馮永新,譚宏祥,關(guān) 輝,靳彥峰,徐 偉,王 杰
(1河北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司原料部,石家莊 530012;2中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所,山東青島 266101)
煙草漂浮育苗技術(shù)已在國內(nèi)煙葉生產(chǎn)過程中廣泛應(yīng)用。煙草花葉病毒(TMV)引起的病毒病已成為育苗期的主要病害,易通過剪葉等農(nóng)事操作迅速傳播,造成大量移栽苗的隱癥帶毒,以及移栽后大田花葉病的大面積發(fā)生[1]。研究表明,病殘?bào)w、育苗盤、基質(zhì)及剪葉工具等是TMV傳播的重要初侵染源[2]。目前漂浮育苗過程中消毒措施主要是利用消毒劑對(duì)多孔育苗盤、育苗池和剪葉工具進(jìn)行清洗和消毒。生產(chǎn)上常用消毒藥劑很多,主要有含氯化合物、氧化劑和銅制劑等,但消毒方法和消毒效果報(bào)道不一,且易造成煙苗藥害、環(huán)境污染以及工作人員呼吸不適和皮膚灼傷等問題[3-5]。近期研究表明,生物制劑可用于育苗棚、剪葉機(jī)械、基質(zhì)及育苗盤中煙苗殘留干葉及干根中的TMV鈍化,但生物制劑受有機(jī)質(zhì)的影響較大[6-7]。篩選安全、高效的消毒劑對(duì)育苗期TMV的防控具有重要意義。
脫脂牛乳對(duì)番茄黃化花葉病毒和煙草花葉病毒均有鈍化作用,抑制其復(fù)制增殖,并降低病毒的侵染能力[8-9]。此外,脫脂牛乳具有誘導(dǎo)煙草寄主抗TMV的作用[10]。磷酸三鈉對(duì)TMV和其他病原菌具有較好的殺滅效果,常被用于洗手消毒液、種子處理劑和植物病毒污染工具的消毒劑中,且藥液穩(wěn)定,持效期長,消毒效果不受有機(jī)物的影響[11]。本研究系統(tǒng)評(píng)價(jià)脫脂牛乳和磷酸三鈉的復(fù)配制劑對(duì)基質(zhì)和剪葉工具中TMV的鈍化效果,同時(shí)探討復(fù)配制劑對(duì)TMV的鈍化機(jī)制。
抑毒靈可濕性粉劑,由脫脂牛奶和磷酸三鈉(skimmed milk and trisodium phosphate,SMTP)復(fù)配而成,有效成分為10%脫脂牛奶+3%磷酸三鈉+0.1%吐溫20,由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所提供。供試煙草品種為‘枯斑三生煙’和‘K326’,于中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所即墨試驗(yàn)基地大棚溫室(25~30℃)中光照16 h、黑暗8 h培養(yǎng)培育至7~8葉期,選取健康且生長一致的煙苗供試驗(yàn)用。
TMV毒源由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所植物保護(hù)中心病毒課題組提供。
供試病毒接種液制備方法:將新鮮TMV病葉按照1:80的比例用0.01 mol/L磷酸緩沖液(PBS,pH 7.2)研磨,雙層紗布過濾后獲得上清液,備用。對(duì)照消毒劑為10%的二氧化氯粉劑(兆冠,濰坊兆冠化工有限公司)。對(duì)照抗病毒劑為8%寧南霉素水劑(Ningnanmyein,德強(qiáng)生物股份有限公司)。
剪葉工具為普通剪刀。
