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Changes in the dominant pathogens causing Fusarium dry rot of potato in rhizospheric soil under continuous potato cropping systems based on real-time quantitative PCR

连作马铃薯根际干腐病优势病原菌荧光定量PCR快速检测及在根际的动态变化



全 文 :书连作马铃薯根际干腐病优势病原菌荧光定量
犘犆犚快速检测及在根际的动态变化
李瑞琴1,2,刘星1,3,邱慧珍1,3,4,张文明1,3,4,张春红1,3,4,
王蒂3,4,5,张俊莲3,4,5,沈其荣6
(1.甘肃农业大学资源与环境学院,甘肃 兰州730070;2.甘肃省农业科学院畜草与绿色农业研究所,甘肃 兰州730070;3.甘肃省
干旱生境作物学重点实验室,甘肃兰州730070;4.甘肃省作物遗传改良与种质创新重点实验室,甘肃 兰州730070;
5.甘肃农业大学农学院,甘肃 兰州730070;6.南京农业大学资源与环境学院,江苏 南京210095)
摘要:为了解根际土壤中土传病害病原菌的积累与连作障碍之间的关系,进一步寻求缓解和克服马铃薯连作障碍
土传病害的有效途径,本研究建立了以马铃薯根际土壤为研究对象的干腐病病原菌荧光定量PCR快速检测体系。
结果显示,研究建立优化的荧光定量PCR检测方法,对引起马铃薯干腐病的优势病原菌茄病镰孢菌和接骨木镰孢
菌进行快速检测和绝对定量,主要优化参数为:上下游引物各0.4μL(10mmol/L),DNA模板3μL,退火温度
60℃。连作马铃薯根际土壤茄病镰孢菌和接骨木镰孢菌随连作年限的动态变化趋势均表现为随连作年限的递增
呈现上升趋势,其中CP5 的累积量最大,为1.45×104 拷贝/g,比CK增加了27.8倍。CP4、CP3、CP2、CP1 根际病
原菌累积量分别比对照增加了10.5,16.31,8.32,3.51倍。由此可见,茄病镰孢菌和接骨木镰孢菌的数量均随连
作年限的递增呈上升趋势。根际镰刀菌随生育进程的动态变化因病原菌种类而异,茄病镰孢菌以收获期累积量最
大,平均为1.2×104 拷贝/g,随生育进程的推进呈上升趋势。而接骨木镰刀菌是播前累积量最大,平均为
1.55×104 拷贝/g,随生育进程的推进呈下降趋势。因此,研究区马铃薯根际土壤中镰刀菌的大量积累可能是导致
马铃薯连作障碍发生的主要原因之一。
关键词:马铃薯干腐病优势病原菌;连作根际土壤;实时荧光定量PCR;动态变化趋势
中图分类号:S532;S436.32  文献标识码:A  文章编号:10045759(2013)06023910
犇犗犐:10.11686/cyxb20130630  
  马铃薯(犛狅犾犪狀狌犿狋狌犫犲狉狅狊狌犿)是重要的粮菜兼用型作物,也是优良的饲料作物[1]。随着加工业的发展和产
业结构调整,马铃薯已成为西部贫困地区稳产、增收的优势农作物,栽培面积不断扩大,导致马铃薯的连作种植越
来越广泛。甘肃省是中国马铃薯种植面积最大的地区,但病害的发生制约着本省马铃薯产业的深入发展[2]。其
中约70%的马铃薯采收以后要经过3~6个月的贮藏,以延长供应期并为淀粉加工提供原料。然而,块茎在贮藏
过程中的烂损较为严重,这不仅造成较大的经济损失,而且会明显降低淀粉含量[3]。马铃薯镰刀菌干腐病(pota
to犉狌狊犪狉犻狌犿dryrot)是马铃薯贮藏期最常见的真菌性病害,给广大的马铃薯加工企业及农户造成了巨大的经济
损失,严重影响了马铃薯的产量和品质[45]。
国内外对马铃薯干腐病进行过一些研究,报道的病原菌各不相同[612],Seppanen[13]对引起芬兰马铃薯干腐
病的镰刀菌种类进行了研究,证实14种镰刀菌种为马铃薯干腐病病原,以燕麦镰刀菌(犉狌狊犪狉犻狌犿犪狏犲狀犪犮犲狌犿)和
茄病镰刀菌(犉.狊狅犾犪狀犻var.犮狅犲狉狌犾犲狌犿)为优势病原,其次为黄色镰刀菌(犉.犮狌犾犿狅狉狌犿)和硫色镰孢菌(犉.狊狌犾
狆犺狌狉犲狌犿)。叶琪明和王拱辰[14]报道了浙江省马铃薯干腐病镰刀菌9个种和变种,其中,致病力较强的种类有茄
