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甜瓜靶斑病病原菌的生物學特性

2019-12-02 10:54:41李俊香洪霓古勤生
中國瓜菜 2019年10期

李俊香 洪霓 古勤生

摘? ? 要:甜瓜(Cucumis melo L.)是我國重要的瓜類經濟作物,多主棒孢(Corynespora cassiicola)引起的甜瓜靶斑病是近年新突發病害,通常引起葉部靶斑癥狀,對甜瓜生產造成重要損失。為了更好地防控甜瓜靶斑病,系統研究了多主棒孢甜瓜分離物廣西菌株的生物學特性,深入探討了該菌的最適產孢,菌絲生長及孢子萌發條件。結果表明,病原菌菌絲生長的最適碳源是葡萄糖,最適氮源是 KNO3,最適溫度是27 ℃,最適pH是6~9,最適產孢培養基是寄主干葉培養基。分生孢子萌發的最適碳源是蔗糖和葡萄糖,最適pH是5~8。

關鍵詞:甜瓜;多主棒孢;生物學特性

Abstract: Muskmelon (Cucumis melo L.) is one of the most economically important cucurbit crops grown commercially in China. The disease exhibited symptoms suggestive of target spot, is a newly emerging threat to muskmelon production in China, caused by Corynespora cassiicola. Therefore, the objective of the present study was to determine the biological characteristics of the pathogen, which include the optimal medium for sporulation and the conditions for mycelial growth and spore germination. The results disclosed that glucose and KNO3 were the best carbon and nitrogen sources for mycelial growth; the optimal temperature was 27 ℃, with an optimal pH range of 6-9; the dried leaf medium was the best among the tested media for sporulation. Optimal carbon sources for conidial germination were sucrose and glucose, with an optimal pH range of 5-8.

Key words: Muskmelon; Corynespora cassiicola;Biological characteristics

多主棒孢[Corynespora cassiicola (Berk. & M. A. Curtis) C. T. Wei],屬于重要植物病原菌[1],寄主范圍廣泛[2],可侵染煙草、番茄、棉花、黃瓜、芝麻、橡膠、大豆等[3-11]多種作物。該病原菌主要危害植物葉部形成靶狀病斑[3-4],也可侵染植物的花、莖、根和果實[12-13]。黃瓜、西瓜和甜瓜在我國具有重要的經濟價值,栽培廣泛。多主棒孢引起的黃瓜靶斑病首次在歐洲報道[14-15],已有100多年的歷史。黃瓜靶斑病在我國曾是次要病害,然而,近幾年,該病已上升為主要病害,成為制約黃瓜產業發展的重要因素[16-17]。多主棒孢很少侵染甜瓜,直到最近幾年,在海南三亞地區嚴重發生,發病株率達到30%~50%[18]。本實驗室于2015年10月在我國廣西武鳴甜瓜主要種植區進行病害調查時發現甜瓜靶斑病。

植物病原真菌培養條件的研究是病原學的重要組成部分,培養性狀中共性的特征標志可以用于比較真菌的宏觀差異以及輔助真菌分類而作為一項真菌分類標準[19]。多主棒孢的培養性狀特征具有豐富的多樣性,不同寄生環境,不同寄主來源以及不同地理來源的菌株存在著顯著的差異,這些差異主要表現在菌落的顏色及形狀,是否分泌色素,菌絲的類型及生長速度等幾個方面[16,20-22]。綜合而全面的分析病原菌的培養條件為分析病害發生的成因,探究病害防治的規律以及規劃防治有效策略提供堅實的理論基礎。然而,目前關于甜瓜上分離純化的多主棒孢的培養性狀等生物學特征的研究報道很少。筆者系統研究了多主棒孢甜瓜分離物廣西菌株的生物學特性,深入探討了該菌的最適產孢,菌絲生長及孢子萌發條件,以期對病害的防治提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于2016年5—10月在中國農業科學院鄭州果樹研究所病菌培養實驗室進行。