采用秦元霞[12]的方法。用無菌水將抑毒靈稀釋成500、800、1000倍液,然后將不同濃度的抑毒靈與TMV接種液等量(V/V)混合均勻,室溫下分別靜置1、3 min后摩擦接種,接種前葉片表面均勻?yàn)⑦m量金剛砂。對(duì)照組接種PBS和TMV混合液,每片葉接種混合液300 μL,然后用醫(yī)用脫脂無菌棉簽輕輕擦涂葉片,使混合液均勻分布。接種后10 min噴灑無菌水進(jìn)行葉面清洗,每個(gè)處理3次重復(fù),每次試驗(yàn)重復(fù)3遍。接種3天左右后進(jìn)行枯斑數(shù)統(tǒng)計(jì),并計(jì)算抑制率。
1.3.1 抑毒靈對(duì)剪葉器具中TMV的鈍化作用 參考袁蓮蓮等[6]的方法。取TMV侵染的新鮮病葉5片,將反復(fù)剪切病葉多次的剪刀模擬感染TMV的剪葉器具,然后將污染剪刀在不同濃度的抑毒靈中分別浸泡3、5、10 min,無菌水沖洗2次后進(jìn)行剪葉,另設(shè)PBS緩沖液浸泡的污染剪刀和未污染剪刀為陽性對(duì)照和陰性對(duì)照。每個(gè)處理10株煙苗,每株剪3片煙葉,每個(gè)處理重復(fù)3次,剪葉后每個(gè)處理分開單獨(dú)培養(yǎng)。30天后統(tǒng)計(jì)發(fā)病率、病情指數(shù)。
1.3.2 抑毒靈對(duì)基質(zhì)中TMV的鈍化作用 參考曹毅[5]和袁蓮蓮[6]的方法。5 g新鮮TMV病葉加入100 mL 0.01 mol/L PBS(pH 7.2)緩沖液研磨成勻漿,4層紗布過濾。然后將稀釋500、800、1000倍的抑毒靈和稀釋800倍的二氧化氯分別按照1:5(mL:g)比例與TMV濾液混合后澆灌基質(zhì),室溫靜置15天,以此基質(zhì)種植4葉期‘K326’幼苗。以0.16μg/mL寧南霉素水劑按照1:5(mL:g)比例處理病毒汁液澆灌過的基質(zhì)為藥劑對(duì)照,PBS緩沖液處理為空白對(duì)照。30天后統(tǒng)計(jì)發(fā)病率、病情指數(shù),并再采集各處理的基質(zhì),依據(jù)McGrath等的方法進(jìn)行離心處理[13],后利用PowerSoilTMRNA Extraction Kit(MOBIO,USA)進(jìn)行總RNA提取,提取方法參照試劑和說明書進(jìn)行操作,每個(gè)樣品進(jìn)行3次重復(fù)提取。利用real-time RT-PCR測(cè)定其TMV相對(duì)含量。
TMV病毒粒體的提取參照Gooding[14]的方法。利用透射電鏡觀察脫脂牛奶和磷酸三鈉復(fù)配制劑抑毒靈(SMTP)對(duì)TMV病毒粒體外觀的影響,取100 μL濃度為10 μg/mL的TMV病毒,加入等體積不同濃度的SMTP稀釋液旋渦混勻;室溫靜置20 min。不加SMTP的病毒溶液作為空白對(duì)照。
1.5.1 抑毒靈誘導(dǎo)煙草防御相關(guān)酶活性測(cè)定 選用生長健壯且一致的‘K326’煙苗(8~9葉期)進(jìn)行以下試驗(yàn)處理。陽性對(duì)照組(PBS+TMV)為噴施PBS緩沖液+TMV混合液,處理組1(抑毒靈+TMV)為噴施抑毒靈500倍稀釋液+TMV混合液,處理組2(寧南霉素+TMV)為噴施寧南霉素800倍稀釋液+TMV混合液。各處理10株煙苗,每株煙苗噴施3 mL混合液,每處理重復(fù)3次。分別于試驗(yàn)處理后1、3、5、7、9天采集處理葉,液氮速凍后于-80℃保存。
