多肉植物青星美人的黑腐病病原鑒定及生物學特性

王芳，王曉立，韓浩章，張穎，張麗華

多肉植物青星美人的黑腐病病原鑒定及生物學特性

王芳，王曉立，韓浩章，張穎，張麗華

(宿遷學院建筑工程學院，江蘇 宿遷 223800)

采用組織分離法分離江蘇省宿遷市多肉植物青星美人的黑腐病病原菌，通過形態(tài)學觀察、rDNA–ITS序列分析和致病性測定，確定病原菌的分類學地位，并測定溫度、pH、光照、碳源和氮源對病原菌菌絲生長和產(chǎn)孢量的影響。結(jié)果表明：引起宿遷地區(qū)青星美人黑腐病的致病病原菌為暹羅炭疽菌()，該病原菌最適菌絲生長和產(chǎn)孢量的溫度為30 ℃，5 ℃時菌絲生長極其緩慢并停止產(chǎn)孢，40 ℃時菌絲死亡并停止產(chǎn)孢；菌絲生長的最適pH 5.0，產(chǎn)孢的最適pH 7.0；病原菌能利用多種碳源和氮源，麥芽糖為菌絲生長和產(chǎn)孢的最佳碳源，蛋白胨為產(chǎn)孢最佳氮源，酵母浸膏為菌絲生長最佳氮源，硫酸銨對菌絲生長和產(chǎn)孢有抑制作用；光暗交替適合菌絲生長，連續(xù)黑暗適合產(chǎn)孢。

青星美人；黑腐病；暹羅炭疽菌；生物學特性

多肉植物青星美人(‘Dr Cornelius’)是景天科(Crassulaceae)厚葉草屬()和擬石蓮花屬()的屬間雜交種，原產(chǎn)于墨西哥[1]，是江蘇宿遷種植的主要多肉植物品種。近年來，青星美人黑腐病發(fā)生較為嚴重，已成為宿遷多肉植物產(chǎn)區(qū)的主要病害，嚴重影響青星美人的品質(zhì)和種植規(guī)模。青星美人植株的根、莖、葉、花等部位均可能染病，葉片受害后先褪色、變軟、水化、枯萎，然后整張葉片迅速發(fā)黑腐爛，最后造成植物整株死亡；因此，明確青星美人黑腐病原菌種類及其生物學特性，對青星美人黑腐病的防控具有重要意義。目前，有關(guān)多肉植物黑腐病病原結(jié)論不一：王貝貝[2]曾從山東青州地區(qū)景天科多肉植物雪蓮上分離出黑腐病的病原菌為；劉浩等[3]研究認為，多肉植物彩虹黑腐病病原菌為；姚錦愛等[4]認為福建漳州景天科多肉植物翡翠景天黑腐病病原菌為山扁豆生棒孢()?？梢姡煌嗳庵参锏暮诟∈怯刹煌≡秩驹斐傻?。筆者從江蘇省宿遷市耿車鎮(zhèn)多肉植物種植基地采集青星美人的黑腐病典型病株，分離、純化病原菌，采用形態(tài)學觀察、rDNA–ITS基因序列分析和致病性測定相結(jié)合的方法進行病原鑒定，并對病原菌進行生物學特性研究，以期為多肉植物青星美人黑腐病的防控提供科學依據(jù)。

1　材料與方法

1.1　材料

于2019年8月采集宿遷市耿車鎮(zhèn)多肉植物種植基地的青星美人黑腐病典型癥狀的病害標本，保存于宿遷學院園林專業(yè)植物病理實驗室。

1.2　方法

1.2.1青星美人黑腐病病原菌的分離及鑒定

參照文獻[5]的方法，采用室內(nèi)組織分離法獲得青星美人黑腐病病原菌株，并于26 ℃ 保存在 PDA 斜面培養(yǎng)基，備用。

將病原菌接種到PDA平板上，培養(yǎng)5 d，觀察菌落形態(tài)、顏色及菌絲生長狀況；培養(yǎng) 10 d后，在光學顯微鏡下觀察分生孢子和菌絲附著胞的形態(tài)特征。

