防控西瓜枯萎病需要了解病原菌的生理小种组成。本文介绍了根浸法、带菌种子播种法和改良盘浸法三种接种方法,以验证其在尖孢镰刀菌西瓜专化型(Fusarium oxysporum f. sp. niveum,Fon)生理小种鉴定中的有效性。
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防控西瓜枯萎病需要了解病原菌的生理小种组成。本文介绍了根浸法、带菌种子播种法和改良盘浸法三种接种方法,以验证其在尖孢镰刀菌西瓜专化型(Fusarium oxysporum f. sp. niveum,Fon)生理小种鉴定中的有效性。
由尖孢镰刀菌西瓜专化型(Fusarium oxysporum f. sp. niveum,简称 Fon)引起的西瓜枯萎病(Citrullus lanatus)近年来在美国东南部,尤其是佛罗里达州,重新成为西瓜生产的主要限制因素。实施综合病虫害管理策略(如种植特定生理小种抗性品种)需要了解田间病原菌的多样性及其种群密度。尽管在开发用于鉴定病原菌分离物的分子诊断工具方面已取得一定进展,但生理小种的鉴定通常仍需依赖生物测定方法。
通过根部浸蘸接种法、带菌种子接种法以及改良托盘浸蘸法,对四种西瓜鉴别寄主(Black Diamond、Charleston Grey、Calhoun Grey、Plant Introduction 296341-FR)进行生理小种分型。接种后五周,根据病害发生率计算结果,确定分离物的生理小种类型。若某一特定品种的植株发病比例低于33%,则归类为抗病;若发病比例高于33%,则视为感病。本文描述了三种用于确定生理小种的接种方法:根部浸蘸法、带菌种子法和改良托盘浸蘸法,其具体应用根据实验设计而有所不同。
构成土传真菌的 Fusarium oxysporum 物种复合体(FOSC)是一类重要的半活体营养型植物病原菌,可在多种作物上引起严重病害并导致产量损失1西瓜枯萎病,由 F. oxysporum 专化型 niveum (Fon), 在过去的几十年里,其在全球范围内的波及范围、发生率和严重程度均有所上升2,3幼苗期, Fusarium 枯萎病的症状常与猝倒病相似。在较老的植株中,叶片逐渐变为灰白色、失绿并出现坏死。最终,植株萎蔫进一步发展为整株倒伏和死亡4直接产量损失由症状和植株死亡引起,而间接产量损失可能由于叶片冠层被破坏导致果实受阳光伤害而发生5. 有性生殖及其相关的生殖结构从未被观察到过 F. oxysporum 然而,该病原菌可产生两种无性孢子,即分生孢子和大分生孢子,以及一种较大的长期存活结构,称为厚垣孢子,可在土壤中存活多年6.
尖孢镰刀菌(FOSC)根据观察到的寄主范围被划分为不同的专化型,通常仅限于一种或少数几种寄主物种1。尽管近期研究表明,该物种复合体可能由15种不同的物种组成,但目前尚不清楚具体是哪些物种感染西瓜7。F. oxysporum f. sp. niveum(Fon)是指专门侵染Citrullus lanatus或栽培西瓜的菌株类群8,9。大多数致病性专化型内的F. oxysporum菌株在遗传组成及其对寄主物种的毒力方面表现出一定程度的多样性。例如,某一菌株可侵染某寄主的所有栽培品种,而另一菌株则仅侵染其中较敏感的品种。为了描述此类变异,这些菌株类群通常根据进化关系或共同的表型特征被非正式地划分为生理小种。在Fon中,已根据其对一组选定西瓜栽培品种的致病性划分为四个生理小种(0、1、2和3),其中生理小种3为近期发现10。
尽管表现出明显的多样性,但不同尖孢镰刀菌(Fon)生理小种之间的孢子或菌丝形态无法区分,因此需要借助分子或表型检测方法来确定分离物所属的独特生理小种11。分子研究表明,某些遗传差异已被发现。例如,木质部分泌蛋白(Secreted in Xylem, SIX)效应因子在尖孢镰刀菌(F. oxysporum)中的作用已被研究多年,其中一些效应因子位于水平基因转移过程中交换的染色体上12。例如,SIX6存在于Fon生理小种0和1中,但不存在于生理小种2中13。