全 文 :中国生态农业学报 2012年 10月 第 20卷 第 10期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Oct. 2012, 20(10): 1353−1358
* 中国烟草总公司资助项目(110200902065-4)和山东省“泰山学者”建设工程专项资助
** 通讯作者: 武侠(1963—), 男, 博士, 教授, 主要研究方向为植物线虫学。E-mail: wuxia3897@163.com
林森(1987—), 男, 硕士研究生, 研究方向为植物线虫学。E-mail: linsen910@yahoo.com.cn
收稿日期: 2012-04-28 接受日期: 2012-06-28
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2012.01353
定殖烟草根结线虫卵和雌虫机会真菌的多样性*
林 森1 武 侠1** 王凤龙2 杨金广2
(1. 青岛农业大学农学与植物保护学院 山东省植物病虫害综合防控重点实验室 青岛 266109;
2. 中国农业科学院烟草研究所 青岛 266101)
摘 要 机会真菌对根结线虫的生物防治具有巨大潜力。本研究于 2010—2011年针对来源于中国 7个省份的
156份烟草根结线虫样本, 分别分离根结线虫游离卵、卵块和雌虫上定殖的机会真菌。应用 18S rDNA-ITS片
段测序结果结合菌株的形态学观察和培养性状鉴定定殖游离卵、卵块和雌虫上的真菌。根据分离到菌株的培
养性状、形态学和 rDNA-ITS序列分析, 对定殖于南方根结线虫或北方根结线虫的 9 839个游离卵、408个卵
块和 284 个雌虫的真菌菌株, 明确鉴定出 9 属 13 个种, 其中定殖根结线虫新记录种 5 个, 即长梗木霉、芬芳
镰刀菌、渐狭蜡蚧菌、虫草棒束孢和交枝顶孢。淡紫紫孢菌 Purpureocillium lilacinum(原名: 淡紫拟青霉)为优
势种, 分布广泛, 在云南、安徽、湖北、贵州和山东省均被分离到。该菌在南方根结线虫和北方根结线虫的游
离卵、卵块和雌虫平均分离率分别为 0.49%、24.00%和 16.90%, 说明其地理和生态适应性广泛。不同地区来
源的烟草根结线虫卵和雌虫上定殖的机会真菌种类存在明显差异。目前尚无渐狭蜡蚧菌和虫草棒束孢作为线
虫病原物的报道, 有待于进一步深入研究其对根结线虫的致病性。
关键词 机会真菌 根结线虫 烟草 18S rDNA-ITS 多样性
中图分类号: S432.1 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2012)10-1353-06
Diversity of opportunistic fungi colonizing egg and female
root-knot nematodes of tobacco
LIN Sen1, WU Xia1, WANG Feng-Long2, YANG Jin-Guang2
(1. College of Agronomy and Plant Protection, Qingdao Agricultural University; Key Lab of Integrated Crop Pest Management in Shandong
Province, Qingdao 266109, China; 2. Tobacco Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Qingdao 266101, China)
Abstract Suppression of plant parasitic nematodes with nematode predators, parasites or antagonists is a more eco-friendly
approach than using nematicides. Opportunistic fungi have been investigated as potential biological control agents for root-knot
nematodes. In this study, sequence data for the 18S rDNA-ITS region were used in conjunction with morphological observations to
resolve opportunistic fungi taxonomy associated with eggs and female root-knot nematodes of tobacco. Fungal colonization was
determined for eggs, egg masses and females of 156 specimens of tobacco root-knot nematodes from 7 provinces in China during
2010—2011. A total of 9 839 eggs, 408 egg masses and 284 females of Meloidogyne incognita and M. hapla were examined. Also 13
species, belonging to 9 genera of fungi, were isolated and identified. The common fungi associated with eggs, egg masses and
females were Purpureocillium lilacinum, Fusarium oxysporum, F. solani, Penicillium purpurogenum, Alternaria alternata,
Aspergillus unguis, A. niger and Acremonium strictum. The new strains of root-knot nematodes were Isaria farinose, Trichoderma
longibrachiatum, Lecanicillium attenuatum, F. redolens and A. implicatum. P. lilacinum was the dominant species, which
predominated in egg, egg masses and female root-knot nematodes with average frequencies of 0.49%, 24.00% and 16.90%,
respectively. It occupied a wide range of niches in the study area, isolated from Yunnan, Anhui, Hubei, Guizhou, Shandong Provinces.