病镰孢及其变种、串珠镰孢(犉.犿狅狀犻犾犻犳狅狉犿犲)及其变种和拟丝孢镰孢(犉.狋狉犻犮犺狅狋犺犲犮犻狅犻犱犲狊)。何苏琴等[15]通过种
类鉴定,发现硫色镰刀菌(犉.狊狌犾狆犺狌狉犲狌犿)为甘肃省定西市的马铃薯干腐病病原。陈彦云[16]报道了宁夏西吉县
第22卷 第6期
Vol.22,No.6
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA   
239-248
2013年12月
收稿日期:20130313;改回日期:20130428
基金项目:农业部公益性行业(农业)科研专项(201103004),甘肃省科技重大专项(1102NKDM025)和国家科技支撑计划(2012BAD06B03)资助。
作者简介:李瑞琴(1969),女,甘肃庆阳人,高级实验师,在读博士。Email:liruiqin_524@163.com
通讯作者。Email:hzqiu@gsau.edu.cn,wangd@gsau.edu.cn
马铃薯干腐病主要病原为茄病镰孢蓝色变种(犉.狊狅犾犪狀犻)和接骨木镰孢。河北省马铃薯干腐病主要由茄病镰孢
和半裸镰孢(犉.狊犲犿犻狋犲犮狋狌犿)引起[17]。黑龙江省马铃薯干腐病主要病原有6个种和变种,茄病镰孢和接骨木镰孢
就在其中[18]。华北地区贮藏期马铃薯有4种真菌病害和3种细菌病害,其中,引起马铃薯干腐病的病原菌就有
接骨木镰刀菌和茄类镰刀菌[19]。李金花等[20]从甘肃省6个采样区共分离到293株镰刀菌株,参照Nelson镰刀
菌分类系统进行鉴定和致病性测定,发现以接骨木镰刀菌和茄病镰刀菌出现频率高,是甘肃马铃薯镰刀菌干腐病
的优势病原菌。
已有的大多研究认为,由镰刀菌引起的干腐病只是一种窖藏病害,在马铃薯生长期间不发病,病原菌可在土
壤中长期存活[1220],但不少的研究指出,土壤中镰刀菌的大量积累可能是马铃薯连作障碍发生的原因之一。孟品
品等[21]采用大田试验与变性梯度凝胶电泳(DGGE)相结合的方法,研究了马铃薯连作对根际土壤真菌种群结构
的影响及其生物效应,结果表明,随着连作年限的增加,马铃薯根际土壤土传病害病原菌尖孢镰刀菌和茄病镰刀
菌的数量明显增加。牛秀群等[22]采用根残体分离法,研究了甘肃省干旱灌区马铃薯连作根际土壤镰刀菌分布与
马铃薯连作之间的关系,连作1~3年的优势种均为茄病镰孢,分离频率分别为30.78%,37.70%和45.48%。
孟品品等[21]的研究仅仅分析了收获期根际土壤的情况,牛秀群等[22]是从马铃薯根茬中分离的病原菌,研究对象
也仅仅只有1~3年的连作,本研究的目的之一是看看马铃薯连作1~5年根际土壤镰刀菌在整个生育期的动态
变化。
由于镰刀菌在自然界中分布广泛,已有研究发现镰刀菌分生孢子(特别是大分生孢子)、分生孢子座、产孢细
胞形态及培养性状等方面具有多样性,且易受环境影响产生变异,鉴定和识别不同镰刀菌种类比较复杂和困
难[23]。通常是通过田间观察发病植株、平板分离病原菌、免疫学检测和鉴定的传统方法对病原真菌进行鉴别,病
原真菌的计数往往采用 MPN平板培养计数的方法。这些方法不仅耗时长,效率和灵敏度较低,而且经验性强。
近年来,分子生物学技术的发展为土壤微生物的准确检测提供了方便,而不再单纯依赖于平板培养等传统技
术[2425]。20世纪90年代中期发展起来的实时荧光定量PCR(realtimePCR)技术可以对靶标核酸进行定量检
测,是一种方便、快速、准确的非培养的检测方法[2630]。但是这一方法是否适合于马铃薯种植土壤中镰刀菌干腐
病的定量研究尚未见报道,为此以马铃薯连作1~5年根际土壤为研究对象,建立优化马铃薯根际土壤干腐病镰
刀菌的实时荧光定量PCR检测体系,并对马铃薯连作根际土壤进行检测和定量分析,以探明马铃薯根际土壤中
干腐病镰刀菌随生育时期和种植年限的动态变化趋势,为揭示马铃薯干腐病优势病原菌的积累与连作年限之间
的关系提供依据,进而寻求缓解和克服马铃薯连作障碍土传病害的有效途径。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
选择位于甘肃省中部沿黄灌区的白银市景泰条山农场常年种植马铃薯的连作马铃薯田为试验田。供试区域
