全 文 :植物病理学报
ACTA PHYTOPATHOLOGICA SINICA 43(6): 561 ̄573(2013)
收稿日期: 2012 ̄02 ̄13ꎻ 修回日期: 2013 ̄08 ̄27
基金项目: 江苏省农业自主创新基金(CX12 ̄5005)ꎻ 农业部公益性行业专项项目(200903039)
通讯作者: 刘永锋ꎬ研究员ꎬ 主要从事水稻病害病理学及其生物防治技术研究ꎻ Tel: 025 ̄84391002ꎬ E ̄mail: liuyf@ jaas.ac.cn
第一作者: 俞咪娜ꎬ女ꎬ浙江萧山人ꎬ主要从事水稻稻曲病菌病理学研究ꎮ
来源于同一穗不同稻曲球的稻曲病菌
的致病性及遗传多样性
俞咪娜ꎬ 陈志谊ꎬ 于俊杰ꎬ 胡建坤ꎬ 尹小乐ꎬ 聂亚锋ꎬ 刘永锋∗
(江苏省农业科学院植物保护研究所ꎬ 南京 210014)
摘要:本研究从源于 6穗稻曲病穗的 48个稻曲球中分离获得稻曲病菌(Ustilaginoidea virens)48株ꎬ从 3个稻曲球的不同部
位分离获得稻曲病菌 23株ꎮ 用注射接种法将菌株分别接种到水稻品种两优培九(感病品种)、淮稻 5号(中抗品种)和武育
粳 3号(抗病品种)上ꎬ结果显示分离的菌株致病力分化较大ꎬ而菌株在水稻品种上的致病力强弱与已知水稻品种对稻曲病
菌的感、抗性趋势基本一致ꎮ 相同孢子量接种水稻ꎬ不同分离菌株之间仍有致病力分化ꎬ生长速率测定也发现菌株之间可
能存在差异ꎮ 利用 REP ̄PCR ( repetitive extragenic palindromic sequence PCR)技术进行菌株遗传多样性分析表明ꎬ同穗不同
稻曲球分离的菌株中ꎬ1号穗分离的 4个菌株聚在同一簇群ꎬ其余 5 穗的菌株分别聚在 3~ 5 个簇群ꎻ同一稻曲球不同部位
分离的菌株中ꎬ一个稻曲球分离的 8个病菌聚在同一簇群ꎬ而其余 2个稻曲球分离的病菌则分别聚在 2~3个簇群ꎮ 由此推
测同一稻穗上不同稻曲球可能是由来源不同的稻曲病菌侵染所形成ꎻ而一个稻曲球可以由同一稻曲病菌引起ꎬ也存在多个
侵染源共同侵染的可能ꎮ
关键词:稻曲病菌ꎻ 致病力ꎻ REP ̄PCR
Genetic diversity and pathogenicity of Ustilaginoidea virens isolated from different
rice false smut balls of a diseased spike YU Mi ̄naꎬ CHEN Zhi ̄yiꎬ YU Jun ̄jieꎬ HU Jian ̄kunꎬ
YIN Xiao ̄leꎬ NIE Ya ̄fengꎬ LIU Yong ̄feng ( Institute of Plant Protectionꎬ Jiangsu Academy of Agricultural Sciencesꎬ
Nanjing 210014ꎬ China)
Abstract: Rice false smutꎬ caused by Ustilaginoidea virensꎬ is one of the main diseases of rice. We obtained
48 U. virens strains from different rice false smut balls of 6 diseased spikes and 23 U. virens strains from differ ̄
ent parts of 3 smut ballsꎬ examined the pathogenicity of the strains on three rice cultivars Liangyoupeijiu(sus ̄
ceptible cultivar)ꎬ Huaidao No.5 (medium resistant cultivar) and Wuyujing No.3( resistant cultivar)ꎬ growth
rate and analyzed their genetic variability using REP ̄PCR. The strains isolated from different false smut balls
of a diseased spike had an evident pathogenicity differences on the three cultivarsꎬ and were grouped into 3~5
clusters with REP ̄PCRꎬ except the four strains isolated from the No.1 disease spike. In clustering analysisꎬ the
isolates of one smut ball clustered together in the same groupꎬ and the strains isolated from the other two smut
balls in 3 clusters. When inoculated rice with the same amount of conidiumꎬ an evident pathogenicity differ ̄
ence of different strains were still foundꎬ and the growth rates also showed the difference of the strains. Thusꎬ
different strains can infect the same grain or different grainsꎬ and a grain also can be infected by the same
strain or different strains. Howeverꎬ there was little relationship between groups of strainsꎬ based on REP ̄PCR
and pathogenicity.
