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Identification of the causal agent of a new rice disease sheath black spot

水稻新病害叶鞘黑斑病的病原鉴定



全 文 :植物病理学报 ACTA PHYTOPATHOLOGICA SINICA  44(3): 225 ̄231(2014)
收稿日期: 2013 ̄10 ̄25ꎻ 修回日期: 2014 ̄02 ̄25
基金项目: 国家支撑计划课题(2012BAD15B04 ̄1)ꎻ湖南省高校创新平台开放项目(11K033)
通讯作者: 高必达ꎬ教授ꎬ博士生导师ꎬ主要从事分子植物病理学研究ꎻEmail:bdgao@aliyun.com
第一作者: 黄微ꎬ女ꎬ湖南人ꎬ主要从事植物病原物分子鉴定研究ꎻEmail:281977901@qq.comꎮ
水稻新病害叶鞘黑斑病的病原鉴定
黄 微1ꎬ 夏 花1ꎬ 高必达1ꎬ2ꎬ3∗
( 1湖南农业大学植物保护学院ꎬ长沙 410128ꎻ 2植物疾病控制与利用 湖南省高校重点实验室ꎬ长沙 410128ꎬ
3植物病虫害生物学与防控 湖南省重点实验室ꎬ长沙 410128)
摘要:2011年 7月ꎬ在湖南省花垣县水稻上发现一种新的病害ꎬ症状表现为叶鞘上出现长椭圆形黑斑ꎬ病健交界模糊ꎮ 分离
到的 4隔孢弯孢霉(HNHY001)经离体和活体人工接种均可产生黑斑ꎻ另一种黑孢霉菌株(HNHY002)不引致叶鞘黑斑ꎮ
从湖南省栽培水稻 150份种子样本中共分离到弯孢霉菌株 27个ꎬ其中 4个菌株具有 4 隔孢子ꎮ 这 4 个菌株中 1 个菌株不
产生子座ꎬ其余 3个均产生分枝子座ꎮ 经人工接种除不产生子座的外ꎬ其余 3个菌株均能产生典型的叶鞘黑斑ꎮ HNHY001
的 rDNA-ITS序列(GenBank 登录号 JQ360963)经 BLAST 搜索ꎬ与之最接近的几个序列为膝曲旋孢腔菌(Cochliobolus
geniculatus)及其有丝分裂产孢种—4隔孢弯孢霉ꎮ 鉴于单独以及与其它 4隔孢弯孢霉菌株进行对峙培养均未产生有性阶
段ꎬ建议根据此菌无性阶段特征即分生孢子较直、4横隔、子座分枝等特征ꎬ鉴定为膝曲旋孢腔菌有丝分裂产孢种之一的假
弯孢(C.fallax)ꎮ 水稻叶鞘黑斑病系国内外首次报道ꎮ
关键词:水稻ꎻ 叶鞘黑斑病ꎻ 膝曲旋孢腔菌ꎻ 假弯孢ꎻ 病原鉴定
Identification of the causal agent of a new rice disease sheath black spot   HUANG
Wei1ꎬ XIA Hua1ꎬ GAO Bi ̄da1ꎬ2ꎬ3   ( 1 College of Plant Protectionꎬ Hunan Agricultural Universityꎬ Changsha 410128ꎬ
Chinaꎻ 2Hunan University Key Laboratory for Control and Utilization of Plant Diseasesꎬ Changsha 410128ꎬ Chinaꎻ 3Hunan
Provincial Key Laboratory for Biology and Control of Plant Diseases and Insect Pestsꎬ Changsha 410128ꎬ China)
Abstract: A new sheath disease of rice was found in Huayuan county of Hunan province in July 2011. One
isolate (named as HNHY001) with 4 ̄septate conidia was identified as Curvulariaꎬ which caused black spots on
rice sheaths by artificial inoculation both in vitro and in vivo. The other one identified as Nigrospora sp. (named
as HNHY002) did not induce any lesion. In seed detectionꎬ 27 Curvularia isolates were obtained from the 150
rice seed sets in Hunan province. Among thoseꎬ four isolates were found to contain 4 ̄septate conidiaꎬ one of
which could not produce branchy stroma and cause disease in an artificial inoculation test. Howeverꎬ the rest 3
isolates caused the typical sheath black spot symptoms. The results of BLAST analysis showed that the
rDNA ̄ITS sequence ( JQ360963) of HNHY001 mostly resembled to that of Cochliobolus geniculatus and its
mitosporatic 4 ̄septate conidial Curvularia spp.. Considering the fact that the sexual stage of HNHY001 during
confrontation cultures with other 4 ̄septate conidial Curvularia isolates were not observedꎬ we therefore regarded
the isolate HNHY001 as Curvularia fallaxꎬ one of C. geniculatus mitosporatic Curvularia spp. based on the
asexual stage characteristicsꎬ i. e.ꎬ slightly straight 4 ̄septate conidium and branchy stromata. This is the first
report of rice sheath black spot disease in the world.
