摘要: 紅樹林葉片感染真菌后可能會向非健康狀態(tài)變化,為了比較三種紅樹林植物海漆、秋茄和桐花樹健康與非健康葉片真菌類群,明確其中真菌類群的差異,該研究從廣西茅尾海紅樹林自然保護區(qū)采集海漆、秋茄和桐花樹健康與非健康葉片,對葉片中真菌分離純化并進行形態(tài)學鑒定,提取真菌的DNA,采用RAPD多樣性、ITS序列對真菌進行分子鑒定。經(jīng)過初步分析,從海漆、秋茄和桐花樹中共分離到157株真菌,經(jīng)過形態(tài)學和RAPD分析,可能為19種不同的真菌。采用真菌ITS序列對19種真菌代表性菌株進行分析,結果表明:19種真菌都屬于子囊菌門,有15株與已有的真菌ITS序列相似性在97%以上;有4株相似性低于95%,可能為新種。海漆健康和非健康葉片分別分離到真菌7種和5種,健康葉片含了非健康葉片中所有真菌;秋茄健康和非健康葉片分離到真菌1種和9種,且健康葉片中分離到的內(nèi)生真菌Dothiorella aegiceri也包含于非健康葉片分離的真菌中;桐花樹健康和非健康葉片分離到真菌1種和3種,且桐花樹分離的內(nèi)生真菌也是Dothiorella aegiceri,其包含于非健康葉片中分離到的真菌。該研究證明,海漆內(nèi)生真菌同時也可能是植物病原菌,內(nèi)生真菌與植物病原菌沒有明顯界限;另一方面,該研究發(fā)現(xiàn)秋茄和桐花樹葉片的病變是由外部的病原真菌感染引起,感染的原因可能是昆蟲叮咬紅樹林植物后留下了創(chuàng)口,這些創(chuàng)口有利于真菌的感染。
關鍵詞: 內(nèi)生真菌, RAPD多樣性, ITS, 病原真菌
中圖分類號: Q939
文獻標識碼: A
文章編號: 10003142(2017)03029409
Abstract: Mangrove may become unhealthy after infected by fungi. In order to compare the fungi in healthy and unhealthy leaves of mangrove plants, the healthy and unhealthy leaves of Excoecaria agallocha, Kandelia candel and Aegiceras corniculata were collected from Maowei Sea National Mangrove Reserve, including 82, 82 and 81 of them from healthy leaves, and 90, 86 and 90 from healthy leaves respectively. The fungi were isolated and purified from leaves and identified by morphological characters, then the DNA of fungi were extracted and analysed by RAPD and ITS sequence. After preliminary analysis, 157 strains of endophytic fungi were isolated, and they were classified into nineteen kinds through morphology and RAPD analysis. The nineteen strains of fungi were analysed by ITS sequence. The results showed that nineteen strains belonged to Ascomycetes, and the similarity between fifteen isolates and the existed ITS sequences in GenBank was more than 97%. Among them, the ITS sequences of four endophytic fungi shared less than 95% similarity with the ITS sequences available in GenBank, so they may belong to new species. Seven species of fungi were isolated from healthy leaves of Excoecaria agallocha, and five from unhealthy leaves, and the fungi of unhealthy leaves was included in the fungi from healthy leaves. One fungus was isolated from healthy leaves of Kandelia candel, and nine from unhealthy leaves, and the fungus of unhealthy leaves was included in the fungi from healthy leaves, and Dothiorella aegiceri was both isolated in healthy and unhealthy leaves; One fungus was isolated from healthy leaves of Aegiceras corniculata, and three from unhealthy leaves, and Dothiorella aegiceri was both isolated in healthy and unhealthy leaves too. Our result is interesting. Firstly, our research demonstrated that the discriminate between fungi pathogen and endophytic fungi was not very clear in some plants, because the endophytic fungi of Excoecaria agallocha developed into plants pathogens; secondly, we found that the pathological changes in Kandelia candel and Aegiceras corniculata was caused by external fungi pathogen, and this was followed by biting of insect on leaves, and the wound were in favor of infections of fungi pathogen.
