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线辣椒部分病害的研究

时间:2022-09-05 百科知识 版权反馈
【摘要】:出现疑似阳性反应的11份样品分别采集于岐山县、兴平市、武功县和临渭区。由此可以看出,在陕西省关中地区,线辣椒种子携带黄瓜花叶病毒的问题应该引起研究者、生产者的关注,虽然在苗期观察实验中未见明显症状,但种子起码可能是黄瓜花叶病毒传播的病毒源头之一。

1 线辣椒病毒病研究

近些年来,线辣椒病毒病在中国许多产区已经成为最主要的病害,严重影响线辣椒的品质、产量和生产效益。

1.1 线辣椒种子带毒研究

关于种子带毒研究,2004年12月至2005年1月期间,从陕西省线辣椒主产区(陕西省宝鸡市、咸阳市、渭南市)随机采集3个线辣椒品种(陕椒2001、陕椒2003、岐椒981)的种子。采样的具体地点、品种名称见表7-1。其中,扶风县、岐山县、眉县、凤翔县为宝鸡市,兴平市和武功县为咸阳市,临渭区为渭南市。

表7-1 供试线辣椒种子的采种地点及品种名称
Table 7-1 The collecting location and variety of seeds

续表

(赵尊练,2004年)

烟草花叶病毒(TMV)、黄瓜花叶病毒(CMV)和马铃薯Y病毒(PVY)的抗体为西北农林科技大学植保学院病毒实验室保存,过氧化物酶酶标二抗购于华美公司,反转录酶(MMLV)和Taq DNApolymerase分别由Promega和Takara公司生产。阳性对照(CK1)分别为西北农林科技大学植保学院病毒实验室保存的3种病毒的提纯样,阴性对照(CK2)为灭活处理的待测样品。

种子带毒烟草花叶病毒(TMV)、黄瓜花叶病毒(CMV)和马铃薯Y病毒(PVY)采用ELISA检测。

种子带蚕豆萎蔫病毒(BBWV)采取RT-PCR检测。根据BBWV的报道序列,设计CP基因全序列引物。其序列如下:

上游引物P1:gga att ctg atg gag gag gat gt

下游引物P2:gcc cta gga acc ctg cat aat ac

从供试的所有种子样品中随机取15粒种子温室播种,重复3次。当幼苗长至4~5片真叶时,调查发病情况。长出的植株样品携带TMV、CMV和PVY的ELISA检测参照种子检测方法进行。

所有28份样品的ELISA检测结果见图7-1、图7-2、图7-3及表7-2。

图7-1 TMV检测结果
Fig.7-1 TMV examined by ELISA

图7-2 CMV检测结果
Fig.7-2 CMV examined by ELISA

图7-3 PVY检测结果
Fig.7-3 PVY examined by ELISA

表7-2 28份线辣椒种子带毒的ELISA检测(OD值)结果
Table 7-2 Detection of TMV,CMV and PVY from pepper seeds by ELISA

续表

(赵尊练,2004年)

(1)TMV检测结果。通过图7-1和表7-2的结果可以看出,烟草花叶病毒是本实验所检测的3种病毒中最为严重的,所有28份样品中,有16份不同程度地检出TMV,占总样品数的57.1%,其中出现阳性的有4份,分别为1号、2号、3号和7号;出现弱阳性的有12份,分别为4号、12号、13号、15号、17号、20号、22号、23号、25号、27号和28号。大量的研究表明,烟草花叶病毒极易通过接触传播,加上本实验中已经在幼苗上观察到可见症状,所以,陕西关中地区线辣椒种子携带烟草花叶病毒应该是该种病毒传播的一个重要途径。

从种子携带TMV的地域分布看,出现明显阳性反应的4份样品分别采集于扶风县、岐山县和眉县,均属于宝鸡地区。出现疑似阳性反应的11份样品分别采集于岐山县、兴平市、武功县和临渭区。采自宝鸡地区的10份样品中,出现阳性或疑似阳性反应的为5份,占50.0%;采自咸阳地区的9份样品中,出现阳性或疑似阳性反应的为4份,占44.4%;采自渭南地区的9份样品中,出现阳性或疑似阳性反应的为6份,占66.7%。从阳性或疑似阳性的比率看,渭南地区种子携带TMV的情况最为严重,宝鸡地区次之,咸阳地区较轻。

(2)CMV检测结果。ELISA检测结果表明,在28份样品中有15份出现阳性或弱阳性,占总样品数的53.6%,其中阳性2份,分别为4号和17号样品;弱阳性13份,分别为6号、11号、12号、13号、14号、18号、19号、20号、21号、22号、23号、24号和25号样品。由此可以看出,在陕西省关中地区,线辣椒种子携带黄瓜花叶病毒的问题应该引起研究者、生产者的关注,虽然在苗期观察实验中未见明显症状,但种子起码可能是黄瓜花叶病毒传播的病毒源头之一。

从种子携带CMV的地域分布看,出现明显阳性反应的样品2个,分别采自宝鸡地区的岐山县和咸阳地区武功县;出现疑似阳性反应的样品13个,分别采自眉县、兴平市、武功县和临渭区。其中采自兴平市的6个样品有4个出现疑似阳性反应,采自武功县的3份样品有2份出现疑似阳性反应,采自临渭区的9份样品有6份出现疑似阳性反应,以上3地所采样品的疑似阳性比率均占到总样品的66.7%,说明这3个地区线辣椒种子携带CMV的情况比较普遍。从陕西省关中3个地区看,采自宝鸡的10份样品中有2份表现阳性或疑似阳性反应,占20.0%;采自咸阳的9份样品中有7份表现阳性或疑似阳性反应,占77.8%;采自渭南的9份样品中有6份表现阳性或疑似阳性反应,占66.7%。说明咸阳地区种子携带CMV的情况比较严重,渭南地区次之,宝鸡地区较轻。

(3)PVY检测结果。对PVY的ELISA检测表明,在所有的样品中仅15号样品出现弱阳性(图7-3,表7-2),说明马铃薯Y病毒在陕西省关中线辣椒种子上的存在十分有限或基本不存在,而已经报道的植株带毒可能是通过种子以外的途径进行传播的。

(4)种子携带蚕豆萎蔫病毒(BBWV)的RT-PCR检测结果。RT-PCR的检测结果表明,所有5份样品的幼苗中均未扩增出蚕豆萎蔫病毒的CP基因,而已有研究发现(赵尊练等2004),陕西关中线辣椒植株上蚕豆萎蔫病毒的检出率较高,对这一结果可能有两个方面的解释:一是经过近十年的演化,蚕豆萎蔫病毒在陕西关中线辣椒上的存在有所下降;二是这种病毒依然存在,只是主要通过别的途径进行传播,而不是通过种子传播,这样在幼苗期带毒率较低或基本不带毒,而在成株期以及生长后期带毒率将会上升。

(5)种子苗期生长观察结果。对所有28份种子均进行了苗期观察试验。出苗后第25d的观察结果表明,所有幼苗生长良好、正常,未观察到花叶、小叶、厥叶、斑驳、丛生等与病毒病有关的症状;出苗后第40d发现,1、2、3号种子的幼苗出现了TMV轻度花叶,其他在血清检测中出现阳性、弱阳性的种子样品,其幼苗均未出现与病毒病有关的症状,说明这些种子带毒量较低而不足以引起幼苗发病。直到出苗后第70d,其结果依然如此。

(6)种子带毒的地域分布。通过对表7-1与表7-2的综合对照分析得出表7-3,从表7-3可以看出,在陕西省关中线辣椒主产区(主要由宝鸡市、咸阳市、渭南市组成),宝鸡市烟草花叶病毒(TMV)最为严重,有50%的样品不同程度地带毒,有20%样品对CMV呈现弱阳性反应,未检出马铃薯Y病毒(PVY);咸阳市黄瓜花叶病毒(CMV)最为严重,有77.8%左右的样品不同程度地带毒,其次为烟草花叶病毒(TMV),有44.4%的样品对TMV呈现弱阳性反应,仅有11.1%的样品对PVY呈现弱阳性反应;渭南市的烟草花叶病毒(TMV)和黄瓜花叶病毒(CMV)均比较严重,带毒率均为66.7%,但未检出马铃薯Y病毒。

表7-3 供试线辣椒种子带毒的地域分布
Table 7-3 The regional distribution of pepper seeds with TMV,CMV and PVY

注:括号外的数字为样品数(感病样品包括对病毒呈阳性及弱阳性反应的样品),括号内的数字为感病样品占样品总数的百分数。

Note:the figures outside parentheses are number of samples,the figures inside parentheses refer to the susceptible samples the percentage of total samples.

