全 文 :园艺学报,2015,42 (1):174–182.
Acta Horticulturae Sinica
174 doi:10.16420/j.issn.0513-353x.2014-0763;http://www. ahs. ac. cn
怀黄菊黑斑病病原的分离及鉴定
赵喜亭 1,2,3,*,王 苗 1,王添乐 1,李明军 1,2,3
(1 河南师范大学生命科学学院,河南新乡 453007;2 河南省高校道地中药材保育及利用工程技术研究中心,河南新
乡 453007;3 绿色药材生物技术河南省工程实验室,河南新乡 453007)
摘 要:对怀黄菊(Chrysanthemum morifolium Ramat.‘Huaihuang’)上发生的一种叶片变黑枯死的
主要病害进行了病原分离和鉴定,通过形态观察、产孢表型分析、致病力检测和 rDNA-ITS 序列分析,初
步确定该病是由链格孢属(Alternaria)的交链孢菌(Alternaria sp.)引起的怀黄菊黑斑病。从发病植株中
分离纯化得到 2 个致病菌株 A1 和 A2;PDA 培养基上的 2 个致病菌株菌落质地、颜色、边缘整齐度等特
征存在一定差异,显微镜下产孢表型也存在差异,但致病力没有差异,其 rDNA-ITS 序列一致性达 100%,
序列已在 GenBank 上登录,登录号为 KF688111。
关键词:怀黄菊;怀黄菊黑斑病;病原鉴定
中图分类号:S 576 文献标志码:A 文章编号:0513-353X(2015)01-0174-09
Isolation and Identification of Pathogen Causing Black Spot Disease of
Chrysanthemum morifolium‘Huaihuang’
ZHAO Xi-ting1,2,3,*,WANG Miao1,WANG Tian-le1,and LI Ming-jun1,2,3
(1College of Life Science Henan Normal University,Xinxiang,Henan 453007,China;2Engineering Technology Research
Center of Nursing and Utilization of Genuine Chinese Crude Drugs of Henan Province University,Xinxiang,Henan
453007,China;3Henan Province Engineering Laboratory of Green Medicinal Plant Biotechnology,Xinxiang,Henan
453007,China)
Abstract:A pathogen causing leaf black spot of medicinal Chrysanthemum morifolium‘Huaihuang’
was isolated and characterized based on the morphological features,phenotypic analysis of spore
production,pathogenicity test,and sequence analysis of internal transcribed spacer region of the ribosomal
DNA(rDNA-ITS). The results showed that the black spot disease was caused by Alternaria sp. A1 and
A2,two pathogenic strains,were obtained from the diseased plants. Although isolates A1 and A2 showed
some variations on colony texture,color,edge uniformity,and sporulation phenotype,there was no
significant difference in their pathogenicity to Chrysanthemum morifolium‘Huaihuang’leaves. The
rDNA-ITS sequence of the two fungi strain showed 100% identity. The sequence of the identified fungus
has been submitted to GenBank(GenBank accession number:KF688111).
Key words:Chrysanthemum morifolium‘Huaihuang’;black spot disease;pathogen identification
收稿日期:2014–10–17;修回日期:2014–12–08
基金项目:国家自然科学基金项目(31372105);中国博士后科学基金项目(2011M500457);中央高校基本科研业务费专项资金项目
(2011JS076)
* E-mail:zhaoxt0411@126.com
赵喜亭,王 苗,王添乐,李明军.
怀黄菊黑斑病病原的分离及鉴定.