Key words: Ustilaginoidea virensꎻ pathogenicityꎻ REP ̄PCR
植物病理学报 43卷
中图分类号: S435.111 文献标识码: A 文章编号: 0412 ̄0914(2013)06 ̄0561 ̄13
水稻稻曲病是由稻曲病菌[Ustilaginoidea vi ̄
rens (Cooke) Tak. ]侵染引起的一种水稻真菌病
害ꎬ在全世界各主要水稻产区都有发生ꎬ已成为世
界性的水稻病害[1~4]ꎮ 稻曲病的发生会造成稻穗
空秕率增加ꎬ水稻产量下降ꎻ同时ꎬ形成的稻曲球混
杂于谷粒中影响稻米色泽ꎬ而其中含有的稻曲菌毒
素ꎬ更能强烈抑制微管蛋白组装ꎬ干扰细胞骨架形
成ꎬ引起人畜病变[5~8]ꎮ 在我国ꎬ特别是 20世纪 80
年代以后ꎬ随着优质高产水稻品种的选育和推广、
施肥量增加、气候变暖等因素的影响ꎬ稻曲病呈现
发生范围扩大、产量损失加重的趋势[7ꎬ9]ꎮ
目前对稻曲病菌的传播和侵染过程已有大量
研究报道ꎬ较为认可的观点是ꎬ稻曲病菌以菌核和
厚垣孢子的形式在田间、稻种或其他寄主上越冬ꎬ
翌年在适宜条件下再萌发侵染水稻ꎬ稻曲球包含的
大量厚垣孢子ꎬ为稻曲病的侵染和传播提供了菌
源[7ꎬ 10]ꎮ 许多研究从组织病理学和细胞学角度对
稻曲病菌的扩展方式进行了分析ꎬ认为稻曲病菌具
有系统性侵染的可能[4ꎬ 11ꎬ 12]ꎮ 稻曲病菌以菌丝形
态潜伏于种子内越冬ꎬ播种后菌丝生长侵入幼苗导
致水稻后期发病[13]ꎮ 研究者采用巢式 PCR 检测
接种植株的水稻芽期、苗期和孕穗期ꎬ皆可检测到
样品中稻曲病菌的存在ꎬ说明稻曲病菌能在不同生
育期侵染水稻ꎬ然后随着植株的生长而向上迁
移[4ꎬ 14]ꎮ 而从解剖学的角度分析稻曲球ꎬ认为稻
曲病菌的各种形式的孢子可随风雨飞散传播ꎬ落在
孕穗期叶鞘内或直接侵染花器而致病ꎬ属于局部性
侵染[7ꎬ 15]ꎮ 已有研究报道稻瘟病菌在同一叶片不
同病斑ꎬ甚至同一病斑上可同时存在多个生理小
种[16]ꎮ 而对于稻曲病菌ꎬ由于可能存在多种侵染
方式ꎬ加之对稻曲球形成机制尚不清楚[17]ꎬ因此同
一病穗的不同稻曲球ꎬ甚至同一稻曲球的不同部位
是否存在来源不同的稻曲病菌是本研究希望能揭
示的ꎮ 同时ꎬ明确同一穗上不同稻曲球和同一稻曲
球的病原菌的来源和变化ꎬ对认识稻曲病菌侵染过
程ꎬ制定该病害的防控技术ꎬ指导病害测报和抗病
育种都具有重要意义ꎮ
Rep ̄PCR ( repetitive DNA PCR ̄based genomic
fingerprinting) 是基于基因组重复序列的一种指纹
分析方法ꎬ具有操作简便、分辨效果好的特点ꎬ其中
保守重复序列 REP 在分化和进化过程中相对保
守ꎬ较常用于揭示病原菌的群体遗传多样性[18ꎬ 19]ꎮ
本文通过对分离于同一病穗的不同稻曲球、同一稻
曲球上不同部位的稻曲病菌进行分子鉴定和致病
力测定ꎻ利用 REP ̄PCR分子指纹图谱技术ꎬ分析上
述病原菌的群体遗传多样性ꎬ以期探索稻曲病菌的
侵染为害的行为特点ꎬ为认识稻曲病菌的侵染源和
侵染过程提供参考ꎮ
1 材料与方法
1.1 供试菌株的分离与培养
2010年秋在江苏省农科院水稻试验田ꎬ分别
从 6个不同水稻品种中ꎬ采集 6 穗稻曲病病穗ꎬ每
穗均有多个稻曲球ꎮ 作为寄主的 6 个水稻品种为
江苏省水稻中间试验品种ꎬ包括 2010 ̄284 (中杂
粳)ꎬ2010 ̄303 (晚杂粳)ꎬ2010 ̄357 (中籼)ꎬ2010 ̄
347(杂籼)ꎬ2010 ̄385(晚粳)ꎬ2010 ̄352(中籼)ꎬ由
于品种保密ꎬ具体品种未知ꎬ但各水稻品种发病程
度均较重ꎮ 采用组织解剖法ꎬ从 6个病穗不同稻曲
球中分离 48 个菌株ꎻ从源于不同病穗的 3 个稻曲
球的不同部位分离 23 个菌株ꎬ并将上述分离菌株
进行单孢纯化(表 1)ꎮ 纯化菌株转接到 PS培养液
(马铃薯 200 gꎬ蔗糖 20 g)中ꎬ在 28℃ꎬ130 rpm 振