Significant differences existed among fungal species communities isolated from eggs and females from various locations. As there
hardly existed any information on the potential importance of I. farinose and L. attenuatum as nematode pathogens, pathogenicity
tests were recommended in future studies.
1354 中国生态农业学报 2012 第 20卷
Key words Opportunistic fungi, Root-knot nematode, Tobacco, 18S rDNA-ITS, Diversity
(Received Apr. 28, 2012; accepted Jun. 28, 2012)
烟草根结线虫病害是一种世界性病害, 为烟草
生产的主要病害之一, 对烟叶的产量和质量造成重
大损失, 特别是南方地区为害更为严重。中国烟草
发生的根结线虫主要以南方根结线虫发生最为广泛
且为害严重[1]。解决烟草根结线虫病害控制难题, 除
加强抗线品种的研究和利用外, 土壤微生态调控和
微生物制剂的研制是国内外研究和应用的热点[2]。
在烟草根结线虫可持续治理措施中, 生防微生物的
开发利用是重要内容之一。国内外关于根结线虫生
防真菌的研究和应用已取得较大进展。自 Drechsler
(1933)开始研究食线虫真菌以来 , 迄今国内外已报
道的食线虫真菌 400余种[3−4], 其中 130余种为食根
结线虫真菌。厚垣普奇尼亚菌 (Pochonia chlamy-
dosporia)和淡紫拟青霉(Paecilomyces lilacinus)已研制
出菌剂应用于田间生产防治[5]。国内在烟草食根结
线虫真菌及相关真菌研究方面, 何胜洋和葛起新 [6]
报道 9个种真菌, 张克勤等[7]、李天飞等[8]和奚家勤
等[9]报道捕食和寄生南方根结线虫和爪哇根结线虫
的天敌真菌 6属 14种。关于烟草根结线虫的生防资
源普查工作, 前人开展了区域性的报道。本项研究
通过采集或收集国内烟草主产区的根结线虫样本 ,
采用不同分离方法, 系统研究在烟草根结线虫的雌
虫、卵块和卵上分离机会真菌, 并对其进行 rDNA-
ITS 序列多样性分析, 明确中国烟草产区根结线虫
生防资源种类和分布研究, 为进一步的高效菌株筛
选和利用奠定基础。
1 材料与方法
1.1 样本来源
2010—2011 年度采集或收集合格根结线虫标本
共 156份, 其中: 云南省鲁甸县 10份、澄江县 10份,
贵州省兴仁县 20 份, 广西壮族自治区靖西县 20 份,
湖北省咸丰县 20份, 安徽省合肥市谯城区 20份, 河
南省三门峡市渑池县 20 份, 山东省潍坊市诸城 12
份、日照市五莲 6 份、临沂沂水县 6 份、临沂蒙阴
县 6份、临沂费县 6份。
1.2 烟草根结线虫生防微生物的分离鉴定
1.2.1 培养基
分离培养基采用水琼脂培养基(WA)、弱营养玉
米粉琼脂培养基(LCMA)和分离普奇尼亚菌的半选
择性培养基[5]。保存培养基采用马铃薯琼脂培养基
(PDA)或玉米粉琼脂培养基(CMA)。
1.2.2 分离方法
雌虫和卵块上真菌的分离: 直接解剖病根, 挑
出雌虫和卵块, 经 2%次氯酸钠表面消毒 3 min 后,
分别移入 WA或普奇尼亚菌的半选择性培养基。
游离卵上真菌的分离 : 挑取新鲜病根上卵块 ,
在 1%次氯酸钠溶液中震荡, 之后过 200目和 500目
套筛, 在 500 目套筛上收集游离卵, 制备 1 000 个
卵 ·mL−1 的卵悬浮液 , 经 2%次氯酸钠表面消毒后 ,
将卵悬浮液涂布于半选择性培养基或 LCMA培养基
上, 每皿含卵约 50个。
分别将雌虫、卵块和卵接入相应的培养基内 ,
置于 25 ℃的温箱培养, 定期观察, 长出真菌后即挑
至 PDA培养基上鉴定。
1.2.3 分子生物学鉴定、rDNA-ITS 序列比对及系