總蛋白含量測(cè)定采用BCA(bicinchoninic acid)比色法,具體步驟根據(jù)總蛋白定量測(cè)定試劑盒(南京建成生物工程研究所)使用說明進(jìn)行操作。采用比色法測(cè)定多酚氧化酶(PPO)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)和過氧化物酶(POD)酶活。根據(jù)酶活測(cè)試盒(碧云天生物技術(shù)有限公司)使用說明測(cè)定不同時(shí)間點(diǎn)的酶活變化;PAL酶活性以每毫克蛋白每分鐘OD290值變化0.01為一個(gè)酶活力單位;PPO酶活性以每毫克蛋白每分鐘OD420值變化0.01為一個(gè)酶活力單位;POD酶活性以每毫克蛋白催化1 μg底物為一個(gè)酶活力單位;3個(gè)酶活力單位均為U/mg。每處理重復(fù)3次。
1.5.2 抑毒靈誘導(dǎo)煙草抗病相關(guān)基因分析 煙草總RNA的提取使用超純RNA提取試劑盒(康為世紀(jì)生物科技股份有限公司),使用HiFi-Script cDNA第一鏈合成試劑盒(康為世紀(jì)生物科技股份有限公司)進(jìn)行逆轉(zhuǎn)錄試驗(yàn),具體操作按試劑盒說明書進(jìn)行。以β-actin為內(nèi)參基因,分別以PR1a、PR1b、NPR1、PAL抗病相關(guān)基因特異引物進(jìn)行Real-time RT-PCR(表1),引物由寶生物工程(大連)有限公司(TaKaRa)合成。
表1 誘導(dǎo)煙草抗病性相關(guān)基因的qRT-PCR引物
采用曹毅[5]和劉勇[3]的方法。選用160孔泡沫漂浮育苗盤播種育苗,傳統(tǒng)漂浮育苗技術(shù)操作處理按照中國煙草總公司《煙草漂浮育苗操作規(guī)程》進(jìn)行。第1次剪葉時(shí)間為5葉齡,在第4次剪葉煙苗大十字期進(jìn)行噴藥處理。抑毒靈濃度設(shè)置為稀釋500、800倍,10%的二氧化氯粉劑濃度設(shè)置為稀釋800、1000倍,每處理2盤,每盤160株煙苗,選擇生長健壯一致的煙苗試驗(yàn)。然后采用手持式噴霧器進(jìn)行藥劑噴施,每盤6 mL,至葉面霧滴均勻,無明顯液滴流下。以無菌水處理為對(duì)照,施藥后第7天進(jìn)行顯癥株數(shù)和藥害癥狀調(diào)查,記錄無明顯侵染性病害癥狀的不正?,F(xiàn)象為藥害癥狀。
所得數(shù)據(jù)均用Sigmaplot 12.0軟件處理,同時(shí)利用SPSS(version 14.0)統(tǒng)計(jì)軟件中單樣本t-test對(duì)不同處理的差異顯著性進(jìn)行分析。
采用國家標(biāo)準(zhǔn)《病害分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 23222—2008)調(diào)查各處理的病情指數(shù),煙草病毒病害嚴(yán)重度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),以整株為單位。0級(jí),全株無病;1級(jí),心葉明脈或輕微花葉,病株無明顯矮化;3級(jí),1/3葉片花葉但不變形,或病株矮化為正常株高的3/4以上;5級(jí),1/3~1/2葉片花葉,或少數(shù)葉片變形,或主脈變黑,或病株矮化為正常株高的2/3~3/4;7級(jí),1/2~2/3葉片花葉,或變形或主側(cè)脈壞死,或病株矮化為正常株高的1/2~2/3;9級(jí),全株葉片花葉,嚴(yán)重變形或壞死,或病株矮化為正常株高的1/2以上[15]。