荡培养 5~7 dꎮ 取含有菌丝和孢子的混合培养液ꎬ
-70℃保存于终浓度为 20%的甘油中备用ꎮ
1.2 供试菌株基因组 DNA的提取及鉴定
采用 EasyPure Plant Genomic DNA Extraction
kit(Transgenꎬ Beijingꎬ China)ꎬ按照说明书提供的
方法提取供试菌株基因组 DNAꎮ DNA 溶于超纯
水后ꎬ用琼脂糖凝胶电泳检测其浓度和质量ꎬ并于
-20℃保存ꎮ 为保证供试菌株的可靠性ꎬ根据 Zhou
等[20]的方法ꎬ采用稻曲病菌特异的专化性引物
( ITS1: 5′ ̄CAATGCATGTCTGAGTGGATTTTT
G ̄3′ꎻ ITS2: 5′ ̄CCAACACCAAGCGCAAGACAG
A ̄3 ′)对所有分离的菌株进行分子鉴定ꎮ
1.3 菌株的致病力测定
1.3.1 接种体的培养和接种 挑取保存的单胞菌
株至 PSA培养基(马铃薯 200 gꎬ 蔗糖 20 gꎬ 琼脂
20 g)ꎬ28℃培养 15 dꎮ 取生长条件一致的菌碟(打
265
6期 俞咪娜ꎬ等:来源于同一穗不同稻曲球的稻曲病菌的致病性及遗传多样性
孔器直径为 3.5 mm)6 个ꎬ置于含有 20 mL PS 培
养液的 50 mL离心管中ꎬ28℃、130 rpm振荡培养ꎬ
7 d后将含有孢子和菌丝的混合液接种水稻ꎮ 参
考 Zhang 等[21]的稻曲病菌接种方法ꎬ选择水稻破
口前 7 d 接种ꎮ 每个菌株每个水稻品种各接 10
穗ꎬ每穗接种 1 mL菌丝和孢子混合液ꎮ
2011年ꎬ在南京溧水基地试验田ꎬ8 月 17 日接
种水稻品种淮稻 5号(中抗)、武育粳 3 号(抗病)ꎬ
8月 26日接种两优培九(感病)ꎻ2012 年在农科院
内试验田ꎬ9 月 6 日接种两优培九ꎬ接菌的孢子量
统一调整为 1×106 个孢子 / mL(有 10 个菌株的产
孢量小于 5×104 个孢子 / mLꎬ未作调整)ꎬ以接 PS
培养液(马铃薯 200 gꎬ 蔗糖 20 g)为空白对照ꎮ 表
1为 2011年 8月 12日~9月 12日、2012年 8月 31
日~10月 1日接菌地的气候情况ꎮ
Table 1 The climate condition in Nanjing area on Aug. 12 ̄ Sep. 12ꎬ
2011 and Aug. 31 ̄ Oct. 1ꎬ 2012
Date Weather Temperature / ℃ Date Weather Temperature / ℃
8 ̄12 thundershowers 31 ̄25 8 ̄31 cloudy 31 ̄25
8 ̄13 thundershowers~ cloudy 33 ̄26 9 ̄1 cloudy 30 ̄23
8 ̄14 thundershowers~ cloudy 34 ̄27 9 ̄2 cloudy~ T ̄Storms 32 ̄22
8 ̄15 thundershowers~ cloudy 35 ̄27 9 ̄3 moderate rain~ overcast 25 ̄20
8 ̄16 cloudy 36 ̄29 9 ̄4 overcast~ cloudy 26 ̄19
8 ̄17 thundershowers 34 ̄27 9 ̄5 cloudy 29 ̄20
8 ̄18 cloudy 35 ̄27 9 ̄6 cloudy 29 ̄21
8 ̄19 cloudy 33 ̄25 9 ̄7 showers~ cloudy 27 ̄22
8 ̄20 thundershowers 32 ̄24 9 ̄8 showers~moderate rain 26 ̄21
8 ̄21 moderate rain 30 ̄23 9 ̄9 rain showers~ overcast 23 ̄19