應用真菌基因組 DNA 提取試劑盒(南京擎科生物科技有限公司產(chǎn)品，型號D2300–50T)提取病原菌株的基因組 DNA。用 rDNA–ITS 基因通用引物ITS1/ITS4(ITS1，5–TCCGTAGGTGAACCTGCGG– 3；ITS4，5–TCCTCCGCTTATTGATATGC–3)PCR擴增。反應條件：95 ℃預變性 5 min；95 ℃變性15 s，50 ℃退火 20 s，72 ℃延伸40 s，40個循環(huán)，最后72 ℃延伸 5 min。按Axygen DNA凝膠回收試劑盒(目錄號AP–GX–50)說明書操作回收PCR擴增產(chǎn)物，送至南京金斯瑞生物科技有限公司測序。對所獲得的基因序列，在NCBI網(wǎng)站進行BLAST同源性比對。通過比對選取相似度高的20條基因序列，利用 MEGA 6.0 軟件進行系統(tǒng)發(fā)育樹的構(gòu)建。

1.2.2病原菌致病性的測定

挑選培育期約1年、株高12～15 cm的健康盆栽青星美人植株用于致病性測定。選取青星美人植株中部健葉，用無菌水反復沖洗，用75%的乙醇消毒3 s，用0.1%的HgCl2溶液消毒 3 min，再用無菌水沖洗 3～4次，最后用滅菌的吸水紙吸干表面的水分。用無菌針頭輕輕刺傷消毒處理過的青星美人葉片上表皮，在傷口處敷上3 mm×3 mm 待測菌株的菌絲塊，以無菌 PDA 瓊脂塊接種作對照。將接種的青星美人葉片置于26 ℃的植物氣候箱內(nèi)，12 h光照加12 h黑暗處理，觀察發(fā)病情況。將發(fā)生黑腐病典型癥狀的青星美人葉片病組織再次分離，并進行形態(tài)學觀察和分子鑒定。

1.2.3病原菌生物學特性的測定

選用PDA平板，pH為7.0，設(shè)置5、10、15、20、25、30、35、40 ℃ 共8個溫度梯度，3次重復。用滅菌打孔器取直徑為5 mm的菌盤，移至平板正中央，置于全黑暗條件下培養(yǎng)5 d，每個菌落測定3個方向直徑，取平均值，計算菌絲生長速率，培養(yǎng)10 d后每皿加入10 mL無菌水洗脫孢子，用血球計數(shù)板法[6]測定產(chǎn)孢量。

用1 mol/L的HCl和1 mol/L的NaOH將PDA培養(yǎng)基分別調(diào)節(jié)成pH為3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0、11.0，共9個處理，3次重復，在26 ℃下測定菌絲生長速率和產(chǎn)孢量。

選用PDA培養(yǎng)基，pH為7.0，設(shè)置24 h連續(xù)黑暗、24 h連續(xù)光照和光暗交替(12 h光照加12 h黑暗)3個處理，3次重復，在26 ℃下測定菌絲生長速率和產(chǎn)孢量。

參照胡永亮等[7]的方法，采用真菌生理培養(yǎng)基(MgSO4·7H2O 0. 5 g，KH2PO40. 5 g，瓊脂20 g，碳源5 g，氮源1 g，蒸餾水1000 mL)，分別以木糖醇、蔗糖、可溶性淀粉、D–果糖、葡萄糖和麥芽糖為碳源，以不加碳源培養(yǎng)基為對照；分別以尿素、酵母浸膏、硫酸銨、蛋白胨、甘氨酸和脯氨酸為氮源，以不加氮源培養(yǎng)基為對照，在26 ℃下測定菌絲生長速率和產(chǎn)孢量。

2　結(jié)果與分析

2.1　青星美人黑腐病病原菌的鑒定結(jié)果

青星美人黑腐病病原菌為害植株根部、莖稈和葉片，莖稈和葉片發(fā)病較重。葉片多從基部開始發(fā)病，病葉退綠、軟化并逐漸化水，發(fā)病部位開始出現(xiàn)黑斑，病斑逐漸擴大至全葉，發(fā)病后期葉片上出現(xiàn)黑褐色小點(病征)，腐爛脫落(圖1)。

圖1　青星美人黑腐病的發(fā)病癥狀

分離純化后菌株的培養(yǎng)性狀如圖2所示。菌落正面(圖2–1)產(chǎn)生淺灰白色氣生菌絲，菌絲發(fā)達且較為致密；菌落背面(圖2–2)為淺灰白色，菌落正中央略帶淡黃色；菌絲附著胞(圖2–3)為棕褐色，近圓形或橢圓型，邊緣完整、平滑或不規(guī)則；分生孢子(圖2–4)近圓柱狀，一端鈍圓，另一端鈍圓或稍尖細。根據(jù)病原菌的形態(tài)學特征，結(jié)合楊友聯(lián)等[8]、李楊[9]、王杰等[10]、徐丹丹等[11]和SOARES等[12]的描述，初步判定該菌株可能屬于膠孢炭疽復合種(species complex)或暹羅炭疽復合種(species complex)。

