十字花科蔬菜根腫病菌侵染寄主組織學(xué)觀察

蘇子毅，班潔靜

(1.湖北省水果湖高級(jí)中學(xué)，湖北 武漢 430071；2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科技學(xué)院，湖北 武漢 430070)

十字花科蔬菜根腫病菌侵染寄主組織學(xué)觀察

蘇子毅1，班潔靜2

(1.湖北省水果湖高級(jí)中學(xué)，湖北 武漢 430071；2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科技學(xué)院，湖北 武漢 430070)

十字花科蔬菜根腫病是影響該類蔬菜的重要病害，有效地防治十字花科蔬菜根腫病是對(duì)該類蔬菜生產(chǎn)的產(chǎn)量和品質(zhì)具有十分重要的意義。通過(guò)該病害在湖北田間發(fā)病情況的調(diào)查，在實(shí)驗(yàn)室對(duì)該病害發(fā)病過(guò)程情況的觀察、了解、分析，從而為該類蔬菜抗病品種的鑒定及該類蔬菜病害防治化學(xué)藥劑的篩選提供科學(xué)根據(jù)。

蔬菜；十字花科；根腫病

由蕓薹根腫菌(plasmodiophora brassicae Woron)侵染引起的十字花科蔬菜根腫病是影響蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)的重要病害，生產(chǎn)上一旦發(fā)病就難以有效防治。結(jié)合該病在湖北省發(fā)生的危害，在田間調(diào)查的基礎(chǔ)上，通過(guò)室內(nèi)人工接種，顯微鏡下觀察了病菌侵染過(guò)程及組織學(xué)變化，以期為病害的早期防控提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 菌株及來(lái)源

供試菌株為蕓薹根腫菌4號(hào)小種，由華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物病理室提供。

1.1.2 蔬菜品種

供試品種為新選早熟5號(hào)小白菜。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 感病寄生癥狀觀察

在根腫病大田發(fā)病期間，通過(guò)對(duì)長(zhǎng)陽(yáng)縣火燒坪十字花科蔬菜根腫病田間發(fā)生危害情況的調(diào)查，結(jié)合室內(nèi)盆栽試驗(yàn)，進(jìn)一步觀察了本病的主要癥狀特點(diǎn)。

1.2.2 根腫菌休眠孢子的提取

根腫組織用自來(lái)水洗干凈，7%乙醇表面消毒 30s，加入無(wú)菌水充分研磨，經(jīng)8層紗布過(guò)濾，裝入50mL離心管中，500rpm離心15min，棄上清，轉(zhuǎn)入新離心管中，400rpm離心10min，加15mL 50%蔗糖溶液混勻，2500rpm離心10min，棄上清，移入新離心管中，加滅菌水至35mL，4000rpm離心10min，沉淀溶于30mL滅菌水，4000rpm離心10min，重復(fù)兩次。沉淀重新溶于50mL無(wú)菌水中，獲得休眠孢子懸浮液。

1.2.3 供試品種幼苗培養(yǎng)及接種

幼苗培養(yǎng)：采用沙-營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)供試品種新選早熟5號(hào)小白菜幼苗。普通沙粒經(jīng)過(guò)過(guò)濾篩過(guò)濾，過(guò)濾后的沙粒大小為30～50mm，分別裝入50mL有機(jī)玻璃離心管中，然后加入改良的hoagland營(yíng)養(yǎng)液40mL(表1)，調(diào)節(jié)pH為5.0 .

表1 營(yíng)養(yǎng)液配方

幼苗接種：預(yù)先提取的根腫菌休眠孢子懸浮液，基質(zhì)為經(jīng)過(guò)篩的沙粒，將改良后的營(yíng)養(yǎng)液裝入50mL有機(jī)管內(nèi)，然后將培養(yǎng)的發(fā)芽幼苗植入填充沙粒5mL吸頭中，在幼苗周邊接種休眠孢子懸浮液，最后置于離心濾架內(nèi)種植(圖1)。以未接種的幼苗為對(duì)照。

圖1 供試品種幼苗培養(yǎng)情況

1.2.4 根腫菌休眠孢子萌發(fā)觀察

制備的根腫菌孢子懸浮液，接種前用地衣紅染色，觀察休眠孢子萌發(fā)情況。將冰醋酸45mL裝入錐形瓶中加熱煮沸，然后加地衣紅1g，冷卻后加蒸餾水55mL振蕩，過(guò)濾備用。染色后的休眠孢子在光學(xué)顯微鏡下觀察孢子的萌發(fā)動(dòng)態(tài)，供接種用。

1.2.5 根腫菌侵染組織的石蠟切片

發(fā)病根組織與健康對(duì)應(yīng)組織按下列程序進(jìn)行切片。

1)固定 分別切取病健組織→FAA中固定2h，使固定液侵透根組織：

2)脫水與透明 從固定液中取出根組織→70%酒精(2h)更換3次→80%酒精(過(guò)夜)→85%酒精(2h)→95%酒精+伊紅(2h)→100%酒精(1h)→1/2酒精+1/2二甲苯(1h)更換2次→二甲苯(1h)更換2次。

