米其利,錢穎穎,朱洲海,管 瑩,高 茜,陳建華,謝麗華,李雪梅,霍世東,方 耀,夭建華*,文孟良
(1.云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心,昆明 650106;2.云南大學(xué),云南省微生物研究所,昆明 650091;3.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院,昆明 650201)
成熟的煙葉采收后,大量的微生物,包括細(xì)菌、真菌、酵母和放線菌等,仍然存在于煙葉的表面或組織內(nèi)。在煙葉的調(diào)制過(guò)程中,這些微生物通過(guò)分解煙葉中的糖類和蛋白質(zhì)等物質(zhì)來(lái)獲取自身生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)和能量,并將這些大分子物質(zhì)分解為酚類、醇類、酯類等小分子物質(zhì),微生物的代謝活動(dòng)對(duì)煙葉化學(xué)成分的組成和煙葉品質(zhì)的形成都會(huì)產(chǎn)生重要的影響[1]。煙葉細(xì)菌的多樣性及其對(duì)煙葉品質(zhì)形成的影響研究報(bào)道較多[2-7]。真菌是煙葉微生物的另一大類群,數(shù)量?jī)H次于細(xì)菌[6]。與細(xì)菌相比,目前對(duì)煙草真菌種群和結(jié)構(gòu)的研究比較少,主要是采用純培養(yǎng)方法對(duì)一些烤煙煙草內(nèi)生真菌進(jìn)行了分離鑒定[8-11]。煙草真菌具有有利和有害兩個(gè)方面的作用,如防治煙草病蟲(chóng)害[8]、降低煙堿含量[12-14]、改善煙葉品質(zhì)[15-17]、引起煙草病害[18]和煙葉腐爛變質(zhì)等[19-21]。
曬黃煙是我國(guó)特有的一種煙葉類型,幾百年的栽培和種植使之形成了獨(dú)特的煙葉品質(zhì),是我國(guó)發(fā)展具有獨(dú)特香氣風(fēng)格和口味特征的中式卷煙的優(yōu)質(zhì)原料。本文采用純培養(yǎng)分離和ITS序列系統(tǒng)發(fā)育分析方法,研究曬黃煙煙葉晾曬調(diào)制期真菌群落結(jié)構(gòu)的組成和動(dòng)態(tài)變化,為人工調(diào)控并改進(jìn)曬黃煙煙葉調(diào)制方式,提升煙葉品質(zhì)提供理論指導(dǎo)。
供試樣品取自曬黃煙云曬1號(hào)調(diào)制過(guò)程中的煙葉,該品種種植于云南盈江弄璋曬黃煙基地。
1.2.1 煙葉調(diào)制和取樣 云曬1號(hào)煙葉的調(diào)制和取樣方法參照倪紅梅等[7]的方法,2013年3月至4月期間,依次收集下、中和上3個(gè)部位的新鮮煙葉(調(diào)制第1天)、調(diào)制中期煙葉(調(diào)制第7天)和調(diào)制結(jié)束煙葉(調(diào)制第13天)。
1.2.2 真菌的分離和純化 煙葉菌懸液的制備參照雷麗萍等[22]方法,略有改進(jìn)。分別稱取5 g煙葉,剪碎后放入含95 mL無(wú)菌磷酸緩沖液(pH 7.0~7.2)的無(wú)菌料理杯內(nèi),攪碎處理1 min。倒入無(wú)菌三角瓶?jī)?nèi),置于搖床室溫140 r/m振蕩30 min,再置于超聲波清洗機(jī)中超聲5 min。收集濾液,梯度稀釋后采用馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基(PDA)和沙氏葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基(SDA)于28℃培養(yǎng)分離真菌。通過(guò)菌落的培養(yǎng)特征,包括菌落形狀、菌落顏色、菌落表面狀態(tài)、隆起狀態(tài)、邊緣情況和孢子顏色等,以及菌絲、孢子和產(chǎn)孢結(jié)構(gòu)的形態(tài)特征進(jìn)行初步歸類,將菌株歸類到各自的形態(tài)型,進(jìn)行后續(xù)的分析。
