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Isolation and identification of the pathogen causing tomato bacterial soft rot

番茄细菌性软腐病病原的分离与鉴定



全 文 :植物病理学报
ACTA PHYTOPATHOLOGICA SINICA  43(4): 435 ̄439(2013)
收稿日期: 2012 ̄05 ̄20ꎻ 修回日期: 2013 ̄03 ̄26
基金项目: 农业部公益性行业(农业)科研专项( 201003029ꎻ 201003066)ꎻ 国家自然科学基金资助项目(30871655)
通讯作者: 谢关林ꎬ博士ꎬ教授ꎬ主要从事植物病原细菌及病害生物防治研究ꎻ Tel:0571 ̄88982710ꎬ E ̄mail: glxie@zju. edu. cnꎮ
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研究简报
番茄细菌性软腐病病原的分离与鉴定
张国庆1ꎬ 翟 婧1ꎬ 周 青1ꎬ 王 笑2ꎬ 崔舟琦1ꎬ 谢关林1∗
( 1浙江大学生物技术研究所水稻生物学国家重点实验室ꎬ农业部病虫分子生物学重点开放实验室ꎬ 杭州 310029ꎻ
2 宁波市江北区农技推广服务总站ꎬ 宁波 315021)
Isolation and identification of the pathogen causing tomato bacterial soft rot
ZHANG Guo ̄qing1ꎬ ZHAI Jing1ꎬ ZHOU Qing1ꎬ WANG Xiao2ꎬ CUI Zhou ̄qi1ꎬ XIE Guan ̄lin1   ( 1 Institute of
Biotechnologyꎬ Zhejiang Universityꎬ State Key Laboratory of Rice Biologyꎬ Key Laboratory of Molecular Biology of Crop Patho ̄
gens and Insects Ministry of Agricultureꎬ Hangzhou 310029ꎬ Chinaꎻ 2Agricultural Technology Center for Extension and Service
in Jiangbeiꎬ Ningbo 315021ꎬ China)
Abstract: Tomato bacterial soft rot has been become seriously in recent years in some areas of China. How ̄
everꎬ little is known about the causal agent. It was isolated and identified for effective management of the
disease. The symptoms of the disease were described and the pathogen was tested in clony morphologyꎬ patho ̄
genicityꎬ transmission electron microscopyꎬ biolog and fat acid analysis. The results indicated that the causal
agent was belonged to Pectobacterium. The 16S rDNA was also sequenced and had 99% similarity with Pec ̄
tobacterium carotovorum subsp. carotovorum. It was formed in a group with P. c. subsp. carotovorum
ATCC15713ꎬ LMG2404ꎬ DSM30168 and Pectobacterium carotovorum subsp. odoriferum LMG17566ꎬ which
indicated that the pathogen was Pectobacterium carotovorum.