属温带干旱大陆性气候,年均气温9.1℃,年均降水量186mm,无霜日141d,年均日照时数2713h,日照百分率
62%,海拔1274m。供试土壤为灰钙土,有机质10.1g/kg,全氮0.71g/kg,全磷1.34g/kg,全钾35.31g/kg,
碱解氮66mg/kg、速效磷14mg/kg,速效钾193mg/kg,pH8.08(水土比5∶1)。当地水源充足,农业灌溉条件
良好。
1.2 试验设计
在条山农场马铃薯种植区域内选择不同连作年限的相邻地块进行田间试验,以前茬为玉米(犣犲犪犿犪狔狊)的轮
作地块为对照(即连作0年,用CK表示),其余依次为连作1年(CP1)、2年(CP2)、3年(CP3)、4年(CP4)和5年
(CP5)。所选地块地势平坦、肥力均匀,具有代表性。每处理3个重复,小区面积9.0m×6.1m,采用宽垄双行
覆膜种植,播种前1d切种薯,用 KMnO4 浸泡消毒,垄宽1.35m,行距70cm,株距17cm,种植密度84075
株/hm2。播种和施肥过程均采用机械化1次进行,而后由人工覆膜。不施用有机肥,化肥用151515的复合肥、
尿素和硫酸钾,N∶P2O5∶K2O=1.4∶1.0∶2.0,氮肥用量为210kgN/hm2。所有化肥均在播种时一次性基
施,田间管理措施同当地大田。4月25日播种,8月25日收获。供试品种为当地主栽的加工型马铃薯品种“大西
洋”,由条山农场提供。
042 ACTAPRATACULTURAESINICA(2013) Vol.22,No.6
1.3 样品采集
起垄前采集土壤基础土样,用于测定土壤的基本理化性状。分别在播前(5月4日)、块茎膨大期(7月30
日)、收获期(8月25日)采集根际土壤样品,每小区5株[29],将土样充分混合后装入无菌的聚乙烯袋中,保存在
-70℃冰箱中用于土壤微生物总DNA的提取。
1.4 供试菌株培养及基因组DNA提取
供试标准菌株马铃薯接骨木镰孢菌、茄病镰孢菌由甘肃农业大学李金花教授提供,晚疫病菌由甘肃省农业科
学院植物保护研究所李继平研究员提供,其余菌株由甘肃农业大学陈秀蓉教授提供。供试菌株经单孢分离纯化
后,在液体完全培养基中24~26℃摇培3~5d后,收集菌丝团,用于提取基因组DNA,采用植物真菌DNA提取
试剂盒提取真菌DNA(Omega)[29]。
1.5 测定项目与方法
1.5.1 土壤总DNA提取和真菌转录间隔区(ITS)序列的扩增 采用土壤总微生物DNA提取试剂盒(Power
SoilTM DNAIsolationkit,MOBIOLaboratories,Inc,美国)提取土壤总DNA,用1%琼脂糖凝胶电泳后经EB(溴
化乙锭)染色检查提取的DNA质量。采用BIORAD公司的S1000TM ThermalCycle型PCR仪,选用可扩增真
菌18SrRNA部分片段通用引物NS1(5′GTAGTCATATGCTTGTCTC3′)和GCFungi(5′GCclampATTC
CCCGTTACCCGTTG3′)。
1.5.2 马铃薯干腐病病原菌PCR引物筛选和特异性验证 依据GenBank中登录的马铃薯干腐病优势病原菌
茄病镰孢菌和接骨木镰孢菌及其近缘菌株rDNA的ITS区的序列差异,参照文献,经多重比对试验后筛选的3
对PCR引物(表1),对参试的6个标准病原菌DNA琼脂糖凝胶电泳产物进行PCR扩增,观察是否有特异性条
带,判断得到的是否是预期长度的DNA片段,进行引物的特异性验证。
表1 马铃薯干腐病菌犘犆犚引物筛选
犜犪犫犾犲1 犜犺犲犘犆犚狆狉犻犿犲狉狊犲犾犲犮狋犻狅狀狅犳狆犪狋犺狅犵犲狀狊犮犪狌狊犻狀犵犉狌狊犪狉犻狌犿犱狉狔狉狅狋狅犳狆狅狋犪狋狅
类别Target 引物Primer 序列Sequence(5′to3′) 退火温度Annealingtemperature(℃) DNA片段长度Amplicon(bp)
犉狌狊犪狉犻狌犿 F.s 5′CTCTGGCAAGTCGACCACTGT3′ 60 147~170
F.s 5′CGATGGTTCGCTTGTCGATA3′
犉.狊犪犿犫狌犮犻狀狌犿 EF1H 5′ATGGGTAAGGAAGACAAGAC3′ 63 660
EF1 EF2T 5′GGAAGTACCAGTGATCATGTT3
ITS118sITS2 ITS 5′CAAGCATTGTCGCCACTC3′