园艺学报,2015,42 (1):174–182. 175
中国药用菊花的研究多数集中在生物学特性、栽培技术、药用成分动态积累及提取方法(姜傳
颜,1959;谢作成,2008;刘灵娣,2009)、遗传多样性分析(吕琳 等,2008)、道地性形成(邵清
松和郭巧生,2009)等方面,关于其病害的研究仅仅局限于病害的形态鉴定和防治措施上(高启超 等,
1988),关于其病害的病原研究报道较少(王艳,2013)。
药菊发源于河南(邵清松和郭巧生,2009),以产于古怀庆府(今河南焦作辖区温县、沁阳、
武陟、孟州)一带的“怀菊花”最为有名,是著名的“四大怀药”(怀山药、怀菊花、怀地黄、怀牛
膝)之一。怀黄菊(Chrysanthemum morifolium Ramat.‘Huaihuang’)属于菊科(Asteraceae)菊属
(Chrysanthemum L.),是怀菊花中的优良种质,是目前怀区主栽品种,久负盛名。但近年来,由于
长期的分株繁殖和扦插繁殖,使怀黄菊病害严重。其中有一种叶部病害更为严重,呈逐年上升趋势。
该病在怀黄菊整个生长期均可发生,高温、高湿加速病程,种植地块周围是白菜、萝卜等的发病更
为严重。症状为叶片出现褐色小斑点,严重时融合成片,整个叶片变黑枯死,影响光合作用。与之
前甘贤友等(1990)发现的由 Septoria chrysantheme 所致的怀菊花斑枯病不同之处是该褐斑周围有
黄色晕圈,与南京发现的菊花黑斑病症状(许高娟,2009)相似,故称之为怀黄菊黑斑病。该病对
于怀菊花的产量及药用品质的影响十分严重。为了明确这种病害的病因,将采自河南师范大学“四
大怀药种质资源保存”实验基地温县农业科学研究所种质资源圃的发病样本进行致病病原物分离,
结合形态学观察、致病力检测和分子生物学鉴定等方法进行了研究,为探明其发病机理和制定有效
控防措施提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料
2012 年 6 月到 10 月分别在“河南省百疗绿色怀药保健品有限公司”、“河南省武陟县永盛药材
加工厂”、“焦作科霖达生物科技有限公司”的怀菊花规模化种植基地及“温县农业科学研究所种质
资源圃”进行了怀黄菊病害调查,调查地块 8 个,每块地约 1 334 m2,5 点取样法,每点调查 10 株,
共调查 400 株。对来自“温县农业科学研究所种质资源圃”具有典型感病症状的 26 份怀黄菊材料进
行了病原物分离,其中在 H-6、H-13 和 H-20 发病株中成功分离获得病原菌。
1.2 病原菌的分离和纯化
采用组织分离法(方中达,1998),用马铃薯葡萄糖琼脂(potato dextrose agar,PDA)培养基
平板 22 ℃下进行病原菌的分离培养,挑取单胞纯化。得到的纯化菌株 4 ℃保存在马铃薯胡萝卜琼
脂(potato carrot agar medium,PCA)培养基斜面上备用。据柯赫氏法则将菌株回接菊花叶片,接
种孢子悬浮液的浓度为 1 × 106 个 · mL-1。接种 10 株,3 次重复,无菌水为对照。接种的幼苗在 22 ℃、
RH 90%的条件下暗培养 48 h,然后在 12 h/12 h 光暗交替条件下继续保湿培养 10 d 后观察发病情况。
对发病叶片进行病原菌的再分离,与原接种菌株比较,进行柯赫氏法则验证。
1.3 纯化菌株致病力检测
致病力检测采用离体叶片接种法(孙霞,2006)。供试菌株在 PDA 上生长 10 d 后,用无菌的直
径 5 mm 的打孔器在菌落边缘打孔,制成菌饼并接种在怀黄菊叶片上,25 ℃黑暗培养 48 h 后,去除
菌饼,叶片在 12 h/12 h 光暗交替条件下继续保湿培养,7 d 后统计出现病斑的直径。试验以直径 5 mm
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的 PDA 块接种叶片作为对照,每处理接种 6 片叶片,3 次重复。致病力差异分析采用邓肯氏新复极
差法检验,P < 0.05。
1.4 病原菌的形态学鉴定
菌落形态的观察:将保存于 PCA 斜面上的供试菌株的菌丝块接种到 PDA 上进行活化,25 ℃黑
暗条件下培养 7 d 后,于显微镜下观察菌株的分生孢子和分生孢子梗形态。
病原菌产孢表型观察:采用 PDA + 载玻片观察法(张天宇,2003)。显微镜下观察产孢表型。