從表2、圖1結(jié)果可知,抑毒靈稀釋液對(duì)TMV的鈍化作用表現(xiàn)出時(shí)間和濃度依賴性,且呈正相關(guān)。抑毒靈與TMV接種液混合1 min后的接種葉片枯斑數(shù)均較對(duì)照顯著減少,濃度越高,抑制效果越好,對(duì)TMV抑制率分別為500倍99.08%、800倍75.60%、1000倍69.62%,而混合3 min的處理中TMV的抑制率分別為100.00%、86.71%、74.89%,且不同處理間抑制率差異顯著。采用500倍抑毒靈消毒1 min以上時(shí)間抑制效果最佳。
圖1 不同稀釋倍數(shù)的抑毒靈對(duì)TMV的鈍化作用
表2 不同濃度抑毒靈(SMTP)對(duì)TMV體外鈍化作用
從表3得知,不同時(shí)間的PBS處理中TMV發(fā)病率約35.62%、35.65%和35.79%,而不同濃度的抑毒靈處理中TMV發(fā)病率為0%~15.66%,相對(duì)防效為51.42%~100.00%,顯著抑制了剪葉器具上TMV對(duì)幼苗的侵染,其中500倍抑毒靈稀釋液處理剪葉器具3 min時(shí),TMV發(fā)病率為6.35%,相對(duì)防效達(dá)到77.30%。隨著抑毒靈處理濃度升高,處理時(shí)間延長,TMV發(fā)病率顯著下降,防治效果明顯增加,且不同濃度的抑毒靈處理間發(fā)病率和相對(duì)防效差異顯著。剪葉器具經(jīng)稀釋500倍的抑毒靈浸泡不少于5 min時(shí)對(duì)TMV的鈍化效果可達(dá)100%。而800倍二氧化氯稀釋液處理剪葉器TMV發(fā)病率和相對(duì)防效與800倍抑毒靈稀釋液處理組表現(xiàn)無顯著差異。
表3 抑毒靈對(duì)剪葉器具中TMV的鈍化效果
由表4可看出,與空白對(duì)照相比,經(jīng)不同濃度的抑毒靈處理基質(zhì)中TMV含量顯著降低,且不同濃度的抑毒靈處理的基質(zhì)中TMV拷貝數(shù)差異顯著,其中500倍抑毒靈處理最低(2506.49個(gè)/g),為空白對(duì)照的9.73%,對(duì)照藥劑寧南霉素的44.96%。隨著抑毒靈濃度的升高,TMV的發(fā)病率顯著下降,防效明顯增強(qiáng),相對(duì)防效達(dá)54.83%~85.45%,其中800倍抑毒靈處理基質(zhì)中TMV發(fā)病率比寧南霉素處理組略低,相對(duì)防效在70%左右,無顯著差異,而不同濃度的抑毒靈處理組間TMV發(fā)病率和相對(duì)防效均表現(xiàn)出差異顯著性。由此可知,抑毒靈可明顯鈍化育苗基質(zhì)中TMV,抑制其復(fù)制增殖,進(jìn)而降低發(fā)病率,500倍抑毒靈對(duì)TMV的鈍化作用最佳。
表4 抑毒靈對(duì)基質(zhì)中TMV的鈍化作用
抑毒靈稀釋500倍和800倍液噴施不會(huì)對(duì)煙苗造成藥害,而10%的二氧化氯粉劑稀釋800倍和1000倍液噴施會(huì)對(duì)煙苗造成輕微藥害,藥害率分別為4.9%和2.6%(表5)。
表5 抑毒靈處理煙苗的藥害情況
由圖2可知,未經(jīng)SMTP溶液處理的病毒粒體長條柱狀,比較集中,完整;經(jīng)1000倍液處理的TMV病毒粒體,部分TMV粒體外部出現(xiàn)裂痕,粒體長條柱狀仍然較完整;與500倍SMTP液共孵育后,病毒粒體斷裂成微小片段,表面受損嚴(yán)重,基本消損完。經(jīng)800倍SMTP液處理后,粒體長條柱狀斷裂成段,表面裂痕增加,部分TMV粒體上出現(xiàn)多條裂痕。
圖2 常溫下不同濃度SMTP溶液處理20 min的病毒粒體透射電鏡圖像