从宝鸡市凤翔县采集的样品中,3种病毒均未检出,虽然不能完全排除这一地区线辣椒种子携带病毒病,但起码说明这一地区线辣椒种子携带病毒病相对较轻,同时这一结果也支持了凤翔是陕西省关中线辣椒产区中病毒病相对较轻的区域之一(庄灿然等1995;赵尊练等2003,2004)。

(7)种子带毒与品种的关系。本实验涉及线辣椒主栽品种3个,虽然上述品种在通过审定(或认定)时所提供的抗性检测结果不尽相同,在实际生产中对病毒病的抗性(耐性)也有所不同,但通过对表7-1与表7-2的比较分析发现,3个品种的种子带毒与品种本身无明显的规律性关系。

1.2 线辣椒植株带毒情况

关于植株带毒及其分布情况研究,分别进行过2次比较系统的检测,一次是1999~2000年与亚洲蔬菜研究发展中心合作开展免疫电镜观察和ELISA分析,另一次是2007年与西北农林科技大学植保学院病毒实验室合作开展的ELISA检测。

1.2.1 线辣椒植株(1999~2000年)带毒情况

本次检测所用试材均采自陕西省关中地区的辣椒生产和试验田块。根据辣椒病毒病的发生、发展及历年病毒病的为害情况和相关田间症状,有选择性地在不同地区、不同时期随机采取辣椒叶片进行分析。1999年6中旬所采叶样来自陕西省宝鸡地区和杨凌地区,约40%为线辣椒,60%为甜椒(其中包括当地主栽的微辣型辣椒品种和试验田块引入的一些国外甜椒材料);1999年9月所采叶样来自陕西省宝鸡地区的几个辣椒主产县,全部为线辣椒;2000年9月所采叶样分别来自陕西关中的渭南、咸阳、杨凌及宝鸡等4个行政区域。其中除采自杨凌地区的为甜椒外,其余全为线辣椒。

本试验所用抗血清包括CMV抗血清、BBWV抗血清、TMV抗血清、CVMV抗血清、PMMV抗血清、PVY抗血清和ToMV抗血清7种,上述抗血清均由亚洲蔬菜研究发展中心(台湾)病毒实验室提供。

病毒病检测分别采用免疫电镜法和酶联免疫吸附法(ELISA)。免疫电镜法是将所采叶样就地风干,然后统一在实验室进行检定观察;酶联免疫吸附法(ELISA)则是采用硝酸纤维膜现场分别压汁取样,带回实验室统一检测。

(1)陕西省关中西部地区辣椒病毒病病原种类及侵染频率。杨凌及其以西的关中西部地区土地面积不足整个关中平原总面积的1/4,但辣椒种植面积约占陕西省辣椒面积的40%~50%,故1999年度重点对关中西部地区辣椒病毒病病原及其侵染频率进行了研究。叶样检测结果分别列于表7-4、表7-5和表7-6。

表7-4 1999年6月采集样品的免疫电镜检测结果
Table 7-4 Immunoelectronmicroscopy determining results of pepper leaves collected in the June of 1999

从表7-4和表7-5可以看出,1999年6月(大部分露地辣椒尚处于苗期)所采的45个干叶样中分别有40%和33%带有黄瓜花叶病毒(CMV)和蚕豆萎蔫病毒(BBWV),另有5个样品同时带有这两种病毒;所采的17个叶片汁液样品均带有CMV和BBWV,而未发现其他4种病毒即烟草花叶病毒(TMV)、辣椒叶脉斑驳病毒(CVMV)、辣椒轻斑驳病毒(PMMV)和马铃薯Y病毒(PVY)。

表7-5 1999年6月采集样品的ELISA检测结果
Table 7-5 ELISA determining results of pepper leaves collected in the June of 1999

表7-6 1999年9月采集样品的症状及其ELISA检测结果
Table 7-6 ELISA determining results of pepper leaves collected in the September of 1999

续表

(赵尊练,1999年)

注:“+”表示ELISA检测呈阳性;“-”表示ELISA检测呈阴性;下同。

Note:“+”shown positive reaction in ELISA determining;“-”shown negative reaction in ELISA determining;the same below.

表7-6结果则表明,1999年9月所采的36个样品中只有4个样品未检出病毒,其余32份样品均不同程度地带有病毒;除CMV和BBWV外,另有5种病毒也被检出,它们分别是PVY、TMV、番茄花叶病毒(ToMV)、PMMV和CVMV;尚未发现1个样品同时感染这7种病毒,但有3份样品同时感染7种被检病毒中的6种,有9份样品仅感染7种被检病毒中的1种;7种被检病毒的感染频率从高到低依次为PMMV,69.4%;BBWV,58.3%;CMV,33.3%;ToMV,30.5%;TMV,27.8%;PVY,22.2%和CVMV,13.9%。

(2)全关中地区辣椒病毒病病原种类及侵染频率。2000年在关中各地采集了39份样品,根据1999年的检测结果,重点选取在关中西部地区侵染频率最高的PMMV、BBWV和CMV进行检测,同时对侵染频率最低的CVMV也进行检测以确定其年度及区域差异。检测结果列于表7-7。

表7-7 2000年9月采集样品的症状及其ELISA检测结果
Table 7-7 ELISA determining results of pepper leaves collected in the September of 2000

续表

(赵尊练,2000年)

从表7-7可知,本年度所采的39份样品中有38份不同程度地带有相关病毒,其中,4种病毒均呈阳性的样品为11份,占28.2%,只感1种病毒的样品仅有4份,占10.5%,说明陕西关中地区的辣椒病毒病多为几种病毒复合侵染所致。所检4种病毒的感染频率从高到低依次为BBWV,94.9%;CMV,64.1%;CVMV,59.0%和PMMV,51.3%。

(3)陕西关中地区辣椒病毒病病原的地域分布。陕西省关中地区辣椒种植面积较大的3个行政区域分别是宝鸡、咸阳、渭南(依次由西向东)。从病毒病的为害程度看,渭南地区最重,咸阳次之,宝鸡地区最轻,2001年对3各地区线辣椒生产田块(品种为陕椒2001)感病毒病株率的调查结果表明,渭南地区的临渭区为64.6%,咸阳地区的兴平市为45.3%,宝鸡地区的凤翔县为14.9%。笔者及有关学者研究认为,宝鸡地区病毒病为害较轻主要是因为采取了套种等相应的防病措施及相对特殊的气候条件(降雨相对较多、温度相对较低等)。

2年4批样品的检测结果均表明BBWV和CMV为陕西关中地区辣椒病毒病的两种主要病原;表7-6、表7-7的结果表明,引起辣椒成株期病毒病的病原除上述2种外,PMMV和CVMV也不同程度地存在并且在有些地区还十分普遍;表7-7资料表明,渭南地区和兴平市(属于咸阳地区)的主要病原均为BBWV,眉县(属于宝鸡地区)的主要病原为BBWV和PMMV,岐山县(属于宝鸡地区)的主要病原为BBWV和CMV。

表7-7中,杨凌地区(位于宝鸡和咸阳之间)的甜椒样品检测结果表明,没有一份样品全感4种病毒,也没有一种病毒感染所有样品,这一结果在一定程度上支持了微辣型辣椒对病毒病抗性相对强于线辣椒的论断。