5′GTTTGGCTCTACCGGGACTG3′ 62 1000
1.5.3 荧光定量PCR检测体系的优化 荧光定量PCR仪器为AppliedBiosystems7500实时定量PCR仪(美
国应用生物系统公司)。反应体系配制须在超净工作台及冰上且避光。
荧光定量PCR预实验得知在反应体系中引物浓度过高会有引物二聚体产生,过低影响扩增效率,因此,设置
引物浓度范围为0.2~0.4μL(10mmol/L),根据溶解曲线和扩增效率确定适宜的引物浓度。
模板浓度过高或过低也会影响溶解曲线的峰值,即扩增效率的大小,因此,设置DNA模板浓度范围为2~4
μL(10mmol/L),观察不同浓度的模板DNA对扩增效率及荧光吸收强度的影响,确定最合适的DNA模板浓度。
退火温度的高低也会影响定量PCR反应的特异性和准确性,设置退火温度为58,60,62℃。
反应体系:SYBR@PremixTaqManPCRMasterMix(ABI公司)混合液10μL,BoxⅡ(荧光染料)0.4μL,上
下游引物0.2~0.4μL(10mmol/L),DNA模板2~4μL,ddH2O补足20μL。
反应程序:95℃预变性30s,95℃变性5s,58~60℃退火34s,40个循环,95℃延伸15s,60℃60s,95℃
15s,60℃15s。在每一循环的退火阶段收集荧光,实时检测反应并且记录荧光信号的变化,绘制扩增产物的熔
解曲线。
142第22卷第6期 草业学报2013年
1.5.4 重组质粒荧光定量PCR标准曲线建立 将茄病镰孢菌和接骨木镰孢菌特异引物扩增后的PCR产物纯
化后,连接至PUC18T载体上,转化至大肠杆菌中,挑取转化后平板上的白色单克隆提取质粒DNA,测序确定插
入的片段是否正确。测定质粒DNA浓度,绘制标准曲线。
1.6 连作马铃薯根际土壤茄病镰孢菌和接骨木镰孢菌随连作年限、生育进程的动态变化趋势
应用优化的荧光定量PCR扩增条件对连作马铃薯根际土壤在不同连作年限、不同生育进程的茄病镰孢菌和
接骨木镰孢菌进行定量检测,分析茄病镰孢菌和接骨木镰孢菌随连作年限和生育进程动态变化趋势。
1.7 数据分析
采用Excel和DPS10.0数据分析软件进行数据统计分析和作图。
2 结果与分析
2.1 PCR引物筛选及特异性验证
经多重比对试验后筛选确定马铃薯干腐病病原菌茄病镰孢菌和接骨木镰孢菌的PCR引物为共同的1对,
F.sF:5′CTCTGGCAAGTCGACCACTGT3′,F.sR:5′CGATGGTTCGCTTGTCGATA3′,采用该引物对,以
扩增条件优化试验筛选出的退火温度60℃,对土壤总DNA琼脂糖凝胶电泳产物进行PCR扩增,除马铃薯茄病
镰孢菌和接骨木镰孢菌能扩增出147~170bp大小的特异性条带外,其他供试菌株马铃薯立枯丝核菌、晚疫病
菌、甜瓜枯萎病和棉花枯萎病菌均无扩增产物,说明所筛选的引物是马铃薯干腐病茄病镰孢菌和接骨木镰孢菌的
专用引物(表2)。
表2 供试菌株的常规犘犆犚特异性引物扩增结果
犜犪犫犾犲2 犜犺犲狉犲狊狌犾狋狊狅犳狊狆犲犮犻犳犻犮犻狋狔犪狊狊犪狔犫狔犮狅狀狏犲狀狋犻狅狀犪犾犘犆犚
供试菌株Testedstrains 寄主 Host 常规PCRConventionalPCR 荧光定量PCRRealtimePCR
马铃薯干腐病菌茄病镰孢菌犉狌狊犪狉犻狌犿狊狅犾犪狀犻 马铃薯Potato + +
马铃薯干腐病菌接骨木镰孢菌犉狌狊犪狉犻狌犿狊犪犿犫狌犮犻狀狌犿 马铃薯Potato + +
马铃薯立枯丝核菌犚犺犻狕狅犮狋狅狀犻犪狊狅犾犪狀犻 马铃薯Potato — —
马铃薯晚疫病菌犘犺狔狋狅狆犺狋犺狅狉犪犻狀犳犲狊狋犪狀狊 马铃薯Potato — —
甜瓜枯萎病菌犉狌狊犪狉犻狌犿狅狓狔狊狆狅狉狌犿f.sp.Melon 甜瓜 Melon — —
棉花枯萎病菌犉狌狊犪狉犻狌犿狅狓狔狊狆狅狉狌犿f.sp.vasinfectum 棉花Cotton — —
 注:用“+”表示可进行PCR扩增;“—”表示未能进行PCR扩增。
 Note:Usethe“+”indicatesthatitcanbeamplifiedbyPCR;Usethe“—”indicatesthatitcannotbeamplifiedbyPCR.