以分離得到的病原菌株DNA為模板，基于通用引物IST1和IST4進行PCR擴增，得到的 ITS 基因泳帶大小在500 bp以上。測序結(jié)果表明，該PCR產(chǎn)物擴增的目的基因片段序列全長為543 bp。在NCBI/BLAST上對該菌株(J257–01)的基因序列進行同源性比對，發(fā)現(xiàn)其與暹羅炭疽菌模式菌株序列(Gene accession No. KM268865.1，KC702973.1， MH939973.1，KX786431.1，MH939974.1，MH939977.1，MT229430.1)相似度達 100%；與sp模式菌株序列(Gene accession No. MG490812.1，MG490789.1， MG490768.1，MG490759.1)相似度為99%；與模式菌株序列(Gene accession No. MK330040.1)相似度為99%。從 NCBI/ GenBank 中選取近源菌株 rDNA–ITS基因序列，以菌株(Gene accession No. MH865006.1)作為外群序列構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹，結(jié)果(圖3)表明，選取的近源DNA序列分屬于4個不同的進化分支，與親緣關(guān)系比較近，在進化上屬于同一分支，引起青星美人黑腐病的菌株P(guān)CR擴增產(chǎn)物與屬于同一分支，可以確定引起青星美人黑腐病的菌株為暹羅炭疽菌()。

2.2　青星美人黑腐病病原菌的致病性

將純化后菌株的菌絲接種于健康的青星美人葉片，定期觀測發(fā)病情況：圖4–1為對照，可見葉片仍保持綠色，葉片不發(fā)病，僅在接種傷口處出現(xiàn)黑褐色的氧化斑點，隨著時間的增加，氧化斑點沒有增大。圖4–2和圖4–3為接菌葉片，接菌2 d后，葉片泛黃，出現(xiàn)水化現(xiàn)象，接菌口處開始出現(xiàn)黑斑，病斑直徑3.0～3.5 mm；接菌5 d后，葉片變得透明，全化水，黑斑覆蓋整張葉片，葉片上出現(xiàn)黑褐色小點(病征)。將接種發(fā)病的青星美人葉片再次進行分離鑒定，獲得的菌株與原接種菌株一致，可判定青星美人黑腐病的致病菌為暹羅炭疽菌()。

1　對照葉片；2　接菌2 d葉片；3　接菌5 d葉片。

2.3　青星美人黑腐病菌的生物學特性

2.3.1溫度、pH和光照方式對菌絲生長和產(chǎn)孢數(shù)量的影響

由表1可知，不同溫度對青星美人黑腐病菌的菌絲生長和產(chǎn)孢量有影響，5～35 ℃時，菌絲均能生長，25 ℃和30 ℃時菌絲生長速率較大，分別比10 ℃時的菌絲生長速率提高了449.06%和435.85%，顯著高于其他溫度下的菌絲生長速率；10～35 ℃時，病菌均能產(chǎn)孢，最適產(chǎn)孢溫度為30 ℃，其產(chǎn)孢量比10 ℃時的產(chǎn)孢量增加了2278.70%，顯著大于其他溫度下的產(chǎn)孢量。5 ℃時，菌絲生長極其緩慢，比10 ℃時的菌絲生長速率減少了84.91%，停止產(chǎn)孢；40 ℃時，菌絲死亡，停止產(chǎn)孢。

菌絲在pH3～11的培養(yǎng)基上均能較好生長，pH值為11時，菌絲生長速率最小，pH值為5時菌絲生長速率最大，比pH為11時的菌絲生長速率提高了31.42%，與pH值為6時的菌絲生長速率無顯著差異，但顯著高于其他pH下的菌絲生長速率。pH值為11時產(chǎn)孢量最小，pH值為7時產(chǎn)孢量最高，比pH11時的產(chǎn)孢量增加了175.22%，顯著高于其他pH下的產(chǎn)孢量。

連續(xù)光照方式下菌絲的生長速率和產(chǎn)孢量最低，光暗交替方式下菌絲生長速率最大，比連續(xù)光照方式下的菌絲生長速率增加了9.75%，但與連續(xù)黑暗下的菌絲生長速率無顯著差異；3種光照條件下的產(chǎn)孢量存在顯著差異，連續(xù)黑暗最適合產(chǎn)孢，產(chǎn)孢量比連續(xù)光照方式下的產(chǎn)孢量提高了42.98%。