(4)陕西关中地区辣椒病毒病病原的季节和年度分布。通过对表7-4、表7-5及表7-6资料的综合分析可知,陕西线辣椒生长前期(6月份以前)病毒病病原为BBWV和CMV,其他病原则是在生长发育过程中逐步感染和流行的。由于BBWV和CMV可以通过蚜虫传播,如此普遍的感染可能与陕西关中地区春末夏初蚜虫大发生有关(在大部分年份,5月份左右,陕西关中地区会出现蚜虫大发生和大量迁飞的情况)。

通过对表7-6和表7-7资料的对比分析可以看出,各种病原在不同年份的感染频率有所不同,如CVMV 1999年的感染频率只有13.9%,而2000年的感染频率则高达59%,其他几种病毒两年的侵染频率也有所变化。

1.2.2 线辣椒植株(2007年)带毒情况

的所用试材均采自陕西省关中地区的线辣椒主产区。根据辣椒病毒病的发生、发展及历年病毒病的为害情况和相关田间症状,有选择性地在不同地区、不同时期随机采取线辣椒叶片进行分析。采样时间分别为2007年6月25~26日和9月28~29日,样品分别采自陕西省宝鸡地区、咸阳地区和渭南地区,全部为线辣椒,各样品的具体采集地点、品种名称列于表7-8。

表7-8 供试线辣椒叶样采集地点及品种名称
Table 7-8 The collecting location and variety of samples

续表

(赵尊练,2007年)

1.2.2.1 线辣椒植株6月份带毒情况

2007年6月25~26日所采样品带毒情况见表7-9。

表7-9 线辣椒叶片6月份带毒的ELISA检测结果
Table 7-9 The Virus ELISA detection of pepper leaves collected in June

续表

(赵尊练,2007年)

注:表中的所有OD值均为3次重复的平均值;P为被检样品的OD值;N为阴性对照的OD值;++代表阳性;+代表弱阳性或可疑;-代表阴性。[“阳性合计”栏,括号外的数字为强阳性、阳性、弱阳性或可疑反应样品总数,括号内为强阳性样品数,百分数为括号外数字占32个样品总数的百分数。]

Note:The OD is the average of 3 replications;++is strong positive;+is weak positive;-is negative;P is OD value of sample;N is OD value of CK2.In“positive total”column,the number outside the parentheses was the total of strong positive samples,positive samples,weak positive or suspected reaction;the number in the parentheseswas only strong positive samples.The percentage was total positive samples.

(1)TMV检测结果。从表7-9可以看出,在32份叶样中,出现TMV明显阳性反应的共4份,占总样品数的12.5%;出现TMV弱阳性或疑似阳性反应的共9份,占总样品数的28.1%;明显阳性反应和疑似阳性反应样品共占总样品的40.6%。出现阳性反应的4个样品分别采自渭南市临渭区辛市镇、官底乡、田市乡和下吉镇,出现疑似阳性反应的9个样品分别采自扶风县法门寺镇、岐山县雍川镇、眉县横渠镇、凤翔县靡杆桥镇、兴平市汤坊乡、兴平市桑镇、武功县小村镇和临渭区下吉镇。

从出现阳性反应或疑似阳性反应样品的地域分布看(表7-10),采自渭南地区的8个样品中,出现阳性反应或疑似阳性反应的样品有5个,占62.5%;采自咸阳地区的8个样品中,出现阳性反应或疑似阳性反应的样品有3个,占37.5%;采自宝鸡地区的16个样品(包括周至县的2个样品。虽然在行政区划上周至县属于西安市,但从地理位置看,该县线辣椒产区与宝鸡市的眉县接壤,其自然气候条件与眉县十分相似,故将其归入宝鸡地区。下同)中,出现阳性反应或疑似阳性反应的样品有5个,占31.3%。无论从阳性反应的比率还是疑似阳性反应的比率看,在6月下旬,渭南地区的TMV发生较宝鸡和咸阳地区普遍,宝鸡地区相对较轻。

表7-10 供试线辣椒叶片6月份带毒的地域分布
Table 7-10 The regional distribution of TMV,CMV and PVY with pepper leaves collected in June

注:括号外的数字为样品数(感病样品包括对病毒呈阳性及弱阳性反应的样品),括号内的数字为感病样品占样品总数的百分数。

Note:the figures outside parentheses are number of samples,the figures inside parentheses refer to the susceptible samples the percentage of total samples.

从品种的角度看,所采的32份样品中陕椒2001和陕椒2006各占50%,在出现阳性反应或疑似阳性反应的13个样品中,陕椒2006为5个,占38.5%,陕椒2001为8个,占61.5%。由此可以看出,在陕西省关中线辣椒产区,线辣椒品种陕椒2006在6月下旬感染TMV的机率比陕椒2001低。

(2)CMV检测结果。表7-9的资料说明,在供试样品中,出现CMV明显阳性反应(P/N>2.0)的共4份,占总样品数的12.5%,4份明显阳性反应的样品分别采自扶风县上宋乡、兴平市汤坊乡、临渭区官底乡和临渭区下吉镇;出现CMV弱阳性或疑似阳性反应(2.0≥P/N≥1.5)的共11份,占总样品数的34.4%,11份样品分别采自扶风县法门镇、岐山县雍川镇、周至县青化乡、凤翔县横水镇、凤翔县糜杆桥镇、千阳县崔家头镇、武功县小村镇、武功县长宁镇、临渭区辛市镇、临渭区田市乡和临渭区下吉镇,明显阳性反应和疑似阳性反应样品共占总样品的46.9%。从出现阳性反应或疑似阳性反应样品的地域分布看,出现明显阳性反应的4个样品分布在渭南、咸阳和宝鸡3个地区,说明CMV在这3个地区均存在并对线辣椒具有侵染性。

从出现阳性反应或疑似阳性反应样品的地域分布看(表7-10),采自渭南地区的8个样品中,出现CMV阳性反应或疑似阳性反应的样品有5个,占62.5%;采自咸阳地区的8个样品中,出现阳性反应或疑似阳性反应的样品有3个,占37.5%;采自宝鸡地区的14个样品中,出现阳性反应或疑似阳性反应的样品有6个,占42.9%;采自周至县的2个样品有1个出现疑似阳性反应,占50.0%。无论从阳性反应的比率还是疑似阳性反应的比率看,在6月下旬,渭南地区的CMV发生较重,宝鸡地区次之,咸阳地区相对较轻。西安市的周至县虽然检出率高达50%,但因取样数量有限,结果仅供参考。从整体结果看,6月下旬CMV在陕西关中线辣椒产区的分布比TMV更加普遍,在宝鸡地区的侵染明显比TMV严重。

从参试的2个品种看,所采的32份样品中陕椒2001和陕椒2006各占50%,在出现阳性反应或疑似阳性反应的14个样品中,陕椒2006和陕椒2001均为7个,各占50.0%,由此可以看出,在陕西省关中线辣椒产区,这2个品种在6月下旬感染CMV的机率相同。

(3)PVY检测结果。从表7-9可知,在所采集的32个样品中,仅有1个对PVY表现出明显的阳性反应(P/N=2.11),这一样品采自临渭区田市乡。对PVY表现出疑似阳性反应(2.0≥P/N≥1.5)的样品5份,占总样品的15.6%,5份样品分别采自岐山县雍川镇、眉县横渠镇、凤翔县横水镇、千阳县崔家头镇和临渭区辛市镇,这5个样品中的4个来自宝鸡地区,采自咸阳地区和周至县的样品中未检出。说明6月下旬PVY在宝鸡地区的侵染较重,渭南地区次之,咸阳地区较轻或没有。

从参试品种看,在6个出现阳性或疑似阳性反应的样品中,陕椒2006为4个,占66.7%,陕椒2001为2个,占33.3%,由此可以看出,在陕西省关中线辣椒产区,线辣椒品种陕椒2006在6月下旬感染PVY的机率比陕椒2001高。

(4)3种病毒的总体侵染情况。从检测的3种病毒的总体区域分布看,在32份样品中,有25份带有或疑似带有1~2种病毒,占78.1%。在上述3种病毒中,CMV的感染率最高,为46.9%,其中4个样品为阳性反应,疑似阳性反应的样品11份;TMV次之,感染率为40.6%,其中4个样品为阳性反应,疑似阳性反应的样品9份;PVY的感染率较低,为18.8%,其中1个样品为阳性反应,疑似阳性反应的样品其5份。

