 35%毒素液处理后存活下
来的‘阿波罗’、‘冠军’和‘NJ987’愈伤组织第 2
次再用 35%的毒素处理后ꎬ褐化指数显著低于第 1
次处理ꎮ 第 2次用 40%毒素ꎬ褐化指数仍低于第 1
次 35%处理后的结果ꎮ 第 3 次用 40%毒素处理ꎬ
褐化指数显著低于第 2次 40%处理ꎻ第 3次用 45%
毒素处理ꎬ与第 2 次 40%处理褐化指数差异不显
著ꎮ 可见ꎬ经过毒素处理后存活的愈伤组织对茎枯
病菌毒素的抗性增强ꎮ
Table 2  Effect of different toxin concentrations and treating time lengths(d) on
asparagus callus browning rate
Concen ̄
tration / %
Apollo Champion NJ987
5 d 10 d 5 d 10 d 5 d 10 d
25 39.11±1.21d 68.27±2.58c 28.42±1.66d 50.43±1.99d 40.77±1.77d 74.25±1.64c
30 47.75±2.07c 83.54±1.67b 45.05±1.64c 78.81±3.32c 49.80±1.50c 88.93±1.62b
35 56.78±1.12b 97.33±2.07a 55.37±2.39b 91.89±2.49b 61.15±1.74b 100 ±0.00a
40 66.31±3.01a 100 ±0.00a 67.25±1.72a 100 ±0.00a 75.65±1.46a 100 ±0.00a
  Different letters within the same column indicate significant difference (P<0.05)
Table 3  Effect of different toxin concentrations and treating time lengths (d) on
asparagus callus browning index
Concen ̄
tration / %
Apollo Champion NJ987
5 d 10 d 5 d 10 d 5 d 10 d
25 13.23±2.00d 25.00±2.23d 10.46±1.66d 18.75±1.51d 19.15±1.04d 35.57±2.60d
30 22.58±1.96c 35.70±3.04c 18.95±1.64c 31.33±2.16c 29.49±1.51c 48.15±1.04c
35 30.75±1.51b 59.25±2.10b 29.08±2.39b 55.13±1.69b 37.64±1.64b 68.96±3.24b
40 39.96±0.96a 80.46±1.96a 37.22±1.72a 76.00±2.87a 45.73±1.62a 84.48±2.51a
  Different letters within the same column indicate significant difference (P<0.05)
Table 4  Effect of toxin treating times on browning index of asparagus callus
Treating times
Treatment
concentration / %
Browning index
Apollo Champion NJ987
1 35 59.25±2.10a 55.13±1.69a 68.96±3.24a
2 35 40.50±1.98c 38.95±3.58c 49.22±2.62c
2 40 54.37±3.39a 51.82±2.46a 66.53±1.57ab
3 40 48.15±2.72b 45.65±1.74b 53.95±2.29c
3 45 56.71±2.17a 53.14±2.67a 62.35±3.23b
  Different letters within the same column indicate significant difference (P<0.05)
341

 
植物病理学报 46卷
3  结论与讨论
    国外芦笋主产区很少发生茎枯病ꎬ有关芦笋茎
枯病菌的研究报道也较少ꎬ在毒素及抗性突变体方
面尚未见报道ꎮ 本研究从田间发病的典型病株分离
出茎枯病菌ꎬ病原菌培养性状、分生孢子及分子生物
学鉴定结果与已有报道[1]一致ꎬ为天门冬拟茎点霉
(Phomopsis asparagi)ꎬ且能够产生有致病力的毒
素ꎮ Cheng等[6](2004)曾报道 P. vexans 粗毒素可
使茄子叶片产生典型的褐纹病病斑ꎬ具有致病性ꎮ
    培养基种类、培养时间和培养条件直接影响病
菌的产毒量[3]ꎬ唐菖蒲枯萎病菌[2]在 Czapek培养基
中培养 15 d所产毒素活性最强ꎬ大蒜白腐病病菌的
最佳产毒培养条件为在 Fries 培养基中培养 6 d[3]ꎬ
Richard培养基培养 20 d 为西瓜炭疽病菌适宜产毒
条件[4]ꎮ 本研究结果表明ꎬ芦笋茎枯病菌最适产毒
培养基和培养时间为 Fries培养基培养 12 dꎮ
    利用病原菌的致病粗毒素筛选抗病突变体ꎬ毒
素剂量和选择次数是关键ꎮ 剂量高易导致一些抗
病材料的丢失ꎻ剂量低ꎬ选择压力太小ꎬ则不易选出
高抗材料ꎮ 不同材料适用的病原菌粗毒素剂量也
不一致[5]ꎮ 本研究表明ꎬ芦笋愈伤组织经茎枯病
菌毒素处理后发生褐化ꎬ随毒素浓度增加和处理时
间延长褐化程度加重ꎮ 抗性愈伤组织筛选的适宜
毒素浓度为毒素液的 30% ~ 40%ꎮ 经茎枯病菌毒
素处理存活下来的愈伤组织对毒素的抗性增强ꎮ
抗性愈伤组织诱导成苗后ꎬ经抗病性鉴定ꎬ表现出
对 P. asparagi的抗性(另文报道)ꎮ 本研究结果为
建立芦笋抗茎枯病突变体离体筛选体系奠定
了基础ꎮ
参考文献
[1]   Yang Y Qꎬ Li X Mꎬ Meng Fꎬ et al. Identification of
the pathogen of asparagus stem blight and analysis of
its regional difference ( in Chinese) [ J] . Acta Phyto ̄
phylacica Sinica (植物保护学报)ꎬ 2012ꎬ 39 ( 4):
315 ̄320.
[2]   Hu Y Hꎬ Gong S Fꎬ Li C Hꎬ et al. Poisoning effects
of toxin culture filtrate of Fusarium wilt pathogen on
seedling of gladiolus ( in Chinese) [ J] . Acta Phyto ̄
pathologica Sinica (植物病理学报)ꎬ 2012ꎬ 42(5):
497 ̄504.
[3]   Zhang L Qꎬ Cheng Z H. Optimization of culturing con ̄
ditions for toxin production by Sclerotium cepivorum
Berk. of garlic ( in Chinese) [ J] . Acta Horticulturae
Sinica(园艺学报)ꎬ 2008ꎬ 35(6): 841 ̄846.
[4]   Tang S Sꎬ Liu Z Hꎬ Yu C Gꎬ et al. Optimization of
culturing conditions for toxin production by Colletotri ̄
chum orbiculare ( in Chinese) [ J] . China Vegetables
(中国蔬菜)ꎬ 2014ꎬ 05: 19 ̄25.
[5]   ChenZ Hꎬ Niu Qꎬ Meng H W. In vitro selection of
garlic mutants resistant to leaf blight and analysis of
their resistance ( in Chinese) [J] . Joural of Northwest
A&F University (Nat. Sci. Ed.) (西北农林科技大学
学报(自然科学版))ꎬ 2012ꎬ 40(2): 109 ̄115+120.
[6]   Cheng Y Mꎬ Du A Lꎬ Wei Y Xꎬ et al. Studies on
pathogenicity of Phomopsis vexans crude toxin to au ̄
bergine ( in Chinese) [J] . Henan Agricultural Sciences
(河南农业科学)ꎬ 2004ꎬ 08: 71 ̄75.
责任编辑:李晖
441