Key words: endophytic fungi, RAPD, ITS, fungi pathogen
紅樹林是生長于熱帶、亞熱帶海灣、河口泥灘上特有的胎生植物,具有防風、固堤、凈化海岸帶環(huán)境、養(yǎng)殖和旅游等重要的經(jīng)濟價值(Turner, 2015;Ahmed Glaser, 2016)。我國東南沿海的廣東、福建、廣西和海南等省(區(qū))是紅樹林的主要分布區(qū)。近幾年,紅樹林蟲害頻發(fā)(Kathiresan Suryanarayanan, 2003),進一步引起真菌病害的繼發(fā)感染(Devarajan et al, 2006),使大片紅樹林植物受災,例如李云和鄭德璋(1996)對危害海桑苗的灰霉病進行研究,發(fā)現(xiàn)病原菌為灰葡萄孢。周志權和黃澤余(2001)報道了廣西沿海的山口、欽州、北侖河口 3個主要紅樹林分布區(qū)的病原真菌,發(fā)現(xiàn)其主要是炭疽菌、擬盤多毛孢菌、交鏈孢菌和葉點霉菌。方鎮(zhèn)福和黃文蘭(2008)對福建漳江口紅樹林自然保護區(qū)紅樹林葉部病害進行調(diào)查,發(fā)現(xiàn)真菌病害包括交鏈孢屬、鐮刀菌屬、盤多毛孢屬、曲霉屬、青霉屬等2 綱3目4科5屬。
已有的研究對于我們認識紅樹林病原真菌具有重要意義,但筆者認為以上研究存在以下兩個缺陷:首先,病原真菌分離純化時有采用PDA培養(yǎng)法,該法分離真菌時對植物有益的內(nèi)生真菌也可以生長,因此不能通過結果判斷分離出的到底是病原菌還是內(nèi)生真菌;其次,病原真菌鑒定時用的是形態(tài)學鑒定方法,很多內(nèi)生真菌或病原菌不產(chǎn)孢,僅通過形態(tài)鑒定可能會產(chǎn)生誤差,特別是在種水平的鑒定上存在困難,分子生物學方法可以作為重要的補充。
基于以上原因,本研究以三種紅樹林植物(海漆、秋茄和桐花樹)健康和非健康葉片分離真菌,并通過形態(tài)學和分子生物學(RAPD和ITS序列相似性)進行鑒定,對健康葉片與非健康葉片分離的真菌類型進行比較,從而發(fā)現(xiàn)導致海漆、秋茄和桐花樹葉片病變的病原真菌。
1材料與方法
1.1 材料
植物樣品:2014年5月采集位于廣西茅尾海自治區(qū)級紅樹林自然保護區(qū)的海漆、秋茄和桐花樹的葉,其中海漆(Excoecaria agallocha)、秋茄(Kandelia candel)和桐花樹(Aegiceras corniculatum)各4株植物,這些植株中有的被叮咬過的葉片出現(xiàn)了明顯病斑,甚至出現(xiàn)葉片枯黃現(xiàn)象,這些葉片我們定義為非健康葉片,而顏色翠綠沒有病斑的葉片我們定義為健康葉片。PDA培養(yǎng)基:馬鈴薯200 g,葡萄糖20 g,瓊脂15 g,1 000 mL純化水。
1.2 內(nèi)生真菌的分離純化
紅樹林植物葉片用自來水沖洗干凈,將葉片浸泡在75%酒精0.5 min,然后用3%~5%的次氯酸鈉溶液處理3 min,再用75%的酒精處理0.5 min,用無菌水沖洗3遍,葉片在超凈工作臺中吹干,備用。將晾干后的葉片剪成約0.5 cm × 0.5 cm 的小塊,鋪于PDA平板(鏈霉素100 μg·mL1)。28 ℃培養(yǎng)10~14 d。發(fā)現(xiàn)有菌絲從組織小塊長出后,挑出菌絲尖端,將其轉接到另一新的PDA平板上,經(jīng)幾次純化保存菌種于PDA斜面。
1.3 菌株的鑒定
選擇真菌生長的最佳時期,觀察菌落的大小、形態(tài)、顏色,以及孢子和菌絲體的形態(tài)特征,對照《真菌鑒定手冊》進行初步鑒定(魏景超等,1979)。
1.4 內(nèi)生真菌DNA的提取
真菌DNA的提取按照Gong et al(2004,2005)提供的方法進行,將活化的真菌接種于液體PDA培養(yǎng)基中,(26±2)℃搖床上以150 r·min1的轉速培養(yǎng)5~8 d。10 000 r·min1的離心10 min,加入液氮研磨菌體至漿狀,采用真菌DNA提取試劑盒(美國,omega)提取真菌的總DNA。
1.5 內(nèi)生真菌基因組RAPD多樣性分析