从检测的3种病毒的地域分布看,采自扶风的4个样品2个为阳性或疑似阳性,占50%,其中一个样品感染2种病毒;采自岐山的2个样品全为疑似阳性,占100%,而且2个样品均感染2种病毒;采自周至县的2个样品1个为疑似阳性,占50%,且仅感染1种病毒;采自眉县的2个样品全为疑似阳性,占100%,但2个样品均感染1种病毒;采自凤翔县的4个样品全为疑似阳性,占100%,但4个样品均感染1种病毒;采自千阳县的2个样品全为疑似阳性,占100%,但2个样品均感染1种病毒;采自兴平市的4个样品中有2个为阳性或疑似阳性,占50%,但有1个为2种病毒复合侵染,且对CMV表现阳性反应;采自武功县的4个样品中有2个为疑似阳性,占50%,但有1个为2种病毒复合侵染;采自临渭区的8个样品全为阳性或疑似阳性,占100%,其中4个为2种病毒复合侵染且7个样品表现阳性反应。

按照陕西省关中3个地区的划分,宝鸡地区(包括扶风、岐山、周至、眉县、凤翔、千阳)的16份样品中有13份为阳性或疑似阳性,占81.3%;咸阳地区(包括兴平、武功)的8份样品中有4份为阳性或疑似阳性,占50%;东部地区(渭南市临渭区)的8份样品全为阳性或疑似阳性,占100%。从出现阳性反应的比率看,宝鸡地区为6.25%(16个样品中出现1个),咸阳地区为12.5%(8个样品中出现1个),渭南地区为87.5%(8个样品中出现7个)。从3个地区看,感病率依次为渭南地区>宝鸡地区>咸阳地区,出现阳性的比率依次为渭南地区>咸阳地区>宝鸡地区。综合起来看,陕西省关中线辣椒植株6月份感染病毒病的总体情况是,东部地区较重,中、西部地区较轻。

从单个样品感病情况看,32份样品中尚未出现3中病毒复合浸染的,有9份样品由2种病毒复合侵染,占28.13%,其余的为1种病毒侵染。

1.2.2.2 线辣椒植株9月份带毒情况

2007年9月28~29日所采样品带毒情况见表7-11。

(1)TMV检测结果。从表7-11可以看出,在32份叶样中,出现TMV明显阳性反应的共8份,占总样品数的25.0%;出现TMV弱阳性或疑似阳性反应的共10份,占总样品数的31.3%;明显阳性反应和疑似阳性反应样品共占总样品的56.3%。

从TMV出现阳性反应或疑似阳性反应样品的地域分布看,出现明显阳性反应的8个样品分别采自眉县横渠镇、凤翔县横水镇、兴平市汤坊镇、临渭区辛市镇、临渭区官底乡、临渭区田市乡和临渭区下吉镇。出现疑似阳性反应的10个样品分别采自扶风县上宋乡、扶风县法门寺镇、岐山县雍川镇、周至县青化乡、凤翔县糜杆桥镇、兴平市汤坊乡、武功县小村镇、武功县长宁镇和临渭区辛市镇。采自渭南地区(陕西省关中地区东部)的8个样品中,出现阳性反应或疑似阳性反应样品的有6个,占75.0%,其中阳性反应的有5个,占62.5%;采自咸阳地区(陕西省关中地区中部)的8个样品中,出现阳性反应或疑似阳性反应样品的有4个,占50.0%,其中阳性反应的有1个,占12.5%;采自宝鸡地区(陕西省关中地区西部,包括周至县在内)的16个样品中,出现阳性反应或疑似阳性反应样品的有8个,占50.0%,其中阳性反应的有2个,占14.3%。

无论从阳性反应的比率还是疑似阳性反应的比率看,在9月下旬,渭南地区的TMV发病均比较普遍和严重,宝鸡地区和咸阳地区次之。通过表7-11与表7-7的比较分析可以看出,陕西省关中线辣椒产区9月份TMV发病的普遍性和严重性均高于6月份,所采样品出现阳性或疑似阳性的比率从6月份的40.6%上升到9月份的56.3%,其中明显阳性比率从6月份的12.5%上升到9月份的25.0%,出现上述情况的主要原因可能是线辣椒生长过程中由于人为及自然的因素导致TMV的传播和扩散。

从品种的角度看,所采的32份样品中,陕椒2001和陕椒2006各占50%,在出现阳性反应或疑似阳性反应的18个样品中,陕椒2006和陕椒2001均为9个,各占50.0%,而在出现明显阳性反应的8个样品中,陕椒2006为5个,陕椒2001为3个。由此可以看出,在陕西省关中线辣椒产区,线辣椒品种陕椒2006和陕椒2001在9月下旬感染TMV的机率一致,但陕椒2006的严重程度略高于陕椒2001。

(2)CMV检测结果。表7-11的检测结果表明,在9月下旬采集的32份样品中,出现CMV明显阳性反应(P/N>2.0)的共6份,占18.8%,6份明显阳性反应的样品分别采自岐山县雍川镇、凤翔县糜杆桥镇、兴平市汤坊镇、武功县小村镇、临渭区官底乡和临渭区田市乡;出现CMV弱阳性或疑似阳性反应(2.0≥P/N≥1.5)的共11份,占总样品数的34.4%,11份样品分别采自扶风县上宋乡、岐山县雍川镇、周至县青化乡、凤翔县横水镇、千阳县崔家头镇、临渭区辛市镇、和临渭区下吉镇,CMV明显阳性反应和疑似阳性反应样品共17份,占总样品的53.1%。

从出现阳性反应或疑似阳性反应样品的地域分布看,出现明显阳性反应(P/N>2.0)的6个样品在渭南、咸阳和宝鸡地区各有2个。但是,宝鸡地区的采样数为16个(包括采自周至县青化乡的2个样品,下同),阳性反应的比率为12.5%,而咸阳和渭南地区的采样数均为8个,其所占比率均为25.0%,说明9月底CMV在宝鸡地区(陕西省关中地区西部)的危害相对较轻。采自宝鸡地区的16个样品中,出现CMV阳性反应或疑似阳性反应样品的有8个,占50.0%;采自咸阳地区(陕西省关中地区中部)的8个样品中,出现阳性反应或疑似阳性反应的样品有3个,占37.5%;采自渭南地区(陕西省关中地区东部)的8个样品中,出现阳性反应或疑似阳性反应样品的有6个,占75.0%。无论从阳性反应的比率还是疑似阳性反应的比率看,在9月下旬,渭南地区的CMV侵染较重,宝鸡地区次之,咸阳地区相对较轻。

表7-11 线辣椒叶片9月份带毒的ELISA检测(OD值)
Table 7-11 Detection of TMV,CMV and PVY from pepper leaves collected in September by ELISA

续表

(赵尊练,2007年)

注:表中的所有OD值均为3次重复的平均值;P为被检样品的OD值;N为阴性对照的OD值;++代表阳性;+代表弱阳性或可疑;-代表阴性。“阳性合计”栏,括号外的数字为强阳性、阳性、弱阳性或可疑反应样品总数,括号内为强阳性样品数,百分数为括号外数字占32个样品总数的百分数。

Note:The OD is the average of 3 replications;++is strong positive;+is weak positive;-is negative;P is OD value of sample;N is OD value of CK2.In“positive total”column,the number outside the parentheses was the total of strong positive samples,positive samples,weak positive or suspected reaction;the number in the parentheseswas only strong positive samples.The percentage was total positive samples.

通过表7-11与表7-7的比较分析可以看出,陕西省关中线辣椒产区9月份CMV发病的普遍性和严重性高于6月份(9月份检出率为53.1%,6月份检出率为46.9%),产生这一结果的原因可能是线辣椒生长过程中人为或自然的因素导致的CMV传播和扩散。

表7-12 供试线辣椒叶片9月份带毒的地域分布
Table 7-12 The regional distribution of TMV,CMV and PVY with pepper leaves collected in September

注:括号外的数字为样品数(感病样品包括对病毒呈阳性及弱阳性反应的样品),括号内的数字为感病样品占样品总数的百分数。

Note:the figures outside parentheses are number of samples,the figures inside parentheses refer to the susceptible samples the percentage of total samples.