统发育分析
1.2.3.1 菌株DNA的提取 将活化的菌株接于直径
9 cm的PD平板上, 液体培养, 待菌落长满平板, 将
菌落置于抽虑瓶中, 抽干水分, 将干燥的菌丝块在
液氮中研磨成菌丝粉末 , −20 ℃保存备用。采用
CTAB法提取DNA[10]。取5 μL产物加1 μL 6×上样缓
冲液于核酸Ⅰ型染色(Golden View)的1%琼脂糖凝
胶电泳检测是否提出DNA。
1.2.3.2 扩增引物 由上海生工生物工程技术服务
有限公司合成。PCR 扩增引物为通用引物: ITS1-F
5′-CTTGGTCATTTAGAGGAAGT-3′和 ITS4-R 5′-C-
CTCCGCTTATTGATATGC-3′。
1.2.3.3 PCR反应体系(20 μL) 模板 DNA 1 μL、PCR
Master Mix(Thermo Fisher Scientific)10 μL、上下游
引物各 1 μL, 补充去离子水至 20 μL。反应条件: 94 ℃
4 min预变性; 94 1 min, 55 30 s, 72 90 s, 35℃ ℃ ℃
个循环; 72 ℃延伸 10 min。
1.2.3.4 基因测序 PCR产物经1%琼脂糖凝胶电泳
检测。将PCR产物送交上海生工生物工程技术服务
有限公司测序, 测序引物同上述PCR引物。所得序列
用Blast软件与GenBank内的真菌18S rDNA序列进行
比对, 找出与其相似性最高的序列及真菌种类, 利
用MEGA 4.0软件采用邻接法(neighbor-joining, NJ)
进行系统进化树的构建与分析[11]。
2 结果与分析
2.1 18S rDNA-ITS序列系统发育
依据本试验分离到的定殖在烟草根结线虫卵上
第 10期 林 森等: 定殖烟草根结线虫卵和雌虫机会真菌的多样性 1355
的机会真菌和 GenBank相关序列构建了系统发育树
(图 1)。18S rDNA-ITS序列分析结果, 划分出交链格
孢的 2个序列为外群, 其他 42个序列为内群。内群
分为 4 个大组, 分别为镰刀菌属组、紫孢菌和木霉
菌组、棒束孢和蜡蚧菌组、青霉菌和曲霉菌属组。
在镰刀菌属组内, 镰刀菌 3个种的置信值均为 100%,
菌系来源分别为云南、山东、湖北、贵州和安徽烟
草根结线虫的卵块。说明不同地区来源的株系之间
具有高度的同源性。在紫孢菌和木霉菌组、淡紫紫
孢菌和长梗木霉之间置信值 50%, 说明它们在遗传
上差异很大。但是分离自湖北南方根结线虫卵上的
长梗木霉与已知的长梗木霉和绿色木霉序列的置信
值为 100%, 具有高度的同源性。在棒束孢和蜡蚧菌
组中, 置信值为 100%, 确定棒孢菌属和蜡蚧属真菌
的亲缘关系密切。分离自河南烟草南方根结线虫卵
的虫草棒孢菌与球孢白僵菌 Beauvenia brassiana 高
度同源。分离自湖北烟草南方根结线虫卵的渐狭蜡
蚧菌 Lecanicillium attenuatum与蜡蚧菌 L. muscarim
存在差异, 虽然 ITS 序列同源较高(>98%)。在青霉
菌和曲霉菌属组内, 青霉和曲霉的置信值为 100%,
聚为一组; 它们与交枝孢菌的置信值为 83%, 存在
明显差异。
综上所述, 18S rDNA-ITS 序列分析能够明确地
划分烟草根结线虫机会真菌的遗传关系, 并表明分
离自烟草根结线虫的机会真菌与相关已知种存在高
度同一性, 结合形态学特征准确印证了其分类地位。
图 1 分离自烟草根结线虫真菌的 18S rDNA-ITS系统发育树
Fig. 1 Phylogenetic tree based on the nucleotide sequence of the 18S rDNA-ITS region in the fungal species isolated from root-knot
nematodes on tobacco
分枝处数字代表 1 000次重复的置信值, 图例代表 5%的差异水平。Numbers above the branches represent bootstrap values based on 1 000
replicates. Bar means the 5% sequence divergence.