SIX效应因子已被证实参与尖孢镰刀菌番茄专化型(F. oxysporum f. sp. lycopersici)和尖孢镰刀菌香蕉专化型(F. oxysporum f. sp. cubense)的致病过程,这两种病原菌分别引起番茄和香蕉的镰刀菌枯萎病14,15,16,17。对引起菠菜镰刀菌枯萎病的尖孢镰刀菌菠菜专化型(F. oxysporum f. sp. spinaciae)菌株中SIX效应因子谱的分析,已实现了能够准确反映其遗传和表型多样性的分类18。然而,目前对不同Fon生理小种间致病机制的差异尚未完全阐明,基于这些机制开发的分子检测方法也表现出结果不一致且准确性不足的问题19。因此,目前通过接种试验获得的表型结果仍是对分离物进行分类的最佳方法。
F. oxysporum 最初通过根部侵染寄主,随后进入木质部并向上扩展20。因此,直接接种特定寄主品种的根部是进行生理小种分型的有效方法,也是根浸法和托盘浸根法的基础21。在未侵染寄主时,F. oxysporum 存在于土壤中,并可休眠多年。在来自目标田块的土壤中种植感病的西瓜品种,是检测Fon是否存在的一种方法。将该方法扩展至使用已知不同抗性水平的品种,并在人为接种Fon的土壤中进行种植,也是进行生理小种分型的有效手段(表1),并构成了接种菌核育苗法的基础。改良托盘浸根法是原始托盘浸根法的一种变体,可实现高通量的生理小种分型,能够快速检测大量植株和田间分离物22。快速且成功的生理小种分型生物测定的关键因素包括:选用对不同病原菌生理小种具有明确抗性差异的品种、确保接种物在侵染期间具有生物活性且数量充足、维持有利于病原菌和寄主生长的环境条件,以及采用统一的病害严重程度或发病率评级系统。本文基于上述原理,描述了根浸法23,24、接种菌核育苗法25,26和改良托盘浸根法22等用于表型生理小种分型的方法。
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1. 采用根浸法(RDM)测定生理小种
2. 采用受害籽粒法(IKM)确定小种
3. 采用改良盘浸法(MTDM)测定品系
4. 病害评级
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这些实验有助于确定常见栽培品种的相对抗性(表1)。随后可利用这些信息,根据当地Fon菌群的分布情况制定相应的管理建议。换句话说,如果已知某商业种植田中存在0群或1群尖孢镰刀菌,农民可选择种植“抗性”品种,例如Calhoun Gray、Sunsugar或同类品种。采用所有方法进行的生物测定结果表明,当幼苗接种1群菌株后,Black Diamond和Charleston Grey品种死亡或表现出严重症状,而Calhoun Grey和PI品种则表现出抗性(表2和图8A)。
所有方法均表明,当幼苗接种3号生理小种菌株时,几乎所有品种的植株均死亡或表现出严重症状(图8B)。这些结果表明,利用两种接种方法进行的生物测定能够成功区分尖孢镰刀菌西瓜专化型(Fon)的不同生理小种。对于所有方法而言,病害植株的表现应一致,唯一的差异在于品种在空间上的分组方式:在根部浸蘸法和改良干浸法中,不同品种按培养皿的列进行排列;...
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已提出三种生理小种分型方法。每种方法均适用于特定的研究问题和实验条件。带菌籽粒接种法(土壤接种法)可能更为简单直接,特别适用于致病性评估30。使用该方法进行简单的生理小种分型非常有效。然而,在测定某一特定栽培品种抗性时,该方法的应用可能面临挑战,因为每株植物所经历的侵染程度或暴露水平可能不一致,而要测试目标栽培品种的抗性,通常需要达到相对均一且较高的病害水平。其原因在于,通过该方法产生的接种物难以准确定量,且具有活力的繁殖体比例,或到达根区的具侵染能力繁殖体数量均不易精确控制31。此外,该方法还受限于所播籽粒与根区之间距离的一致性。若籽粒距离根区过远,孢子可能无法萌发,或菌丝无法充分生长以抵达根部。
根浸法32,33 更为费力且耗时;然而,由于能够更准确地测量与植物相互作用的存活繁殖体数量,因此可以更精确地描述寄主抗性,有助于抗性筛选。此外,同一生理小种内毒力的差异也更容...