2.2 荧光定量PCR检测体系的优化
2.2.1 重组质粒荧光定量PCR标准曲线的建立 分别将茄病镰孢菌和接骨木镰孢菌PCR产物纯化、连接并转
化至大肠杆菌中,提取质粒DNA。选择范围在10-3~10-8cfu/mL之间的模板浓度梯度进行反应,确定阈值和
基线,绘制出标准曲线。调整阈值和基线的配比,确定Ct值(每个反应管内的荧光信号到达设定的域值时所经历
的循环数,cyclethreshold),经转换得出标准曲线(图1),最终得出的标准曲线方程分别为接骨木镰孢菌:
狔=-3.4901狓+34.811,茄病镰孢菌:狔=-3.4925狓+36.688,横坐标为病原菌浓度(拷贝数)的lg值,纵坐标为
荧光定量PCR测得的Ct值。通过测得的Ct值,计算待测样品中病原菌的拷贝数。标准曲线相关系数犚2 达到
0.998以上,可以作为此方法的标准曲线。
2.2.2 反应条件优化 实验最终确定的引物浓度为上下游引物各0.4μL(10mmol/L),DNA模板浓度2μL,
退火温度为60℃。荧光定量PCR与常规PCR引物相同。荧光定量PCR扩增结果显示(图2),质粒模板的S型
扩增曲线光滑平稳,且指数增长期、线性增长期及平台期明显,扩增效率较高,溶解曲线单峰,没有出现非特异性
扩增的杂峰及引物二聚体的低矮小峰,符合定量检测要求,表明该引物的特异性较强且反应条件得到优化。
2.2.3 方法可行性验证 应用优化的SYBRGREEN荧光染料PCR定量法对根际土壤中的优势病原真菌马铃
薯茄病镰孢菌和接骨木镰孢菌进行定量检测(图3)。将马铃薯茄病镰孢菌和接骨木镰孢菌标准质粒进行10倍
梯度依次稀释后,选取10-3~10-8cfu/mL的稀释样品作为模板进行荧光定量PCR反应,3个重复之间的Ct值
242 ACTAPRATACULTURAESINICA(2013) Vol.22,No.6
标准偏差小于0.20,变异系数(CV)在规定范围内,说明标准曲线具有较好的精确度和良好的重复性,同时表明
研究建立的荧光定量PCR检测方法可以作为马铃薯干腐病优势病原菌茄病镰孢菌和接骨木镰孢菌的定量检测
方法(表3)。
图1 荧光定量犘犆犚马铃薯干腐病优势病原菌标准曲线
犉犻犵.1 犚犲犪犾狋犻犿犲犘犆犚狊狋犪狀犱犪狀犱犮狌狉犲狅犳狅犳犪犱狏犪狀狋犪犵犲狆犪狋犺狅犵犲狀犻犮犳狌狀犵犻狅犳狆狅狋犪狋狅犱狉狔狉狅狋
 左图为茄病镰孢菌的标准曲线,右图为接骨木镰孢菌的标准曲线。TheleftpictureisrealtimePCRstandandcureofof犉.狊狅犾犪狀犻,therightisthat
of犉.狊犪犿犫狌犮犻狀狌犿.
