福建省政和县烟草细菌性叶斑病的症状及病原菌鉴定

2021-03-05 11:56:03林可竟周挺詹梦琳徐进郑钰婷林勇林伟顾钢蔡学清
南方农业学报 2021年11期
关键词:政和县角斑病野火

林可竟 周挺 詹梦琳 徐进 郑钰婷 林勇 林伟 顾钢 蔡学清

摘要:【目的】明確福建省政和县云烟87上新发生的一种细菌性病害的病原菌,为进一步探讨其发病规律并制定有效的防控措施提供理论依据。【方法】采用平板划线分离法对采自福建省政和县的罹病云烟87烟叶进行病原菌分离纯化,对分离获得的细菌菌株通过柯赫氏法则验证其致病性,并采用生物学特征、生理生化反应及特异性引物检测、16S rDNA序列分析等明确其分类地位。【结果】从病叶上分离纯化获得15株细菌,经柯赫氏法则证明15株细菌菌株均为该病害的致病菌,且致病力无明显差异。分离菌株在NA培养基上培养1~2 d后,菌落为白色隆起,边缘不规则且黏稠,菌体短杆状,极生4根鞭毛,革兰氏染色反应阴性;经8项关键性生理生化特性测定、Biolog 94种表型测试、烟草野火病菌特异性引物检测及16S rDNA基因序列分析,将15株细菌菌株鉴定为扁桃假单胞菌烟草致病变种(Pseudomonas amygdali pv. tabaci)。【结论】引发福建省政和县烤烟叶部细菌性病害的致病菌为扁桃假单胞菌烟草致病变种。

关键词:烟草;细菌性叶斑病;病原菌鉴定;扁桃假单胞菌烟草致病变种

中图分类号:S432.41                         文献标志码: A 文章编号:2095-1191(2021)11-3034-07

Symptoms and pathogen identification of tobacco bacterial

leaf spot disease in Zhenghe, Fujian

LIN Ke-jing1, ZHOU Ting2, ZHAN Meng-lin1, XU Jin3, ZHENG Yu-ting1,

LIN Yong4, LIN Wei5, GU Gang2*, CAI Xue-qing1*

(1College of Plant Protection, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou  350002, China; 2Institute of Tobacco Science, Fujian Provincial Tobacco Company, Fuzhou  350003, China; 3Institute of Plant Protection, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing  100193, China; 4Zhenghe Branch of Nanping Tobacco Corporation, Fujian Provincial Tobacco Corporation, Nanping, Fujian  353600, China; 5Nanping Branch of Fujian Provincial Tobacco Corporation, Nanping, Fujian  353000, China)

Abstract:【Objective】To identify the pathogenic agent of tobacco(Yunyan 87) bacterial leaf spot disease newly found in Zhenghe County of Fujian in 2020, so as to provide a theoretical basis for further exploring the disease regularity and the precise control measures. 【Method】 The bacterial strains were isolated and purified from disease leaves of tobacco Yunyan 87 in Zhenghe County of Fujianby the plate-marking method, the pathogenicity of the isolated strains were tested by Koch’s Postulation, and its taxonomic status were confirmed by bacteria biological characteristics,physiological and biochemical characteristics, and specific primer detection and 16S rDNA gene sequence analysis. 【Result】The results showed that fifteen strains were isolated from diseased leaves of tobacco. According to Koch’s Postulation, all the fifteen strains were the pathogens of tobacco bacterial leaf spot disease and their pathogenicity was no obvious difference. The colonies of the pathogen were bulge and white on NA plate in 1-2 d cultivation, the edges were irregular and thick.The bacterial cellswere rod-shaped and had 4 flagella on polar. Gram stain was negative. Based on 8 key physiological and biochemical characteristics, 94 phenotypes in Biolog instrument, specific primer detection and 16S rDNA sequence analysis of the pathogens, all 15 tested isolates were identified as Pseudomonas amygdali pv. tabaci. 【Conclusion】The tobacco bacterial leaf diseases in Zhenghe County of Fujian is caused by P. amygdali pv. tabaci.

