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Culture-filtrate producing condition and biological activity of Fusarium solani causing milkvetch root rot

黄芪根腐病菌毒素滤液产生条件和生物活性的测定



全 文 :黄芪根腐病菌毒素滤液产生条件和生物活性的测定
丁文姣,李金花,柴兆祥
(甘肃农业大学 草业学院 甘肃省作物遗传改良与种质创新重点实验室 草业生态系统教育部重点实验室
中美草地畜牧业可持续发展研究中心,甘肃 兰州 730070)
[摘要] 目的:为掌握黄芪根腐病菌毒素滤液产生条件和探讨黄芪根腐病菌致病机制,以及为利用毒素进行种质抗原筛
选奠定理论基础。方法:用培养皿滤纸发芽法和胚根生长抑制法研究了10株来源不同的黄芪根腐病菌茄病镰刀菌 Fusarium
solani毒素滤液的生物活性和专化性。结果:黄芪根腐病菌F.solani在不同培养条件下产生的毒素滤液对黄芪胚根均有较强
的抑制作用。随着培养时间的延长,胚根抑制率逐渐增高,第12天时毒素滤液的抑制作用最强,抑制率在520% ~920%。
5~35℃下病菌所产毒素滤液均具有较强抑制作用,以25℃时毒素滤液的抑制率最高,其次为20,30℃。PSC培养液所产毒
素滤液的抑制率较高,其次为PDB。光照条件对毒素滤液生物活性物质的影响不显著,但24h连续黑暗更有利于毒素滤液生
物活性物质的产生。所有条件下产生的毒素滤液经灭菌后对黄芪胚根仍有很强的抑制作用,表现出较高的热稳定性。供试
菌株HQM40培养12d后产生的毒素滤液对4种供试植物种子的胚根都具有抑制作用。结论:10株黄芪根腐病菌在不同培养
条件下产生的毒素滤液生物活性强,对热稳定;产生毒素滤液的最佳条件是 PSC培养液、25℃,24h黑暗条件下培养12d。
HQM40菌株所产毒素滤液所含生物活性物质为非专化性毒素物质。
[关键词] 黄芪根腐病;茄镰孢;毒素滤液;毒性;胚根
[收稿日期] 20090120
[基金项目] 甘肃省科学事业费项目(甘科计[2001]21号);甘肃
省教育厅项目(03208);甘肃农业大学科技创新基金(GAU
CX0504)
[通信作者] 柴兆祥,Tel:13919015388,Email:chaizx@yeah.net
[作者简介] 丁文姣,硕士研究生,从事药用植物病害的研究。E
mail:dingwenjiao@tom.com
  黄芪为豆科 Leguminosae黄芪属 Astragalus多
年生草本药用植物,始载于东汉《神农本草经》,为
常用滋补中药材[1]。黄芪在甘肃种植普遍,尤以
甘肃中部和东南部的定西、陇南等地最多。由于
种植面积不断扩大,轮作周期缩短,连作面积增
加,黄芪根腐病越来越严重[23]。被害黄芪地上部
生长衰弱,地下部被害主侧根出现褐色坏死病斑,
严重时使根皮腐烂呈纤维状,影响黄芪的产量和
品质[45]。
病菌毒素滤液产生条件和生物活性的测定是
病菌致病机制研究和应用毒素作为选择压力筛选
抗病突变体等工作的基础[69]。本试验以黄芪根
腐病菌毒素滤液对黄芪胚根的抑制率为指标,研
究了黄芪根腐病菌在液体培养基中毒素滤液的生
物活性和产生的条件,为进一步深人研究该毒素
理化特性、致病组分、毒素的钝化机制,揭示黄芪
根腐病菌的致病机制并利用毒素进行抗原筛选等
奠定理论基础。
1 材料
1.1 供试菌株及来源
供试的10个黄芪根腐病优势病菌茄病镰刀菌
Fusariumsolani菌株均为2006年7-9月从甘肃中
部地区的陇西、安定、渭源、岷县、临洮等地黄芪栽培
区采集的黄芪根腐病标样中分离得到,编号分别为
HQAX94, HQWQ21, HQLY51, HQAX103,
HQLS102,HQDTT42,HQLY95,HQM40,HQWH5
3,HQLS52,单孢纯化并经致病性测定证明均为致
病菌株,在CLA上培养6d后置于15%灭菌甘油溶
液中和-20℃冰箱中保存备用。
1.2 供试作物种子及来源
蒙古黄芪A.membranaceus(Fisch.)Bge.var.