Key words: tomatoꎻ bacterial soft rotꎻ biologꎻ FAMEsꎻ 16S rDNA
文章编号: 0412 ̄0914(2013)04 ̄0435 ̄05
    Pectobacterium carotovorum subsp. carotovo ̄
rum(syn. Erwinia carotovora subsp. carotovora)是
引起作物腐烂的常见病原细菌ꎬ主要侵染亚热带及
温带地区的作物ꎮ 如ꎬ大白菜、马铃薯、茄子、辣椒
等ꎮ
近年来ꎬ山东省以及浙江省部分地区ꎬ番茄陆
续出现茎秆严重腐烂现象ꎮ 发病初期ꎬ番茄茎秆、
枝条上出现椭圆或条状灰褐色腐斑ꎬ然后逐渐扩
散、腐烂ꎮ 湿度大的情况下ꎬ植株表皮湿腐ꎬ伴随异
味产生ꎬ茎秆很快腐烂直至整株死亡ꎬ给菜农造成
严重的经济损失ꎮ 目前国内对番茄软腐病虽有调
查报道ꎬ但未见该病原的分离鉴定研究ꎮ 因此ꎬ明
确该病原菌ꎬ尤其是该病原菌的生理生化及分子生
物学特征ꎬ为该病害的防治提供可行依据ꎬ从而解
决生产上的实际问题ꎬ显得尤为迫切ꎮ
1  材料与方法
1. 1  标准菌株、病原细菌分离、过敏反应及致病
性测定
供鉴定对照用的 2 个标准细菌菌株 Burkhol ̄
deria glumae LMG 2196 和 Pectobacterium chrysan ̄
themi LMG 2804 由比利时根特大学 Swings 教授
提供ꎻP. c. subsp. carotovorum CB01006 由本实验
室 2001 年分离于大白菜软腐病ꎮ
 
植物病理学报 43 卷
从山东采集的番茄软腐病株作为诊断和病原
分离的样本ꎮ 采取四区划线法对病样浸出液进行
分离ꎬ将疑似病原菌的单菌落 SD ̄1、SD ̄2、SD ̄3 纯
培养ꎮ 烟草过敏反应(hypersensitive reaction HR)
采取背面注射法将菌液(约 3 × 108 cfu / mL)接种
于普通烟叶片上ꎬ28℃培养ꎬ24 h 后观察结果ꎮ 采
用针刺法将菌液 SD ̄1 接种于健康番茄植株茎秆
上ꎬ套袋保湿ꎬ置于 30℃光照培养箱中ꎬ3 d 后观察
发病情况ꎮ
1. 2  病原细菌的主要细菌学特征测定
革兰氏染色、菌落形态和主要碳、氮源的利用
测定参照 Schaad等[1]方法ꎮ 电镜观察通过透射电
子显微镜(KYKY ̄1000B)完成ꎮ
1. 3  Biolog鉴定
将经过致病性测定证实的菌株 SD ̄1、SD ̄2、
SD ̄3 进行 Biolog 鉴定ꎬ以标准菌株 LMG2196、
LMG2804 和 CB01006 作为阳性对照ꎮ Biolog 测
定参照 Zhu等[2]方法ꎬ通过 Biolog Microstation TM
全自动细菌鉴定程序(4. 2 版本)进行分析ꎮ
1. 4  脂肪酸(FAMEs)鉴定
FAMEs鉴定参照 Xu 等[3]方法ꎬ通过全自动
微生物鉴定系统—美国 Agilent 6890 型气相色谱
系统进行分析ꎮ
1. 5  16S rDNA序列测定及系统发育分析
利用 16S rDNA 通 用 引 物 ( 16SP0: 5′ ̄
GAAGAGTTTGATCCTGGCTCAG ̄3′ꎻ 16SP6: 5′ ̄
CTACGGCTACCTTGTTACGA ̄3′)对病原基因组
进行 PCR 扩增ꎮ AxyPrep TM DNA Gel Extraction
Kit回收 PCR产物ꎬ华大基因公司测序ꎮ
利用 MEGA 4. 0 软件对分离菌的 16S rDNA
序列进行分析ꎬ采用 Clustal W 方法进行多序列全
局比对ꎬ采用邻近相连法(Neighbor ̄joining)构建
系统发育树[4]ꎮ
2  结果与分析
2. 1  番茄软腐病症状及致病性
24 h后ꎬ菌株 SD ̄1、SD ̄2、SD ̄3 引起烟草过敏
性反应(图 1 ̄a)ꎮ 菌株 SD ̄1 接种番茄植株茎秆
48、72 h后的症状(图 1 ̄c、d)ꎬ对照无明显变化(图
1 ̄b)ꎬ接种 SD ̄1 的植株 48 h 后ꎬ茎秆出现条状腐
斑ꎬ逐渐沿枝条扩散ꎬ茎秆开始缢缩、腐烂ꎬ72 h 后
植株萎蔫死亡ꎮ 上述症状和田间采集时的症状基
本相似ꎮ
Fig. 1  Pathogenicity test of the 3 isolated strains on tobacco and tomato
a: Hypersensitive reaction induced by isolate SD ̄1ꎬ SD ̄2 and SD ̄3 on tobaccoꎻ
b: Control tomato plant inoculated with sterile waterꎻ
c: Symptom of tomato inoculated with isolate SD ̄1after 48 hꎻ
d: Symptom of tomato inoculated with isolate SD ̄1after 72 h.