Key words: riceꎻ black spot of sheathꎻ Cochliobolus geniculatusꎻ Curvularia fallaxꎻ pathogen identification
中图分类号: S435.111.4          文献标识码: A          文章编号: 0412 ̄0914(2014)03 ̄0225 ̄07
 
植物病理学报 44卷
    2011年 7~8月ꎬ湖南省花垣县 8个乡镇约1 000
hm2稻田Y两优 7号和Y两优 302等Y两优系列分
蘖期到成株期的杂交稻上ꎬ发生了一种新的黄叶症
状ꎬ黄叶的叶鞘上均有黑色病斑ꎬ病健交界模糊ꎮ 病
株茎未见感染ꎬ有别于菌核病ꎻ叶不平展ꎬ有别于黄
矮病ꎻ无高位分蘖ꎬ有别于黄萎病ꎬ应属于以前未曾
报道过的病症ꎮ 为查明病因ꎬ开展了此研究ꎮ
1  材料与方法
1.1  症状观察和叶鞘病斑分离
    病株采自湖南省花垣县道二乡ꎬ处于孕穗期ꎬ
栽种于盆栽中ꎬ进一步观察症状的发展ꎮ
    采用常规组织分离法从叶鞘病斑边缘分离病
菌ꎬ单孢纯化后用于后续试验ꎮ
1.2  种子中弯孢霉的分离
    水稻种子共计 150份ꎬ由湖南省农产品质量检
测中心ꎬ湖南省常德市植保站和湖南省新化县植保
站提供ꎮ 每个品种 1 000 粒种子保湿于一个保鲜
盒中ꎬ28℃培养 3 d后镜检ꎮ
1.3  镜检
    于不同培养时间取保湿培养后长出的霉和培
养物ꎬ在显微镜下观察病菌形态、测量其大小并拍
照ꎮ 最后一次镜检为培养后 1年ꎮ
1.4  接种和再分离
    在离体接种试验中ꎬ裁取 16根长约 8 cm的孕
穗期健康水稻叶鞘ꎬ经常规表面消毒和无菌水清洗
后ꎬ分 4 组摆放在 4 个保湿盆中ꎮ 分离菌在 PDA
平板上培养 5 d后于菌落外圏裁取 6 mm直径的菌
饼用于接种ꎮ 分 4个处理:处理 1是叶鞘外表用针
刺伤后将菌块放于伤口处ꎻ处理 2 不针剌ꎬ余同处
理 1ꎻ处理 3 是将菌块塞于叶鞘内侧ꎻ第 4 组为用
无菌水对照ꎮ 接种后在 28℃保湿培养ꎬ2 d 后取下
菌块ꎬ观察发病情况ꎮ
    在活体接种试验中ꎬ采用喷雾接种和刺伤接种
2种方法ꎬ后者是用昆虫解剖针刺伤叶鞘ꎬ将菌饼置
于伤口表面ꎬ用湿棉花覆盖ꎬ一周后观察发病情况ꎮ
    接种的组织表现明显症状后ꎬ发病组织进行再
分离ꎮ
1.5  rDNA ̄ITS 的 PCR扩增与序列分析
    用 CTAB 法提取 6 日龄培养物的 DNAꎬ用
ITS 通用引物 ITS4 和 ITS5 进行 PCR 扩增[1]ꎮ
PCR产物委托上海生工生物工程有限公司测序ꎮ
测得的序列递交 GenBankꎬ取得登录号ꎬ并经
BLAST从 NCBI 数据库找到相近序列ꎬ然后用
MEGA4.0软件建立系统发育树ꎮ
2  结果与分析
2.1  症状特征
    田间病株叶片枯黄ꎬ叶鞘上有长椭圆形黑斑ꎬ
边缘模糊ꎬ大小约为 10 mm×5 mm(图 1A)ꎮ 盆栽
病株在摘取带有病斑的叶鞘后ꎬ又在别的叶鞘上陆
续产生同类型黑斑(图 1B)ꎮ 跟踪调查的结果证
明稻茎不发病ꎮ
Fig. 1  Symptoms of sheath black spot of rice
A: Natural infectionꎻ B: Artificial inoculation.
