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Simultaneously Detection of Two Main Lanzhou Lily (Lilium davidii var. unicolor) Viruses by RT-PCR

RT-PCR方法同步检测兰州百合(Lilium davidii var.unicolor)两种主要病毒



全 文 :武汉植物学研究 2010, 28(6): 744~749
Journal of Wuhan Botanical Research


收稿日期: 2010-01-26, 修回日期: 2010-08-13。
基金项目: 中国科学院农业项目办公室项目(CASN-115-06-08); 中国科学院科技支甘工程专项(KJZG-2008-3)资助。
作者简介: 张玉宝(1981), 男(回族), 甘肃平凉人, 在职博士, 工程师, 主要从事植物病毒病研究(E-mail: zyubao@ yahoo.com)。
通讯作者(Author for correspondence. E-mail: wxhcas@lzb.ac.cn)。
DOI: 10.3724/SP.J.1142.2010.60744
RT-PCR 方法同步检测兰州百合(Lilium davidii var.
unicolor )两种主要病毒
张玉宝, 谢忠奎*, 王亚军, 郭志鸿, 童勋章
(中国科学院寒区旱区环境与工程研究所皋兰生态与农业综合试验站, 兰州 730000)
摘 要: 建立并优化了以 18S rRNA为内参照的特异性检测兰州百合(Lilium davidii var. unicolor)两种主要病
毒 : 黄瓜花叶病毒 (Cucumber mosaic virus, CMV) 和百合无症病毒 (Lily symptomless virus, LSV)的三重
RT-PCR体系。结果表明, 52.5°C的退火温度、0.025 U/L 的 Taq DNA 聚合酶、0.6 mmol/L的 dNTP浓度、
4 mmol/L的 Mg2+浓度、0.4 mol/L的各引物浓度以及 30 个循环等是三重 PCR体系扩增的最佳条件; 同时用
该优化体系检测了兰州百合不同取样部位的病毒差异, 发现 LSV 在不同取样部位的特异扩增条带的强度比较
一致, 而 CMV差距相对较大, 外鳞片 CMV相对含量在整个感病植株中最高。为兰州百合主要病毒检测、脱毒
组培快繁提供了技术支撑。
关键词: 兰州百合; 黄瓜花叶病毒; 百合无症病毒; 三重 RT-PCR
中图分类号: S432.1; S644.1 文献标识码: A 文章编号: 1000-470X(2010)06-0744-06

Simultaneously Detection of Two Main Lanzhou Lily (Lilium
davidii var. unicolor) Viruses by RT-PCR
ZHANG Yu-Bao, XIE Zhong-Kui, WANG Ya-Jun, GUO Zhi-Hong, TONG Xun-Zhang
(Gaolan Ecological and Agricultural Integrated Experiment Station, Cold and Arid Regions Environmental and
Engineering Research Institute, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China)
Abstract: In this research, triplex PCR systems were established and optimized to specifically
detect Cucumber mosaic virus (CMV) and Lily symptomless virus (LSV) of two main Lanzhou lily
viruses with 18S ribosomal RNA used as an internal control. Results showed that an Annealing
temperature of 52.5°C, Taq DNA polymerase of 0.025 U/L, dNTP of 0.6 mmol/L, Mg2+ of 4 mmol/L,
three primer pairs of 0.4 mol/L, and < 30 cycles were the optimal amplification conditions for
triplex PCR systems. Differences in viruses from different parts of Lanzhou lily were detected by
the optimal triplex PCR systems. The intensity of specific amplified bands of LSV from the different
sample parts was more uniform than the intensity of CMV, and the relative contents of CMV was
maximum outside of the bulb for the whole viruses infected plants. Our results provide technical
support for the detection of virus and virus-free tissue culture and rapid propagation of Lanzhou
lily.
Key words: Lanzhou Lily; Cucumber mosaic virus; Lily symptomless virus; Triplex RT-PCR
兰州百合(Lilium davidii var. unicolor )是食
用百合中的优良品种,在国内外享有盛名。兰州百
合在甘肃栽培已有 130多年的历史[1], 在生产中由
于长期采用无性繁殖扩大再生产 ,以及昆虫传播
等因素,使得植株病毒感染很普遍。其中, 黄瓜花
叶病毒(Cucumber mosaic virus, CMV) 和百合无