表1　不同溫度、pH和光照方式下青星美人黑腐病菌菌絲的生長速率和產(chǎn)孢量

同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異顯著(<0.05)。

2.3.2碳源和氮源對菌絲生長和產(chǎn)孢量的影響

由表2可知，不同碳源培養(yǎng)基上的菌絲生長速率均顯著大于對照，以麥芽糖和蔗糖為碳源的菌絲生長速率較大，分別比對照增加了40.70%和38.67%，顯著大于木糖醇和葡萄糖，與可溶性淀粉和D–果糖之間無顯著差異；不同碳源培養(yǎng)基上的產(chǎn)孢量均顯著大于對照，麥芽糖為最適產(chǎn)孢碳源，產(chǎn)孢量比對照增加了71.36%，顯著高于其他碳源。

以硫酸銨為氮源的菌絲生長速率和產(chǎn)孢量顯著小于對照，分別比對照減少了17.29%和19.94%；酵母浸膏為菌絲生長最適氮源，其菌絲生長速率比對照增加了32.82%，與蛋白胨之間無顯著差異，但顯著大于其他氮源；蛋白胨為最適產(chǎn)孢氮源，其產(chǎn)孢量比對照增加了60.31%，顯著高于其他氮源的。

表2　不同碳源和氮源培養(yǎng)的青星美人黑腐病菌菌絲的生長速率和產(chǎn)孢量

同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異顯著(<0.05)。

3　結(jié)論和討論

本研究結(jié)果表明，江蘇省宿遷市耿車鎮(zhèn)多肉植物種植基地青星美人黑腐病致病菌為暹羅炭疽菌()。該病害主要發(fā)病期為5—9月，病原菌對酸堿環(huán)境的適應性都較強，連續(xù)光照可有效抑制病害發(fā)生，硫酸銨對菌絲生長和產(chǎn)孢有抑制作用。

暹羅炭疽菌是膠孢炭疽菌()復合種之一，最早于2009年在泰國咖啡上被發(fā)現(xiàn)，可引發(fā)咖啡炭疽病[13]，隨后大量由暹羅炭疽菌侵染植物引發(fā)病害的相關(guān)報道，如楊友聯(lián)等[8]認為，暹羅炭疽菌可以引起水果采摘后的炭疽?。焕钆胬萚14]認為，暹羅炭疽菌可引起鵝掌柴炭疽??；李河等[15]認為，暹羅炭疽菌可引起油茶苗圃炭疽??；韓曉勇等[16]報道，暹羅炭疽菌可引起紫山藥炭疽病，另有國外學者報道暹羅炭疽菌可引起刺桐、山藥和辣椒等植物的炭疽病[17–19]。從這些報道可知暹羅炭疽菌侵染植物引起的病害為炭疽病，但筆者發(fā)現(xiàn)暹羅炭疽菌侵染多肉植物青星美人可引發(fā)黑腐病。劉麗萍等[20]認為，炭疽菌屬病原菌在致病過程中形成附著胞的同時，會合成一種次生代謝物質(zhì)——黑色素。

黑色素除了影響病菌的致病力外，還會使植物葉片黑化[21–22]。羅敦文[23]發(fā)現(xiàn)，暹羅炭疽菌能夠引起疲蘿蜜‘瓊引號’幼果蒂腐爛病。劉麗萍等[20]認為，炭疽菌屬病原真菌屬于半活體營養(yǎng)寄生物，而在侵入寄主植物前期，并不立即殺死植物，營活體營養(yǎng)寄生；在入侵后期，隨著侵染菌絲的蔓延，殺死植物，營死體營養(yǎng)寄生。由此可知，暹羅炭疽菌在侵染植物后會導致植物發(fā)黑、腐爛、死亡，所以暹羅炭疽菌在侵染青星美人初期葉片黃化，隨著病菌在植株體內(nèi)大量繁殖后導致葉片開始出現(xiàn)發(fā)黑、腐爛、死亡等癥狀。姚錦愛等[4]研究表明，常引起植物葉片褐斑病的山扁豆生棒孢菌也可引發(fā)多肉植物的黑腐病，該結(jié)果與本研究結(jié)果都屬于病原菌侵染多肉植物引起非典型性癥狀病害案例，這可能與多肉植物葉片肥厚、肉質(zhì)多汁且含水量大等特點有關(guān)。暹羅炭疽菌侵染青星美人引發(fā)黑腐病的致病機理還需要進一步研究。