从参试的2个品种看,所采的32份样品中陕椒2001和陕椒2006各占50%,在出现阳性反应或疑似阳性反应的17个样品中,陕椒2006为7个,占41.2%,陕椒2001为10个,占58.8%,从出现明显阳性反应(P/N>2.0)的比率看,陕椒2006占2个,为6.3%,陕椒2001占4个,为12.5%,说明在陕西省关中线辣椒产区,陕椒2006在9月下旬感染CMV的机率以及感病的严重程度均低于陕椒2001。

(3)PVY检测结果。从表7-11可以看出,在所采集的32个样品中,有5个对PVY表现出明显的阳性反应(P/N>2.0),占总样品的15.6%,这5个样品分别采自周至县青化乡、凤翔县糜杆桥镇、临渭区辛市镇、临渭区田市乡、临渭区下吉镇。对PVY表现疑似阳性反应的样品7份,占总样品的21.9%,7份样品分别采自扶风县法门镇、凤翔县横水镇、兴平市汤坊镇、兴平市桑镇、武功县长宁镇、临渭区官底乡和临渭区下吉镇;出现明显阳性和疑似阳性的样品总数为12份,占总样品的37.5%。

从PVY检出结果的地域分布看,明显阳性反应的(P/N>2.0)5个样品中,宝鸡地区2个,占该地区样品数的12.5%,渭南地区3个,占该地区样品数的37.5%,咸阳地区尚未出现;从出现明显阳性和疑似阳性的样品总数看,宝鸡地区4个,占该地区样品数的25.0%,咸阳地区为3个,占该地区样品数的37.5%,渭南地区为5个,占该地区样品数的62.5%。由此说明,9月份陕西省关中地区的PVY病毒在线辣椒上的分布渭南地区最为严重,中部和西部地区的咸阳、宝鸡较轻。

从参试品种看,在5个出现明显阳性反应的样品中,陕椒2006为3个,陕椒2001为2个;在12个出现明显阳性或疑似阳性反应的样品中,陕椒2006为8个,占阳性总数的66.7%,陕椒2001为4个,占阳性总数的33.3%,由此可以看出,在陕西省关中线辣椒产区,线辣椒品种陕椒2006在9月下旬感染PVY的机率比陕椒2001高。同样,因为本实验样品为随机采取,2个品种所处的环境条件、病原情况以及具体栽培措施等无法进行严格的比较和控制,所以这一结果与TMV、CMV的检测结果一样,仅作为参考。

(4)3种病毒的总体侵染情况

从检测的3种病毒的总体区域分布看,9月下旬采自宝鸡地区的16份样品中,有13份样品检出了1种或2种病毒,占该地区样品总数的81.3%,其中至少1种病毒为明显阳性的样品为5份,占该地区样品总数的31.3%;有6份同时检出2种病毒,占该地区样品总数的37.5%,尚未出现同时检出3种病毒的情况。采自咸阳地区的8份样品中,有7份样品检出了1种或2种病毒,占该地区样品总数的87.5%,其中至少1种病毒为明显阳性的样品为3份,占该地区样品总数的37.5%;有1份同时检出2种病毒,1份同时检出3种病毒,二者共占该地区样品总数的25.0%。采自渭南地区的8份样品中,全部检出1种、2种或3种病毒,并且所有样品都至少对1种病毒呈明显的阳性反应,占该地区样品总数的100.0%;其中有3份同时检出2种病毒,占该地区样品总数的37.5%;有3份同时检出3种病毒,占该地区样品总数的37.5%。从3个地区看,无论是感病率,还是发病的严重度,均为渭南地区>咸阳地区>宝鸡地区,即陕西省关中线辣椒植株9月份感染病毒病的总体情况是,东部地区较重,中部地区次之,西部地区相对要轻一些。

通过表7-11与表7-7的比较分析可以看出,陕西省关中线辣椒产区9月份TMV、CMV、PVY等3种病毒的发病率和严重程度(明显阳性的比率和复合侵染的比率)均高于6月份(6月份TMV检出率为40.6%,9月份TMV检出率为56.3%;6月份CMV检出率为46.9%,9月份CMV检出率为53.1%;6月份PVY检出率为18.8%,9月份PVY检出率为37.5%),由此可以看出,在线辣椒的生长发育过程中,病毒病随着时间的推移逐步加重,产生这一结果的原因可能是线辣椒生长过程中人为或自然的因素导致有关病毒的不断传播和扩散。综上所述,9月下旬在陕西省关中线辣椒产区所采的32份样品种中,28份带毒,占87.5%,其中15份样品为复合侵染,占46.9%。同时,9月下旬陕西省关中线辣椒产区份的病毒病检出率、明显阳性比率以及复合侵染比率均高于6月份。

通过1999~2000年、2007年两次在陕西省线辣椒主产区采样鉴定,线辣椒田间植株带毒多达7种,不同区域、不同季节、不同品种总体带毒情况不同,在多数情况下,线辣椒植株经常有多种病毒复合侵染,这可能是线辣椒病毒病长期以来难以从根本上解决的主要原因。虽然我们已经检测出了7种病毒,但是,由于试验条件、血清类型、技术手段等有限,可以肯定,我们所鉴定出的病毒种类只是线辣椒植株所携带病毒的一部分。另外,上述研究结论仅可代表陕西省线辣椒主产区的概况,虽然国内其他区域的线辣椒病毒病也有一些报道,但是总体上在上述病毒类型范围内。

2 线辣椒植原体病害研究

2.1 植原体概述

植原体(Phytoplasma)是个体微小(直径为0.2~0.8μm)形状多样的细菌,是在柔膜菌纲中占有很大比例的高度多样化的植物病原细菌。植原体于1967年被日本学者Doi及其同事在有黄化症状的植物韧皮部中发现,至今没有人能够在细胞外培养出无细胞壁的植原体,导致植原体的研究进展缓慢。在自然界中植原体的传播往往依赖于从植物韧皮部吸食的半翅目昆虫,如叶蝉、飞虱、木虱等。

目前在世界范围内已发现由植原体引起病害的植物达千余种,其能够引起许多重要经济作物的病害。在中国也有300余种,危害范围广泛,包括各种农作物、林木、果树、蔬菜、药用及观赏植物,因此尽早发现感染植原体植株的存在,采取有效措施,将带毒植物尽早处理,杜绝传染源头,对该类病害的防治具有重要意义。

1898年,法国细菌学家从牛传染性胸膜炎中分离出的一种原核生物于1956立为新属,命名为菌原体属(Mycoplasma),和细菌一样隶属于裂殖菌纲。在1967年,日本的土居养二等人在植物韧皮部的筛管组织中存在形态上与动物菌原体极其相似的微生物,他将这种微生物称为植物类菌原体(Mycoplasma-like organism,简称MLO)。同年Edward D G和FrundtE A等人建议将菌原体从裂殖菌纲中分离出来,建立一个与裂殖菌纲平行的纲称为柔膜菌纲(Mollicutes),下设菌原体目(Mycoplasmatales)。1989年Tully重新修订的柔膜菌纲分类体系中,根据其形态特征、培养性状及基因组大小的不同,下设3个目、4个科、6个属。由于无法人工培养,植原体的生化特性和营养需要等都无从知晓,因此无法明确其分类地位。由于植原体无法人工培养的特性,其遗传本质、生化特性、营养要求等都无从得知,传统的方法在确定植原体的分类地位方面无法发挥作用。因此,科技水平的局限使植原体的研究进展十分缓慢。直到80年代后,分子生物学迅速发展,才使MLO的分类研究出现了新的突破。