3)滲蠟 取出脫水透明的根組織置于蠟杯中→加入2/3的碎石蠟(熔點(diǎn)48°～50°)用蓋子蓋好→37°～40°溫箱中溶蠟(24h)移去杯蓋，置于56°恒溫箱3d，使透明劑充分發(fā)揮→取若干小杯放入溶點(diǎn)為60°～62°的石蠟→將根組織轉(zhuǎn)移到杯中→置70°恒溫箱中，間隔2h更換一次石蠟，連續(xù)3次。

4)包埋 用硬質(zhì)紙折疊成2cm×2cm×1cm的紙盒→紙盒中倒入石蠟→將小杯中的根組織轉(zhuǎn)移到紙盒中，豎直排列→待石蠟稍凝固后置于清水徹底冷卻凝固。

5)修蠟與切片 包埋的根組織蠟塊用刀片切割成梯形→將梯形蠟塊固定在木臺(tái)上→小木塊固定于切片機(jī)上→設(shè)置切片厚度為8mm，切片時(shí)保持連續(xù)性，使切出的小片成一片完整的蠟帶。

6)粘片與烘片 在載玻片上均勻涂抹粘片劑→滴上蒸餾水→選擇完好的蠟帶地域小段置于載玻片上→置放在恒溫展片臺(tái)上燙片，蠟帶充分燙平烘干→載玻片置31°恒溫箱中1d。

7) 脫蠟及染色 100%二甲苯(20min)→1/2二甲苯+1/2酒精(2S)→100%酒精(2S)→95%、 85% 、50%酒精(2S) →1%甲苯胺藍(lán)染液(30min)→蒸餾水(2S)。

8)封片觀察 用蓋玻片蓋好后置入普通光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行觀察。

1.2.6 醋酸苯胺藍(lán)與醋酸洋紅染色根毛侵染觀察

將苯胺藍(lán)溶于50%醋酸中，配制成濃度為125mg/L的染液，對(duì)接種后不同時(shí)期的幼苗進(jìn)行根毛染色，顯微鏡下觀察根腫菌侵染過(guò)程。

稱取洋紅粉末1g，倒入100mL 45%的醋酸溶液中，容器中煮沸(30s)冷卻后過(guò)濾。醋酸洋紅染色的根毛，徒手切片，顯微鏡下觀察根腫菌皮層侵染動(dòng)態(tài)。

1.3 主要試劑與設(shè)備

試劑：地衣紅，苯胺藍(lán)，洋紅，醋酸，MES，蔗糖，酒精等；

設(shè)備：均漿機(jī)，pH計(jì)，顯微鏡，切片機(jī)，培養(yǎng)箱，電子天秤等。

2 結(jié)果與分析

2.1 十字花科蔬菜根腫病癥狀

通過(guò)對(duì)長(zhǎng)陽(yáng)縣火燒坪高山蔬菜實(shí)地調(diào)查根腫病發(fā)生危害狀況，結(jié)合室內(nèi)盆栽接種對(duì)病害癥狀的觀察，感病植物地上和地下均表現(xiàn)出明顯癥狀特征。

在大田發(fā)病期間，根腫病的主要癥狀表現(xiàn)為感病植株生長(zhǎng)遲緩，較正常植株矮小，葉片發(fā)黃。重病田塊病株萎縮，甚至死亡，拔起后可見(jiàn)大小不等的腫瘤，根系腐爛(圖2)。

圖2 十字花科蔬菜根腫病大田發(fā)病癥狀

室內(nèi)盆栽接種試驗(yàn)，感病幼苗根系變褐，白色新根明顯少于健株，30d后病株主根和側(cè)根可見(jiàn)形成十分明顯的腫大(圖3)。

2.2 根腫菌休眠孢子的顯微觀察

對(duì)供接種用提取制備的根腫菌休眠孢子懸浮液，在相差顯微鏡下觀察孢子的形態(tài)特征和萌發(fā)情況。病菌休眠孢子為近圓形，表面不平滑，有突起(圖3A)。用醋酸地衣紅染色，可見(jiàn)未萌發(fā)的孢子染成紅色，萌發(fā)的孢子不能著色，呈空孔(圖3B)。根據(jù)對(duì)休眠孢子萌發(fā)的觀察，為人工接種觀察病菌侵染寄主的組織學(xué)變化提供了依據(jù)。

圖4 根腫菌休眠孢子形態(tài)及醋酸地衣紅染色

2.3 根腫菌侵染寄主的組織學(xué)觀察

通過(guò)對(duì)感病寄主和健康植株根組織石蠟切片、光學(xué)顯微鏡進(jìn)行比較觀察，受根腫菌侵染的植株下胚軸橫切面層次明顯紊亂，皮層中柱等區(qū)間界限模糊不清，原質(zhì)團(tuán)分布于組織內(nèi)(圖4B)，而健康根組織各層次結(jié)構(gòu)分明(圖4A)。

圖5 感病組織和健康組織層次結(jié)構(gòu)變化比較

從圖5可以看出，根腫菌侵染寄生后，破壞了根組織的正常結(jié)構(gòu)，從而影響寄主根組織的正常發(fā)育，隨著病菌在組織中不斷擴(kuò)展，對(duì)植株的破壞性進(jìn)一步加重，導(dǎo)致地下和地上部分出現(xiàn)不同病害癥狀。