622
 
  3期 黄 微ꎬ等:水稻新病害叶鞘黑斑病的病原鉴定
2.2  分离、镜检和培养性状
    组织分离平板上长出 2种菌落ꎬ其中一种经镜
检初步鉴定为弯孢霉(Curvularia sp.)ꎬ有褐色的
成熟菌丝及透明的幼嫰菌丝ꎬ分生孢子直或稍弯ꎬ
具有 4个横隔膜ꎬ中部 3胞暗色ꎬ两端细胞无色ꎬ平
均大小为 30.4 μm×l2.5 μm(图 2)ꎻ另一种初步鉴
定为黑孢霉(Nigrospora sp.)ꎬ成熟的分生孢子黑
色ꎬ单胞ꎬ球形ꎮ 将这 2 个分离菌株分别命名为
HNYH001和 HNYH002ꎮ
    从湖南省栽培水稻 150 份种子样本中分离到
弯孢霉菌株 27 个ꎬ其中 4 个菌株 (HNHY003 ~
HNHY006)具有 4隔孢子ꎮ
    菌株 HNHY001在 PDA培养基上培养 5 d后ꎬ
菌落呈天鹅绒状ꎬ墨绿色ꎬ其间散生成簇的ꎬ珊瑚状
子座(图 3A)ꎬ照片放大后可见子座分枝(图 3B)ꎮ
    在光学显微镜下观察ꎬ子座顶端有呈辐射状排
列的丝状分生孢子梗(图4A) ꎬ有的孢子梗上可
见聚生未成熟的分生孢子(图 4B)ꎮ 不过ꎬ在培养
时间长达 1年的培养平板上仍未镜检到子囊阶段ꎬ
HNHY001分别与其它几个菌株对峙培养也均未
出现有性阶段ꎮ
Fig. 2  Conidiospores of strain HNYH001 (400×)
Fig. 3  Velvet colony and branchy stroma of strain HNHY001 incubated on PDA plate (400×)
Fig. 4  Branchy stroma of strain HNHY001 under microscope (400×)
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植物病理学报 44卷
2.3  接种和分离
    在离体接种试验中ꎬ弯孢霉菌株 HNYH001 接
种 2 d后ꎬ1、2、3组均可见病斑ꎬ第 4组无病斑ꎮ 第
1组最为严重ꎬ第 2组次之ꎬ第 3 组较轻ꎬ随后几天
病斑逐渐扩大且颜色加深ꎬ接种 5 d 后ꎬ病斑直径
为 15 mmꎬ边缘有黄色晕圈ꎬ其发病症状与自然情
况下基本一致(图 5)ꎮ 对接种后产生的病斑再次
进行分离ꎬ得到与原分离菌株一致的病原菌ꎮ 对照
组则无病斑ꎮ 而黑孢霉菌株 HNYH002 接种的水
稻叶鞘则不发病ꎮ 这 2 个菌株的菌饼各取一半混
合接种引起的发病程度不高于 HNHY001 单独引
起的程度ꎮ
    活体接种 HNYH001 后 7 dꎬ叶鞘针刺处有黑
色病斑出现(图 6)ꎮ 而茎部无此病斑ꎮ
Fig. 5  Symptoms of rice sheath black spot on sheaths 2 days after inoculation in vitro
Fig. 6  Symptoms of rice sheath black spot on sheaths 7 days after inoculation in vivo
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  3期 黄 微ꎬ等:水稻新病害叶鞘黑斑病的病原鉴定
    水稻种子分离菌株 HNHY003 ~ HNHY006 接
种后ꎬ不产生子座的菌株 HNHY003 未引起发病ꎬ
能产生分支子座的 3 个菌株 HNHY004 ~ HNHY
006均能产生典型的叶鞘黑斑ꎮ 取病斑再次进行
组织分离ꎬ得到与原分离菌株一致的病原菌ꎮ
2.4  rDNA ̄ITS序列分析
    对菌株 HNHY001进行 PCR扩增ꎬ获得了 1条
600 bp左右的清晰条带ꎬ经测序后将得到的 rDNA-
ITS序列提交至 GenBankꎬ得到登录号 JQ360963ꎮ
    HNHY001 的 rDNA ̄ITS 序列经 BLAST 搜索ꎬ
与之最相近的是膝曲旋孢腔菌 Cochliobolus genicu ̄
latus 及其有丝分裂产孢种之一的近缘弯孢 C. affi ̄
nisꎬ同种的置信度为 99%ꎮ 在 rDNA ̄ITS 系统进化
树上ꎬHNHY001(JQ360963)与膝曲旋孢腔菌及其有
丝分裂产孢种近缘弯孢、膝曲弯孢 C. geniculata 和
塞内加尔弯孢 C. senegalensis聚在一簇(图 7)ꎮ
    HNHY002的 rDNA ̄ITS序列也用同样方法获
得ꎬ经 BLAST搜索之后排在前面且有完整学名的
均为稻黑孢(N. oryzae)ꎮ
Fig. 7  Phylogenetic tree of HNHY001 rDNA ̄ITS
The GenBank accession numbers of these sequenced rDNA ̄ITS are as follows: HNHY001 (JQ360963)ꎬ
HNHY002(KF946039)ꎬ HNHY003(KF946040)ꎬ HNHY004 (KF946041)ꎬ HNHY005(KF946042)ꎬ HNHY006(KF946043) .