 
图2 茄病镰孢菌的溶解曲线和扩增曲线
犉犻犵.2 犇犻狊狊狅犮犻犪狋犻狅狀犮狌狉狏犲犪狀犱犱犲犾狋犪犚狀狏狊犮狔犮犾犲狅犳犉.狊狅犾犪狀犻犪狊狊犪狔犱犲狋犲犮狋犲犱犫狔狉犲犪犾狋犻犿犲犘犆犚
图3 接骨木镰孢菌的溶解曲线和扩增曲线
犉犻犵.3 犇犻狊狊狅犮犻犪狋犻狅狀犮狌狉狏犲犪狀犱犱犲犾狋犪犚狀狏狊犮狔犮犾犲狅犳犉.狊狌犿犫狌犮犻狀狌犿犪狊狊犪狔犱犲狋犲犮狋犲犱犫狔狉犲犪犾狋犻犿犲犘犆犚
342第22卷第6期 草业学报2013年
表3 马铃薯干腐病优势病原菌质粒浓度荧光定量犘犆犚检测的精密度
犜犪犫犾犲3 犘狉犲犮犻狊犻狅狀狅犳犱犻犳犳犲狉犲狀狋犮狅狀犮犲狀狋狉犪狋犻狅狀狊狊狋犪狀犱犪狉犱狆犾犪狊犿犻犱狊犱犲狋犲犮狋犲犱犫狔狉犲犪犾狋犻犿犲犘犆犚
质粒稀释倍数
Plasmid
concentration
茄病镰刀菌犉.狊狅犾犪狀犻
Ct值平均值及标准偏差Ctaveragevalue
andstandarddeviation(Mean±SD)
变异系数Coefficient
ofvariation(%)
接骨木镰刀菌犉.狊犪犿犫狌犮犻狀狌犿
Ct值平均值及标准偏差Ctaveragevalue
andstandarddeviation(Mean±SD)
变异系数Coefficient
ofvariation(%)
10-8 31.90±0.10 0.31 32.16±0.14 0.42
10-7 29.09±0.08 0.26 28.31±0.08 0.27
10-6 25.50±0.07 0.28 24.44±0.06 0.26
10-5 22.11±0.08 0.36 21.19±0.13 0.61
10-4 18.18±0.05 0.29 17.43±0.12 0.70
10-3 14.28±0.07 0.52 14.09±0.11 0.79
2.3 马铃薯干腐病优势病原菌在连作根际土壤随连作年限动态变化趋势
2.3.1 播前随连作年限动态变化趋势 播前,根际茄病镰孢菌的累积量总体上低于接骨木镰孢菌,连作年限间
的增长幅度也是茄病镰孢菌小于接骨木镰孢菌。其中茄病镰孢菌CP5 根际平均累积量为7.22×103 拷贝/g,比
CK增加了34.7倍;CP4,CP3,CP2,CP1 的比CK分别增加了19.0,66.8,11.6,4.4倍。接骨木镰孢菌CP5 根际
平均累积量为3.64×104 拷贝/g,比CK增加了31.8倍;CP4,CP3,CP2,CP1 的比CK分别增加了10.0,18.5,
11.0,4.4倍(图4)。
图4 马铃薯连作根际土壤干腐病优势病原菌
随连作年限变化趋势
犉犻犵.4 犜犺犲犱狔狀犪犿犻犮犮犺犪狀犵犻狀犵狋狉犲狀犱狅犳犪犱狏犪狀狋犪犵犲狆犪狋犺狅犵犲狀犻犮
犳狌狀犵犻狅犳狆狅狋犪狋狅犱狉狔狉狅狋犫狔犮狅狀狋犻狀狌狅狌狊犮狉狅狆狆犻狀犵狔犲犪狉狊
犻狀狉犺犻狕狅狊狆犺犲狉犲狊狅犻犾狅犳犮狅狀狋犻狀狌狅狌狊犮狉狅狆狆犻狀犵狅犳狆狅狋犪狋狅
 
2.3.2 块茎膨大期随连作年限动态变化趋势 块茎膨大期,根际茄病镰孢菌的累积量总体上低于接骨木镰孢
菌,但是二者之间的累积量和增长率接近,茄病镰孢菌和接骨木镰孢菌的数量均随连作年限的递增呈上升趋势。
其中茄病镰孢菌CP5 根际平均累积量为8.03×103 拷贝/g,比CK增加了29.5倍 ;CP4,CP3,CP2,CP1 的比CK
分别增加了12.9,43.9,6.8,2.2倍。接骨木镰孢菌CP5 根际平均累积量为2.62×104 拷贝/g,比CK增加了
442 ACTAPRATACULTURAESINICA(2013) Vol.22,No.6
29.8倍 ;CP4,CP3,CP2,CP1 的比CK分别增加了13.9,24.3,9.8,4.0倍。
2.3.3 收获期病原菌和产量随连作年限动态变化趋势 收获期,根际茄病镰孢菌的累积量总体上高于接骨木镰
孢菌,其累积量和增长率远远高出接骨木镰孢菌。茄病镰孢菌和接骨木镰孢菌的数量均随连作年限的递增呈上
升趋势。其中茄病镰孢菌CP5 根际平均累积量为2.82×104 拷贝/g,比CK增加了29.7倍;CP4、CP3、CP2、CP1
的比CK分别增加了9.1,25.0,6.0,2.8倍。接骨木镰孢菌CP5 根际平均累积量为3.59×103 拷贝/g,比CK增
加了5.2倍;CP4,CP3,CP2,CP1 的比CK分别增加了2.4,0.4,1.2,1.0倍。
3 结论与讨论
本研究建立优化的荧光定量PCR快速检测体系,实现了不通过病薯、病残体及土壤常规分离培养方法,仅通
过定量检测土壤微生物总DNA,就可掌握马铃薯生长期间病原菌在根际土壤中的累积状况,至于根际土壤病原
菌累积量与马铃薯干腐病发生流行之间的关系,有待下一步研究。
本研究发现,马铃薯干腐病优势病原菌茄病镰孢菌和接骨木镰孢菌在马铃薯连作根际土壤中的变化动态是
随连作年限的递增呈上升趋势。这可能是由于马铃薯干腐病优势病原菌茄病镰孢菌和接骨木镰孢菌可以在土壤