用南京金斯瑞生物技術公司合成的S系列隨機引物,選擇PCR產(chǎn)物穩(wěn)定、重復性好的引物, 用于供試菌株基因組的多態(tài)性分析。反應體系:25 μL。擴增程序: 首先94 ℃變性2 min; 然后94 ℃變性40 s, 37 ℃退火1 min, 72 ℃延伸1 min, 共35個循環(huán);最后72 ℃延伸6 min。擴增產(chǎn)物在1.5%的瓊脂糖凝膠中電泳分離,用1×TAE 電泳緩沖液, 上樣10 μL,3~4 V·cm1電泳90 min,Goldview染色, 用凝膠成像系統(tǒng)檢測、拍照。有帶記為1, 無帶記為0。通過MVSP 軟件, 采用UPGMA 法進行聚類分析。
1.6 內(nèi)生真菌ITS rRNA 序列分析
使用通用引物ITS1/ITS4(ITS1:CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA;ITS4:TCCTCCGCTTATTGATATGC)擴增真菌ITS序列(Takamatsu et al, 2001),PCR產(chǎn)物直接送南京金斯瑞生物技術公司完成。采用Blastn程序?qū)y序結果在GenBank數(shù)據(jù)庫中進行同源性檢索。調(diào)出與該序列相關性較高的核酸序列,采用Mega 5.0軟件包進行多重序列匹配排列和聚類分析,形成一個多重序列匹配排列陣。采用鄰接法(Neighbor Joining Method)構建系統(tǒng)發(fā)育樹。
1.7 真菌的回接感染實驗
采用環(huán)葉打孔離體葉片針刺法進行回接感染實驗(方中達等,1979),用自來水洗凈的紅樹林葉片分別用75%的乙醇和0.1%的升汞溶液進行表面消毒,用無菌水清洗并晾干,用1.5 cm的高壓滅菌的打孔器得到圓形的葉片,將葉片放入滅菌培養(yǎng)皿中,培養(yǎng)皿底部鋪加沾有無菌水的滅菌濾紙用于保濕,用滅菌的牙簽接種菌懸液刺于葉片的中心,每個牙簽沾一次菌液,每種菌接20片葉片。以沾無菌水為對照,蓋上培養(yǎng)皿置于26 ℃的光照培養(yǎng)箱,日照時數(shù)12 h,每日補加適量無菌水,接種5 d統(tǒng)計發(fā)病級別,計算病情指數(shù)。
2結果與分析
2.1 內(nèi)生真菌初步分離結果
本研究采集了廣西茅尾海紅樹林自然保護區(qū)三種紅樹林植物(海漆、桐花樹和秋茄)的健康與非健康葉片,非健康葉片形成的可能原因是被昆蟲叮咬后植物出現(xiàn)進一步的感染(圖1)。為了解繼發(fā)感染是否為真菌病害,我們對健康葉片與非健康葉片中的真菌進行了分離。
本研究分別采集了海漆、桐花樹和秋茄各4個植株,分別采集各植株的健康與非健康的葉片(表1),共分離得到157株內(nèi)生真菌。海漆采集了健康葉片82片,分離得到內(nèi)生真菌48株,非健康葉片采集了90片,得到內(nèi)生真菌45株;秋茄采集了健康葉片81片,分離得到內(nèi)生真菌1株,非健康葉片采集了86片,得到內(nèi)生真菌42株;桐花樹采集了健康葉片98片,分離得到內(nèi)生真菌1株,非健康葉片采集了98片,得到內(nèi)生真菌20株。分離得到的部分內(nèi)生真菌的典型菌落如圖2。
2.2 內(nèi)生真菌的分子生物學鑒定
提取157株內(nèi)生真菌的基因組DNA,對全部DNA進行 RAPD遺傳多樣性分析,其代表性菌株的RAPD多樣性圖譜展示如圖3和圖4。RAPD分析表明,所有分離到的157株內(nèi)生真菌為19種不同的內(nèi)生真菌,分為兩個大的分支。LXX17、LXX21、LXX12、LXX4、LXX16、LXX8、LXX1、LXX3、LXX10、LXX40在同一個大的分支;LXX26、LXX13、LXX9、LXX25、LXX15、LXX37、LXX32、LXX36、LXX29構成另外一個較大的分支。
采用真菌ITS序列對19種內(nèi)生真菌代表菌株進行分析,結果表明19株內(nèi)生真菌都屬于子囊菌門,有15株與已有的真菌ITS序列相似性在97%以上。有4株內(nèi)生真菌與GenBank數(shù)據(jù)庫中已有的真菌ITS序列相似性較低,其中LXX9與GenBank中Diaporthe musigena CBS 129519 (KC343143) 序列相似最高(92%),LXX32與Diaporthe psoraleae CPC 21638 (KF777159) 序列相似最高(93%);另外有2株內(nèi)生真菌LXX10和 LXX40與Diaporthe musigenaCBS 129519 (KC343143)和Guignardia mangiferae ymy02 (EU677817)的相似性均為95%(表2)。