由圖3可知,在處理1~9天后,抑毒靈+TMV處理組防御酶活性變化趨勢(shì)有較大差異。與PBS+TMV處理組相比,抑毒靈可提高防御酶PPO和PAL的酶活,PPO酶活在第1天達(dá)到最大值,PAL酶活在第3天達(dá)到最大值,隨后保持相對(duì)穩(wěn)定;而β-1,3葡聚糖和POD的酶活呈現(xiàn)下降趨勢(shì),與PBS+TMV組比,顯著降低(P<0.05);噴施寧南霉素+TMV對(duì)煙草POD活性有提高作用,與對(duì)照組和抑毒靈+TMV處理組相比,差異顯著(P<0.05)。
圖3 抑毒靈處理煙草防御酶活性
抑毒靈+TMV組可顯著誘導(dǎo)防御基因NPR1、PAL、PR1b和PR1a的表達(dá)。其中,NPR1在抑毒靈處理1天后就高誘導(dǎo)表達(dá),其相對(duì)表達(dá)量表現(xiàn)出先升高后下降的趨勢(shì),但總體高于對(duì)照組的表達(dá)量,而寧南霉素處理組與對(duì)照組基因表達(dá)量差異不顯著。在抑毒靈+TMV處理第3天時(shí)PAL基因相對(duì)表達(dá)量達(dá)到最高,而其他處理時(shí)間,處理組與對(duì)照無明顯差異。PR1b在抑毒靈處理1天后表達(dá)量增加顯著,但在第3天表達(dá)量與對(duì)照組和寧南霉素組無差異,隨后表達(dá)量顯著上升。PR1a相對(duì)表達(dá)量隨著時(shí)間的增加升高,在處理后第5天時(shí),表達(dá)量達(dá)到最高,同時(shí)寧南霉素處理組PR1a基因的表達(dá)量在第1、3天顯著高于對(duì)照組和抑毒靈組(圖4)。
圖4 抑毒靈誘導(dǎo)煙草防御基因表達(dá)相對(duì)量
抑毒靈對(duì)煙草漂浮育苗中TMV的鈍化效果顯著,與其他化學(xué)抗病毒制劑或消毒劑相比,具有直接作用于病毒粒體和誘導(dǎo)寄主獲得抗性的能力,且安全、高效、持續(xù),對(duì)植物病毒病的防治有潛在的應(yīng)用價(jià)值。但是為了進(jìn)一步明確抑毒靈對(duì)TMV的滅活和鈍化作用,需對(duì)其田間抗病毒病發(fā)生效果進(jìn)一步觀測(cè)。
煙草育苗期極易受TMV侵染,且TMV在不同物體表面(鞋底、輪胎、金屬和塑料表面)可存活多周,在病殘?bào)w內(nèi)存活更久,仍具有強(qiáng)侵染力[1-2]。另外,煙苗一旦被侵染會(huì)造成田間病毒病的大面積傳播和嚴(yán)重危害。因此育苗過程中初侵染源的消毒措施和消毒藥劑的選擇至關(guān)重要。前期研究表明,舊苗盤、剪葉機(jī)上病苗殘留物為育苗期煙苗的初侵染源,是煙草團(tuán)棵期部分田塊TMV發(fā)病率高于20%的主要因素[1]。為此,本研究選用對(duì)TMV具有顯著鈍化作用的加0.1%吐溫20的脫脂牛乳和磷酸三鈉的混配制劑為研究對(duì)象,通過枯斑法測(cè)定抑毒靈對(duì)煙草漂浮育苗過程中被TMV污染的基質(zhì)及剪葉器的鈍化作用。同時(shí)筆者利用透射電鏡觀察抑毒靈對(duì)病毒粒體的影響,并采用實(shí)時(shí)qPCR對(duì)TMV含量以及寄主防御蛋白相對(duì)表達(dá)量進(jìn)行定量檢測(cè),對(duì)消毒劑的鈍化機(jī)制進(jìn)行了分析,為煙草漂浮育苗過程中煙草病毒病的生物消毒劑提供應(yīng)用和理論數(shù)據(jù)支撐。