8 ̄22 thundershowers 27 ̄23 9 ̄10 overcast~ cloudy 27 ̄20
8 ̄23 showers 25 ̄20 9 ̄11 cloudy~ thundershowers 27 ̄21
8 ̄24 showers 26 ̄22 9 ̄12 showers 25 ̄18
8 ̄25 showers 25 ̄21 9 ̄13 light rain~ cloudy 22 ̄16
8 ̄26 showers 26 ̄22 9 ̄14 cloudy~ sunny 25 ̄16
8 ̄27 showers 28 ̄23 9 ̄15 sunny 27 ̄16
2011 8 ̄28 T ̄Storms~ showers 31 ̄24 2012 9 ̄16 sunny 27 ̄17
8 ̄29 thundershowers 31 ̄25 9 ̄17 cloudy 25 ̄16
8 ̄30 showers~ light rain 30 ̄24 9 ̄18 sunny 27 ̄17
8 ̄31 cloudy 30 ̄24 9 ̄19 sunny~ cloudy 28 ̄17
9 ̄1 cloudy~ sunny 31 ̄24 9 ̄20 sunny~ cloudy 28 ̄19
9 ̄2 sunny 31 ̄23 9 ̄21 showers 24 ̄19
9 ̄3 sunny~ cloudy 31 ̄22 9 ̄22 cloudy 27 ̄18
9 ̄4 cloudy 28 ̄20 9 ̄23 sunny 27 ̄18
9 ̄5 cloudy 29 ̄20 9 ̄24 sunny 28 ̄18
9 ̄6 cloudy~ overcast 29 ̄22 9 ̄25 sunny~ cloudy 27 ̄18
9 ̄7 showers 26 ̄21 9 ̄26 cloudy 26 ̄19
9 ̄8 thundershowers 25 ̄20 9 ̄27 cloudy 27 ̄18
9 ̄9 showers 24 ̄21 9 ̄28 cloudy~ sunny 24 ̄13
9 ̄10 showers 24 ̄21 9 ̄29 sunny 24 ̄13
9 ̄11 overcast~ cloudy 26 ̄21 9 ̄30 sunny 25 ̄13
9 ̄12 cloudy 29 ̄22 10 ̄1 sunny 25 ̄13
Rainy days 20 days(62.5%) Rainy days 9 days(28.1%)
365
植物病理学报 43卷
1.3.2 病情调查统计方法 在水稻蜡熟期调查接
种结果ꎬ每个处理共调查 8 穗ꎬ记录其病穗数及每
穗病粒数ꎮ 2011 年在接种供试菌株的同一田块ꎬ
随机调查 5处ꎬ每处 8穗ꎬ共 40穗没有接种的同品
种水稻的病穗数及每穗病粒数做为对照ꎮ 2012 年
调查接种 PS培养液的水稻为对照ꎮ 由于 2011 年
田间气候湿润(表 1)ꎬ较适于稻曲病的发生ꎬ调查
结果显示整体发病较重ꎬ因此ꎬ本研究参考以前研
究的分级标准[22ꎬ 23]ꎬ将病级分为 11 级(表 2)ꎮ 病
情指数计算公式:
病情指数 = Σ(各级病穗数×相应的级数) /
(调查总穗数×最大病级数)×100
1.4 菌株生长速率和菌落色泽
取直径为 3.5 mm的菌碟ꎬ接种至含有 PSA培
养基的平板中央(培养皿直径为 6 cm)ꎬ28℃下培
养 15 dꎬ每个菌设 3个重复ꎮ 用十字交叉法测量菌
落直径ꎬ并记录菌落背面的色泽ꎮ 色泽分类标准参
考 Li等[24]ꎮ
1.5 REP ̄PCR 分子指纹图谱分析
PCR 采 用 REP ( REP1R: 5′ ̄Ⅲ CGICGI ̄
CATCIGGC ̄3′ꎻ REP2I: 5′ ̄ICGICTTATCIGGCC ̄
TAC ̄3′) 寡核苷酸引物[25]ꎬ引物由上海生工有限