1356 中国生态农业学报 2012 第 20卷
2.2 烟草根结线虫机会根菌主要种的形态学
2.2.1 淡紫紫孢菌 Purpureocillium lilacinum
在 CMA 培养基上 25 ℃培养 7 d, 菌落直径为
2.5~3.8 cm, 菌落毡状具气生菌丝, 有的菌系菌落分
离。分生孢子梗长度变化较大, 一般为 13.75~46.25×
2.5~3.5 μm, 轮枝分枝上着生 2~4个瓶梗细胞。瓶梗
细胞 8.75~10.75×2.50~3.75 μm, 基部膨大, 顶部有
1~2 μm 长颈。分生孢子分叉链生, 卵圆形, 紫色,
2.5~3.75×2.5~3.0 μm(图 2A)。不形成厚垣孢子。
2.2.2 渐狭蜡蚧 Lecanicillium attenuatum
在 CMA培养基上生长较慢, 培养 12 d后, 菌落
直径可达 3.3~3.4 cm。菌落正面棉状, 气生菌丝发达,
白色, 背面初为白色, 10 d后为淡黄色。该菌分生孢
子梗较长, 常从平卧菌丝上着生。瓶梗产孢细胞单
生或轮生, 一般每轮 3~5 个瓶梗细胞, 瓶梗细胞基
部缢缩 , 长锥型 , 端部渐狭 , 大小为 15.79~25.75×
1.16~1.68 µm。分生孢子卵圆形或长椭圆形, 基部稍
窄(图 2B), 大小为 4.20~5.26 ×1.41~1.73 µm。有晶体
产生。
2.2.3 虫草棒束孢 Isaria farinosa
菌落绒状, 气生菌丝发达, 白色。分生孢子梗轮
枝状分枝, 每枝着生 4~5 个瓶梗细胞。瓶梗柱状或
基部膨大, 顶端为一细长颈。分生孢子单细胞, 表面
光滑(图 2C)。不形成厚垣孢子。
2.2.4 长梗木霉 Trichoderma longibrachiatum
PDA 平板上菌落初为白色, 后变为绿色, 分生
孢子梗以众多小丛束分布于菌落表面。分生孢子梗
长而直 , 次级分枝直角伸出 , 偶有朝主枝弯曲者 ,
短, 常单个伸出或互生。瓶梗细胞单生或 2~5 个轮
生, 基部略变细, 圆柱状, 顶部明显变细。分生孢子
光滑、倒卵形, 椭圆形, 顶部阔圆, 有一平截的基部
(图 2D)。
2.3 不同地区烟草根结线虫的机会真菌分离结果
根据分离到菌株的培养性状、形态学和 rDNA-ITS
序列分析, 共明确鉴定出 9 属 13 个种, 即淡紫紫孢
菌、长梗木霉、紫变青霉、尖镰刀菌、芬芳镰刀菌、
茄镰刀菌、交链格孢、交枝顶孢、细小枝顶孢、虫
草棒束孢、渐狭蜡蚧菌、瓜曲霉和黑曲霉, 其中定
殖线虫新记录种 5 个, 即长梗木霉、芬芳镰刀菌、
渐狭蜡蚧菌、虫草棒束孢和交枝顶孢(表 1)。
在供试分离的 156 份根结线虫样本中, 淡紫紫
孢菌 P. lilacinum 为优势种, 分布也最为广泛, 在云
南、安徽、湖北、贵州和山东省均被分离到。在南
方根结线虫和北方根结线虫的雌虫、卵块和游离卵
平均分离率分别为 16.90%、24.00%和 0.49%, 其中
图 2 烟草根结线虫主要机会真菌形态(A: 淡紫紫孢菌;
B: 渐狭蜡蚧; C: 虫草棒束孢; D: 长梗木霉)
Fig. 2 Morphology of main opportunistic fungi isolated from
root-knot nematodes on tobacco (A: Purpureocillium lilacinum;
B: Lecanicillium attenuatum; C: Isaria farinosa; D: Tricho-
derma longibrachiatum)
贵州烟草南方根结线虫分离率最高, 其 1 个样本的
卵块和雌虫的分离率分别为 100%和 90.0%。尖镰刀
菌 F. oxysporum、交链格孢 A. alternata和黑曲霉 A.