Key words: tobacco; bacterial leaf spot disease; pathogen identification; Pseudomonas amygdali pv. tabaci

Foundation item: National Key Research and Development Program of China(2017YFD0201106-02); Science and Technology Project of Fujian Provincial Company of China Tobacco (KH1702210)

0 引言

【研究意义】由扁桃假单胞菌烟草致病变种(Pseudomonas amygdali pv. tabaci)(Gardan et al., 1999)[同物异名:丁香假单胞菌烟草致病变种P. syringae pv. tabaci (Wolf et Foster) Young & Dye Wikie]引起的烟草野火病和丁香假单胞菌角斑致病变种[P. syringae pv. angulata(Frome et al.) Holland]引起的烟草细菌性角斑病是世界烟草生产上普遍发生且危害严重的2种细菌病害,给烟草种植造成了严重损失(张广民等,2002)。2020年,福建省政和县种植的云烟87发生疑似烟草野火病,罹病烟株叶片出现单一或连片分布的圆形或不规则形褐色病斑,病斑周围有黄色晕圈。该病发生面积约20 ha,其中5.7 ha重度发生,发病率62%~87%,给当地烟农造成严重的经济损失。因此,明确其病因,可为该病害的精准防控提供理论依据。【前人研究进展】烟草野火病和角斑病主要分布于亚洲、非洲、欧洲及南美洲的烟叶主产区。据报道,这2种烟草细菌性病害在我国山东、辽宁、河南、安徽、四川、贵州、湖南、云南和黑龙江等省均有发生为害(王振国,2012;台莲梅等,2014;张萌,2016;陈焘等,2018),而这2种病害在田间常混合发生,症状易混淆。据报道,烟草野火病菌能产生特殊的氨基酸(野火毒素),病斑周围产生典型的黄色晕圈,而角斑病菌不能产生野火毒素,病斑不产生黄色晕圈(张萌,2016);另据报道,烟草野火病菌与烟草角斑病菌对烟草品种、烟苗龄期及叶位的敏感不同,如野火病菌易侵染烟苗前期(42 d)的下部叶片,而角斑病菌易侵染烟苗中后期(84 d)的上部叶片。此外,野火病菌侵染对气候因素如温度、气压、紫外线等比角斑病菌敏感,因此认为这2种病害的病原菌属于不同的致病变型(Deall and Cole,1986);但隋原(2011)研究发现,61株来自吉林和黑龙江省主要产烟区的野火病菌菌株在侵染不同品种烟草时的潜育期、病斑大小、单株病斑数和病情指数存在一定差异,对这些菌株的DNA聚类分析显示,亲缘关系的远近与致病性间无明显相关性。程璐(2018)采用传统的生物学特征结合分子生物学方法将辽宁阜新地区烟草角斑病的病原菌鉴定为P. syringae pv. tabaci FX分离株,对分离株的全基因组进行测序,并将其序列与Wang等(2015)在NCBI上登录的分离自四川越西县的烟草野火病菌菌株yuexi-1的全基因组序列进行分析比对,结果显示,这2株菌株有423个不同的毒力基因,推断毒力因子的区别可能是导致二者在烟草上致病所表现的症状不同的原因。而陈瑞朋(2018)利用全基因组比对的手段分别获得烟草野火病菌和角斑病菌的LAMP特异性检测引物,建立了烟草野火病和角斑病病原的LAMP快速检测方法,可对这2种病害进行田间快速诊断。但也有研究发现,烟草野火病菌经连续培养后会变异成产毒较弱或不产毒素的菌株,接种后病斑周围黄色晕圈较弱或不产生黄色晕圈,因此认为野火病菌是角斑病菌一个产生晕圈的菌系,即两者是属于同一种病菌不同的菌系(张广民等,2002;姜新等,2007)。【本研究切入点】2020年,福建省政和县种植的云烟87发生疑似烟草野火病,但至今未见该病害在福建省烟区为害状的详细描述及其病原物系统鉴定的研究报道。【拟解决的关键问题】对罹病烟叶采用常规方法进行病原菌分离纯化,对分离获得的细菌菌株通过柯赫氏法则验证其致病性,并采用生物学特征、生理生化反应及特异性引物检测、16S rDNA序列分析等明确其分类地位,为明确福建省政和县烟草细菌性叶斑病的发病规律并制定有效的防控措施提供理论依据。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