1.1.1 供試菌株 多主棒孢(C. cassiicola)甜瓜分離物廣西菌株Cc-GX為本實驗室分離鑒定并保存。

1.1.2 供試培養基 馬鈴薯瓊脂培養基(PDA):土豆去皮切薄片200 g,加水煮沸30 min,雙層紗布過濾,加20 g葡萄糖,15 g瓊脂,定容至1 L。

查氏培養基(Czapek):0.5 g MgSO4·7H2O,0.3 g KH2PO4,2 g KNO3,15g蔗糖,15 g 瓊脂,蒸餾水定容至1 L。

燕麥培養基(YM):燕麥20 g,加水煮沸20 min,雙層紗布過濾,15 g瓊脂,蒸餾水定容至1 L。

燕麥葡萄糖培養基(YMT):燕麥20 g,加水煮沸20 min,雙層紗布過濾,加20 g葡萄糖,15 g瓊脂,蒸餾水定容至1 L。

綠豆培養基(LD):綠豆30 g,加水煮沸至開花,雙層紗布過濾,15 g瓊脂,蒸餾水定容至1 L。

綠豆葡萄糖培養基(LDT):綠豆30 g,加水煮沸至開花,雙層紗布過濾,加20 g葡萄糖,15 g瓊脂,蒸餾水定容至1 L。

綠豆芽培養基(LDY):綠豆芽200 g,MgSO4·7H2O 0.2 g,KCl 0.2 g,(NH4)2HPO4 1 g,加水煮沸30 min,雙層紗布過濾,15 g瓊脂,蒸餾水定容至1 L。

黃豆芽培養基(HDY):黃豆芽200 g,MgSO4·7H2O 0.2 g,KCl 0.2 g,(NH4)2HPO4 1 g,加水煮沸30 min,雙層紗布過濾,15 g瓊脂,蒸餾水定容至1 L。

西瓜鮮葉培養基(FW):新鮮西瓜葉(‘紅和平)200 g,加水煮沸20 min,雙層紗布過濾,15 g瓊脂,蒸餾水定容至1 L。

黃瓜鮮葉培養基(FC):新鮮黃瓜葉(‘黑優301)200 g,加水煮沸20 min,雙層紗布過濾,15 g瓊脂,蒸餾水定容至1 L。

甜瓜鮮葉培養基(FM):新鮮甜瓜葉(‘好運8號‘好運11號‘好運52號)200 g,加水煮沸20 min,雙層紗布過濾,15 g瓊脂,蒸餾水定容至1 L。

西瓜干葉培養基(DW):西瓜干葉(‘紅和平)100 g,加250 mL水,打汁機打碎,放置10 min,雙層紗布過濾,再加水,多次過濾,15 g瓊脂,蒸餾水定容至1 L。0.1 MPa壓力下,121 ℃濕熱滅菌20 min。

黃瓜干葉培養基(DC):黃瓜干葉(‘黑優301)100 g,加250 mL水,打汁機打碎,放置10 min,雙層紗布過濾,再加水,多次過濾,15 g瓊脂,蒸餾水定容至1 L。

甜瓜干葉培養基(DM8):甜瓜干葉(‘好運8號)100 g,加250 mL水,打汁機打碎,放置10 min,雙層紗布過濾,再加水,多次過濾,15 g瓊脂,蒸餾水定容至1 L。

甜瓜干葉培養基(DM11):甜瓜干葉(‘好運11號)100 g,加250 mL水,打汁機打碎,放置10 min,雙層紗布過濾,再加水,多次過濾,15 g瓊脂,蒸餾水定容至1 L。

甜瓜干葉培養基(DM52):甜瓜干葉(‘好運52號)100 g,加250 mL水,打汁機打碎,放置10 min,雙層紗布過濾,再加水,多次過濾,15 g瓊脂,蒸餾水定容至1 L。

以上培養基均在0.1 MPa壓力下,121 ℃濕熱滅菌20 min。

1.2 方法

1.2.1 溫度對菌絲生長的影響 將斜面上保存的菌落,轉接于PDA平板中,于27℃黑暗活化培養7d。然后,用滅菌的打孔器從菌落邊緣打取直徑為5 mm的菌餅,再依次將菌餅放置到新的PDA平板中央,每個平板接種一塊菌餅。設置6個溫度梯度,即23、25、27、29、31和33 ℃,再將接種后的PDA平板置于不同溫度梯度的恒溫培養箱中黑暗培養7 d,每個處理3次重復。并分別于培養3、5、7 d后采用十字交叉法測量菌落直徑。觀察菌落生長狀況,記錄菌落顏色、形狀等。