基于桐花樹、秋茄和海漆分離的代表性的19株內(nèi)生真菌的ITS序列構建系統(tǒng)發(fā)生樹(圖5)。圖5結果表明,19株菌屬于6個較大的分支(bootstrap值為100%),LXX1、LXX3、LXX10、LXX40都屬于球座菌屬(Guignardia),與Guignardia mangiferae構成一個支持率為100%的分支,其中LXX10與LXX40在進化樹上顯示屬于一個獨立的分支,說明與已有的Guignardia mangiferae可能不是同一個種,有可能為一個新種,暫時定名為Guignardia sp.;LXX8屬于新殼梭孢菌Neofusicoccum,與Neofusicoccum parvum在一個分支(bootstrap為100%);LXX4屬于小叢殼菌Glomerella,與Glomerella cingulata構成一個分支;LXX12與LXX4在一個大的分支,但更接近刺盤孢菌屬(Colletotrichum),與(Colletotrichum tropicale)構成一個分支(支持率為100%);LXX16、LXX17和LXX29屬于擬盤多毛孢屬(Pestalotiopsis),與Pestalotiopsis neglecta,Pestalotiopsis microspora等構成一個分支(支持率在85%以上),LXX21與Robillarda sessilis在同一個分支,并與LXX16、LXX17和LXX29構成一個較大的分支;LXX9、LXX13、LXX32、LXX36、LXX15、LXX37和LXX25與Diaporthe和Phomopsis、Dothiorella在同一個大的分支,其中LXX9與現(xiàn)有的真菌ITS序列比較發(fā)現(xiàn), 其在進化樹上構成一個支持率為100%的獨立分支,表明LXX9為新種的可能性比較大,暫時定名為Diaporthe sp.。LXX26屬于鏈格孢菌屬(Alternaria),與Alternaria brassicicola構成一個支持率為100%的分支。
2.3 健康與非健康紅樹林葉片內(nèi)生真菌類群比較研究
通過對三種紅樹林植物健康與非健康葉片內(nèi)生真菌種群類型的比較(表3)發(fā)現(xiàn),海漆健康葉片分離內(nèi)生真菌7種,非健康葉片分離內(nèi)生真菌5種,健康
葉片分離的數(shù)量稍微多于非健康葉片,健康葉片基本含了非健康葉片中含有的所有內(nèi)生真菌,還包含了Glomerella cingulata和Phomopsis asparagi這些其它的內(nèi)生真菌; 秋茄健康葉片只分離到1種內(nèi)生真菌, 非健康葉片分離到9種內(nèi)生真菌,非健康葉片內(nèi)生真菌明顯多于健康葉片,且健康葉片中分離到的內(nèi)生真菌Dothiorella aegiceri也包含于非健康葉片分離的內(nèi)生真菌;桐花樹健康葉片只分離到1種內(nèi)生真菌,非健康葉片分離到3種內(nèi)生真菌,且桐花樹分離的內(nèi)生真菌也是Dothiorella aegiceri, 其包含于非健康葉片中分離到的內(nèi)生真菌。
2.4 真菌的回接實驗結果
回接實驗結果(表3)表明,從海漆中分離的間座殼屬的Diaporthe ceratozamiae和刺盤孢屬的Colletotrichum tropicale的真菌病葉率為5%~10%;而球座菌屬的Guignardia mangiferae、球座菌屬的Guignardia sp.、間座殼屬的Diaporthe sp.、小叢殼屬的Glomerella cingulata和擬莖點霉屬的Phomopsis asparagi的病葉率在5%以下。從海漆中分離的間座殼屬的Diaporthe musigena、間座殼屬的Diaporthe ceratozamiae、擬莖點霉屬的Phomopsis asparagi、擬盤多毛孢屬的Pestalotiopsis gracilis和擬盤多毛孢屬的Pestalotiopsis neglecta的真菌病葉率為5%~10%,鏈格孢屬的Alternaria brassicicola的真菌病葉率大于10%,其余的真菌病葉率低于5%。桐花樹分離的擬盤多毛孢屬的Pestalotiopsis microspora、間座殼屬的Diaporthe psoraleae的真菌病葉率為5%~10%,小穴殼菌屬的Dothiorella aegiceri的病葉率低于5%。