1.5 病原菌的 5.8S rDNA-ITS序列分析
分离的菌株在 25 ℃黑暗条件下于 PDA 培养基上活化生长 3 d 后,挑取部分菌丝块接种于马铃
薯葡萄糖(potato dextrose,PD)培养基中,100 r · min-1 振荡培养 3 ~ 4 d 左右,待菌丝均匀分布于
培养基中时,利用纱布过滤培养基,收集菌丝体,菌丝在超净工作台上吹风晾干后,–80 ℃冷冻保
存备用。
采用 CTAB 法(何月秋,2000)进行菌体基因组 DNA 的提取。用真菌 rDNA 通用引物 ITS4 和
ITS5 进行 PCR 扩增,由北京三博远志生物技术有限责任公司合成。其序列为:ITS4:5′-TCCTCCGCTT
ATTGATATGC-3′;ITS5:5′-GGAAGTAAAAGTCGTAACAAGG-3′。
目的片段的 PCR 扩增参照(刘春来 等,2007)的方法。PCR 反应体系(25 µL)如下:10 × PCR
buffers 2.5 µL,2.0 mmol · L-1 dNTP mix 4 µL,2.5 U · μL-1 Taq 酶 0.3 µL(上述试剂均购自 TaKaRa 公
司),模板 DNA 1 µL,引物 ITS4 和 ITS5 各 1 µL。PCR 反应程序:94 ℃预变性 4 min;94 ℃变性
30 s,55 ℃退火 40 s,72 ℃延伸 40 s,共 35 个循环;72 ℃延伸 10 min。用 1.5%琼脂糖电泳检测 PCR
扩增产物。
采用DNA快速纯化/回收试剂盒(购自鼎国生物工程公司)进行凝胶回收。回收产物采用 Promega
公司的 pGEM-T Easy Vector System 连接,感受态细胞 DH5α 转化,经蓝白斑筛选和 PCR 鉴定后,
送至北京中科希林生物科技有限责任公司测序。
系统发育树结合 5 个链格孢小孢子种(链格孢 A. alternata,梨黑斑链格孢 A. gaisen strain,交链
孢 A. sp.,长柄链格孢 A. longipes,细极链格孢 A. tenuissima)的一些菌株及其 4 个相似属(假格孢
属 Nimbya,细基格孢属 Ulocladium,埃里格孢属 Embellisia,匍柄霉属 Stemphylium),共 16 个 5.8S
rDNA-ITS 完整序列构建,系统发育分析和进化树的构建使用 MEGA version 4.0,进化距离分析采用
邻位相连法(neighbor- joining,NJ),系统树的检验用 Bootstrap 1 000 次重复。
将菌株的 rDNA-ITS 序列在 GenBank 核酸数据库(http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi)中进
行 BLASTN 比对和同源性分析。
2 结果与分析
2.1 病害的田间症状
对怀菊花产区的规模化种植基地及温县农业科学研究所种质资源圃进行了怀黄菊病害调查,共
调查 400 株,有 135 株材料具有明显病症,病株率 33.75%左右。
该病从植株的下部叶片发生(图 1,A),叶片染病初期出现褐色小点,后扩大为圆形、椭圆形
或不规则形病斑,周围出现黄色晕圈(图 1,B),严重时病斑融合成片、叶片变黑枯死(图 1,C)。
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图 1 怀黄菊黑斑病的的田间症状
A:感病病株(黄色圆圈示感染叶片);B:感病中期叶片(箭头示黄色晕圈);C:感病后期叶片(方框示病斑融合成片)。
Fig. 1 Field symptoms of medicinal Chrysanthemum morifolium‘Huaihuang’black spot disease
A:Diseased plant(the yellow circle indicates diseased leaves);B:Middle stages of the diseased leaves(the arrow indicates yellow halo);
C:Later stages of the diseased leaves(the box indicates confluent lesions).