1.2.2 pH對菌絲生長的影響 制備不同pH值的PDA平板,用1 mol·L-1 HCl 和1 mol·L-1 NaOH由低至高依次將PDA培養基的pH值調至4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0、11.0。將活化培養后打取的菌餅依次放置到新的不同pH值的PDA平板中央,27 ℃黑暗培養7 d,每個處理3次重復。分別于培養的3、5和7 d后采用十字交叉法測量菌落直徑。觀察菌落生長狀況,記錄菌落顏色、形狀等。

1.2.3 碳源對菌絲生長的影響 以Czapek培養基為基礎培養基,分別以蔗糖、葡萄糖、可溶性淀粉、甘油、甘露醇、木糖、果糖、乳糖和麥芽糖9種不同的碳源替換其中的蔗糖,使得培養基最終含碳量均為6%。0.1 MPa壓力下,121 ℃濕熱滅菌20 min,添加葡萄糖的培養基滅菌15 min。依次將活化培養后打取的菌餅放置到新的含不同碳源的培養基平板中央,不含碳源的基礎培養基做對照,于27 ℃黑暗培養7 d,每個處理3次重復。分別于培養的3、5和7 d后采用十字交叉法測量菌落直徑。觀察菌落生長狀況,記錄菌落顏色、形狀等。

1.2.4 氮源對菌絲生長的影響 以Czapek培養基為基礎培養基,分別以NaNO3、甘氨酸、NH4Cl、蘇氨酸、(NH4)2·SO4、NH4NO3、KNO3和蛋白胨8種不同的氮源替換其中的KNO3,使得培養基最終含氮量均為0.03%。0.1 MPa壓力下,121 ℃濕熱滅菌20 min。依次將活化培養后打取的菌餅放置到新的含不同碳源的培養基平板中央,不含氮源的基礎培養基做對照,于27 ℃黑暗培養7 d,每個處理3次重復。分別于培養的3、5和7 d后采用十字交叉法測量菌落直徑。觀察菌落生長狀況,記錄菌落顏色、形狀等。

1.2.5 病原菌分生孢子的萌發規律和方式 將活化培養后打取的菌餅轉接到新的PDA培養基中,27 ℃黑暗培養20 d使其自然產孢。然后,分別在各平板菌落上加10 mL無菌水,再用滅菌的毛筆掃落孢子,3層擦鏡紙過濾獲得孢子懸浮液。然后在低倍顯微鏡(10×10)下觀察,用無菌水調節孢子懸浮液的濃度至每個視野約100個孢子。將孢子懸浮液滴于滅菌的凹型載玻片上,27 ℃黑暗保濕培養,于1、2、3、4 和6 h觀察記錄分生孢子的萌發率,萌發規律以及萌發方式。芽管長度超過孢子直徑一半時視為萌發。每個處理3次重復。

1.2.6 pH對孢子萌發的影響 用1 mol·L-1 HCl 和1 mol·L-1 NaOH由低至高依次將孢子懸浮液pH值調至4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0、11.0,在低倍顯微鏡(10×10)下觀察,孢子懸浮液的濃度為每個視野約100個孢子。將孢子懸浮液滴于滅菌的凹型載玻片上,27 ℃黑暗保濕培養,于3、6和12 h后觀察記錄分生孢子的萌發率。每個處理3次重復。

1.2.7 碳源對孢子萌發的影響 孢子懸浮液12 000 r·min-1離心10 min,去上清。分別用含碳量為0.6%的蔗糖,葡萄糖,可溶性淀粉,甘油,甘露醇,木糖,果糖,乳糖,麥芽糖溶液重懸孢子,然后在低倍顯微鏡(10×10)下觀察,孢子懸浮液的濃度為每個視野約100個孢子。將孢子懸浮液滴于滅菌的凹型載玻片上,27 ℃黑暗保濕培養,于3、6和12 h后觀察記錄分生孢子的萌發速率。每個處理3次重復。

1.2.8 培養基種類對產孢的影響 試驗設定15種培養基:PDA、YM、YMT、LD、LDT、LDY、HDY、FW、FC、FM、DW、DC、DM8、DM11、DM52。依次將活化培養后打取的菌餅放置到含不同培養基的平板中央,27 ℃黑暗培養7 d,然后,分別在各平板菌落上加5 mL無菌水,再用滅菌的毛筆掃落孢子,然后3層擦鏡紙過濾獲得孢子懸浮液,血球計數板計數,統計產孢量。每個處理3個重復。