中存活数年,连续重茬种植会引起病原菌的累积。这个结果与孟品品等[21]、牛秀群等[22]的研究结论相符。孟品
品等[21]研究表明随着连作年限的增加,马铃薯收获期根际土壤土传病害病原菌尖孢镰刀菌和茄病镰孢菌的数量
明显增加。牛秀群等[22]研究认为在1~3年连作中,随着连作年限的增加,马铃薯根茬中分离的镰刀菌数量呈上
升趋势。
同时,由2种优势病原菌的绝对量变化趋势可以看出,轮作的根际土壤病原菌几乎没有积累,到连作第3年,
累积量达到1×104 拷贝/g,到第4年略有下降,连作第5年又呈上升趋势。这说明病原菌的累积量在连作3年
有1个阈值。有研究对土壤中的烟草疫霉(犘犺狔狋狅狆犺狋犺狅狉犪狀犻犮狅狋犻犪狀犪犲)进行定量分析时发现,可以通过检测土壤
菌量阈水平范围,进行预测性的诊断试验,如果某块田地土壤中病原菌的菌量超过了阈值,就可以确定其为高发
病的田地[28]。在进行杀菌剂剂量选择时,可以将土壤中的真菌繁殖体的阈水平作为依据。例如在柑橘类植物
中,如果对于根茎而言,疫霉的数量高于15~20个繁殖体/g土时确定为易感的,并且高于30个繁殖体/g土时确
定为有抗性的,在这种标准下确定杀菌剂的施用方案也更为经济合理[27]。至于马铃薯干腐病病原菌累积绝对量
阈值与发病率之间的关系有待进一步研究。
随着连作年限的递增,2种病原菌呈几十倍递增的结果导致了土壤微生物种群结构发生改变,土壤真菌数量
增加,相应地也增加了马铃薯干腐病的感病机率。从病原菌的累积和产量的双重变化趋势分析,连作2年以下对
马铃薯产量无显著影响,而连作3年以上会严重降低块茎产量,这与各连作年限间根际土壤病原菌累积量的增长
结果一致,揭示了研究区马铃薯连作的阈值可能为3年。这也与孟品品等[21]用变性梯度凝胶电泳(DGGE)所做
的研究结论相一致。由此可以初步断定连作马铃薯根际土壤中镰刀菌的大量积累可能是导致马铃薯连作障碍发
生的主要原因之一。
马铃薯干腐病的2种优势病原菌随生育进程变化动态明显不同,其中马铃薯根际土壤茄病镰孢菌的数量随
生育进程的推进呈上升趋势,接骨木镰刀菌则相反,随生育进程的推进呈下降趋势,这主要是因为二者的生物学
特性对土壤温度的要求不同。据气候资料,研究区4月即播前的月平均气温为10℃左右,8月即块茎膨大期的月
平均气温为20℃左右,9月即收获期的月平均气温为15℃左右。另据有关报道[20,2425,33],茄病镰孢菌的生长适温
为20~25℃,而接骨木镰刀菌生长的最适温度为10~15℃。Theron和 Holz[33]研究发现,茄病镰孢菌喜欢适当
的高温,在25℃时生长速率最快,在10~15℃时生长缓慢,而接骨木镰刀菌生长的最适温度是10~15℃。李金
花等[20]研究发现,茄病镰孢菌在30℃的生长速率较25℃时大,而接骨木镰刀菌则相反,在25℃的生长速率大于
在30℃的生长速率,这说明在生长特性方面,茄病镰孢菌比接骨木镰刀菌更能适应偏高的环境温度。由此可见,
2种优势病原菌随生育进程变化趋势是病原菌的生物学特性与环境条件相适应的结果。
建立并优化马铃薯干腐病病原菌茄病镰孢菌和接骨木镰孢菌的荧光定量PCR检测方法体系及反应程序。
主要优化参数为:上下游引物各0.4μL(10mmol/L),DNA模板3μL,退火温度60℃。扩增效率为0.933~
0.934,在0.9~1.2之间;Ct值标准偏差为0.05~0.14,小于0.2;标准曲线相关系数犚2 为0.999~0.998;曲线
542第22卷第6期 草业学报2013年
斜率为-3.493~-3.490,在-3~3.5之间,各项指标均在行业标准(SNT25892010)规定范围之内,可检测到
根际土壤中浓度为1×102 拷贝/g土的马铃薯干腐病茄病镰孢菌和接骨木镰孢菌,对马铃薯干腐病茄病镰孢菌
和接骨木镰孢菌实现了快速检测和绝对定量。
本研究还发现茄病镰孢菌和接骨木镰孢菌在播前至块茎膨大期呈缓慢变化的趋势,而在块茎膨大期至收获
期的变化幅度较大。由此可见,生育前期,是马铃薯干腐病菌进入潜伏侵染的关键时期,在这一时期采取相应措
施控制病原菌的积累对干腐病的防治是十分必要的。这也与马铃薯干腐病病原菌的潜伏侵染规律相吻合,据报
道[21,23],马铃薯干腐病病原菌初期潜伏在土壤或种薯中,通过由其他病菌、昆虫或农事操作造成的伤口侵入生长
期间的块茎,然后在贮藏期逐渐发展成为干腐病。
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742第22卷第6期 草业学报2013年
犆犺犪狀犵犲狊犻狀狋犺犲犱狅犿犻狀犪狀狋狆犪狋犺狅犵犲狀狊犮犪狌狊犻狀犵犉狌狊犪狉犻狌犿犱狉狔狉狅狋狅犳狆狅狋犪狋狅犻狀狉犺犻狕狅狊狆犺犲狉犻犮狊狅犻犾
狌狀犱犲狉犮狅狀狋犻狀狌狅狌狊狆狅狋犪狋狅犮狉狅狆狆犻狀犵狊狔狊狋犲犿狊犫犪狊犲犱狅狀狉犲犪犾狋犻犿犲狇狌犪狀狋犻狋犪狋犻狏犲犘犆犚
LIRuiqin1,2,LIUXing1,3,QIUHuizhen1,3,4,ZHANGWenming1,3,4,ZHANGChunhong1,3,4,