1.2.3 菌株DNA提取及ITS序列分析 從每個(gè)形態(tài)型真菌中選1株作為代表,采用CTAB(十六烷基三甲基溴化銨)法提取菌株的總DNA。選取真菌ITS基因擴(kuò)增和測(cè)序,引物序列:ITS1:5'-TCCGTAGGTGAACCTGCGG-3', ITS4 :5'-TC CTCCGCTTATTGATATGC-3'[23]。將獲得的ITS序列進(jìn)行校正后,使用NCBI GenBank(https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi)進(jìn)行同源性搜索。利用ClustalX軟件對(duì)獲得的ITS序列與近緣種的ITS序列進(jìn)行多重序列比對(duì),然后通過(guò)MEGA 6.0軟件,以Kimura2-parameter模型計(jì)算進(jìn)化距離,基于Neighbor-Joining法構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)[24]。
1.2.4 物種多樣性分析 調(diào)制期曬黃煙煙葉中純培養(yǎng)真菌的多樣性評(píng)估,采用Shannon多樣性指數(shù)(H’),Simpson多樣性指數(shù)(D)和Shannon均勻度指數(shù)(EH),計(jì)算公式如下:
其中,Ni為樣品中第i個(gè)分類單元的菌株數(shù)目,N為所有菌株數(shù)總和。
采用PDA培養(yǎng)基和SDA培養(yǎng)基雙平板法,從云曬1號(hào)調(diào)制期煙葉中分離真菌,兩種培養(yǎng)基上的菌落數(shù)都比較多,菌落多樣性比較豐富,兩種培養(yǎng)基對(duì)煙葉真菌的分離效果沒(méi)有明顯差異。根據(jù)菌落形態(tài)特征挑取單菌落,共分離獲得126株真菌,其中,57株分離自PDA培養(yǎng)基,69株分離自SDA培養(yǎng)基。自下部煙葉分離得到50株,中部煙葉得到35株,上部煙葉得到41株;調(diào)制中期分離到32株,少于調(diào)制前期的51株和調(diào)制結(jié)束的43株(表1)。
表1 各調(diào)制期煙葉樣本真菌菌株分離數(shù)量Table 1 The fungal isolate amount of curing leaves
根據(jù)菌株在PDA和SDA培養(yǎng)基上的培養(yǎng)特征將獲得的126株真菌初步歸類,選擇代表性菌株進(jìn)行ITS基因序列測(cè)序。將測(cè)定的73株真菌序列分別在GenBank數(shù)據(jù)庫(kù)中Blast同源性搜索,獲得近緣種的序列,同源性搜索結(jié)果顯示有38株不同的代表性菌株(表2)。從表2看出,Shannon多樣性指數(shù)(H')、Simpson多樣性指數(shù)(D)和Shannon均勻度指數(shù)(EH)分別為3.42、0.96和0.71,表明云曬1號(hào)調(diào)制期煙葉樣本中純培養(yǎng)真菌的類群多樣性比較豐富。
38株代表性真菌菌株中,有35株分別與相關(guān)已知真菌菌株的ITS基因序列相似性為100%,另有3株相似性為99%。有11株菌株(YT200045、YT200034、YT200023、YT200123、YT200049、YT200021、YT200092、YT200053、YT200084、YT200003、YT200121)和屬級(jí)分類水平上未知物種的ITS基因序列相似性是100%,有3株菌株YT200010、YT200101和YT200124與屬級(jí)分類水平上未知物種的ITS基因序列相似性為99%(表2),推測(cè)該14株菌可能是分類地位未確定的物種。
表2 曬黃煙調(diào)制期煙葉樣本中純培養(yǎng)真菌的分離和近緣種分析Table 2 The fungal isolation and analysis of yellow sun-cured tobacco curing leaves with closest species
