青島膠州大白菜根腐病病原菌鑒定及其生物防治

宋雨萌，劉文杰，宗茂，羅蘭

(青島農業大學植物醫學學院/山東省植物病蟲害綠色防控工程研究中心，山東青島 266109)

大白菜起源于中國，是我國第二大蔬菜，在均衡市場供應、穩定蔬菜價格等方面具有重要作用[1]。 大白菜因其含有多種維生素、礦物質及纖維素而具有保健作用[2]。 膠州大白菜為我國地理標志農產品，青島常年種植面積約為全市蔬菜總面積的16%，因其具有獨特品質而深受人們喜愛[3-4]。 但隨著大白菜種植面積增大和復種指數提高，生產中常常受到多種有害生物的危害，如霜霉病[5]、黑斑病[6-7]及根腫病[8-9]等，對大白菜生產造成嚴重的經濟損失。

大白菜根腐病是由多種病原菌侵染引起的土傳真菌病害，對白菜產量造成很大影響。 常見的病原菌有瓜果腐霉菌(Pythium aphanidermatum)[10]、蕓薹腐霉(Pythium brassicum)[11]和多種鐮刀菌(Fusariumspp.)[12]。 明確病原菌種類對其防治具有十分重要的意義。 本試驗對山東青島膠州大白菜主要產區的根腐病病原菌進行分離、鑒定，研究生物藥劑對其防治效果，為其綠色防治提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試病樣:大白菜根腐病病樣于2019 年10月在青島膠州西安家溝村大白菜研究所基地采集，帶回實驗室進行病原分離。

供試培養基:馬鈴薯葡萄糖瓊脂(PDA)培養基(馬鈴薯200 g，葡萄糖20 g，瓊脂粉15 ～20 g，蒸餾水1 000 mL)。

供試試劑:DNA 提取試劑盒、DNA Marker(100～2 000 bp)、引物ITS1 和ITS4、引物TEF1 和TEF2、TaqDNA 聚合酶、dNTP 等均為上海生工生物工程(上海)股份有限公司產品。

供試大白菜品種為“膠白一號”，種子由青島膠州大白菜研究所提供。

供試藥劑:3 億CFU/g 哈茨木霉菌可濕性粉劑、100 億CFU/g 枯草芽孢桿菌可濕性粉劑均為美國拜沃股份有限公司產品。

1.2 試驗方法

1.2.1 大白菜根腐病病原菌的分離與純化 采用組織分離法對大白菜根腐病病菌進行分離[13]。取發病的大白菜根部病塊，用75%乙醇處理30 s、無菌水沖洗3 次后吸干水分置于PDA 平板上，再放入28 ℃恒溫培養箱中，待出現菌落后進行純化，4 ℃保存備用。 對大白菜根腐病樣本進行多次病原菌分離共獲得兩種分離物，分別編號為BCGF1 和BCGF2。

1.2.2 大白菜根腐病病原菌的形態學觀察 將分離到的菌株接種到PDA 培養基上，置于28 ℃下培養7 d，觀察菌落特征。 挑取適量病原菌菌絲制片鏡檢，觀察其分生孢子形態，參照文獻[14-15]中的方法對分離到的病原菌進行形態鑒定。

1.2.3 大白菜根腐病病原菌的分子生物學鑒定

利用上海生工生物工程(上海)股份有限公司DNA 快速抽提試劑盒對分離的病原菌進行基因組DNA 提取，并以此為模板進行PCR 擴增。 引物為ITS1(5′-TCCGTAGGTGAACCTGCGG-3′和ITS4(5′ -TCCTCCGCTTATTGATATGC - 3′)[16]、TEF1(5′-ATGGGTAAGGARGACAAGAC-3′)和TEF2(5′-GGARGTACCAGTSATCATGTT-3′[17]。PCR 產物由上海生工生物工程(上海)有限公司測序。 將獲得的序列進行BLASTn 比對，根據比對結果選擇同源性較高的序列及標準菌株，采用UPGMA 法運用MEGA 7.0 軟件構建系統發育樹，確定其分類地位。