1. 1. 1 供试样品 采自福建省政和县杨源乡种植的带有不规则褐色病斑的云烟87病叶,用于病原菌分离。

1. 1. 2 供试培养基 营养琼脂培养基(NA)、营养肉汤培养基(NB)(不加琼脂的NA培养基)、金氏B培养基(KB)、明胶水解培养基、蔗糖还原培养基、葡萄糖培养基和碳素化合物基本培养基,以上培养基配方均参照方中达(1998)的方法,121 ℃灭菌20 min,备用。

1. 2 试验方法

1. 2. 1 细菌分离与纯化 采用平板划线分離法,参照方中达(1998)的方法。

1. 2. 2 细菌培养 将1.2.1纯化的细菌菌株接种到NA培养基上培养24~48 h,挑取单菌落接种至NB培养基中,28 ℃下180 r/min振荡培养24 h后备用。

1. 2. 3 烟苗培育 将云烟87种子点播至育苗盘内,长至3片真叶时移栽至AB150型花盆内,长至5片真叶时备用。

1. 2. 4 菌落形态观察 将分离获得的细菌菌株接种到NA培养基上,28 ℃恒温培养箱中培养1~5 d,观察并记录菌落的颜色和形态特征。

1. 2. 5 致病性测定 采用注射接种法和喷雾接种法。注射接种法:将分离菌株的悬浮液(浓度约为1.0×108 CFU/mL)注射接种至云烟87叶片的细胞间,以细胞间充满细菌悬浮液为准,每株菌株接种3片烟草叶片,3次重复,接种后24 h开始观察,记录发病情况;喷雾接种法:将分离菌株的悬浮液(浓度约为1.0×108 CFU/mL)喷雾接种至云烟87,每株菌株接种6株烟苗,3次重复,以叶片正、反面喷湿为准,接种后保湿24 h,第2 d开始观察,记录发病情况。上述接种均以无菌水接种作对照,接种发病后再分离病原菌。

1. 2. 6 革兰氏染色 采用结晶紫草酸铵染色法,参照方中达(1998)的方法进行。

1. 2. 7 电镜观察 采用磷钨酸负染法,于透射电子显微镜(Hitachi HC-1)下观察。

1. 2. 8 生理生化测定 分离菌株在KB培养基上是否有绿色荧光、对碳素化合物(甘露醇、海藻糖、阿拉伯糖和山梨醇)的利用、明胶水解、果聚糖的产生、在38 ℃下的生长情况等的测定和观察,参照方中达(1998)的方法。

1. 2. 9 Biolog测定 采用Gen III Microstation biolog自动微生物鉴定系统进行鉴定。

1. 2. 10 分子生物学鉴定 采用菌落PCR法。分别挑取分离菌株的单菌落,放入装有20 μL ddH2O的离心管中,于沸水中水浴10 min,制备DNA模板,供后续PCR扩增。烟草野火病菌特异性引物40429F/40429R(5'-CGTGCGGGGCTTTTTGTTGTC-3'/5'-T TAGCGGGTTTTGGTTTGCG-3')检测,参照陈瑞朋等(2018)的方法;烟草野火病菌和烟草角斑病菌多重PCR引物TabB1F/TabB1R(5'-ATTGAAGAAGCG TTCGAGCG-3'/5'-GTTTCGGGTCGGCACGATTG-3')检测及烟草角斑病菌特异性引物2F2/2R2(5'-CA AACCAGCTGAAAACAAAC-3'/5'-ATGGGGGTGA TTCTCAATCG-3')检测,参照张萌(2016)的方法;细菌16S rDNA基因扩增通用引物27F/1492R(5'-AGA GTTTGATCCTGGCTCAG-3'/5'-GGTTACCTTGTT ACGACTT-3')检测,参照Lane(1991)的方法;对PCR扩增产物进行琼脂糖凝胶电泳检测,条带正确的送至生工生物工程(上海)股份有限公司进行核苷酸序列测定,测序结果在NCBI上在线比对,并运用MEGA 7.0的邻接法基于16S rDNA构建分离菌株的系统发育进化树。