WANGDi3,4,5,ZHANGJunlian3,4,5,SHENQirong6
(1.ColegeofResourcesandEnvironmentalSciences,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,
China;2.GansuAcademyofAgriculturalSciences,InstituteofGreenAgriculturalandAnimal&
PastureImprovement,Lanzhou730070,China;3.GansuProvinceKeyLaboratoryofAridland
CropScience,Lanzhou730070,China;4.GansuProvinceKeyLaboratoryofCropGenetic&
GermplasmEnhancement,Lanzhou730070,China;5.ColegeofAgronomy,Gansu
AgriculturalUniversity,Lanzhou730070,China;6.ColegeofResources
andEnvironmentalSciences,NanjingAgricultural
University,Nanjing210095,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:Therelationshipbetweencontinuouscroppingobstaclesandaccumulationofpathogensinrhizospher
icsoilwasevaluated,andthemechanismsofcontinuouspotatocroppingobstaclesexplored,usinganoptimized
SYBRGreenIdyerealtimefluorescentquantitativePCRapproach.Themethodswereusedtoperformquick
checksandquantificationof犉狌狊犪狉犻狌犿狊犪犿犫狌犮犻犿and犉.狊狅犾犪狀犻insoilsinfestedwithpotato犉狌狊犪狉犻狌犿dryrot
diseaseandtoinvestigatethedynamicchangingtrendsof犉.狊犪犿犫狌犮犻犿and犉.狊狅犾犪狀犻inrhizosphericsoilof
continuouslycroppedpotato.Theconcentrationofprimerswas0.4μL(10mmol/L),ofDNAtemplatewas3
μL,andtheannealingtemperaturewas60℃.Withanincreaseinyearsofcontinuouscroppingpotato,the
numbersof犉.狊狅犾犪狀犻and犉.狊犪犿犫狌犮犻犿inrhizosphericsoilshowedanupwardtrend.Thelargestamount
(1.45×104copies/g)of犉.狊狅犾犪狀犻accumulatedduringthesquaringperiodoffiveyearsanditincreased27.8
timescomparedwiththecontrolgroup(CK).犉.狊狅犾犪狀犻cumulantsCP4,CP3,CP2,CP1weremorethanthose
ofRPandincreasedby11.4,35.5,6.9and2.8timesrespectively.Thelargestamountof犉.狊犪犿犫狌犮犻犿cumu
lants(2.21×104copies/g)wasalsoduringthesquaringperiodoffiveyearsandcomparedtotheCKtheyin
creased25.0times.The犉.狊犪犿犫狌犮犻犿cumulantsCP4,CP3,CP2,CP1weremorethanthoseoftheCKandin
creasedby10.5,16.31,8.32and3.51timesrespectively.Accumulationofrhizospheric犉狌狊犪狉犻狌犿maybeone
ofthemainreasonsfortheoccurrenceofobstaclestocontinuouspotatocropping.
犓犲狔狑狅狉犱狊:dominantpathogenscausing犉狌狊犪狉犻狌犿dryrotofpotato;rhizospheresoilunderpotatocontinuous
croppingsystems;realtimePCR;dynamicchangingtrend
842 ACTAPRATACULTURAESINICA(2013) Vol.22,No.6