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  4 期     张国庆ꎬ等:番茄细菌性软腐病病原的分离与鉴定
2. 2  病原细菌的菌落及菌体形态
分离菌 SD ̄1 革兰氏染色呈阴性ꎬ在 NA 培养
基上菌落圆形、隆起、边缘整齐ꎬ灰白色(图 2 ̄a)ꎻ
菌体短杆状、无芽孢(图 2 ̄b)ꎬ大小为(0. 5 ~ 1)μm
× (1 ~ 13)μm ꎬ周生鞭毛(图 2 ̄c)ꎮ
2. 3  Biolog与脂肪酸(FAMEs)鉴定
选取分离菌 SD ̄1、SD ̄2、SD ̄3 经 Biolog Mi ̄
crostation TM全自动细菌鉴定程序分析ꎬ其 SIM 平
均值分别为 0. 693、0. 643、0. 654ꎬ系统将其匹配为
P. c. subsp. carotovorum(表 1)ꎮ FAMEs 鉴定结
果匹配程度遵循 Buyer等[5]的原则:相似性系数 <
0. 2ꎬ结果不可用ꎻ相似性系数≥0. 5ꎬ鉴定到属ꎮ
SD ̄1、 SD ̄2、 SD ̄3 经全自动微生物鉴定系统—美
国 Agilent 6890 型气相色谱系统分析后ꎬ其 SIM平
均值分别为 0. 432、0. 410、0. 421ꎬ系统将其匹配为
P. c. subsp. carotovorum(表 2)ꎬ3 株标准菌株与
原鉴定结果完全一致ꎬ证明了结果的可靠性ꎮ 综合
biolog与 FAMEs鉴定结果ꎬ病原菌应属于果胶杆
菌属(Pectobacterium)ꎮ
2. 4  生理生化分析
通过对分离菌 SD ̄1、SD ̄2、SD ̄3 和标准菌株
CB01006 和 ATCC15713 ( P. c. subsp. carotovo ̄
rum)主要碳、氮源的利用分析ꎬ发现这 3 个分离菌
株和标准菌株除了在 D ̄trehalose、L ̄lactic acid 利
用上存在差异外ꎬ其他的碳、氮源利用完全相同
(表 3)ꎬ进一步验证了上述鉴定结果的可靠性ꎮ
Fig. 2  Colonial morphology and the transmission electron microscopy (TEM)
of the pathogenic isolate SD ̄1
a: Colonial morphology of isolate SD ̄1ꎻ b: TEM (20 000 × ) of isolate SD ̄1ꎻ c: TEM (40 000 × ) of isolate SD ̄1.
Table 1  Biolog identification of the causal pathogen of tomato bacterial soft rot
Strain Original identity
Biolog identification
SIM System identity
LMG 2196 Burkholderia glumae 0. 774 Burkholderia glumae
LMG 2804 P. chrysanthemi(Dickeya sp. ) 0. 635 P. chrysanthemi
CB 01006 P. c. subsp. carotovorum 0. 667 P. c. subsp. carotovorum
SD ̄1 _ 0. 693 P. c. subsp. carotovorum
SD ̄2 _ 0. 643 P. c. subsp. carotovorum
SD ̄3 _ 0. 654 P. c. subsp. carotovorum
LMG and CB code are the reference strainsꎬ positive control.