1.2.4 大白菜根腐病病原菌的致病性測定 采用土壤接種法進行致病性測定[13]。 先將分離到的菌株配成1×107個/mL 的孢子液，按每株5 mL灌注到健康的大白菜幼苗根部，共接種5 株，以無菌水為對照，2 周后觀察幼苗發病情況。 對發病幼苗進行組織分離，與接種的菌株比對鑒定。

1.2.5 大白菜根腐病的生物防治 采用盆栽法測定生防菌劑對大白菜根腐病的防治效果[18]。用麥粒培養基分別培養BCGF1 和BCGF2 菌株。待其產孢后，用無菌水配成孢子懸浮液。 采用灌根法按每杯接入10 mL 濃度105CFU/g 土孢子液(BCGF1 和BCGF2 各5 mL)培育1 d 后，將培育至2 片真葉的白菜幼苗移栽至接種致病菌的小杯中(1 株/杯)，用微生物殺菌劑哈茨木霉菌WP 200 倍液和枯草芽孢桿菌WP 500 倍液按每杯10 mL 灌根，同時設不接枯萎病菌和只接枯萎病菌為陰性對照和陽性對照。 每處理10 株，重復3 次。正常管理，20 d 后調查各處理白菜幼苗的株高、根長、鮮重及發病情況并計算病情指數和防治效果[19-20]。

病情指數(%)＝Σ(各級病株數×相對級數值)/(調查總株數×最高病級)×100 。

防治效果(%)＝(空白對照病情指數-處理病情指數)/空白對照病情指數×100 。

1.3 數據分析

試驗數據采用SPSS 17.0 軟件進行統計分析，用Duncan’s 新復極差法進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 大白菜根腐病的田間發病癥狀

大白菜根腐病苗期和成株期均可發病。 發病初期，生長緩慢，葉片褪綠，后期整株萎蔫(圖1A)，似缺水狀。 病株與未發病株相比，須根少至無(圖1B)。 剖開根部，維管束變褐(圖1C)。

圖1 大白菜根腐病癥狀

2.2 大白菜根腐病病原菌形態學鑒定

菌株BCGF1 和BCGF2 接種到PDA 平板28℃培養7 d 后，菌落直徑均為45 mm。 BCGF1 菌落突起絮狀，菌絲白色質密(圖2A)；BCGF2 菌落淺粉略帶紫色，菌絲較稀疏(圖2B)。 鏡檢可觀察到小型、大型分生孢子和厚垣孢子。 其中，大型分生孢子為彎月形或鐮刀形，2 ～9 個隔膜，多數為3個隔膜，大小為(20.6 ～36.5) μm×(2.5 ～5.8)μm(n ＝20)，見圖2C、D；小型分生孢子多為單細胞，形狀有卵形、橢圓形、腎形等，大小為(4.3 ～10.2)μm×(2.4～4.5) μm(n ＝20)。 分生孢子著生于從菌絲伸出的產孢細胞上(圖2E、F)。 厚垣孢子為圓形或卵圓形，壁光滑或有突起，絕大多數無色、少色，直徑為3.5～9.8 μm。 根據病原菌的形態特征并結合相關文獻[14-15]，初步鑒定菌株BCGF1和BCGF2 均為鐮刀菌(Fusariumspp.)。

圖2 大白菜根腐病病原菌菌落與分生孢子形態特征

2.3 大白菜根腐病病原菌分子生物學鑒定

經測序，菌株BCGF1 和BCGF2 的ITS 序列分別為547 bp 和548 bp。 根據NCBI 中BLASTn比對結果，菌株BCGF1 和BCGF2 的ITS 序列與尖孢鐮刀菌(Fusarium oxysporum，登錄號為KJ774041.1 和MF460362.1)的序列相似度均為100.00%。 經測序，菌株BCGF1 和BCGF2 的tef序列分別為656 bp 和676 bp。 菌株BCGF1 的tef序列與F. oxysporum(登錄號為HE801565.1)的序列相似度為99.36%，菌株BCGF2 的tef序列與F.oxysporum(登錄號為HE801565.1)的序列相似度為99.70%。 根據比對結果，下載與目標菌株相關的同源序列，利用Mega 7.0 軟件構建系統發育樹。 系統發育分析結果表明，菌株BCGF1 和BCGF2 的ITS 序列與尖孢鐮刀菌(F. oxysporum)在同一分支上，具有較高同源性，相似度100%(圖3A)。 菌株BCGF1 和BCGF2 的tef序列與尖孢鐮刀菌F. oxysporum在同一分支上，具有較高同源性，相似度99.36%(圖3B)。 結合形態學特征，確定菌株BCGF1 和BCGF2 屬于尖孢鐮刀菌(F. oxysporum)。