1.2.9 數據處理 菌落生長速率和孢子萌發速率的影響試驗,采用SAS 9.2 軟件以鄧肯氏多重極差測驗法進行方法分析。孢子萌發與培養時間的關系則采用SAS 9.2 軟件以簡單線性回歸進行回歸分析,并求回歸方程。

2 結果與分析

2.1 溫度對Cc-GX菌株生長的影響

Cc-GX菌株在23~33 ℃ 的溫度范圍內都能生長,適宜的生長溫度范圍是25~29 ℃,最佳生長溫度是27 ℃。低溫和高溫對菌落生長的影響都很大,溫度過低或過高均可抑制菌落生長。培養7 d后,從23~27 ℃菌落生長速度逐漸變快,當培養溫度超過31 ℃,培養時間超過7 d時,培養基變干,甚至隆起,抑制菌絲向四周擴展,菌落生長速度驟降(表1)。

2.2 pH對Cc-GX菌株生長的影響

Cc-GX菌株在pH為4~11的PDA培養基上均能生長。菌落生長速度受酸性環境抑制很明顯,受堿性環境抑制不明顯。當pH值為4時,菌絲生長明顯受抑制,菌落最小。在pH值為10和11的PDA培養基中,菌落生長速度也較快,受影響較小,但菌落略微稀薄,菌落形狀略不規則。6~9的pH的范圍適宜Cc-GX菌株的生長,菌落致密,生長速度較快。菌落顏色隨pH增加而逐漸加重,由灰白,淺灰,灰變為墨綠,淺褐,深褐色(表2,圖1)。

2.3 碳源對Cc-GX菌株生長的影響

Cc-GX菌株在供試的9種碳源上均可生長。如圖2所示,菌落在以可溶性淀粉為碳源的培養基上生長最快,其次是葡萄糖,且在這兩種碳源培養基上菌落都很致密,顏色偏深。而在以甘油為碳源的培養基上,菌落生長速度也很快,但是菌落非常稀疏。在以木糖、蔗糖、麥芽糖和果糖為碳源的培養基上,菌落較厚,生長速度較慢,菌落這4種碳源培養基上生長速度差異均不顯著,菌落形態與以葡萄糖做碳源的培養基上相似。另外,以甘露醇和乳糖為碳源的培養基上,菌落稀疏,顏色偏淺,色素積累少(表3)。

2.4 氮源對Cc-GX菌株生長的影響

Cc-GX菌株在以NaNO3,甘氨酸,NH4Cl,蘇氨酸,(NH4)2·SO4,NH4NO3,KNO3和蛋白胨8種不同氮源的培養基中均能生長,但是菌落形態和生長速度表現出明顯的差異。在以KNO3為氮源的培養基上,菌絲生長速度最快,其次是蛋白胨和NaNO3。但菌落在以蛋白胨為氮源的培養基比以KNO3和NaNO3為氮源的培養基致密很多。當氮源為甘氨酸和蘇氨酸時,菌落生長速度稍慢,但是菌落比以KNO3和NaNO3為氮源的培養基稍密。而在以NH4Cl,(NH4)2·SO4和NH4NO3銨鹽為氮源的培養基中,菌落擴展面積非常有限,菌絲幾乎不向四周生長(表4,圖3)。

2.5 Cc-GX菌株分生孢子萌發規律和特點

Cc-GX菌株分生孢子萌發速率觀察結果顯示,孢子在保濕培養1 h時開始萌發,2 h后萌發孢子數過半,6 h后萌發率達91.3%。根據萌發率與孵育時間求得的線性回歸方程是 y=-0.051 1+0.172 8x(R2=0.923 6;x:孵育時間;y:萌發率)。電子顯微鏡觀察發現分生孢子可在任意位置萌發,可以從孢子的一端、兩端、一側、兩側長出芽管,但最先在一端萌發,再兩端萌發,隨后中間細胞萌發(圖4~5)。

2.6 pH對孢子萌發的影響

試驗結果表明,Cc-GX菌株分生孢子在pH為4~11的環境條件下均能萌發。分生孢子在中性環境中萌發率最大,酸性和堿性環境對孢子萌發有抑制作用,且堿性比酸性環境對孢子萌發的抑制作用更大。當pH值<7時,萌發率隨pH值增加而增加,當pH值>7時,萌發率隨pH值增加而減小(表5)。