公司合成(Sangonꎬ Shanghaiꎬ China)ꎮ REP ̄PCR
反应条件:94℃ 5 minꎻ94℃ 1 minꎬ40℃ 1 minꎬ
72℃ 4 minꎬ40个循环ꎻ72℃ 10 minꎮ 取 5 μL PCR
产物用进行电泳检测(5%的聚丙烯酰胺凝胶)ꎮ
1.6 数据分析
各菌株的 PCR 扩增电泳图中ꎬ每条带均作为
一个分子标记ꎬ代表一个位点ꎮ 根据 PCR 产物指
纹带位的有无ꎬ分别赋值 1或 0ꎬ制成 1-0 表ꎬ用于
数据处理分析ꎮ 采用 NTSYS ̄pc1.7 版软件包ꎬ计
算各菌株间的相似性系数ꎬ对结果以非加权算术平
均数配对法 ( Unweighted Pair Group Method with
Arithemetic Averagesꎬ UPGMA )进行聚类分析ꎬ生
成相似性矩阵和树状图ꎮ
2 结果与分析
2.1 分离菌株的形态观察及分子鉴定
为保证供试菌株的可靠性ꎬ对分离菌株的菌落
形态、分生孢子形态等性状观察ꎬ发现供试菌株与
本实验室保存的其他稻曲病菌菌株相似ꎮ 进一步
根据 Zhou等[20]的方法ꎬ对分离的病原菌采用稻曲
病菌特异的检测引物进行分子鉴定ꎬ所有分离菌株
与强致病力稻曲菌株 P1一致ꎬ均在约 230 bp 处出
现目的片段ꎬ以此判断分离菌株均为稻曲病菌ꎮ
2.2 分离菌株在不同水稻品种上的致病力分析
2.2.1 分离菌株在不同水稻品种上的致病力分化
显著 分析 2011 年测定的分离菌株的病情指数ꎬ
发现菌株在不同水稻品种上的致病力强弱与已知
该水稻品种对稻曲病菌的感、抗性趋势基本一致ꎮ
随着水稻品种抗性增加ꎬ病情指数逐渐递减的菌株
有 61个ꎬ占总分离菌数的 85.92%ꎮ 以菌株 2 ̄1为
例ꎬ在两优培九上的病情指数为 23ꎬ淮稻 5 号上的
病情指数为 6ꎬ武育粳 3 号上的病情指数为 1ꎮ 而
有 9个菌株的病情指数与水稻品种抗性并无明显
相关性ꎬ占总分离菌数的 12.68%ꎮ 以菌株 2 ̄5 为
例ꎬ在两优培九上的病情指数为 8ꎬ淮稻 5 号上病
情指数为 15ꎬ武育粳 3 号上病情指数为 9 (图 1
B)ꎮ 菌株 6 ̄7则在 3 个水稻品种上均表现为不致
病ꎮ
在 3个不同抗性水稻品种上ꎬ分离菌株的致病
力分化十分显著(图 1 A)ꎮ 69 个菌株能在两优培
九上致病ꎬ病情指数范围为 1 ~ 92ꎬ平均值为 45ꎬ其
中病情指数在 25.1 ~ 50 之间的菌株最多有 24 个ꎬ
占总分离菌株数的33 . 80% ꎮ菌株在淮稻5号上
Table 2 Classification standard of rice false smut
Classification
Number of smut
balls per spike
Classification
Number of smut
balls per spike
Classification
Number of smut
balls per spike
0 0 4 6-9 8 30-39
1 1 5 10-15 9 40-49
2 2 6 16-19 10 ≥50
3 3-5 7 20-29
465
6期 俞咪娜ꎬ等:来源于同一穗不同稻曲球的稻曲病菌的致病性及遗传多样性
Fig. 1 Pathogenicity differentiation of Ustilaginoidea virens on 3 rice cultivars
A: The pathogenicity differentiation of Ustilaginoidea virens on 3 rice cultivars. B: Disease index of the five
strains isolated from the No.2 disease spike. Five different shapes represent five strains respectively.