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症病毒(Lily symptomless virus, LSV)是目前严重
危害兰州百合的两种主要病毒[1,2]。防治百合病毒
病最有效的手段是采用无毒繁殖材料或进行脱毒
快繁, 而这有赖于灵敏、快速和可靠的病毒检测技
术 [3,4]。关于兰州百合病毒检测, 迄今为止仅有用
DAS-ELISA 检测的报道 [1], 远远不能满足病毒脱
除完整性的检测。RT-PCR方法已被证实是目前特
异性最强、灵敏度最高的病毒检测方式[5], 为了提高
检测效率, 降低试验成本, 近年来, 多重 RT-PCR
技术已经应用于包括百合在内的一些植物病毒的
检测, 这项技术也显示了具有极高的灵敏度, 且更
加简便高效[413]。为了有效避免假阴性, 进一步提
高检测结果的可信度, 本研究选择了 18S rRNA作
为多重 PCR体系的内参照。18S rRNA在植物体
内拷贝量很高, 而且它的半衰期较长[10], 符合内参
照的条件。
本研究建立并优化了以 18S rRNA 为内参照
的同时检测兰州百合两种主要病毒的三重
RT-PCR体系, 并用优化体系检测了兰州百合不同
取样部位的病毒差异。
1 材料和方法
1.1 材料
(1) 带毒兰州百合(Lilium davidii var. unicolor)
实验材料采自兰州市七里河区西果园镇农田, 经
DAS-ELISA 检测 , 获得分别带有黄瓜花叶病毒
(Cucumber mosaic virus, CMV) 和百合无症病毒
(Lily symptomless virus, LSV)的样品以及两种病
毒复合侵染的样品, 70°C保存。
(2) 反转录聚合酶 M-MLV、Taq DNA聚合酶
均购自大连宝生物(TaKaRa)工程有限公司、多糖
多酚植物总 RNA快速提取试剂盒(离心柱型)购自
北京百泰克生物技术有限公司, DNA 片断回收试
剂盒购自安徽优晶生物工程有限公司, 其他试剂
均为分析纯。
1.2 方法
1.2.1 总 RNA 的提取
采用北京百泰克公司多糖多酚植物总RNA快
速提取试剂盒(离心柱型)提取总 RNA。将 0.05 g
植物组织在液氮中研磨, 加入 1 mL 的裂解液和
38 μL沉淀剂后匀浆, 其他步骤按说明书操作。提
取的总 RNA溶解于 50 μL的 DEPC-H2O中。
1.2.2 引物设计与合成
根据 GenBank上登录的兰州百合 LSV、CMV
的 CP 基因序列(GenBank 登录号 : DQ531052、
DQ767971)应用 Primer Primier 5.0设计软件分别
设计这两种病毒的特异性正向和反向引物, 序列
见表 1。
1.2.3 18S rRNA 内参照
根据 GenBank上登录的百合 18S rRNA 序列
(GenBank登录号: D29775、AY684927)设计特异
引物, 引物序列见表 1。
1.2.4 三重 RT-PCR 标准体系的建立
利用特异性反向引物 [14]和 M-MLV 反转录酶
反转录合成病毒 cDNAs第一链[10]。10 μL RT反应
体系如下: 2 μL总 RNA, LSV、CMV和 18S rRNA
特异反向引物(各 10 μmol/L) 各 1 μL, 1 μL DEPC-
H2O, 70°C变性 10 min, 迅速置冰上急冷 2 min;
再加入 2 μL M-MLV buffer (5×), 1 μL dNTP混合
物(各 10 mmol/L), 0.34 μL RNase抑制剂(30 U/μL),
0.35 μL M-MLV 反转录酶(200 U/μL)和 0.31 μL
DEPC-H2O。混合后42°C水浴1 h, 70°C保温15 min,
置冰上待用。
利用上述 cDNAs为模板, 在 Taq DNA聚合酶
作用下进行 PCR扩增。单重 PCR反应体系为 25 L,
包括:1 μL cDNAs, 0.2 μL Taq DNA 聚合酶
(5 U/μL), 2.5 μL 10×PCR buffer[100 mmol/L
Tris-HCl(pH 8.3), 500 mmol/L KCl, 15 mmol/L

表 1 LSV、CMV 和 18S rRNA 引物序列
Table 1 Primer sequences and RT-PCR product size
病毒
Viruses
上游引物(5′3′)
Upstream primer
下游引物(5′3′)
Downstream primer
产物大小(bp)
Product size
LSV TATGGGCTTCCAATACAAC TATTCGGTTTCCAGGTTC 198
CMV CTTTGTAGGGAGTGAACGCTGTA AGATGGCGGCAACGGATA 248
18S rRNA ATACCGTCCTAGTCTCAACC ACAAATCGCTCCACCAAC 303