niger 分布也较广泛, 但这 3 种真菌腐生性很强且营
养基质广泛, 对线虫定殖的专化性弱。长梗木霉 T.
longibrachiatum 在湖北省咸丰烟草南方根结线虫样
本分离率高达 36.0%。同时在山东烟草北方根结线
虫的雌虫、卵块和游离卵也分离到, 为定殖线虫新
记录种。亲缘关系较近的定殖线虫新记录种虫草棒
束孢 I. farinosa和渐狭蜡蚧 L. attenuatum[12], 经初步
验证具有良好的生防潜力。
3 讨论和结论
本研究通过对定殖烟草根结线虫的真菌 18S
rDNA-ITS序列分析, 发现定殖烟草根结线虫卵和雌
虫机会真菌有较高的多样性。将菌株测得的
rDNA-ITS 序列提交 GenBank, 通过 Blast 程序与
GenBank 中已有的核酸序列进行比对结果表明, 湖
北根结线虫雌虫上分离的菌株 HF1 的 rDNA-ITS 序
列和长梗木霉 T. longibrachiatum(JF694937)的相应
序列同源性为 96%; 云南澄江县根结线虫雌虫分离
的菌株 YCF2、贵州根结线虫雌虫上分离的 GF1、山
东费县根结线虫雌虫上分离的 FLF1、湖北根结线虫
游离卵上分离的 HBE6、河南根结线虫游离卵上分离
的 HNE3、山东日照五莲根结线虫游离卵上分离的
第 10期 林 森等: 定殖烟草根结线虫卵和雌虫机会真菌的多样性 1357
表 1 中国不同地区烟草根结线虫卵、卵块和雌虫定殖真菌分离结果
Table 1 Frequency of fungal species colonized in eggs, egg masses and females of root-knot nematodes on tobacco collected in
various parts of China
分离率 Isolation rate (%) 菌株种类
Fungi
线虫寄主
Nematode hosts
采集地点
Areas of sampling 卵 Eggs 卵块 Egg masses 雌虫 Females
淡紫紫孢菌 P. lilacinum Mh 和 Mi 卵、卵块、
雌虫
云南鲁甸、安徽合肥、湖北咸丰、云南澄江、贵
州兴仁、临沂费县、临沂蒙阴、潍坊诸城
0.49 24.00 16.90
尖孢镰刀菌 F. oxysporum Mh和Mi卵块、雌虫 云南鲁甸、湖北咸丰、贵州兴仁、临沂蒙阴、日
照五莲
— 0.98 0.70
芬芳镰刀菌* F. redolens Mh卵块 云南鲁甸 — 0.25 —
茄镰刀菌 F. solani Mi卵块、卵 山东诸城、安徽合肥 0.10 0.25 —
紫变青霉
Penicillium purpurogenum
Mh和Mi雌虫、卵 云南澄江、贵州兴仁 1.10 — 2.11
渐狭蜡蚧*
L. attenuatum
Mi卵 湖北咸丰 0.66 — —
长梗木霉*
T. longibrachiatum
Mi雌虫, Mh卵、卵块 湖北咸丰、山东费县 0.01 0.25 3.17
交链格孢
Alternaria alternate
Mh 和 Mi 卵、卵块、
雌虫
安徽合肥、湖北咸丰、云南澄江、河南三门峡、
山东蒙阴、山东沂水
0.05 1.26 1.41
虫草棒束孢* I. farinosa Mi卵 河南三门峡 0.10 — —
瓜曲霉
Aspergillus unguis
Mh和Mi卵, Mi卵块,
Mh雌虫
安徽合肥、贵州兴仁、河南三门峡、山东费县 0.28 0.25 1.06
黑曲霉 A. niger Mh和Mi卵, Mh卵块、
雌虫
湖北咸丰、山东费县、山东蒙阴 0.18 1.23 2.11
交枝顶孢*
Acremonium implicatum
Mh和Mi卵 山东诸城、山东五连 0.03 — —
狭小枝顶孢 A. strictum Mi卵 山东诸城 0.02 — —
“*”为定殖根结线虫的新纪录种 “*” shows new record species colonized on root-knot nematodes; Mi: 南方根结线虫 Meloidogyne incognita;
Mh: 北方根结线虫 Meloidogyne hapla[13].