1993年召开的国际MOLLICUTES分类会议上,Kirkpatrick和B.Bsears向大会作了书面和口头的综合报告,H.C,Neimark也对MLO基因组长度测定方面的成果作了综述,综合以上成果报告,大会认为MLOs应属于柔膜菌纲MOLLICUTES,依据为以下几个方面:第一,G+C含量低(23~29.5%);第二,基因组较小,约800~1050bp;第三,16SrRNA基因序列的同源性高。因此Kirkpatrick和B.BSears认为,MLO与其他同属柔膜菌纲的原核生物相比,两者之间有明显的进化距离,他们提议用Phytoplasma作为俗名代替MLOs比较符合实际,并且提出,如果一种原核生物要命名为Phytoplasma,必须符合以下4个条件:①在投射电镜观察下必须有多种形状,如圆形、椭圆形、哑铃形、长杆形、梭形等,并且是没有细胞壁的原核生物。②只在韧皮部筛管发现,而且与下述症状的病害相关,即衰退病症状,如丛枝症状,花器绿化、退化,无法结果,芽膨大等。③由刺食韧皮部的昆虫传播病害,如叶蝉、飞虱或木虱等,或者由嫁接方式传播病害。④DNA序列与其他MOLLICUTES的原核生物同源性较高。

由于植原体的特殊属性,我们目前无法成功分离植原体,因而其营养需求、培养性状等特征无从得知,因而适用于其他原核生物类群的种群划分标准不适合于植原体。分子生物学技术的发展为植原体的研究提供了有效途径。当前,广泛应用于植原体分子鉴定的分子标记有16S核糖体RNA基因(16S rDNA)、核糖体蛋白基因(rp gene)、16S/23S间隔区(16S-23S spacer region)、延伸因子EF-Tu基因(tuf gene)、SecY蛋白基因(secY gene)等。

16S rDNA是原核生物进化过程中相对保守的一个基因,最常作为分子标记用于植原体的鉴定与分类,不同植原体株系间的同源性为88%~99%甚至以上,与不需固醇菌原体的同源性为87.0%~88.5%。

rp gene序列可变性更大,植原体之间的rp序列的同源性为60%~79%,与不需固醇菌原体的同源性为50%~57%。16S~23S spacer region位于16S和23SrDNA之间,没有特定的功能与进化速度,与16S rDNA相比序列可变性更大,序列差异达到22%,适合亲缘关系较近的株系之间的鉴定。tuf gene在蛋白质合成过程中负责肽链的延伸。与16S~23S spacer region相同,适合亲缘关系较近的株系之间的鉴定。在同一组内,各株系tuf gene序列的同源性为96%~99%甚至以上,而不同组的株系同源性在90%以上。secY gene编码的蛋白主要参与分泌蛋白的跨膜运输,是Sec蛋白转运系统中重要的组成成分。植原体中,该转运系统由SecY,SecE和SecA组成。secY gene相对保守,但比16S rDNA可变性大,适合于亲缘关系比较近的植原体株系的分类。

目前扩增16SrRNA基因的常用引物有以下6对:①Deng和Hiruki(1993)设计的能够扩增感染小长春花的几种植原体、目的片度长度为1500kb的引物对P1(5′-AAGAGTTTGATCCTGGCTCAGGATT-3′)P6(5′-TGGTAGGGATACCTTGTTACGACTTA-3′)的设计是与柔膜菌纲的16SrRNA保守基因高度同源,但是与真核生物类似16SrDNA或细胞器16SrRNA基因同源性较低。通过实验发现:P1/P6能够扩增出目的片度;并不是所有柔膜菌纲生物的16SrRNA基因都可以用于设计引物;在PCR反应中,退火温度小于50℃时,健康植株DNA也能扩增出非特异性片度,这些片度最有可能是叶绿体中的与柔膜菌纲rRNA基因同源性较高的16SrRNA基因。因此在扩增植原体目的片段的PCR反应中,退火温度应不低于50℃。②引物对位于152~168位点的R16F2(5′-ACGACTGCTGCTAAGACTTAACCCC-3′)和位于1373~1397位点的R16R2(5′TGACGGGCGGTGGTACAAACCCCG-3′)是(Santos,2008)根据密歇根翠菊黄化植原体(MIAY86-7)的16SrRNA基因序列设计而来,目的片度长度为1246bp。以该引物对对40个植原体株系进行扩增,经过RFLP分析,40个株系分为9个组合14个亚组,包括16SrⅠ组、16SrⅡ组、16SrⅢ组、16SrⅣ组、16SrⅤ组、16SrⅥ组、16SrⅦ组、16SrⅧ组、16SrⅨ组,其中16SrⅠ组是最大的一个组,包括15个亚组。16SrⅠ-A、16SrⅠ-B、16SrⅠ-C 3个亚组分布最广,现已在80多种植物上发现,16SrⅠ-B是其中分布最为广泛的一个亚组,16SrⅠ-L和16SrⅠ-M亚组分布在欧洲,而16SrID亚组只在亚洲有发现。③由Gundersen,D.E.和Lee,I.M.(1996)设计的引物对R16mF2(5′-CATGCAAGTCGAACGA-3′)R16mR1,(5′-CTTAACCCCAATCATCGAC-3′)是通过对比了19种植原体、48种柔膜菌纲相关生物和其他原核生物的16S rRNA基因序列后得到的。通过研究发现,采用R16mF2/R1引物对直接PCR能够扩增出大部分的木本寄主植物中的植原体,包括观赏植物和果树植物,目的片段长度为1 450 bp。④以扩增16SrDNA为目的片段的引物对fU5(5′-CGGCAATGGAGGAAACT-3′)rU3(5′-TTAAGCTACTCTTTGTAACA-3′)在16SrDNA的位置与翠菊黄化组植原体株系序列一致(OAY)分别位于369~386和1251~1231位点,对包括苹果丛植植原体株系在内的主要植原体株系进行扩增,同时设计的引物还有以16SrDNA上不同位点设计的fO1(65-91)rO1(1136~1115)引物对,和包括16S/23S间隔区片度在内的fPD(204~224)rPDS(16S/23S)间隔区)引物对。扩增片度经过RFLP分析发现:fU5/rU3能够扩增出所有植原体株系,而其他引物不能完全扩增出所有株系的植原体;通用的含16S/23S间隔区序列的引物不能或不能全部扩增出苹果丛植植原体和梨衰退植原体(Lorenz,1995)。⑤Smart等(1996)以上引物的设计都是根据植原体16S rRNA基因序列而来,但是很多情况下,许多植原体序列相似,因此用以上引物检测检测特殊植原体就存在困难。位于16S和23S之间的间隔区域(spacer region SR)由于进化压力小,具有相对的可变性,通过对植原体测序发现SR去同样具有保守区和可变区。虽然很多PCR实验用于检测植原体,但是SR在植原体检测中有特殊的作用:包含SR区域的引物可以与P1引物结合,因此用于种间特异性鉴定的引物数总量减少;由于SR区域比16S rRNA基因更可变,因此,区别所需SR区域序列与其他植原体SR区域更容易;由于SR区域比16S rRNA基因短得多,因此检测更加容易。引物对位于16S rRNA的P1(5′-AAGAGTTTGATCCTGGCTCAGGATT-3′)和位于23SrRNA的P7(5′-CGTCCTTCATCGGCTCTT-3′)扩增约1800bp片度,包括大部分16S rRNA基因,SR区域和23SrRNA的3′末端。⑥P1/Tint引物对,可扩增1 600 bp的片段,适合于所有植原体。

植原体已被证实没有细胞壁,但包被有由3层结构组成的细胞膜,3层结构分别为两层蛋白膜和中间一层脂肪膜厚度大约为8~10nm。细胞内有各种代谢物、rRNA、可溶性蛋白、丝状DNA和核糖体等,没有细胞核。植原体细胞膜中含有固醇成分但是自身无法合成,所以植原体必须生活在含有固醇的环境中,如寄主植物的细胞质和寄主昆虫的血液中。植原体对溶解细胞壁,抑制细胞壁的物质合成的青霉素不敏感,但是对会感染细胞膜合成的四环素类抗生素敏感,这是植原体与病毒的另一个重要区别,有时可以利用植原体这一特性来判断病害是否由植原体引起。植原体没有细胞壁,因此容易受到外界环境的影响,但是对葡萄糖浓度变化不是很敏感。植原体对大范围的糖浓度的耐受性说明它对植物韧皮部的适应性。植原体不吸附镁离子(Mg2+)因而革兰氏染色为阴性。植原体引起寄主植物病害的发生与温度等外界环境有很大关系,高温季节,病害症状比较明显,幼嫩组织中植原体浓度较高;而到低温的冬季,植物中的植原体不会消失,只是浓度降低,可以成为来年的除侵染源。