mongholicus(Bge.)Hsiao种子用于毒素滤液生物
活性的测定,小麦、杂交玉米、亚麻、紫花苜蓿种子用
于毒素滤液专化性的测定。均购于种子销售部门。
1.3 培养基种类
PDA培养基用于菌种的活化和扩繁,PSC培养
液(蔗糖30g,硫酸镁05g,蛋白胨10g,磷酸二氢
钾1g,硫酸亚铁001g,氯化钾05g,蒸馏水1L)、
PD培养液(马铃薯200g,葡萄糖20g,蒸馏水1L)、
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Richard培养液(硝酸钾19g,氧化铁001g,磷酸二
氢钾5g,蔗糖 5g,硫酸镁 05g,蒸馏水 1L)和
Fries培养液(硫酸镁05g,蔗糖20g,酒石酸铵5
g,硝酸铵1g,磷酸二氢钾1g,氯化钠01g,氯化钙
013g,酵母浸膏1g,蒸馏水1L)用于不同基质对
毒素滤液生物活性影响的研究,PD培养液用于温
度、光照、培养时间等培养条件对病菌毒素滤液活性
大小的研究。
2 方法
2.1 毒素滤液的制备和滤液活性测定方法
2.1.1 毒素滤液的制备 将保存的菌种活化后转
到PDA上培养5d,在无菌条件下用灭菌打孔器沿
菌落边缘打出直径 05mm的菌饼,接入盛有 100
mL培养液的三角瓶中,每瓶接入4块菌饼,每菌种
接3瓶,于25℃恒温黑暗静止培养2~16d。用灭
菌滤纸滤去菌丝,获得具有生物活性的毒素滤液。
将毒素滤液分 2组,一组不灭菌,另一组高温灭菌
30min,将灭菌和不灭菌毒素滤液分别用灭菌PD液
配置成50%灭菌滤液(用HS表示)、100%灭菌滤液
原液(用 FS表示)、50%不灭菌滤液(用 HN表示)
和100%不灭菌滤液原液(用 FN表示)4种浓度梯
度的毒素滤液,所有毒素滤液均保存在4℃冰箱内
供测试用。
2.1.2 毒素滤液生物活性的测定方法 采用培养
皿滤纸发芽法和胚根生长抑制法对各种处理的毒素
滤液进行生物活性的测定,以胚根生长抑制率衡量
毒素滤液的生物活性大小。将供试植物种子用
75%乙醇表面消毒 3min,45℃温汤浸种催芽 30
min后,用无菌水冲洗3~4次后催芽,待供试种子
露白后取20粒饱满且萌芽一致的种子置于皿底盛
有单层灭菌滤纸的灭菌培养皿(直径 90mm)中。
分别吸取不同浓度和处理的毒素滤液5mL滴入培
养皿内,以5mLPD灭菌液作对照(CK),置于25℃
黑暗条件下培养,根据试验设计的培养时间测量种
子胚根长度。
胚根生长抑制率=
对照胚根平均长度-处理胚根平均长度
对照胚根平均长度 ×100%
2.2 培养条件对黄芪根腐病菌 F.solani毒素滤液
生物活性的影响
2.2.1 培养时间对黄芪根腐病菌毒素滤液生物活
性的影响 将10株黄芪根腐病菌优势病菌F.sola
ni接种于 PD培养液,在 25℃黑暗条件下静置培
养,每隔2d制备产毒毒素滤液,测定培养液对黄芪
种子胚根的抑制率,至16d为止,每处理重复3次。
2.2.2 温度对黄芪根腐病菌毒素滤液生物活性的
影响 设置5,10,15,20,25,30,35℃下共7个温度
梯度,将10株黄芪根腐病菌优势病菌 F.solani接
种于PD培养液,黑暗条件下分别在不同的温度下
静置培养12d后制备产毒毒素滤液,测定培养液对
黄芪种子胚根的抑制率,每处理重复3次。
2.2.3 光照对黄芪根腐病菌毒素滤液生物活性的
影响 设置连续光照(20W日光灯),连续黑暗和
12h明暗交替的光照条件,将10株黄芪根腐病菌优
势病菌F.solani接种于PD培养液,25℃静置培养
12d后制备产毒毒素滤液,测定培养液对黄芪种子
胚根的抑制率,每处理重复3次。
2.2.4 营养基质对黄芪根腐病菌毒素滤液生物活
性的影响 将10株黄芪根腐病菌优势病菌F.sola
ni分别接种于PD培养液、PSC培养液、Richard培养
液、Fries培养液等不同营养基质中,黑暗条件下静
置培养12d后制备毒素滤液,测定培养液对黄芪种
子胚根的抑制率,每处理重复3次。
2.3 毒素滤液专化性测定
以HQM40菌株为测试菌株,将活化菌种接种
于PD培养液,在25℃黑暗条件下静置培养,12d
后制备毒素滤液,测定毒素滤液对供试植物种子胚
根的抑制率,每处理重复3次。
3 结果与分析
3.1 不同培养条件对黄芪根腐病菌 F.solani毒素
滤液活性的影响
3.1.1 不同培养时间对黄芪根腐病菌毒素滤液活
性的影响 研究表明,10株黄芪根腐病菌 F.solani
培养2d产生的毒素滤液对黄芪胚根就有很强的抑
制作用,随着培养时间的延长,胚根抑制率逐渐增
大,说明滤液的生物活性物质的数量也在增加,到
12d时毒素滤液对黄芪胚根的抑制作用最强,抑制
率在520%~920%,以后随着培养时间的延长,
抑制率稍有降低。
3.1.2 不同培养温度对黄芪根腐病菌毒素滤液活
性的影响 10株黄芪根腐病菌 F.solani无论在培