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作者声明不存在任何竞争性经济利益。
我们谨向阿里博士、植物分子诊断实验室以及佐治亚大学的季平生博士致以诚挚感谢,他们的领导与支持对建立我们的Fon项目起到了重要作用。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 100% 弗勒土(Fuller’s Earth) | Sigma-Aldrich | F200-5KG | |
| 1 L 玻璃锥形瓶(Erlenmeyer Flask) | PYREX | 4980-1L | |
| 15 mL 离心管(falcon tubes) | Fisher Scientific | 14-959-49B | |
| 50 mL 量筒 | Lab Safety Supply | 41121805 | |
| 50 mL Eppendorf 圆底离心管 | Fisher Scientific | 05-413-921 | |
| 铝箔纸 | Reynolds Wrap | 720 | |
| 漂白剂 | Walmart | 587192290 | |
| 本生灯 | Fisher Scientific | 03-391-301 | |
| CaCO3 | sigma-Aldrich | 239216 | |
| 涂布棒(cell spreaders) | Fisher Scientific | 08-100-11 | |
| 纱布 | Lions Services, Inc | 8305-01-125-0725 | |
| 透明塑料培养皿 | Visions Wave | 999RP6CLSS | 直径约 15 cm |
| 用于蘑菇袋夹具的透明乙烯基软管 | Shroom Supply | 小袋用 6",中袋用 8",大袋用 10" | |
| 棉球 | Fisherbrand | 22-456-885 | 无菌 |
| 乙醇 | Fisher Chemical | A4094 | 100%,使用时与水混合配制成 70% |
| 荧光灯管 | MaxLume | Model T5 | 色温 2800 K,长度 24'' 或 48'' |
| 颗粒状琼脂 | VWR International | 90000-786 | |
| 手持式喷雾瓶 | Ability One | 24122002 | 容量约 0.95 L |
| 血细胞计数板(hemacytometer) | Fisher Scientific | 02-671-55A | 双室血细胞计数板 |
| 实验托盘 | Fisher Scientific | 15-236-2A | |
| 大号可密封塑料袋 | Ziploc | 430805 | 38 cm × 38 cm |
| 喷雾器 / 浇水壶 | Bar5F | B10H22 | |
| 蘑菇袋夹具 | Shroom Supply | 小袋用 6",中袋用 8",大袋用 10" | |
| 腈类手套 | Fisher Scientific | 19-130-1597D | |
| 有机黑麦粒 | Shroom Supply | 0.5 加仑或 25 磅装袋 | |
| P1000 移液器及吸头 | Fisher Scientific | 14-388-100 | |
| 培养皿(Petri dishes) | Fisherbrand | FB0875713 | 圆形,直径 100 mm,高 15 mm |
| 种植基质 | Jolly Gardener | Pro-Line C/B | |
| 塑料水壶 | BrandTech | UX0600850 | 1 L 或更大 |
| 塑料种植盆 | Neo/SCI | 01-1177 | 直径约 15 cm,高约 10 cm |
| 塑料耐高压灭菌容器 | Thermo Scientific | UX0601022 | 3 L |
| 四分之一强度马铃薯葡萄糖琼脂培养基 | Cole-Parmer | UX1420028 | 使用粉末并结合 QPDA 配方使用 |
| 科学天平(以克为单位称量) | Ohaus | 30208458 | 任何可精确称量 200 g 的精密天平均可使用 |
| 4 号软木塞钻孔器 | Cole-Parmer | NC9585352 | |
| 小型蘑菇培养袋 | Shroom Supply | 带 0.5 微米过滤膜,也有中号和大号规格 | |
| 园艺铲 | Walmart | 563876946 | |
| 聚苯乙烯育苗盘(6 × 12 孔) | Speedling | Model TR72A | |
| 聚苯乙烯育苗盘(8 × 16 孔) | Speedling | Model TR128A | |
| 注射器(5 或 10 mL) | fisher Scientific | 14-829-19C | |
| 计时器 | Walmart | TM-01 | |
| 100% 原味 V8 蔬菜汁 | Walmart | 564638212 | |
| 涡旋振荡器 | Fisher Scientific | 02-215-418 | |
| 西瓜种子 - 黑钻(Black Diamond) | Willhite Seed Inc | 17 | |
| 西瓜种子 - 卡尔霍恩灰(Calhoun Gray) | Holmes Seed Company | 4440 | |
| 西瓜种子 - 查尔斯顿灰(Charleston Gray) | Bonnie Plants | 7.15339E+11 | |
| 西瓜种子 - PI 296341-FR | 联系作者 | 联系作者 | |
| 小麦粒(Maxie 品种)(可选) | Alachua County Feed & Seed |
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