植物感染植原体后,主要引起植物丛枝、黄化、绿变、花变叶、矮缩、巨芽、萼片无法分离等症状,造成植株果实小、畸形,或者不结果,严重时可以引起枯枝和整个植株枯死,在多数情况下与病毒病引起的症状比较近似。

由于植原体难以培养等原因,至今为止植原体的致病机理尚未完全清楚。近年来对植原体效应子的研究,虽然不能明确症状与作用方式之间的关系,但是仍为致病机理的研究提供了良好的基础。根据前人研究推测丛枝和花器变态的症状与激素代谢失调有密切关系。胡佳续等(2013)对泡桐丛枝植原体中tRNA异戊烯基焦磷酸转移酶基因中发现,于植原体的tRNA-ipt基因编码tRNA修饰酶催化此tRNA降解,可能会使植原体细胞内产生细胞分裂素,细胞分裂素的大量合成时,会渗透或分泌到寄主的微管束内,从而导致形成层细胞内CTK/IAA的比值升高,打破感病植株顶端优势,形成丛枝症状。而岳红妮等(2009)在研究中认为植原体的Sec蛋白转运系统与植原体致病机理有关,该系统可能直接或间接的将毒素、溶血素等转运到寄主细胞,导致寄主植物发病。宋淑梅等(2001)在对枣疯病中过氧化物酶的研究中发现病株不同器官中过氧化物酶活性提高,并有新酶带出现,表明植原体在枣疯病植株体内产生影响,较强地诱导了酸性过氧化物酶同工酶基因的表达以致生长素含量下降,由此枣树病株表现出丛枝症状。

根据研究表明,植原体缺乏自主新陈代谢所需的若干基因。比如柔膜菌纲缺乏从头合成氨基酸、脂肪酸和核苷酸的基因,而支原体和螺原体有核苷酸和ATP合成酶的补救合成途径,螺原体能够合成少量氨基酸。这些特征在植原体中并没有发现,因此可以证明植原体缺乏许多被认为是细胞代谢所必需的基因,因此植原体强烈依赖膜交换过程中的营养摄取。寄主植物韧皮部细胞和传播介质昆虫细胞中的海藻糖、蔗糖可以作为植原体潜在的能量来源。但是在已测明的2个植原体的基因组中没有发现任何编码磷酸转移酶系统的基因,而这些是大多数细菌能够有效地吸收和磷酸化果糖、葡萄糖和蔗糖所必须的。

植原体在被感染的昆虫中的大部分器官中都有发现,昆虫以刺针通过植物韧皮部摄取了植原体后通过肠进入血淋巴循环系统。昆虫中的植原体要感染其他植物,必须要先在昆虫的唾液腺中繁殖达到能够感染健康植物的剂量,这个过程大约需要3周时间,这个过程称为潜伏期,一旦昆虫感染植原体就会一直带毒直至昆虫死去,包括越冬期在内,但是不会遗传给下代。目前植原体对介体昆虫的影响尚无定论。一些昆虫寄主能够因为感染植原体而获益,能够提高自身的越冬能力和繁殖能力,并且延长寿命。一般认为,昆虫感染植原体的时间越长,对寄主的毒性就会越小。但是到底是植原体对昆虫有直接影响还是植原体导致韧皮汁液有利于昆虫的成分变化还不得而知。

植原体的植物寄主广泛,包括裸子植物、双子叶植物和单子叶植物。植原体病害的一个重要的流行病参数是一些植原体的广泛的寄主范围。多种植原体共有同种植物寄主和传播介体昆虫使得不同植原体之间能够交换遗传信息。植原体在寄主植物的多数器官中都有发现,一般认为植原体不能通过种子传播,因为筛管不能与种子有直接联系。但是现在在种子中也有检测到植原体的情况,表明种子传播植原体也有可能发生。植原体在植物体内的移动是主动还是被动目前尚无定论。有学者认为,植原体通过昆虫的唾液进入筛板组织,由于植原体体积微小,所以能够穿过筛孔,像病毒一样随着植物从叶片到其他器官的同化物运输,进入到植物的其他器官中,植原体已在植物的汇器官,如不成熟的叶片、根组织中发现而源叶片即成熟叶片没有被感染。相反,另有研究发现,在源叶片中植原体浓度较高而汇组织中含量很低。在对植物局部嫁接后针对植原体迁移动力的研究中发现,植原体在植物体内的移动不能仅仅以随着有机物运输而被动移动来解释。虽然植原体没有编码细胞骨架蛋白系统或鞭毛的基因来达到主动移动的目的,但是植原体能够黏附于寄主细胞,随筛板细胞膜一同发育,甚至可以抵挡同化物运输对植原体的移动。

植原体引起的植物病害通常很难控制,因为传播病害的昆虫体积很小、移动性较强,而且很难改变栽培作物的种类分布。而木虱等传播昆虫能够在吸收植原体的不长时间后进行传播病害,因此如果要以杀虫剂防治植原体病害,就要求杀虫剂能够快速起效并且持续较长时间,这样才能有令人满意的防治效果。病害的防治需要田间的综合管理,并结合早期的监控和检测,要根除感病的植株,降低传播病害的昆虫密度,利用防虫网可以防止携带植原体的昆虫进入作物生长区内。在利用杀虫剂防治植原体病害时,由于不同杀虫剂的成分不同,对同种作物的同种病害防治效果也就不同。P.Saracco(2008)利用几种不同的有机磷酸酯类杀虫剂和烟碱类杀虫剂对易感染属于16Sr-IB的菊花黄化植原体的盆栽菊花进行实验。有机磷杀虫剂已有实验证明可用于意大利葡萄园中植原体病害的防治,而烟碱类杀虫剂吡虫啉也被证明在防治虫媒传播的植物病害方面有良好的效果。试验中发现,以有机磷杀虫剂处理材料,在处理后的4d内效果良好,传播昆虫数目明显降低,处理后,存活的叶蝉吸食后传播能力下降;但是以烟碱类杀虫剂处理的杀虫效果不如有机磷杀虫剂,但整个实验期都有防治作用。由此推断,如果防治的首要目的是降低传播昆虫的密度,那么有机磷杀虫剂效果好,如果目的是长期控制多年生作物中感染植原体的昆虫的传播,那么首选烟碱类杀虫剂。

植原体除了通过昆虫传播外,还可以通过嫁接的方式传播,例如葡萄嫁接中,接穗就有可能取自处于潜伏期的携带植原体的植株,嫁接后,可能会感染植原体病害。在嫁接前,以防虫网保护母本植物,取下接穗后用52℃左右的温水处理接穗,嫁接成活后大约能够降低20%的植原体病害发病率。这可以作为防治植原体病害的辅助手段,但是这种方法适合于木本植物。

在病害防治过程中,有利用防虫网对果树等作物进行保护的方法,但是针对木瓜利用防虫网防治植原体病害的研究结果表明,采用防虫网(粗孔、中孔、细孔)对于降低发病率有着明显的效果,发病率明显低于使用杀虫剂的处理,且对其他病害的发生也有明显的控制作用,但是却导致植物授粉效果差,结果后的单果重和总产量最高可降低50%左右,对果实中可溶性固体的含量没有明显影响。这项研究表明,防虫网防治植原体病害并不是一项经济可行的方法。