由表3看出,在126株真菌中,絕大多數(shù)菌株(118株)屬于子囊菌門(Ascomycota),占總數(shù)的93.65%。子囊菌門的菌株在綱、目、科和屬等分類水平上的多樣性較為豐富,包括4綱、9目、13科、16屬。僅有8株菌株屬于接合菌門(Zygomycota),占6.35%,僅1個(gè)屬。在綱分類水平上,座囊菌綱(Dothideomycetes),有53株,占42.06%;糞殼菌綱(Sordariomycetes),有51株,占40.48%;散囊菌綱(Eurotiomycetes),有12株,占9.52%;盤菌綱(Pezizomycetes),有2株,占1.59%;接合菌綱(Zygomycetes),有8株,占6.35%。在目分類水平上,格孢腔菌目(Pleosporales)為優(yōu)勢(shì)目,有51株,占40.48%;其次是肉座菌目(Hypocreales)、炭角菌目(Xylariales)和散囊菌目(Eurotiales),分別有22、17和12株;屬于假毛球殼目(Trichosphaeriales)、盤菌目(Pezizales)、糞殼菌目(Sordariales)、小叢殼目(Glomerellales)和縱裂菌目(Hysteriales)等目的菌株相對(duì)較少。在科分類水平上,亞隔孢殼科(Didymellaceae),有39株,占30.95%;梨孢假殼科(Apiosporaceae),有17株,占13.49%;叢赤殼科(Nectriaceae),有15株,占11.90%;曲霉科(Aspergillaceae)和格孢腔菌科(Pleosporaceae),各有10株,分別占7.94%;假毛殼球科(Trichosphaeriaceae),有9株,占7.14%;肉座菌科(Hypocreaceae),有7株,占5.56%;發(fā)菌科(Trichocomaceae)、火絲菌科(Pyronemataceae)、小不整球殼科(Plectosphaerellaceae)、縱裂菌科(Hysteriaceae)和莢孢腔菌科(Sporormiaceae)各有2株,分別占1.59%;毛殼菌科(Chaetomiaceae),有1株,占0.79%。
在屬的分類水平上,126株真菌的分布如圖1,附球菌屬(Epicoccum)、節(jié)菱孢屬(Arthrinium)和鐮孢菌屬(Fusarium)分離菌株數(shù)量相對(duì)較多,是曬黃煙煙葉真菌的優(yōu)勢(shì)類群,分別有29株、17株、15株,占分離菌株總數(shù)分別為23.02%、13.49%和11.90%;其次是鏈格孢屬(Alternaria)和黑孢菌屬(Nigrospora),分別有10株和9株;毛霉屬(Mucor)和莖點(diǎn)霉屬(Phoma),各有 8株;木霉屬(Trichoderma)和青霉屬(Penicillium),各有7株;曲霉屬(Aspergillus),有 3株;踝節(jié)菌屬(Talaromyces)、小不整球殼屬(Plectosphaerella)、無(wú)墊船殼菌屬(Psiloglonium)、亞隔孢殼屬(Didymella)、分孢梗殼菌屬(Pycnidiophora)和火絲菌屬(Pyronema),各有2株;毛殼屬(Chaetomium),有1株。
表3 曬黃煙煙葉中純培養(yǎng)真菌的菌群結(jié)構(gòu)Table 3 Composition of cultured fungi isolated from yellow sun-cured tobacco leaves
圖1 126株真菌分離菌株在屬級(jí)分類水平的分布Fig.1 The distribution of 126 fungal strains from yellow sun-cured curing tobacco leaves in genus
利用ClustalX 1.8軟件進(jìn)行菌株ITS序列的多重比對(duì)后,用Mega 6.0構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(shù),進(jìn)行1000次Bootstrap統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)(圖2)。系統(tǒng)發(fā)育分析結(jié)果顯示,曬黃煙調(diào)制期煙葉純培養(yǎng)真菌聚類為2個(gè)大分支:A分支和B分支。A分支為子囊菌門,包括Ⅰ亞分支、Ⅱ亞分支、Ⅲ亞分支和Ⅳ亞分支,依次為糞殼菌綱、散囊菌綱、盤菌綱和座囊菌綱。B分支為接合菌門,由Ⅴ亞分支接合菌綱組成。