圖3 菌株BCGF1 和BCGF2 的系統發育樹

2.4 大白菜根腐病病原菌致病性測定

采用土壤接種法進行致病性測定。 大白菜栽培方式為草炭蛭石基質盆栽。 接種5 mL 濃度1×107個/mL 的孢子菌懸液，以灌入等量無菌水為對照。 接種7 d 后開始發病，BCGF1 和BCGF2 均使大白菜幼苗發病。 與未接菌植株相比較，初期表現為葉片萎蔫發黃，生長緩慢，嚴重的枯萎死亡(圖4A、B)。 拔出還未死亡的病苗發現根部受害明顯，根部發黑，須根很少(圖4C)。 未接菌植株根部，須根多且未變色(圖4D)。 發病癥狀與田間大白菜萎蔫病發病癥狀一致。 從發病部位重新分離病原菌，得到的分離物與接種菌株形態學和基因序列相同，符合柯赫氏法則，證明所接菌株為大白菜根腐病的致病菌。

圖4 土壤接種法測定苗期根腐病菌致病性

2.5 大白菜根腐病的生物防治

盆栽試驗結果表明，生防菌劑對大白菜根腐病均有一定的防治效果。 哈茨木霉菌和枯草芽孢桿菌WP 灌根處理20 d 后，病情指數分別為32.56%和33.82%，均顯著低于病原菌接菌對照處理的96.67%，清水對照未發病。 哈茨木霉菌WP和枯草芽孢桿菌WP 的防治效果分別為66.32%和65.02%(表1)。 由此表明，上述兩種生防菌劑對大白菜根腐病具有較好的防治效果。 另外，經生防菌劑處理的大白菜幼苗鮮重、株高和根長與接種根腐病菌大白菜的幼苗差異顯著，尤其是枯草芽孢桿菌WP 對大白菜生長有一定的促生作用，其鮮重與未接菌幼苗和哈茨木霉菌WP 處理差異顯著。

表1 生防菌劑對盆栽大白菜根腐病的防治效果

3 討論與結論

本試驗對分離自大白菜根腐病植株的病原菌進行顯微形態學觀察、分子生物學鑒定、接種驗證和致病性測定，明確青島膠州大白菜根腐病由尖孢鐮孢菌(F. oxysporum)侵染引起。 這一結論與閆文雪等報道的結果相符，而與山東濟南及青島白菜萎蔫病和根腐病是由瓜果腐霉菌(P. aphanidermatum)和蕓薹腐霉(P. brassicum)侵染引起的結論不同[10-11]。 本試驗結果對于該病害的防控具有十分重要的指導意義。

鐮刀菌是一種能夠危害多種作物的病原真菌。 研究發現，鐮刀菌可侵染多種作物導致其發生枯萎死亡[21]。 枯萎病是大白菜生產中的一種重大病害，主要危害根部維管束組織，且產生真菌毒素造成整株枯萎死亡，嚴重影響產量和品質，嚴重制約著大白菜產業發展。 目前生產上對枯萎病主要還是采用化學防治，但由于化學殺菌劑使用所致作物抗藥性及環境污染等問題，生物菌劑愈來愈受到人們的關注[22-23]，其以諸多優勢而在病害防治中被廣泛應用。

本試驗結果表明，哈茨木霉和枯草芽孢桿菌WP 對大白菜枯萎病具有較好的防治效果，相對防效分別為66.32%和65.02%。 哈茨木霉和枯草芽孢桿菌WP 處理的大白菜幼苗鮮重、株高和根長與接菌對照相比顯著增加，枯草芽孢桿菌WP對大白菜鮮重的促生作用更優。 該結論可為大白菜根腐病的綠色防控提供重要參考。