WLE1 的 rDNA-ITS 序列和紫变青霉 P. purpuro-
genum(HQ839781)、尖镰刀菌 F. oxysporum (EU839377)、
黑曲霉 A. niger(FJ037755)、渐狭蜡蚧菌 L. attenua-
tum(AB378513)、虫草棒束孢 I. Farinosa (JF429897)、
交枝顶孢 A. implicatum(GU189520)的相应序列同源
性均为 99%。分离的这些真菌与 9 个已知属的同源
性高达 96%~100%。由些可见, 定殖烟草根结线虫的
机会真菌有着较高的多样性。
本研究所用方法分离到的定殖根结线虫卵、卵
块和雌虫的真菌为典型的机会真菌, 而不能分离到
线虫的专性寄生真菌 [14−15]。在明确鉴定的真菌中 ,
定殖线虫新记录种 5 个 , 即长梗木霉 T. longi-
brachiatum、芬芳镰刀菌 F. redolens、渐狭蜡蚧菌 L.
attenuatum、虫草棒束孢 I. farinosa 和交枝顶孢 A.
implicatum。镰刀菌属、木霉属、链格孢属、青霉菌
属和曲霉属虽然不是传统的根结线虫生防真菌, 但
它们是定殖根结线虫卵的常见种。据一些相关文献
报道, 这些腐生真菌有时也会侵染线虫, 对田间防
治根结线虫起到一定的作用[16−19]。Goswami等[20−21]
和 Singh 等[22]报道的 1 株高效线虫生防菌细小枝顶
孢 A. strictum 在本研究中也已分离到, 它可以寄生
根结线虫卵, 同时产生有毒物质抑制或杀死根结线
虫 [20−22], 是一株有潜力的线虫生防菌, 有待于进一
步研究。淡紫紫孢菌(原名淡紫拟青霉)是防治多种作
物根结线虫的有效线虫病原物 [23−24]。Luangsa-Ard
等[12]依据 rDNA –ITS和 TEF基因序列分析表明, 寄
生线虫的淡紫拟青霉 P. lilacinus与拟青霉属其他种
无相关性, 将其重新定名为淡紫紫孢菌 P. lilacinum。
应用于线虫生防的淡紫紫孢菌与侵染人类的为同一
个种[25]。它在本研究中出现频率最高, 在烟草南方
根结线虫和北方根结线虫的游离卵、卵块和雌虫上
均分离到, 说明该菌的地理和生态适应性广泛。虫
草棒束孢 I. farinosa(原名: 虫草拟青霉 P. farinosa),
Luangsa-ard[25]依据 rDNA的 β-tubulin和 ITS基因片段
分析, 重新界定 Isaria 属, 将原为拟青霉属内的 10 个
种归为 Isaria属, I. farinosa为该属的模式种, 该属包
括无脊椎动物寄生菌、昆虫寄生菌等。分离自河南烟
草根结线虫的虫草棒束孢和分离自湖北烟草根结线虫
的渐狭蜡蚧菌, 有性阶段均为虫草属(Cordyceps)[26],
具有同源相似性。目前尚无其作为线虫病原物的报
道, 经初步验证具有良好的生防潜力。
今后要进一步研究并明确分离到的机会真菌对
烟草根结线虫的生防潜力评价, 开展其与根结线虫
的卵、雌虫和 2 龄幼虫的作用机制研究, 筛选高效
生防菌株, 为开发和研制烟草根结线虫的生防菌剂
奠定基础。
1358 中国生态农业学报 2012 第 20卷
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