养液低浓度还是高浓度、灭菌还是不灭菌,其毒素滤
液对黄芪胚根均表现出较强的抑制作用,说明所有
供试菌株在5~35℃都能产生对黄芪胚根具有较强
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a.HS;b.FS;c.HN;d.FN(图2~4同)。
图1 不同培养时间对10株黄芪根腐病菌F.solani毒素滤液活性的影响(胚根抑制率%)
抑制作用的生物活性物质,其中以25℃时毒素滤液
对黄芪胚根的抑制作用最强,说明黄芪根腐病菌F.
solani产生活性物质最适宜的温度为25℃,其次为
20,30℃,见图2。
图2 不同培养温度对10株黄芪根腐病菌F.solani毒素滤液活性的影响(胚根抑制率%)
3.1.3 不同光照条件对黄芪根腐病菌毒素滤液活
性的影响 10株黄芪根腐病菌F.solani在24h连
续黑暗的光照条件对黄芪根腐病菌毒素滤液活性的
影响最大,胚根抑制率在472% ~880%,24h连
续光照时胚根抑制率在420% ~813%,12h光暗
交替的条件下胚根抑制率在426% ~816%,说明
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光照条件对毒素滤液生物活性物质的影响并不显
著。比较得出,24h连续黑暗的条件对胚根的抑制
率强于24h连续光照和12h光暗交替的条件下胚
根的抑制率,说明24h连续黑暗更有利于毒素滤液
生物活性物质的产生,见图3。
3.1.4 不同培养液对黄芪根腐病菌毒素滤液活性
的影响 10株黄芪根腐病菌 F.solani在4种培养
液中培养12d后产生的毒素滤液对黄芪胚根均有
较强的抑制作用,见图4。数据分析表明在毒素滤
液灭菌处理中,50%的毒素滤液对黄芪种子的胚根
图3 不同光照条件对10株黄芪根腐病菌F.solani毒素滤液活性的影响(胚根抑制率%)
图4 不同培养基对10株黄芪根腐病菌F.solani毒素滤液活性的影响(胚根抑制率%)
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抑制率在101% ~720%,100%的毒素滤液对黄
芪种子的胚根抑制率在320% ~880%;在毒素滤
液不灭菌处理中,50%毒素滤液对黄芪种子的胚根
抑制率在173% ~707%,100%毒素滤液对黄芪
种子的胚根抑制率在 336% ~860%。分析发现
无论毒素滤液灭菌与否,10株黄芪根腐病菌 F.so
lani在不同培养液中产生的滤液对黄芪种子的胚根
均有较高的活性抑制作用;在浓度试验中,100%的
毒素滤液对黄芪胚根的抑制作用均高于50%的毒
素滤液。研究还表明,在供试的4种培养液中,以
PSC培养液所产滤液对黄芪胚根的抑制率较高,说
明有利于活性成分的产生,其次为PD培养液。
3.2 毒素滤液生物活性物质专化型测定
毒素滤液对其他种子的生物活性测定结果表
明,供试菌株HQM40培养12d后产生的毒素滤液
对4种供试植物种子的胚根都具有抑制作用,说明
该滤液所含生物活性物质为非专化性毒素物质,见
表1。
表1 毒素滤液对不同作物种子胚根的抑制率 % 
供试植物
25mL灭菌滤液对胚根抑制率
重复1 重复2 重复3 平均
SSRtest
005 001
小扁豆  490 610 690 597 a A
紫花苜蓿 730 680 660 690 a A
亚麻   420 360 380 386 b B
玉米   660 700 610 655 a A
4 讨论与结论
通过查阅参考文献,各地报道引起黄芪镰刀菌
根腐病的病原有F.solani,F.semitectum,F.monili
forme[14],F.equiseti[10],F.oxysporum[11],未见有关
黄芪根腐病毒素生物活性研究报道。用培养皿滤纸
发芽法和胚根生长抑制法对黄芪根腐病菌茄病镰刀
菌F.solani毒素滤液的生物活性和专化型进行的
研究证明,10株黄芪根腐病菌在不同营养基质、温
度、光照、培养时间等条件下产生的毒素滤液无论低
浓度还是高浓度均对黄芪胚根具有很强的抑制作
用,说明毒素滤液有很强的生物活性。
从本研究可以得出,黄芪根腐病菌茄病镰刀菌
F.solani产生毒素滤液的最佳条件是PSC或PD培
养液在25℃连续24h黑暗条件下培养12d。黄芪
根腐病菌 F.solaniHQM40菌株毒素滤液对小扁
豆、紫花苜蓿、亚麻、杂交玉米4种植物种子胚根抑
制作用结果还表明,该菌株所产毒素滤液所含生物
活性物质为非专化性毒素物质。供试黄芪根腐病菌
F.solani毒素滤液灭菌后对黄芪胚根的抑制率仍然
很强,证明毒素滤液的活性成分对热稳定,对环境适
应能力强。利用这个特点,其毒素滤液可用于黄芪
抗根腐病抗原筛选的研究。
根据本研究结果,在黄芪栽培区通过综合协调