3討論
3.1 海漆內(nèi)生真菌同時也可能是植物病原菌
海漆為大戟科海漆屬紅樹林植物,分布于東南沿海的淺灘的低鹽度區(qū)域,與其他紅樹林植物混生,為半紅樹植物(Hossain et al, 2015)。據(jù)觀察,茅尾海紅樹林保護區(qū)的海漆有受昆蟲叮咬留下的蟲洞,繼而部分葉片出現(xiàn)黃斑,但一般不會出現(xiàn)整片葉片變黃枯萎。從海漆內(nèi)生真菌分離的結果來看,健康葉片分離到真菌7種,而非健康葉片分離到真菌5種,健康葉片中分離的真菌包含了非健康葉片中的所有類型,結果說明海漆葉片病變前后內(nèi)生真菌的類型沒有明顯變化, 這可能是海漆的內(nèi)生真菌同時也是植物的病原菌, 未導致植物發(fā)病的原因可能是內(nèi)生真菌互相之間的拮抗作用(Gong et al, 2015);當植物遇到某些不利的情況(如環(huán)境影響、昆蟲叮咬)下,葉片的健康狀況較差, 某些內(nèi)生真菌會向病原菌轉化,導致植物會出現(xiàn)病斑(Busby et al, 2015; Jones Bienkowski, 2015)。回接感染實驗表明,間座殼屬Diaporthe ceratozamiae和刺盤孢屬Colletotrichum tropicale使海漆葉片表現(xiàn)一定的病變,但是癥狀比較輕微?;亟訉嶒炄~片癥狀輕微以及實際情況下海漆葉片整體病變不嚴重的原因可能是海漆葉片本身具有某些特殊的化合物抑制病原真菌的生長,或者葉片中某些內(nèi)生真菌對病原真菌也存在拮抗作用(Christian et al, 2015)。
3.2 秋茄和桐花樹葉片的病變是由外部的病原真菌感染引起
秋茄和桐花樹是屬于典型的紅樹植物,是廣西沿海紅樹林植物中的優(yōu)勢種群,主要生長在沿海淺灘的低鹽度區(qū),漲潮時葉片可能完全被海水浸泡(廖寶文等,2005;何斌源等,2007)。本研究發(fā)現(xiàn),秋茄和桐花樹健康葉片中分離的內(nèi)生真菌均只有一種,而秋茄非健康葉片中分離有真菌9種,桐花樹中分離有3種真菌; 非常巧合的是秋茄和桐花樹健康葉片中的內(nèi)生真菌均為小穴殼菌屬Dothiorella aegiceri,回接感染實驗表明其不會引起葉片的病變,說明Dothiorella aegiceri正如劉潤進先生定義的狹義的“內(nèi)生真菌”(張曉婧和劉潤進, 2014),而非病原菌。非健康葉片中分離的其他真菌的回接實驗表明,有些真菌例如間座殼屬、擬莖點霉屬、擬盤多毛孢屬等真菌可以使秋茄或桐花樹發(fā)生輕微感染,而鏈格孢屬感染的癥狀要嚴重一些,這與周志權和黃澤余(2001)報道的結果相似。但是在真菌的鑒定上,我們鑒定出的真菌的種名與他們的報道有差異,這可能是因為我們采用的是分子生物學方法,而周志權和黃澤余(2001)報道的結果采用的是形態(tài)學分類方法。從理論上講,分子生物學輔助形態(tài)學方法用于真菌分類鑒定時會更準確(Guo et al, 2000; Guo et al, 2003)。還有一點我們也注意到,回接真菌實驗時葉片表現(xiàn)的病癥不是太嚴重,病變明顯要弱于實際感染,原因可能是保護區(qū)秋茄和桐花樹的葉片被昆蟲叮咬了以后留下了創(chuàng)口,漲潮時病原菌的孢子比較容易通過海水接觸出現(xiàn)創(chuàng)口的葉片,并且不斷的漲潮和退潮會使葉片發(fā)生反復感染,而且還會存在多種真菌病原共同感染同一葉片,這些感染的病菌可能會產(chǎn)生協(xié)同作用,從而加速葉片的病變出現(xiàn)病斑甚至是枯萎等癥狀(鄭玲等,2007)。
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