2.7 碳源對孢子萌發的影響

分生孢子在以蔗糖為碳源的條件下萌發率最高,27 ℃黑暗培養3 h,萌發率可達95%。葡萄糖、木糖和麥芽糖也利于孢子萌發,27 ℃孵育6 h,萌發率均超過90%。而在甘露醇和果糖做碳源時,孵育12 h,孢子萌發率才在90%以上。分生孢子在乳糖和甘油溶液中萌發率較低,而在可溶性淀粉做碳源時萌發率最低(表6)。

2.8 培養基種類對產孢的影響

分離的甜瓜多主棒孢Cc-GX菌株產孢能力相對較差。在試驗設定的PDA、YM、YMT、LD、LDT、LDY、HDY、FW、FC、FM、DW、DC、DM8、DM11和DM52共15種培養基上,27 ℃黑暗培養7 d,產孢量均很少。相對來說,在以寄主植物葉片制作的培養基上產孢最多,但一個培養皿(直徑9 cm)中培養7 d的菌落也只能產生約100 μL 106·mL-1的孢子。另外,研究發現,用寄主干葉制作的培養基比鮮葉更利于產孢。并且,黃豆芽培養基與寄主植物新鮮葉片制作的培養基對產孢的影響作用相差不大。但是綠豆、綠豆芽以及燕麥培養基非常不利于該菌株分生孢子的產生(表7)。

3 討論與結論

2015年10月在我國廣西武鳴甜瓜主要種植區進行病害調查時發現一種新的葉斑病。受害葉片經分離鑒定確定其病原菌為多主棒孢。多主棒孢的培養性狀特征具有豐富的多樣性,不同寄生環境,不同寄主來源以及不同地理來源的菌株存在著顯著的差異。然而,目前關于甜瓜上分離純化的多主棒孢的培養性狀等生物學特征的研究報道很少。

筆者系統研究了甜瓜多主棒孢廣西分離株Cc-GX的生物學特性,深入探討了該菌的最適產孢,菌絲生長及孢子萌發條件。結果表明,該菌株可在溫度為23~33 ℃以及pH值在4~11的范圍內生長。而該菌株菌絲生長的最適碳源是葡萄糖,這與甜瓜分離物三亞菌株最適碳源為乳糖不同,該菌株最適氮源是KNO3,其次是NaNO3,又與甜瓜分離物三亞菌株最適氮源為NaNO3接近,另外,這兩個甜瓜分離株的菌絲最適生長溫度相似[18]。Cc-GX菌株菌絲生長受酸性環境抑制很明顯,受堿性環境抑制不明顯。該菌株在pH為4~11的PDA培養基上均能生長,最適pH是6~9,當pH值為4時,菌絲生長明顯受抑制,這與甜瓜分離物三亞分離株也有明顯差異[18]。但另有一個報道與本文研究結果相似,該報道研究的是多主棒孢黃瓜分離菌株,其菌絲生長溫度范圍是10~35 ℃,最適生長溫度是30 ℃,可在3~12的pH值下生長,最適pH是5。但該黃瓜分離菌株菌絲生長最適碳源為乳糖,這與甜瓜分離物廣西菌株不同,而與甜瓜分離物三亞菌株一致;另外,該黃瓜分離菌株的最適氮源為NH4NO3,這與甜瓜上的兩個分離菌株最適氮源均不同,又與本研究Cc-GX菌株在以包含NH4NO3在內的3種銨鹽為氮源的培養基中,菌絲生長嚴重受抑制,結果完全相反[23]。

Cc-GX菌株分生孢子通常為極端細胞萌發,中間細胞也可以萌發,但相對較少,這與多主棒孢黃瓜分離菌株類似[23]。另外,Cc-GX菌株分生孢子在pH為 4~11條件下均能萌發,最適pH為5~8,最適碳源為蔗糖和葡萄糖,然而,該黃瓜分離菌株分生孢子可在3~13的 pH環境下萌發,最適pH值為5~6,且不同碳源對孢子萌發沒有明顯差異。

這些培養性狀的差異,可能源于菌株來自不同寄生環境,不同寄主來源以及不同地理位置。植物病原真菌培養條件的研究是病原學的重要組成部分,綜合而全面的分析病原菌的培養條件可為分析病害發生的成因,探究病害防治規律以及規劃防治有效策略提供堅實的理論基礎。

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