运用各种措施减少黄芪根腐病菌源数量有利于提高
黄芪育苗和栽培质量,减轻对黄芪的危害。有关黄
芪根腐病菌 F.solani毒素滤液的提纯、理化特性、
致病组分和应用有待进一步研究。
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Culturefiltrateproducingconditionandbiologicalactivityof
Fusariumsolanicausingmilkvetchrootrot
DINGWenjiao,LIJinhua,CHAIZhaoxiang
(GansuKeyLabofCropImprovementandGermplasmEnhancement,KeyLaboratoryofGraslandEcosystem,
MinistryofEducation,SinoU.S.CentersforGrazinglandEcosystemSustainability,ColegeofGraslandSciences,
GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,China)
[Abstract] Object:InordertoknowtheculturefiltrateproducingconditionofFusariumsolaniisolatedfromMilkvetchroot
rot,mechanismofF.solanicausingMilkvetchrootrot,andtogivetheoreticalsupportforscreeningresistantgermplasmaviamycotox
in.Method:themethodofgerminatingseedsinpetridishwithfilterpaperandinhibitionmethodforembryogrowthwereusedtostudy
biologicalactivityandspecialtyofculturalfiltrateof10F.solaniisolates.Result:ThetoxinproducedbyF.solanihadstronginhibi
tionefectinthediferentnutrientmedia,atdiferenttemperaturesandunderdiferentlightconditions.Withextensionofculturing
time,embryoinhibitionratewentupgradualywiththestrongestinhibitionatthe12thdayandtheinhibitionratiobetween920%
520%.Thetoxinproducedat5℃ to35℃ inhibitedembryogerminationofmilkvetchdiferentlywithstrongestat25,20,30℃ next
toit.Theimpactoflightonbioactivesubstancesofthetoxinwasnotstatisticalydistinctive,butthe24hourdarknesswasbenefitto
toxinproduction.PSChadastrongerinhibitionratethantheothernutrientmedia,nexttoitwasPDB.Afterautoclaving,thetoxinstil
kepttoxictoembryoofMilkvetch,whichshowedthetoxinwastoleranttohightemperatures.Conclusion:ThetoxinproducedbyF.
solanicausingMilkvetchRootRotatdiferentgrowingconditionhadstrongbiologicalactivity,wastoleranttohightemperature.The
bestconditionforF.solanitoproducetoxinwasthatitwasculturedinPSCliquidmedium,indark,at25℃ for12d.Thetoxinpro
ducedbyisolateHQM40wasnonhostspecifictoxin.
[Keywords] Milkvetchrootrot;Fusariumsolani;culturefiltrate;toxicity;radicle
[责任编辑 吕冬梅]
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