植原体对许多蔬菜作物都有危害,如芹菜、番茄等,辣椒上的植原体病害在许多国家都有发现,如美国、墨西哥、哥斯达黎加、、玻利维亚、意大利、土耳其、印度、古巴、黎巴嫩、澳大利亚、西班牙、印度尼西亚等许多国家都有关于辣椒植原体的报道,所报道的辣椒植原体有16SrI、16SrIII、16SrVI、16SrXII、16SrXII-A等。在中国,1994年,仵光俊等通过镜检发现了辣椒的一种类菌原体新病害,这是国内关于植原体侵染辣椒的首次报道;2007年,顾沛雯等在鉴定小麦蓝矮植原体的寄主范围时,发现该植原体接种到辣椒上不会导致辣椒发病;2010年,王洁等从采自山东菏泽泡桐丛枝病病树周围表现异常的朝天椒样品中检出了与泡桐丛枝病16S rDNA核苷酸序列高度同源的植原体;2013年,刘建密等从福建省永安市的多种辣椒上检测出了植原体。2013年,李正男、张磊、宋加贵、吴云锋(Zheng-Nan Li,Lei Zhang,Jia-Gui Song和Yun-Feng Wu)首次在陕西省杨凌的辣椒上发现了植原体16SrI-B,同时在感病田块的叶蝉(Cicadella viridis)上鉴定出了16SrI-B植原体。除此之外,再未见到国内关于辣椒植原体病害的研究报道。上述报道认为辣椒植原体病害的症状为枝芽丛生、节间缩短、叶片变小皱缩、叶柄变细伸长、叶色异常、中脉折曲、花萼变大、不坐果等,因此仵光俊等称之为丛枝小叶病。由于植原体和病毒引起的症状有相似之处,所以存在着病毒与植原体符合侵染植株的现象,这也给植原体病害的防治带来了更大的困难。

2.2 线辣椒植原体研究

为了探索植原体病害对线辣椒的危害,给线辣椒丛枝小叶病的有效防治提供参考依据,作者及其研究小组分别于2012年和2013年在陕西线辣椒主产区(宝鸡、咸阳、渭南)的10多个县(市)采集92和86个线辣椒丛枝小叶病病叶样品,采用植原体16S rRNA的通用引物p1/p7和R16F2n/R16R2对病叶进行巢式PCR分析。2012年的分析结果表明,以P1/P6和R16F2/R16R2、R16mF2/R16mR1和R16F2/R16R2、P1/P7和R16F2/R16R2三种引物组合对92个线辣椒疑似植原体病株及对照百慕大草白叶病株样品的16SrRNA基因进行巢式PCR扩增。扩增产物经琼脂糖凝胶电泳分析,只有P1/P7和R16F2/R16R2引物组合在16个线辣椒疑似植原体病株及对照百慕大草白叶病株样品中扩增出了目标片段,其余2种引物组合只在对照百慕大草白叶病株样品中扩增出了目标片段。将用P1/P7和R16F2/R16R2引物对扩增到的目的片段进行测序分析后发现,所扩增到的目的片段为芽孢杆菌的16SrRNA基因片段,即在检测疑似病株植原体的过程中出现的是假阳性现象;2013年在采自宝鸡地区凤翔县淡村的2个线辣椒病株样品中扩增出了1246 bp的植原体目的片段,在其余84个病株样品中也没有扩增出植原体。在淡村的这个采样点,线辣椒地头有一株泡桐树患有丛枝病,地里有一些车前草叶片异常,对泡桐和车前草样品采用同样的引物和方法进行PCR分析,也都检测出了植原体。测序分析结果,线辣椒和车前草中的植原体与泡桐丛枝植原体的同源性在99%以上,均属于16SrI组。通过电镜观察,在扩增出植原体目的片段的线辣椒病株茎杆韧皮部观察到少量与阳性对照相同的植原体。上述结果表明,植原体不是引起陕西线辣椒丛枝小叶病的主要病原物,但是线辣椒是泡桐丛枝植原体的自然寄主。

3 线辣椒果实风干期间的病害研究

长期以来,线辣椒制干、制粉等干制加工是线辣椒的主要加工形式。各地区根据具体气候、自然条件等因素,制干方法有所不同,有自然风干、人工烤楼制干、半机械化或全机械化制干等。在所有制干方法中,自然风干因为成本较低而成为有条件的地区的首选,在新疆地区,线辣椒几乎全部采取自然风干。在陕西省及其气候类似地区,线辣椒自然风干也比较常见。但是,由于陕西省及其类似气候区域秋季雨量较多,风干中出现果实腐烂、霉变十分常见,因年份和气候的不同而有所不同。

为了探索导致线辣椒自然风干过程中的主要病原,作者及其项目组对陕西省线辣椒产区自然风干过程中的主要病原进行了比较系统的研究。从陕西省线辣椒主产区的岐山、凤翔、千阳、陇县等地采集具有明显病症的正在风干过程中的线辣椒果实进行观察,结果发现,自然风干条件下线辣椒果实病害多有发生,但对病原菌种类鉴定鲜有报道。本文利用组织分离法通过PDA培养基进行分离,共分离出3种主要致病菌,并对病原菌进行形态学鉴定,同时进行了rDNA-ITS序列分析以及生物学特性研究。

从线辣椒发病果实中分离出的镰刀菌、链格孢菌、炭疽菌3种主要病原菌,分别定为菌株LDX,菌株LGX和菌株TJX。对线辣椒进行室内致病性的回接鉴定,结果发现,这3种致病菌均能使线辣椒果实发病,并分别产生与之相对应的病害特征。

通过对从线辣椒发病果实中分离出的菌株LDX、菌株LGX和菌株TJX进行形态学鉴定。菌株LDX在PDA培养基上,菌落生长迅速,大型分生孢子呈镰刀状,稍弯,顶端尖,大多数有1~5个分隔,3个分隔的最多。菌株LGX菌丝初期为白色,颜色逐渐加深,后呈褐色至深褐色,分生孢子淡褐色,有隔膜,一般3个横膈膜,1~3个纵隔膜。菌株TJX气生菌丝初期为白色,逐渐变为浅粉色,菌丝颜色逐渐加深,具有黑色的同心轮纹,分生孢子呈长椭圆形或椭圆形,一端尖,单孢,无色,分生孢子盘没有刚毛。初步认定菌株LDX为镰刀菌,菌株LGX为链格孢菌,菌株TJX为炭疽菌。

再用真菌通用引物ITS1和ITS4对菌株LDX、菌株LGX和菌株TJX的DNA进行了PCR扩增,扩增出菌株LDX的片段大小为507bp,菌株LGX片段大小为531bp,菌株TJX的片段大小为544bp,用近邻归群法构建系统发育树进行同源性对比。根据同源性比较结果,菌株LDX的rDNA-ITS序列与尖孢镰刀属相聚于同一支,菌株LGX的rDNA-ITS序列与细链格孢属相聚于同一支,菌株TJX的rDNA-ITS序列与尖孢炭疽属相聚于同一支,结合形态学特征和rDNA-ITS序列分析,认定3菌株分别为尖孢镰刀菌(F.oxysporum),细极链格孢菌(A.tenuissima),尖孢炭疽菌(C.acutatum)。

对3菌株进行生物学特性的研究,在不同光照、温度、pH值、不同碳源和氮源的条件下观察菌落的生长的情况。菌株LDX菌丝在10~35℃下都能生长,最适宜温度为25℃,菌丝最适宜生长的pH值为8.0,光暗交替利于菌丝的生长。菌株LDX菌丝适宜在以葡萄糖为碳源的条件下生长,适宜菌丝生长的氮源为蛋白胨。菌株LGX在10~35℃下都能生长,适宜生长温度为25~30℃,最适宜的pH值为9.0,光暗交替利于菌丝的生长。菌株LGX适宜生长的碳源为蔗糖和葡萄糖,氮源为蛋白胨最适宜菌丝的生长。菌株TJX菌丝生长适宜温度为25℃,最适宜的pH值为7.0,光暗交替利于菌丝的生长,菌株TJX菌丝生长最适宜的碳源为蔗糖,氮源为蛋白胨时适宜菌丝的生长。

通过对上述研究结果综合发现,认定引起陕西省线辣椒风干过程中病害的主要真菌性病原菌有尖孢镰刀菌(F.oxysporum),细极链格孢菌(A.tenuissima),尖孢炭疽菌(C.acu⁃tatum)。

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