本文選用PDA和SDA兩種培養(yǎng)基對(duì)調(diào)制期云南曬黃煙煙葉的純培養(yǎng)真菌進(jìn)行了分離,共獲得126株菌株。根據(jù)菌株的形態(tài)特征和ITS序列系統(tǒng)發(fā)育分析,126株真菌分布在2門、5綱、10目、14科和17屬,這17個(gè)屬分別為附球菌屬、節(jié)菱孢屬、鐮孢菌屬、鏈格孢屬、黑孢菌屬、毛霉屬、木霉屬、青霉屬、莖點(diǎn)霉屬、曲霉屬、踝節(jié)菌屬、小不整球殼屬、無(wú)墊船殼菌屬、亞隔孢殼屬、分孢梗殼菌屬、火絲菌屬和毛殼屬,有14株菌可能是未確定分類地位的物種。
曬黃煙在調(diào)制期煙葉的優(yōu)勢(shì)真菌類群為附球菌屬、節(jié)菱孢屬和鐮孢菌屬,分別占分離菌株總數(shù)的23.02%、13.49%和11.90%。附球菌屬菌株在衰老或剛死亡的植株表面能迅速產(chǎn)生分生孢子和抗真菌化合物[25],因此可以作為一種生防菌應(yīng)用于植物病害的生物防治中,例如可以降低核盤菌對(duì)萵苣的侵染[26],抑制小麥禾旋孢腔菌的生長(zhǎng)[27],抑制桃樹(shù)的桃褐腐病的發(fā)生[28],拮抗樟子松枯梢病病原菌的生長(zhǎng)[29]等。而鐮孢菌屬菌株可引起多種煙草病害,如煙草枯萎病和鐮刀菌根腐病[30]。對(duì)烤煙的內(nèi)生真菌的研究表明,鏈格孢屬和鐮孢菌屬是主要的真菌類群[8-11]。鏈格孢屬是分布廣泛的重要的半知菌類真菌,能夠引起多種植物病害及腐霉病,造成全球性的巨大經(jīng)濟(jì)損失[31]。
在煙草中,鏈格孢屬菌株也是引起煙草病害的一類重要的致病微生物[32]。本文從曬黃煙煙葉中共分離到10株鏈格孢屬菌株,占分離菌株總數(shù)的7.94%。另一方面,在煙葉的加工和存儲(chǔ)過(guò)程中,某些霉菌的生長(zhǎng)和繁殖,會(huì)造成煙葉的大量霉變,而曲霉、青霉和毛霉屬真菌是引起我國(guó)煙葉霉變的主要菌類[33]。從曬黃煙調(diào)制期煙葉中共分離到3株曲霉、7株青霉和8株毛霉屬菌株,在調(diào)制后的煙葉醇化或存儲(chǔ)中,如遇煙葉受潮以及適宜的環(huán)境溫度和濕度,這些霉菌有可能引起煙葉的霉變。
圖2 基于ITS序列構(gòu)建純培養(yǎng)真菌的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)(鄰接法)Fig.2 Phylogenetic tree of cultured fungi of yellow sun-cured tobacco curing leaves basing on ITS sequences(neighbor-joining method)
多種真菌制劑已經(jīng)應(yīng)用到煙草植株病害防治和煙葉的加工過(guò)程。例如任加慶等[34]用8種真菌菌劑處理田間煙草植株葉片發(fā)現(xiàn),其中一種曲霉菌劑ESF-6在煙草病毒病發(fā)病高峰期的防效為83.8%。高文霞等[17]從煙葉中分離到一株木霉屬菌株YZ2和曲霉屬菌株SZ14,兩株真菌的菌液處理煙絲后,煙葉香氣前體物質(zhì)含量增加,感官評(píng)吸得分顯著提高。周瑾等[15]從煙葉上分離到一株假絲酵母屬(Candida)菌株Yu-1,將真菌懸液應(yīng)用到低次烤煙碎片上,經(jīng)發(fā)酵后,能顯著降低烤煙碎片的刺激性,改善吸味。煙葉真菌在整個(gè)曬黃煙的調(diào)制過(guò)程中都有分布,多樣性指數(shù)分析顯示,曬黃煙調(diào)制期的純培養(yǎng)真菌的多樣性比較豐富,在這些真菌類群中蘊(yùn)含著豐富的微生物資源,從這些真菌中可以篩選出有益的真菌類群,用以防治煙草病蟲(chóng)害、提高煙草產(chǎn)量以及改善煙葉品質(zhì)等。
本研究采用PDA和SDA培養(yǎng)基從調(diào)制期曬黃煙煙葉中共分離獲得126株真菌,下部和上部煙葉分離的菌株數(shù)多于中部煙葉,調(diào)制中期分離的菌株數(shù)少于調(diào)制前期和調(diào)制后期。這些菌株分布在2門、5綱、10目、14科、17屬,其中14株菌可能是未確定分類地位的物種。多樣性指數(shù)分析顯示,曬黃煙煙葉調(diào)制期的純培養(yǎng)真菌類群多樣性比較豐富。所分離的真菌中,93.65%的菌株屬于子囊菌門。優(yōu)勢(shì)屬為附球菌屬、節(jié)菱孢屬和鐮孢菌屬,分別占23.02%、13.49%和11.90%。
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