本研究結(jié)果顯示，10～35 ℃時，青星美人黑腐病病原菌暹羅炭疽菌菌絲生長和產(chǎn)孢均正常，5 ℃時菌絲生長極其緩慢，停止產(chǎn)孢，40 ℃時菌絲死亡，停止產(chǎn)孢。最適菌絲生長和產(chǎn)孢的溫度為30 ℃，這與苗曦予[24]的研究結(jié)果一致，說明青星美人黑腐病最適的發(fā)病氣溫為25～30 ℃，江蘇省宿遷5—9月的氣溫恰好與青星美人黑腐病發(fā)生適宜氣溫耦合。青星美人黑腐病病原菌暹羅炭疽菌對pH的適應范圍較廣，pH值3～11時，菌絲生長良好，pH值5時，菌絲生長速率最大；pH值5～9時，產(chǎn)孢量較大，pH值7時，產(chǎn)孢量最大，該結(jié)果與李楊[9]從海南省油茶及其林下植物上分離出的暹羅炭疽菌在pH值4～11菌絲生長良好的結(jié)果相似，可見青星美人黑腐病菌對酸堿環(huán)境的適應性較強。適合青星美人黑腐病病原菌暹羅炭疽菌菌絲生長和產(chǎn)孢的最佳碳源為麥芽糖，最佳氮源為蛋白胨，硫酸銨對菌絲生長和產(chǎn)孢有抑制作用，光暗交替適合菌絲生長，連續(xù)黑暗更適合病原菌產(chǎn)孢，但苗曦予[24]研究認為，蘭嶼肉桂炭疽病病原菌暹羅炭疽菌最適菌絲生長和產(chǎn)孢氮源為蛋白胨，最適菌絲生長碳源為α–乳糖，最佳產(chǎn)孢碳源為葡萄糖，連續(xù)黑暗適合菌絲生長，光暗交替適合產(chǎn)孢，這可能是因為不同寄主植株、不同地理來源、同種菌株的生態(tài)適應性不同[25]的緣故。

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Identification and biological characteristics of black rot pathogen on succulent plant‘Dr Cornelius’

WANG Fang，WANG Xiaoli，HAN Haozhang，ZHANG Ying，ZHANG Lihua

(School of Architecture and Engineering, Suqian University, Suqian, Jiangsu 223800, China)

The black rot pathogen of‘Dr Cornelius’ in Suqian City, Jiangsu Province, was isolated by tissue isolation and its taxonomic status was identified based on morphological characters, 16S rDNA-ITS sequence analysis and pathogenicity tests. In additional, the effects of temperature, light, pH, carbon sources and nitrogen sources on mycelial growth and conidial production of the pathogen were determined. The results showed that the black rot pathogen on‘Dr Cornelius’was identified as. The optimum temperature for both mycelia growth and sporulation was 30 ℃, the hyphae grew extremely slowly and stopped sporulation at 5 ℃, the hyphae died and stopped sporulation at 40 ℃; the optimal pH for mycelia growth and sporulation was 5.0 and 7.0, respectively; the pathogen could use a variety of carbon and nitrogen sources, maltose was the best carbon source for mycelial growth and sporulation, peptone was the best nitrogen sources for sporulation, yeast extract was the best nitrogen sources for mycelial growth, but ammonium sulfate inhibited mycelium growth and sporulation. In addition, alternation of light and dark was suitable for mycelial growth and continuous darkness was suitable for sporulation.

‘Dr Cornelius’; black rot;; biological characteristics

S432.1

A

1007–1032(2021)05–0540–07

王芳，王曉立，韓浩章，張穎，張麗華．多肉植物青星美人的黑腐病病原鑒定及生物學特性[J]．湖南農(nóng)業(yè)大學學報(自然科學版)，2021，47(5)：540–546．

WANG F，WANG X L，HAN H Z，ZHANG Y，ZHANG L H．Identification and biological characteristics of black rot pathogen on succulent plant‘Dr Cornelius’[J]．Journal of Hunan Agricultural University(Natural Sciences)，2021，47(5)：540–546．

http://xb.hunau.edu.cn

2021–03–09

2021–09–01

江蘇省科學技術(shù)廳項目(BK20201481)；宿遷市科學技術(shù)局項目(Z2019100、S202003、M202001)

王芳(1982—)，女，江蘇宿遷人，碩士，講師，主要從事園林植物有害生物綜合治理研究，835729199@qq.com

責任編輯：羅慧敏

英文編輯：羅維