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MgCl2 ], 2 μL dNTP混合物(各 2.5 mmol/L), 0.5 μL
正向引物(10 μmol/L), 0.5 μL反向引物(10 μmol/L),
18.3 μL ddH2O。
三重 PCR标准反应体系为 25 μL,包括: 2 μL
cDNAs, 0. 6 μL Taq DNA聚合酶 (5 U/μL), 2.5 μL
10 × PCR buffer[100 mmol/L Tris-HCl(pH8.3),
500 mmol/L KCl, 15 mmol/L MgCl2], 2.5 μL MgCl2
(25 mmol/L), 4 μL dNTP混合物 (各 2.5 mmol/L),
0.5 μL LSV、CMV和 18S rRNA的正向和反向引
物混合物(各 10 μmol/L), 12.9 μL ddH2O。
PCR扩增条件为: 94°C预变性 4 min; 94°C变
性 30 s, 55°C退火 45 s, 72°C延伸 1 min,循环扩
增 30次, 最后 72°C延伸 7 min。扩增完毕, 取 5 L
PCR产物经 2.5%琼脂糖凝胶电泳分析比较。
1.2.5 三重 PCR 标准体系的优化
以上述(1.2.4)建立的 RT-PCR体系为基础, 以
侵染两种病毒的兰州百合叶片 cDNAs为材料, 对
三重 PCR标准体系中退火温度、Taq DNA 聚合
酶、dNTP浓度、Mg2+浓度、引物浓度、模板浓度
和循环数等参数进行优化, 每一参数重复 3次, 以
此确定最佳的反应条件。
1.2.6 RT-PCR 产物的回收与测序
取扩增产物 25 μL, 进行 2.5%琼脂糖凝胶电
泳, 当各条带充分分离时切胶纯化。PCR 产物纯
化步骤按照 DNA片断回收试剂盒(安徽优晶生物
工程有限公司)的操作说明进行, 检测后回收产物
送交上海生工生物工程技术服务有限公司测序。
1.2.7 应用三重 RT-PCR 检测兰州百合
应用优化的三重RT-PCR体系, 对带病毒的兰
州百合不同取样部位(叶片、茎杆、根、外鳞片、
内鳞片)进行病毒检测, 比较病毒感染的差异。
2 结果和分析
2.1 三重 PCR反应的特异性
将侵染病毒的兰州百合叶片混合, 使叶片混
合物中有两种百合病毒, 提取总 RNA,以总 RNA
为模板进行 RT合成第一链 cDNAs, 依照建立的
单重和三重 PCR标准体系, 分别进行 LSV、CMV
和 18S rRNA的单重 PCR以及 3种混合物的三重
PCR反应, PCR产物经 2.5%琼脂糖凝胶电泳分析,
发现单重和三重 PCR 反应有与预期相符的条带
大小和相似的条带亮度 , 条带大小分别为 LSV
(198 bp)、CMV(248 bp)、18S rRNA(303 bp)(图
1)。这说明多引物 RT反应能有效合成 LSV、CMV
和 18S rRNA的第一链 cDNAs,也说明多重 PCR
具有较高的特异性, 可准确检测出兰州百合中的
这两种病毒。



M: 600 bp Marker; 1: LSV; 2: CMV; 3:18S rRNA; 4: LSV+CMV+ 18S
rRNA
图 1 三重 PCR 的特异性扩增
Fig. 1 Specific amplification by triplex PCR

2.2 三重 PCR反应标准体系的优化
退火温度分别选择 48.5°C、50.3°C、51.8°C、
52.5°C、53.7°C、54.9°C、55.5°C, 其他成分按照
标准体系。发现 50.3°C、51.8°C、52.5°C、53.7°C、
54.9°C、55.5的退火温度下获得的 18S rRNA和
病毒条带差异不大, 因此选择 52.5°C做其他优化
实验, 可扩增出清晰的条带(图 2: A)。
Taq DNA 聚合酶分别选择 0. 000、0. 625、
1.250、2.500和 3.750 U, 其他成分按照标准体系,
发现加 Taq DNA聚合酶 0.625、1.250、2.500和
3.750 U 没有明显的区别, 因此选择 0.625 U (即
0.025 U/L)进行优化实验, 得到了清晰的条带, 结
果见图 2: B。
在 Taq 聚合酶延伸体系中, Mg2+作用是非常
重要的, 液相中 PCR体系的 MgCl2浓度为 1.5~
2.0 mmol/L[15], 在本试验体系中 Mg2+浓度分别选
0.0、0.6、1.5、2.5、4.0 和 6.0 mmol/L, Taq DNA
聚合酶 0.625 U, 其他按照标准体系。发现 Mg2+
浓度低于 1.5 mmol/L不能扩增出目的条带, 最佳
的 Mg2+浓度为 4 mmol/L时, 可扩增出清晰的条带
(图 2: C)。
dNTP浓度分别为 0. 0、0. 1、0. 2、0. 4、0.6
和 0.7 mmol/L, Taq DNA聚合酶 0.625 U, Mg2+浓
度 4.0 mmol/L, 其他按照标准体系。发现 dNTP
浓度 0.1、0.2和 0.4 mmol/L能产生较好的条带, 但