圖6 感病寄主根腫菌根毛侵染動(dòng)態(tài)

利用沙——營(yíng)養(yǎng)液法培育感病幼苗，接種后不同時(shí)間段取樣，使用苯胺藍(lán)對(duì)根毛進(jìn)行染色，顯微鏡下可見(jiàn)根腫菌首先聚集到根毛周圍(圖6A)，其后，進(jìn)入根毛內(nèi)形成初級(jí)原生質(zhì)團(tuán)(圖6B)，進(jìn)而形成游動(dòng)孢子囊(圖6C，D，F(xiàn))，隨后次級(jí)游動(dòng)孢子釋放(圖6H)，并伴隨對(duì)皮層的初期侵染(圖6E，G)。

采用醋酸洋紅對(duì)根系組織進(jìn)行染色，觀察根腫菌侵染皮層動(dòng)態(tài)。結(jié)果顯示，病菌次級(jí)游動(dòng)孢子侵染根系后，不斷分裂，形成不定型變形體—次級(jí)原生質(zhì)團(tuán)(圖6A)，侵染后期原生質(zhì)團(tuán)分化形成圓形或近圓形休眠孢子囊，充滿整個(gè)寄主細(xì)胞(圖6B)，寄主死亡腐爛后，休眠孢子囊釋放出休眠孢子，成為下次侵染的初侵染源。

圖7 感病寄主根腫菌皮層侵染情況

通過(guò)不同方法對(duì)根腫菌侵染寄主的組織學(xué)觀察，揭示了病菌侵染寄主的動(dòng)態(tài)過(guò)程，及對(duì)根系組織的破壞作用。這一結(jié)果為進(jìn)一步研究根腫菌在活體寄主中的侵染、發(fā)育與致病等提供了參考。

3 小結(jié)與討論

十字花科根腫病是嚴(yán)重影響蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)的重要土傳病害，不同十字花科蔬菜品種感病后，最典型的癥狀是根部形成腫瘤，隨著病情的進(jìn)一步擴(kuò)展，感病植株生長(zhǎng)發(fā)育受阻，地上部分出現(xiàn)萎焉，嚴(yán)重時(shí)甚至枯死。 采用室內(nèi)人工接種方法培養(yǎng)小白菜幼苗，不同時(shí)期取樣，顯微觀察結(jié)果顯示，土壤中根腫菌的休眠孢子，首先附著在寄主根系周圍，進(jìn)而萌發(fā)侵入根系皮層組織，并完成整個(gè)侵染發(fā)育過(guò)程。與此同時(shí)，伴隨病菌在根組織中的發(fā)育，根組織的正常結(jié)構(gòu)受到破壞。

通過(guò)對(duì)感病幼苗根組織進(jìn)行切片，顯微鏡下可見(jiàn)受根腫菌侵染幼苗的根系皮層組織各層次結(jié)構(gòu)不清，而健康幼苗根結(jié)構(gòu)層次分明。由此說(shuō)明，根腫菌在對(duì)寄主根系的侵染過(guò)程中，不僅從根組織中獲取維持生長(zhǎng)發(fā)育的各種養(yǎng)分，而且病菌分泌的某些化學(xué)物質(zhì)，破壞寄主的正常代謝，從而在根部出現(xiàn)腫瘤，影響?zhàn)B分和水分的運(yùn)輸，導(dǎo)致生長(zhǎng)后期地上部焉萎或植株死亡。

十字花科作物根腫菌是一種尚不能進(jìn)行人工培養(yǎng)的專性寄生菌，相較于其他植物病原菌，根腫菌的生活史某些生物學(xué)特性等方面的研究，在一定程度上受到很大限制。因此，探索和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)技術(shù)方法，對(duì)根腫菌病系學(xué)研究和病害防控等均具重要意義。

本試驗(yàn)結(jié)果，初步揭示了根腫菌的侵染與發(fā)育及對(duì)寄主組織學(xué)的破壞，人工接種試驗(yàn)采用的相關(guān)技術(shù)方法，對(duì)根腫菌病原學(xué)研究、抗病品種鑒定及防病化學(xué)藥劑的篩選等，具有一定參考借鑒作用。有關(guān)根腫菌侵染不同十字花科作物寄主的組織學(xué)與生理學(xué)變化，病菌與寄主的互關(guān)系有待進(jìn)一步研究。

[1]黃 云，馬淑青．油菜根腫病菌的形態(tài)和休眠孢子的生物學(xué)特性[J]．中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007,40(7):1388～1394．

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2016—12—18

蘇子毅(1999— )，男，湖北廣水人，曾獲第29屆湖北省青少年科技創(chuàng)新大賽創(chuàng)新成果一等獎(jiǎng).

班潔靜，Email：448973503@qq.com，現(xiàn)工作單位：國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作湖北中心.

Q93

A

2096-3149(2017)01- 0040-05

10.3969/j.issn.2096-3149.2017.01.009