2 结果与分析

2. 1 病害症状

调查结果(图1)显示,烟草细菌性叶斑病在田间蔓延速度快,主要为害叶片,初期受害部位为水渍状圆形或不规则小斑点,后斑点逐渐扩大,中心变成褐色,周围有明显的黄色晕环,病斑直径1~3 mm,随后病斑逐渐扩展,合并成不规则形的黄褐色斑,病情严重的叶片不规则形病斑连成一片,叶片枯死。切取病健交界处在光学显微镜下观察,可见溢菌现象。

2. 2 病原菌的分离与纯化

采用常规分离法从病叶上分离纯化获得15株细菌菌株,编号为Yan1~Yan15。15株菌株在NA培养基上的菌落形态特征相似,培养1~2 d的菌落为白色隆起,边缘不规则且菌落黏稠(图2-A),培养3~4 d后,菌落分泌黏性物質增加,逐渐圆润,菌落边缘呈透明状,中间呈淡黄色(图2-B)。

2. 3 致病性测定结果

将2.2分离纯化的15株细菌菌株(Yan1~Yan15)进行烟草致病性测定,结果显示,注射接种烟草细胞后24 h未出现枯斑反应,接种点周围出现明显的褪绿晕圈,接种2~3 d后,接种点周围出现坏死枯斑;喷雾接种3 d后,叶片出现水渍状斑点,随后病斑逐渐扩大,褐变,边缘出现褪绿晕圈,与田间症状高度相似。分离接种发病的病斑,获得的菌株菌落形态特征与接种的菌株相同,经柯赫氏法则验证,15株分离菌株均为烟草细菌性叶斑病的病原菌。将15株菌株分别转接至NB液体培养基中培养24 h后,悬浮于终浓度为40%甘油溶液中,-80 ℃冰箱保存备用。

2. 4 细菌鉴定结果

2. 4. 1 细菌形态特征 菌株Yan1~Yan15的菌体呈短杆状,细胞大小约1.50 mm´0.75 mm,极生4根鞭毛,鞭毛长约4~5 mm(图3),革兰氏染色阴性。

2. 4. 2 生理生化测定结果 菌株Yan1~Yan15均可利用甘露醇、山梨醇、阿拉伯糖,不能利用海藻糖;果聚糖产生和明胶液化测定结果为阳性;KB培养基上生长的菌落在紫外线下发出绿色荧光,38 ℃下不能生长。

2. 4. 3 Biolog测定结果 从2.4.2的测定结果可知,菌株Yan1~Yan15的生理生化指标均表现一致,随机挑选菌株Yan3、Yan5、Yan9和Yan15进行71种碳源的利用性及23种化学敏感性测试,培育48 h后经Microlog软件读数,结果(表1)显示4株菌株与数据库中P. syringae pv. tabaci(同物异名:P. amygdali pv. tabaci)的相似度最高。

2. 4. 4 细菌菌株的特异性引物检测 对菌株Yan1~Yan15进行烟草野火病菌和烟草角斑病菌PCR特异性引物扩增,结果显示,用烟草野火病菌特异性引物40429F/40429R进行PCR扩增,15株细菌菌株均能扩增获得大小约203 bp单一的特异性条带(图4-A);用烟草野火病菌和烟草角斑病菌多重PCR引物TabB1F/TabB1R进行扩增,15株细菌菌株均能扩增获得大小分别为708和389 bp的2条特异性条带(图4-B),而使用烟草角斑病菌的特异性引物2F2/2R2进行PCR扩增,供试15株细菌菌株均未扩增到目的条带,说明分离获得的菌株为烟草野火病菌。