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植物病理学报 43 卷
Table 2  FAMEs identification of the causal pathogen of tomato bacterial soft rot
Strain Original identity
FAMEs identification
SIM System identity
LMG 2196 Burkholderia glumae 0. 653 Burkholderia glumae
LMG 2804 P. chrysanthemi(Dickeya sp. ) 0. 561 P. chrysanthemi
CB 01006 P. c. subsp. carotovorum 0. 501 P. c. subsp. carotovorum
SD ̄1 _ 0. 432 P. c. subsp. carotovorum
SD ̄2 _ 0. 410 P. c. subsp. carotovorum
SD ̄3 _ 0. 421 P. c. subsp. carotovorum
LMG and CB code are the reference strainsꎬ positive control.
Table 3  Selected characteristics of the pathogenic isolates and reference culture
Characteristics CB01006 SD ̄1 SD ̄2 SD ̄3 ATCC15713
D ̄glucose + + + + +
D ̄maltose - - - - -
D ̄fruoctose + + + + +
D ̄mannitol + + + + +
D ̄cellobiose + + + + +
L ̄arabitol - - - - -
D ̄lactose + + + + +
D ̄sorbitol - - - - -
D ̄sucrose + + + + +
D ̄galactose + + + + +
D ̄mannose + + + + +
D ̄trehalose + - - - +
L ̄lactic acid + - - - +
pH 5. 0 ± + + + ±
“ + ”: Positiveꎻ “ - ”: Negativeꎻ “ ± ”: Weak positive.
2. 5  16S rDNA序列分析
对 3 个代表菌株 SD ̄1、SD ̄2、SD ̄3 序列进行
BLAST分析ꎬ结果显示与 P. c. subsp. carotovo ̄
rum的相似性均为 99% ꎮ 进化树显示(图 3) SD ̄
1、SD ̄2、SD ̄3 与 P. c. subsp. odoriferum、P. c.
subsp. carotovorum亲缘关系最近ꎬ类聚在一起ꎮ
3  讨论
本研究对番茄软腐病病原菌作了分离ꎬ获
得的病原细菌菌株经柯赫氏法则验证ꎬ分离菌
株引起的病害症状与田间采集的软腐病状一
致ꎬ并从接种后的番茄发病部位再次分离到该
病原菌ꎬ证明了这种细菌是引起番茄软腐病菌
的病原菌ꎮ 该病原菌经过形态特征和电镜观
察、生理生化测定、BIOLOG 及 FAMEs 微生物
自动鉴定系统鉴定ꎬ证明该病原与果胶杆菌
(Pectobacterium) 特征基本相似ꎮ 对其 16S rDNA
序列进行 BLAST 分析ꎬ结果显示与 P. c. subsp.
carotovorum的相似性为 99% ꎬ通过构建进化树分
析ꎬ 该 病 原 菌 与 P. c. subsp. carotovorum
ATCC15713、LMG2404、DSM30168 和 P. c. sub ̄
sp. odoriferum LMG17566 聚集成一个大类群ꎬ因
此ꎬ将该病原鉴定为胡萝卜果胶杆菌(P. carotovo ̄
rum)ꎮ 对类聚情况进一步分析ꎬ该病原与这 2 个
亚种形成 3 个小类群ꎬ是否为一个新亚种ꎬ有待进
一步研究ꎮ
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  4 期     张国庆ꎬ等:番茄细菌性软腐病病原的分离与鉴定
Fig. 3  Phylogenetic tree showing the relationship of pathogenic
isolates and closely related strains
On the basis of the alignment of 16S rDNA sequencesꎬ the phylogenetic tree was constructed using the
Neighbor ̄joining method. Stability of the tree was assessed by 1 000 bootstrap replications.
The Acidovorax avenae subsp. avenae was used as an out ̄group.
参考文献
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for identification of plant pathogenic bacteria [M] .
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seeds [J] . Rice Scienceꎬ 2008ꎬ 15(2): 145 -149.
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seedlings [J] . Chinese J. Rice Sci. ꎬ 2008ꎬ 22: 302
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bacterial leaf spot pathogen of poinsettia in China [J] .
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Microbiol. ꎬ 2002ꎬ 48(11): 955 -964.
责任编辑:于金枝
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