的致病力相对较弱ꎬ病情指数范围为 0~28ꎬ平均病
情指数为 6ꎬ病情指数在 0.1 ~ 10 之间的菌株最多
有 30个ꎬ占总分离菌株数的 42.25%ꎮ 在武育粳 3
号上ꎬ分离菌株的整体致病力最弱ꎬ病情指数范围
为 0 ~ 31ꎬ平均值为 2ꎬ不发病的菌株最多ꎬ达 39
株ꎬ占总分离菌株数的 54.93%ꎮ
2.2.2 同一分离菌株在相同水稻品种上的致病能
力基本稳定 以菌株在感病品种两优培九上的致
病力为例ꎬ菌株 5 ̄1的致病力最强ꎬ病情指数为 92ꎬ
调查的 10 穗中有 9 穗病级为 10 级ꎬ1 穗病级为 3
级ꎻ致病力较弱的菌株 6 ̄6 病情指数为 7ꎬ调查的
10穗中有 5 穗未发病ꎬ4 穗病级为 1ꎬ1 穗病级为
2ꎻ病情指数为 59 的菌株 5 ̄14ꎬ调查的 10 穗中ꎬ病
级为 4 和 8 的各有一穗ꎬ其余都集中在 5 ~ 7 级之
间ꎮ 由此分析表明ꎬ不同分离源的稻曲病菌ꎬ部分
在相同水稻品种上的致病力分化较大ꎬ而同一菌株
在同一水稻品种上的致病力基本稳定ꎬ可以推测这
些分离菌株的来源可能是不同的ꎮ
2.3 分离的稻曲病菌存在致病力分化
2.3.1 同一穗来源的不同稻曲菌存在致病力分化
为进一步验证不同分离源菌株的来源差异ꎬ本研
究在 2012 年将各个菌的接种孢子浓度调整至 1×
106 个孢子 / mL 后再接种两优培九ꎮ 虽然结果显
示 2012年的发病程度受气候等因素影响ꎬ整体较
2011年有所下降ꎬ但从同一稻穗不同稻曲球分离
的稻曲病菌ꎬ接种水稻后仍表现出较大的致病力差
异(表 3)ꎮ 以从 2 号病穗的 5 个不同稻曲球分离
的 5株稻曲菌为例ꎬ病情指数分别为 1、13、14、38
和 76ꎻ从 3号病穗的 8个不同稻曲球分离的 8株稻
曲菌ꎬ致病力差异也较大ꎬ病情指数最大值为 87ꎬ
最小值为 10ꎬ平均值为 40(图 2)ꎮ 因此推测ꎬ同一
稻穗上不同稻曲球很可能是由多个不同稻曲病菌
侵染源共同侵染引起的ꎮ
2.3.2 同一稻曲球来源的不同稻曲菌也存在致病
力分化 从同一稻曲球不同部位分离的稻曲病菌
在两优培九上也有较大的致病力差异ꎮ 如 2 号病
穗同一稻曲球分离的菌株在两优培九上的病情指
数为 2~40ꎻ4号病穗同一稻曲球不同部位分离的 8
个菌株ꎬ在两优培九上的病情指数为 0~37ꎬ与 4号
病穗不同稻曲球分离菌株的病情指数 5 ~ 34 相近ꎮ
而 3号病穗同一稻曲球不同部位分离的 8 个稻曲
病菌ꎬ在两优培九上的病情指数范围为 0~41ꎬ显著
小于 3号病穗不同稻曲球分离的菌株(病情指数
为 10~87)(图 2)ꎮ
565
植物病理学报 43卷
Fig. 2 Pathogenicity differentiation of Usti ̄
laginoidea virens isolated from dif ̄
ferent rice spikes in Liangyoupeijiu
●: the disease index of strains isolated from different smut
balls. △: the disease index of strains isolated from different
parts of different smut balls.