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亮度相对较弱, 而 0.7 mmol/L时条带浓度过浓, 因
此 dNTP浓度选择为 0.6 mmol/L时, 可扩增出清
晰的条带(图 2: D)。
PCR体系中引物浓度通常为 0.1~1.0 μmol/L,
更高浓度可能导致非靶序列扩增[13]。本试验 3对
混合引物浓度分别选择 0. 1、0. 2、0. 4、0. 6 和
0.7 μmol/L, Taq DNA聚合酶 0.625 U, Mg2+浓度
4.0 mmol/L, dNTP浓度 0.6 mmol/L, 其他按照标
准体系。发现引物浓度在 0.6、0.7 μmol/L时各条
带浓度过浓, 0.4 μmol/L 时各条带较为清晰(见图
2: E), 因此引物浓度选择为 0.4 μmol/L。
cDNAs分别稀释 1、2、4、8、16、64倍, Taq
DNA聚合酶 0.625 U, Mg2+浓度 4.0 mmol/L, dNTP
浓度 0.6 mmol/L, 引物浓度 0.4 μmol/L。发现
cDNAs稀释 8倍与稀释前没有差别, 而稀释 64倍
后仍能扩增出目的条带(图 2: F), 说明本试验建立
的三重 PCR体系稳定且灵敏性高。
循环数分别为 0、15、20、25、30、40个循



A: 退火温度(1~7: 48.5°C、50.3°C、51.8°C、52.5°C、53.7°C、54.9°C和 55.5°C); B: Taq DNA 聚合酶(1~5: 0.000、0.625、1.250、2.500和 3.750
U); C: Mg2 + (1~6: 0.0、0.6、1.5、2.5、4.0 和 6.0 mmol/L); D: dNTP(1~6: 0.0、0.1、0.2、0.4、0.6 和 0.7 mmol/L); E: 引物(1~5: 0.1、0.2、0.4、
0.6 和 0.7 mol/L); F: cDNAs稀释(1~6: 1、2、4、8、16和 64倍); G: 循环数(1~6: 0、15、20、25、30和 40) ; M: 600 bp标准分子量
A: Annealing temperature(lanes 1-7: 48.5°C, 50.3°C, 51.8°C, 52.5°C, 53.7°C, 54.9°C and 55.5°C); B: Taq DNA (lanes 1-5: 0. 000, 0. 625,
1. 250, 2. 500 and 3. 750 U); C: Mg2 + (lanes 1-6: 0. 0, 0. 6, 1. 5, 2. 5, 4. 0 and 6. 0 mmol/L); D: dNTP(lanes 1-6: 0. 0, 0. 1, 0. 2, 0. 4, 0. 6
and 0. 7 mmol/L); E: Primers(lanes 1-5: 0. 1, 0. 2, 0. 4, 0. 6 and 0. 7 mol/L); F: Input cDNAs(lanes 1-6: 1, 2, 4, 8, 16 and 64 times dilutions);
G: Cycle number ( lanes 1-6: 0, 15, 20, 25, 30 and 40 cycles) ; M: 600 bp Marker
图 2 三重 PCR 反应体系的优化扩增
Fig. 2 Optimizing specific amplification by triple PCR systems