適用于溫室育苗的消毒劑通常具有接觸時(shí)間短,對(duì)病毒和類病毒甚至其他植物病原體有滅活作用,對(duì)工人安全,對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施和工具無腐蝕性,對(duì)植物無毒性且經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)。曹毅等[5]研究發(fā)現(xiàn),中性消毒粉劑50倍稀釋液處理5 min可完全鈍化病葉汁液中以及病苗風(fēng)干的細(xì)側(cè)根和葉片細(xì)條中的病毒,而二氧化氯粉劑和聚維酮碘水溶劑50倍稀釋液需處理20 min才可以完全鈍化病葉汁液中和病苗風(fēng)干的細(xì)側(cè)根和葉片細(xì)條中的病毒。但中性消毒粉劑和二氧化氯粉劑易產(chǎn)生藥害,癥狀主要表現(xiàn)為退綠斑點(diǎn)、壞死和葉片畸形。劉勇等[3-4]通過三抗體夾心法和TMV試紙條檢測(cè)發(fā)現(xiàn),98%磷酸三鈉25 g/L和50 g/L溶液、2%二氧化氯10 g/L溶液、7%有效氯次氯酸鈉10 g/L溶液、高錳酸鉀3.3 g/L溶液和30%有效氯漂白粉50 g/L浸濕舊苗盤3 min后塑料膜覆蓋2~3天可使病苗干根中的TMV徹底失活。Lewandowski等[11]通過TMV-雜交矮牽牛篩選系統(tǒng)對(duì)13種消毒劑對(duì)TMV污染的剪葉工具傳毒的抑制效果進(jìn)行了系統(tǒng)研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)20%的脫脂牛乳和0.6%次氯酸鈉10倍稀釋液均可完全抑制剪葉工具中TMV對(duì)雜交矮牽牛的系統(tǒng)侵染。此外,脫脂牛乳對(duì)建蘭花葉病毒、小西葫蘆黃花葉病毒、番茄褪綠矮縮類病毒和馬鈴薯Y病毒系等也有較強(qiáng)的鈍化作用,但對(duì)鳳果花葉病毒、番茄花葉病毒的侵染抑制效果不理想[16-19]。本研究中抑毒靈可在1 min內(nèi)對(duì)TMV接種液起到滅活作用,3 min內(nèi)可完全抑制剪葉器具和育苗基質(zhì)中TMV對(duì)煙苗的侵染,與上述研究報(bào)道中的消毒劑比較,抑毒靈對(duì)基質(zhì)和剪刀中TMV的抑制和鈍化作用更強(qiáng)、更高效(作用時(shí)間短)。而且抑毒靈500倍稀釋液比二氧化氯溶液對(duì)植物和工人更安全[5,9]。
雖然針對(duì)不同的病毒侵染寄主的模式,已開展了大量消毒劑的病毒鈍化活性篩選,但對(duì)于消毒劑抑毒機(jī)理并未見報(bào)道。前期研究發(fā)現(xiàn)黏質(zhì)沙雷氏菌產(chǎn)生的靈菌紅素、寧南霉素和嘧肽霉素均可通過破壞TMV病毒的四聚體外殼蛋白結(jié)構(gòu),引起病毒粒體的斷裂,達(dá)到破壞病毒的作用[21-22]。本研究表明經(jīng)SMTP500倍液共孵育后的病毒粒體斷裂成微小片段,外殼蛋白受損嚴(yán)重,螺旋結(jié)構(gòu)和柱狀基本消損完全,與前人研究結(jié)果表現(xiàn)一致。然而從病毒結(jié)構(gòu)組成分析,病毒由外殼蛋白和攜帶遺傳信息的核酸組成[20],抗病毒制劑引起病毒粒體斷裂的靶標(biāo)對(duì)象是外殼蛋白或核酸需在分子和蛋白層面深入探析。除此之外,寧南霉素和嘧肽霉素作植物免疫誘抗劑在病毒侵染前使用均可誘導(dǎo)PR蛋白的表達(dá),提高寄主的抗病毒能力[20,23-24],而SMTP作為消毒劑使用,通過防御酶PPO和PAL酶活的顯著提高,以及防御基因NPR1、PAL、PR1b和PR1a的表達(dá)量顯著增加,也能達(dá)到抑制病毒侵染的目的,該發(fā)現(xiàn)為首次報(bào)道。綜上,SMTP可通過直接作用于病毒粒體和誘導(dǎo)煙草抗性起到鈍化TMV侵染效果。但SMTP是否適用于其他病毒侵染寄主測(cè)試系統(tǒng),如番茄-番茄黃化花葉病毒、黃瓜-西葫蘆黃花葉病毒等,需進(jìn)一步驗(yàn)證。