2. 4. 5 细菌菌株16S rDNA基因鉴定结果 从2.4.4的测定结果可知,菌株Yan1~Yan15的特异性引物检测结果均表现一致,随机挑选4株菌株(Yan3、Yan5、Yan9和Yan15)进行16S rDNA基因鉴定。用细菌16S rDNA通用引物27F/1492R对4株菌株进行PCR扩增后测序,测序结果在NCBI上在线比对,结果表明,4株菌株与扁桃假单胞菌烟草致病变种(P. amygdali pv. tabaci)、扁桃假单胞菌流泪致病变种(P. amygdali pv. lachrymans)、丁香假单胞菌丁香致病变种(P. syringae pv. syringae)、萨氏假单胞菌(P. savastanoi)和冻结假单胞菌(P. congelans)相应序列的同源性最高,达99.0%以上。利用MEGA 7.0,以短双歧杆菌(Bifidobacterium breve)为外群,采用邻接法构建系统发育进化树,结果(图5)显示,4株菌株均与扁桃假单胞菌烟草致病变种聚为一支。

3 讨论

烟草野火病在烤烟上普遍发生,给烟草种植业造成严重的经济损失。本研究从福建省政和县罹病的烟叶中分离到15株细菌菌株,根据柯赫氏法则证明15株细菌菌株均为烟草细菌性叶斑病病原菌,结合形态学、生理生化等传统的生物学特征以及特异性引物40429F/40429R和16S rDNA基因序列等分子生物学分析比对,将15株细菌菌株鉴定为扁桃假单胞菌烟草致病变种,与在我国云南和湖南等地报道的烟草野火病病原菌相同(刘雅婷等,2002;陈焘,2017)。已有研究表明,野火病菌在不同的烤烟品种上致病力存在差异,可划分为不同的生理小种(黄杏娥等,2007;孙剑萍等,2011;唐明等,2016;林凡力,2019)。本研究分离的15株野火病菌菌株对云烟87的致病力无明显差异,但对福建省其他烤烟品种的致病力是否存在差异,即福建烟区烟草野火病菌是否存在生理小种分化现象,有待进一步探究。

通常认为烟草野火病的初侵染源主要是田间越冬的病残体或带菌种子。林滋銮等(1995)对福建省烟草侵染性病害的调查发现,烟草野火病在福建省武平、上杭、云霄、连城、清流和宁化等地有零星分布,但尚未见该病在政和县发生为害的报道,也未见对福建省烟草野火病的病原物进行系统鉴定的研究报道。2020年政和县烟草野火病发生突然,病源从何而来有待研究和分析。该病菌寄主范围广(Knoche et al.,1994;Kang et al.,2015),其在田间的发生和蔓延与烟草的生育期等有关(Deall et al.,1986),烤烟生长季节,病菌是否无症状寄生于某种作物或杂草亟待摸清。Joung等(2017)报道土壤中的细菌可在雨后形成气溶胶,随风远距离传播;而Ali等(2020)报道黄瓜细菌性角斑病菌(P. amygdali pv. lachrymans)在设施环境中可随气溶胶快速传播;另外,国内烟草品种对烟草野火病菌大都表现不抗病或抗性较低(朱贤朝等,2002),其中,云烟87对烟草野火病菌敏感(黄杏娥等,2007),这可能是2020年政和县云烟87烟草野火病发病重、传播速度快、危害面广的重要原因。

4 结论

本研究首次鉴定并报道了福建省政和县烟草野火病的致病菌为扁桃假单胞菌烟草致病变种,为该病害的防控提供依据。由于云烟87抗性弱,病菌致病力强,烟草野火病蔓延速度快,造成的损失大,因此,应加强病害监测,做好综合防治。

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收稿日期:2021-06-28

基金项目:国家重点研发计划项目(2017YFD0201106-02);中國烟草总公司福建省公司科技计划项目(KH1702210)

通讯作者:顾钢(1965-),https://orcid.org/0000-0003-2347-7912,高级农艺师,主要从事烤烟病虫害综合防治研究工作,E-mail: gugang318@163.com;蔡学清(1971-),https://orcid.org/0000-0002-1900-0540,博士,教授,主要从事植物病原细菌研究工作,E-mail: caixq90@163.com

第一作者: 林可竟(1999-),https://orcid.org/0000-0002-9269-8930,研究方向为植物病理学,E-mail: lkj6166@126.com

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