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植物病理学报 44卷
3  结论与讨论
    本文报道了水稻上一种引起叶鞘黑斑的新病
害ꎻ并经 Koch 法则验证了分离菌株 HNYH001 为
引起叶鞘黑斑的病原菌ꎮ
    在对 HNYH001 进行分子鉴定时ꎬ rDNA ̄ITS
的 BLAST搜索表明与之同源性最高的是膝曲旋
孢腔菌ꎬ鉴于单独培养和与其它 4隔弯孢霉菌株的
对峙培养均未产生有性阶段ꎬ所以只能从无性阶段
特征着手进行鉴定ꎮ Hosokawa 等[2]建议ꎬ膝曲旋
孢腔菌包含了有丝分裂产孢属弯孢霉属中的 4 个
种即近缘弯孢、膝曲弯孢、假弯孢和塞内加尔弯孢ꎮ
这 4种弯孢都具有 4隔分生孢子ꎬ其中膝曲弯孢和
近缘弯孢的子座不分枝[3]ꎬ而 HNYH001 的子座分
枝ꎻ塞内加尔弯孢和膝曲弯孢的分生孢子大多弯
曲ꎬ而假弯孢的分生孢子大多较直[4]ꎮ 由此可见ꎬ
HNYH001与假弯孢的描述相符ꎮ 鉴于此ꎬ笔者建
议鉴定 HNYH001 为膝曲旋孢腔菌有丝分裂产孢
种假弯孢(C. fallax)ꎮ 另外ꎬBLAST 结果中假弯
孢序列未出现ꎬ其原因在于笔者递交之序列之前
NCBI的核苷酸数据库尚未收录假弯孢的序列ꎮ
    已知弯孢霉引起多种禾本科植物叶部病害ꎬ例
如新月弯孢(C. lunata)引起玉米弯孢叶斑病ꎬ上世
纪 90年代此病曾给北方玉米生产带来了严重损
失[5]ꎬ近年来有逐渐加重的趋势ꎬ成为玉米高产种
植的潜在威胁[6~9]ꎮ 弯孢霉引起草坪草病害的报
道也较多[10~14]ꎮ 在水稻上ꎬ从黑粒米上分离到 13
种弯孢ꎬ选取其中 9 种于水稻开花期人工接种ꎬ结
果均引致变色谷粒和黑粒米[15ꎬ16 ]ꎮ 但国内外迄今
未报告弯孢霉在自然条件下引起水稻叶鞘病害ꎮ
为此本研究报告的是一种新的水稻病害ꎬ在此定名
为水稻叶鞘黑斑病ꎮ
    本研究用人工培养时产生的成熟孢子进行喷
雾接种ꎬ未见发病症状ꎬ而需要通过针刺接种才能
发病ꎬ说明该病原菌致病力较弱ꎬ需从伤口侵入ꎮ
    本研究中分离到的稻黑孢曾被报道引起水稻
叶片上的圆斑病[17]ꎬ本次接种于叶鞘未发病可能
是由于组织特异性所致ꎬ因为此病症状出现在叶片
而不是叶鞘上ꎮ
    由于该病原菌假弯孢(C. fallax)为首次报道
引起叶鞘黑斑病ꎬ且以往对该病原菌种间其它性状
特征的报道和描述较少ꎬ为了更深入的了解该病害
与其它病原菌的进化关系以更好的阐明其发生规
律和致病机制ꎬ有待对该病原菌其它分子生物学特
征如种间遗传背景等进行研究ꎮ
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责任编辑:李晖
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