2.4 分离菌株的生物学表型差异
供试菌株在 PSA 培养基上的菌落直径、菌落
形态和菌落背面的色泽也有差异(图 3ꎬ表 3)ꎮ 以
6号病穗不同稻曲球分离的稻曲菌株为例ꎬ菌株 6 ̄
1的菌落直径值为 23.39±2.12 mmꎬ菌丝较致密ꎬ
背面有黄色色素沉淀在菌碟周围ꎻ菌株 6 ̄5的菌落
直径平均值为 44.90±2.95 mmꎬ菌丝较疏散ꎬ背面
呈白色ꎻ菌株 6 ̄7 的菌落表面则形成了黄色的厚
垣孢子ꎮ 在同一稻曲球不同部位分离的稻曲菌
中ꎬ也可以观察到类似的现象ꎮ 而试验结果表
明ꎬ稻曲病菌的生长速率在相同的培养条件下稳
定ꎬ由此推测ꎬ一个稻曲球很可能由多个稻曲病
菌共同侵染形成ꎬ但也存在由单个稻曲病菌侵染
形成的情况ꎮ
2.5 分离菌株的 REP ̄PCR 分子指纹图谱及聚类
分析
REP ̄PCR扩增供试菌株基因组ꎬ得到的片段
大小在 250~5 000 bp之间ꎬ主要指纹条带有 18 条
(图 4 C)ꎮ 其中 1 号病穗分离的 4 个稻曲菌电泳
条带完全相同ꎬ不存在图谱差异ꎮ 6 号病穗分离的
11个稻曲菌菌株之间相似性系数达 0.76ꎬ以相似
带位 90%为界ꎬ将亲缘关系分为 5 个簇ꎬ且菌株的
对应簇群构成比例不相同ꎮ 第 1簇有 3个菌株ꎬ占
总数的 27.27%ꎻ第 4簇有 5 个菌株ꎬ占 45.45%ꎻ第
2、3、5 簇各有 1 个菌株ꎬ均占总菌株数的 9 09%ꎮ
5号病穗分离的 11个菌株聚类情况与 6 号病穗分
离的菌株相似ꎬ分在 3个不同簇群中ꎮ
Fig. 3 Colony morphology and pigment are different on PSA plate
665
6期 俞咪娜ꎬ等:来源于同一穗不同稻曲球的稻曲病菌的致病性及遗传多样性
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植物病理学报 43卷
3号病穗共分离得到菌株 15 个ꎬ相似性系数
为 0.81ꎬ以相似带位 90%为界ꎬ将亲缘关系分为 3
个簇(图 4 A)ꎮ 从不同稻曲球分离的 8 个稻曲菌
被分在 2个簇中ꎬ第 1簇有 6 个菌ꎬ占 75.00%ꎮ 从
同一稻穗不同部位分离的 7 个稻曲菌也被分在 2
个簇中ꎬ其中第 1簇有 6个ꎬ占 85.71%ꎮ
4号病穗不同稻曲球、同一稻曲球不同部位分
离的菌株共 16个ꎬ相似性系数为 0.80ꎬ以相似带位
90%为界ꎬ将亲缘关系分为 3 个簇(图 4 B)ꎮ 从不
同稻曲球分离的 8个稻曲菌被分在 3 个簇中ꎬ第 1
簇有 6个菌ꎬ占 75.00%ꎬꎻ其他两簇各有 1 个菌ꎻ从
同一稻曲球不同部位分离的 8 个稻曲菌被分在 1
个簇中ꎬ带位完全相同ꎮ 2号病穗以相似带位 90%
为界ꎬ不同稻曲球分离的 6个菌株也被分在 2个簇
中ꎬ同一稻曲球分离的 8个菌株则被分在 3个不同
簇群ꎮ
Fig. 4 Dendrogram constructed with UPGMA on the molecular fingerprinting
patterns with REP ̄PCR of some strains of Ustilaginoidea virens
A: The strains isolated form the No. 3 disease spikes. B: The strains isolated form the No. 4 disease spikes.
C: REP ̄PCR molecular fingerprinting patterns of the genomic DNA from some strains of Ustilaginoidea virens.
075
6期 俞咪娜ꎬ等:来源于同一穗不同稻曲球的稻曲病菌的致病性及遗传多样性
综上分析ꎬ从同一病穗不同稻曲球分离的稻曲
病菌或是从同一稻曲球不同部位分离的稻曲病菌ꎬ
都可能在谱图分析时分在同一簇群中或不同簇群
中ꎮ 根据指纹图谱簇群分析ꎬ在同一簇群中的 3 号
病穗分离的 6 个菌株ꎬ2012 年接种调查的病情指
数范围为 11~87ꎻ而 4号病穗不同稻曲球分离的 8