2.2 病原菌的分离与纯化
从发病怀黄菊叶片共获得 3 个真菌分离物,经柯赫氏法则鉴定其中 2 个菌株(A1、A2)为致病
菌。将 1 × 106 个 · mL-1 的 A1、A2 孢子悬浮液喷洒怀黄菊植株,均产生田间发病症状(图 2):植
株下部叶片先发病,病斑接近叶边缘,周围出现黄色晕圈(箭头处)。从发病叶片上分离得到的黑斑
病病原菌与原接种菌株相同。将菌株接种到 PDA 平板 7 d 后观察菌落形态,发现分离得到的 2 个致
病菌株生长在 PDA 培养基上的菌落质地、颜色、边缘整齐度等特征存在一定差异。
图 2 怀黄菊接种致病菌 A1、A2 处理 7 d 后叶片的发病情况
Fig. 2 Infected symptoms of medicinal Chrysanthemum morifolium‘Huaihuang’leaves on the 7th day after inoculating
with the A1 and A2 pathogenic strains
从图 3 中可以看到两个菌落均为圆形或近圆形菌落,A1 菌落边缘为较窄的一圈淡黄色菌丝圈,
A2 颜色较 A1 亮、白,且晕圈显著。A1 菌落整体颜色较 A2 深,成深褐色。A2 颜色呈浅褐色或淡
黄色。A1 菌落较 A2 菌落低矮。
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图 3 A1 和 A2 菌落形态比较
Fig. 3 Contrast of colonial morphology between A1 and A2
2.3 分离菌株致病力差异分析
从图 4 可以看出,离体怀黄菊叶片接种菌丝块 7 d 后,对照未发病,处理后的叶片产生一定大
小的病斑,A1 的病斑平均直径为 4.3 mm,A2 的为 4.8 mm 左右,二者差异不显著。
图 4 离体接种 7 d 后怀黄菊叶片的发病症状
Fig. 4 Infected symptoms of medicinal Chrysanthemum morifolium‘Huaihuang’leaves on the 7th day after inoculating in vitro
with the A1 and A2 pathogenic strains
2.4 黑斑病病原菌的形态学特征
PDA 培养基上的结果(图 5)显示:2 个菌株分生孢子大小、分生孢子梗的形态和大小并没有
显著差异:分生孢子梗都从主菌丝上直接产生,呈树杈状分支,多为单生,少数簇生,直立或弯曲,
有分隔,淡褐色至褐色,大小在 30.0 ~ 78.5 µm × 3.0 ~ 7.5 µm 范围内;成熟的分生孢子呈倒棍棒形、
卵形或近椭圆形,少数具有喙,喙的颜色比孢身要浅。孢身大小为 22.5 ~ 38.0 µm × 8.0 ~ 14.5 µm;
喙或假喙柱状,褐色,有隔呈黑褐色,大小 6.5 ~ 28.5 µm × 2.0 ~ 4.0 µm。但菌株 A2 的分生孢子与
A1 的相比,孢身中部的隔膜明显较粗,呈黑褐色,主横隔膜处缢缩也更显著。
载玻片 + PDA 上的培养结果(图 5)显示:菌株 A1 形成的分生孢子长链超过 10 个孢子,长链
分枝少且短,支链一般大于 10 个孢子;菌株 A2 分生孢子链较短,主链多次分枝,形成侧链,侧链
再继续分枝形成树杈状,分枝丰富,支链一般 1 ~ 5 个孢子。
按照 Simmons(1967)的鉴定标准,由以上分析可以确定分离到的病原菌菌株为链格孢属真菌。
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图 5 A1 和 A2 菌株的产孢表型
Fig. 5 Conidia morphology of the two isolated strains
2.5 5.8S rDNA-ITS序列分析
根据 KF688111 序列与 GENBANK 中链格孢属(Alternaria)5 个小孢子种(Alternaria longipes、
A. gaisen strain、A. sp.、A. alternate 和 A. tenuissima)一些菌株及其 4 个相似属[假格胞属(Nimbya)、
细基格胞属(Ulocladium)、埃里格胞属(Embellisia),匍柄霉属(Stemphylium)]的 ITS1-5.8S-ITS2
序列作系统发育树分析(图 6)。从图中可以看出,KF688111 和 JQ004404、HQ832813、HQ238277、
JQ697546.1、JQ074094.1 聚在一起,支持率为 99%,说明 KF688111 为链格孢属(Alternaria)的分