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环, Taq DNA聚合酶 0.625 U, Mg2+浓度 4.0 mmol/L,
dNTP浓度 0.6 mmol/L, 引物浓度 0.4 μmol/L。发
现 20个循环以上就能扩增出目的片段, 随着循环
数的增加目的条带逐渐清晰, 因此循环数最终选
择为 30个循环, 结果见图 2: G。
2.3 PCR产物测序结果及序列分析
回收纯化的 LSV、CMV扩增片段所测得的全
长序列分别为 198 bp 和 248 bp,将此序列与
GenBank 中登录的 兰州百合 DQ531052、
DQ767971序列比对, 一致性分别为 100%和 98%,
说明本实验得到的序列确为 LSV和 CMV。
2.4 应用三重 RT-PCR 体系对兰州百合不同取
样部位的病毒检测
用同一感病植株的叶片、茎杆、根、外鳞片、
内鳞片提取 RNA, 应用优化的体系分别进行三重
RT-PCR,均得到了相应的扩增条带(图 3)。结果表
明, LSV和 CMV病毒在叶片、茎杆、根、外鳞片、
内鳞片中都有分布; 根据 18S rRNA 的条带强度,
可以判定 LSV在不同取样部位的特异扩增条带的
强度比较一致, 而 CMV 差距相对较大, 在外鳞片
扩增最强, 在茎杆和根较弱, 说明外鳞片 CMV 含
量在整个感病植株中最高。



M: 600 bp标准分子量; 1: 阴性对照; 2: 叶片; 3: 茎杆; 4: 根; 5: 外部
鳞片; 6: 内部鳞片; 7: 阳性对照
M: 600 bp Marker; 1: Native control; 2: Leaf; 3: Stem; 4: Root;
5: Outside bulb; 6: Inside bulb; 7: Positive control

图 3 不同取样部位三重 RT-PCR 扩增
Fig. 3 Specific amplification by triplex RT- PCR using
samples from different parts of plant
3 讨论
目前文献报道侵染百合的主要病毒有 20 多
种 [10], 其中全世界普遍发生的为黄瓜花叶病毒
(CMV)、百合无症病毒 (LSV)、百合斑驳病毒
(LMoV)3种病毒, 而兰州百合主要病毒为 CMV和
LSV[1]。
多重 RT-PCR与单重 RT-PCR相比, 具有简便
高效、污染更少等优势[10], 它的构建前提是每一单
独的模板及引物能够特异性地产生产物, 并且这
些多对引物在同一体系、同一反应条件下, 也可得
到各自相应的片段 [11], 因此, 影响 PCR 体系的因
素如退火温度、Taq DNA聚合酶、dNTP浓度、
Mg2+ 浓度、引物浓度和循环数等参数在多重 PCR
体系中有着更为严格的要求。本研究通过优化三
重 PCR体系发现, 52.5°C的退火温度、0.025 U/L
的 Taq DNA聚合酶、0.6 mmol/L的 dNTP浓度、
4 mmol/L的 Mg2+浓度、0.4 mol/L的各引物浓度
以及 30 个循环等是扩增的最佳条件, 这与四重
PCR体系的结果有一些差别[10]。这可能是同一体
系中要扩增的目标片段个数不同, 对扩增参数的
要求也会不同。若将四重 PCR体系直接应用到兰
州百合三重 PCR反应中, 后者将得不到最优的检
测结果, 甚至造成假阴性。
关于百合病毒检测的研究, 黎昊雁等 [11]建立
了特异性检测百合 X 病毒(LVX) 、百合无症病毒
(LSV) 及百合斑驳病毒(LMoV) 的单一、双重及三
重 PCR体系并对各体系的灵敏度进行了研究; 徐
榕雪等[12]设计了 3 对特异引物, 通过对扩增条件
进行优化, 建立了同时检测黄瓜花叶病毒(CMV)、
百合斑驳病毒(LMoV)和百合无症病毒(LSV)的多
重 RT-PCR检测方法; 郑丽娜等[13]也建立了灵敏、
快速、低成本的百合种球病毒 RT-PCR检测反应
体系及程序。但是以上研究均未应用内参照, 在实
际检测过程中, 许多样品病毒的感染很轻, 要是没
有内参照, 极有可能造成假阴性的误检。据此, 本研
究在对兰州百合进行病毒检测时增加了 18S rRNA
作为内参照, 以提高检测的准确性。
病毒在寄主体内各组织器官呈不均匀分布特
性[16], 相关研究结果表明, 感染病毒的百合病毒含
量在不同品系间、同一品系不同植株间、同一植
株不同部位均有较大差异[17]。采用内参照的多重
PCR技术可以对各种病毒相对含量的多少进行比
较[11]。本研究结果显示, LSV在不同取样部位的特
异扩增条带的强度比较一致, 而 CMV差距相对较
大, 外鳞片 CMV含量在整个感病植株中最高, 这
与已有研究结果基本一致 [12,13], 说明以后在百合
鳞片扦插繁殖过程中应该减少使用外侧鳞片作为
繁殖材料。

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(责任编辑:张 平)