个菌株ꎬ被分在 3个簇群中ꎬ2012 年接种调查的病
情指数范围却仅为 6 ~ 35ꎬ说明分离的稻曲病菌簇
群分类与致病力不存一一对应关系ꎮ
3 讨论
稻曲病菌的侵染源和侵染过程是明确稻曲病
菌侵染为害的研究内容ꎮ 许多科学家在这方面做
了大量的研究工作ꎬ认为病原菌能以菌核和厚垣孢
子的形式在土壤中越冬ꎬ翌年萌发侵染水稻ꎬ但目
前对稻曲病菌侵染来源的研究仍然缺乏直接证据ꎬ
各学者对初侵染源也持有不同观点[4ꎬ 26]ꎮ 本研究
对分离的 71个菌株进行了致病力测定、生物学表
型测定和 REP ̄PCR 分子指纹图图分析ꎬ结果初步
证明同一稻穗不同稻曲球、同一个稻曲球都很可能
是由不同的侵染源共同侵染形成的ꎬ在田间可能存
在多个稻曲病菌侵染源共同完成侵染过程ꎮ 首先ꎬ
分离菌株的致病力分化显著ꎮ 稻曲病菌的发生受
到接种孢子量、接种时间、气候、土壤肥力等多种因
素的影响ꎬ然而在同一水稻品种上ꎬ同一个稻曲病
菌接种的 10穗稻穗ꎬ发病后形成稻曲球数差异不
大ꎮ 由此判断ꎬ在接种的孢子量相同的情况下ꎬ在
一定程度上可以认为稻曲病菌的致病力具有稳定
性ꎬ致病力差异较大的菌株具有不同的遗传背景ꎮ
其次ꎬ稻曲病菌的生长速率差异和 REP ̄PCR 的簇
群分类都证明稻曲病菌种群复杂ꎬ存在遗传分化ꎮ
另一方面ꎬ稻曲球包含大量的厚垣孢子ꎬ为病原菌
侵染提供了丰富多样的菌源ꎮ 不同厚垣孢子萌发
通过根部共同进入水稻ꎬ最终侵染稻粒ꎻ或是不同
遗传背景的孢子直接随风雨传播至叶鞘或花器ꎬ都
对造成不同侵染源在同一稻穗不同稻曲球、同一个
稻曲球中出现的现象提供了条件[4ꎬ 7]ꎮ
已有研究报道ꎬ在同一个稻瘟病病斑上ꎬ也存
在不同类型的稻瘟病菌小种类型ꎬ这种现象可能来
自于病菌的复杂变异性ꎬ或是自然状态下不同遗传
背景菌株同时侵染造成 [15ꎬ 27]ꎬ此外稻瘟病菌对接
种孢子量也有要求ꎬ达到 100 倍显微镜下 20 个孢
子 /视野以上ꎬ田间稻瘟病菌的致病存在不同致病
生理小种之间的协同互作[ 28]ꎮ 水稻白叶枯病菌的
母株也是由遗传上有不同程度差异的细胞组成的
混合体ꎬ与其分离的单细胞系也存在毒力差异[29]ꎮ
本研究中每一个稻曲球可以看做是一个定殖系统ꎬ
同一稻曲球中分离的不同菌株ꎬ其致病力强弱和指
纹图谱簇群分类有一致性ꎬ也有存在差异ꎬ进一步
说明稻曲球的产生存在由一个或多个背景不同的
侵染源侵染形成的可能ꎮ 不同遗传背景的稻曲病
菌侵染同一粒谷粒时ꎬ可能也存在协同互作ꎬ而表
现出更强的致病力ꎬ实现田间成功侵染和发病ꎮ
本研究结果显示从稻曲病穗分离获得的稻曲
单胞病菌存在致病力分化和遗传多样性ꎮ 根据稻
曲病菌致病力与指纹图谱分类ꎬ4 号病穗不同稻曲
球的分离 8个稻曲球分离的稻曲病菌的病情指数
范围为 6~35ꎬ分在 3个簇群中ꎻ而病情指数范围为
11~87的 3号病穗分离的 6 个菌株ꎬDNA 指纹图
谱也一致ꎬ即 REP ̄PCR 能够把不同致病力的分离
菌株聚在同一个簇当中ꎬ而具有相似致病力的分离
菌株则可能分布于不同的簇当中ꎬ说明分离的稻曲
病菌簇群分类与致病力有一定的吻合度ꎬ但相关性
不显著ꎬ这与 Li等[24]的研究结果一致ꎮ
对于本研究选用的 3个水稻品种ꎬ近 90%的菌
株在抗稻曲病品种上表现出弱致病力ꎬ在感病品种
上表现出强致病力ꎬ但超过 10%的菌株则表现出
不符甚至相反的情况ꎬ这可能与菌株在水稻内的产
孢能力、稻曲菌素分泌量和毒力、菌丝生长速率等
都有关系[30]ꎮ 因此ꎬ明确稻曲病菌的侵染源和侵
染过程ꎬ深入研究稻曲病的致病力差异ꎬ有助于稻
曲病抗病品种的选育ꎬ也是综合防控的基础性工
作ꎮ 同时ꎬ本研究也表明采样地区的稻曲病菌种群
较丰富ꎬ具有不同的遗传背景ꎬ那么长期单一种植
某种遗传背景较近的水稻品种ꎬ有利于一种病原菌
成为地区优势种群ꎮ 因此在采用传统方法选育抗
稻曲病水稻品种时ꎬ全面了解当地稻曲病菌的种群
多样性ꎬ对筛选适合本地的水稻品种具有重要指导
意义ꎮ
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责任编辑:张宗英
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