支,进一步支持了怀黄菊黑斑病的致病菌为链格孢属(Alternaria)病原菌。
图 6 基于链格孢属及其相似属的 ITS1-5.8S-ITS2 序列构建的 NJ 树
Fig. 6 Neighbor-joining(NJ)phylogenetic tree based on ITS1-5.8S-ITS2 sequence of Alternaria and its similar genus
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5.8S rDNA-ITS 序列的分析结果表明:两个菌株的 ITS1-5.8S-ITS2 区长度均为 595 bp 且序列完
全相同。将序列登录 NCBI 数据库,登录号为 KF688111。该序列与南京菊花黑斑病的病原物序列(479
bp 和 480 bp)不同。
通过 KF688111 序列与 GenBank 核酸数据库比对,发现:KF68811 与菌株 Alternaria sp. LH129
(HQ832813)的序列完全相同,同源性达到 100%(图 7),说明从怀黄菊病株中分离的两个病原
菌均为链格孢属交链孢菌(Alternaria sp.)。
图 7 ITS 区序列同源性比对
KF543048:芸薹链格孢菌;KF542560:甘蓝链格孢菌;JQ004404:烟草赤星病菌;
HQ832813:Alternaria sp.;HQ238277:Alternaria gaisen strain。
Fig. 7 Homoloy alignment by rDNA-ITS region sequences
KF543048:Alternaria brassicicola;KF542560:Alternaria brassicae;JQ004404:Alternaria longipes;
HQ832813:Alternaria sp.;HQ238277:Alternaria gaisen strain.
3 讨论
目前,关于药用菊花病害的病原研究尚很欠缺。本研究首次对中国药用怀黄菊的黑斑病病原的
分离及鉴定进行了研究。黑斑病是园艺和药用植物上发生普遍、危害严重的主要病害。由半知菌亚
门丝孢纲丝孢目链格孢属真菌所引致,通过种子、杂草和植株残体等途径传播(肖长坤 等,2003)。
该病害的发生和流行常常给农业生产造成重大损失。1988 年,A. brassicae 引起的大白菜黑斑病在中
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国华北、东北和西北地区爆发流行,北京市当年白菜损失达 20%以上(郑健秋 等,1994)。由人参
链格孢(A. panax Whetzel)危害人参、西洋参等人参属植物引起的黑斑病也是造成其损失的主要病
害(Hirosawa & Takuda,1982)。因此研究优良种质怀黄菊的黑斑病病原对揭示其病因和制定有效
控防措施具有重要的理论和实践意义。
病原菌分离常用的方法一般为划线法、稀释法和组织分离纯化法。以菊花叶片为材料,利用组
织分离法分离得到 6 个链格孢属黑斑病病原菌(许高娟,2009)。本研究利用此方法也分离到 3 个链
格孢属黑斑病病原菌,其中 2 个为致病菌。研究发现获得的 2 个致病菌的形态学特征存在一定差异,
但 ITS 序列却完全相同,这说明:仅仅依据形态特征对链格孢属病原进行鉴定是不全面的,需要结
合多个分类指标如生理生化指标、脂肪酸组分、分子生物学指标、基因性状等进行综合考虑,从多
个层面进行鉴定。这与孙霞(2006)的观点一致。何香等(2010)采用表型分析、生理生化测定、
26S rDNA 比对和脂肪酸组分测定相结合,达到了精确鉴定冬储藏甜瓜黑斑病病原菌的目的。
本研究通过形态鉴定初步确定A1 和A2 为链格孢属真菌,结合ITS序列分析进一步证实了所分离
菌为链格孢属病原菌。研究中通过GenBank核酸数据库比对,发现分离菌株的ITS序列与产于中国东
南的茶树上的菌株A. sp. LH129 的序列完全相同,因此初步推断所分离的病原菌为链格孢属的
Alternaria sp.。这与已报道的南京菊花黑斑病的病原(许高娟,2009)不同,但与水葫芦(Eichhornia
crassipes)黑斑病(殷利利 等,2008)、沙棘叶斑病(闫占文,2006)的病原相同。它的种级的最
终确定还需要结合生理生化指标、脂肪酸组分测定、同工酶酶谱等进行分析。
此外开展怀黄菊不同栽培环境黑斑病分离物是否存在分化,以及抗黑斑病基因的挖掘、抗性育
种材料的筛选鉴定等研究工作,将是怀区药菊黑斑病研究的重点。
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