DOI:10.12301/spxb202200019
中图分类号:TS255.1
王珂1,2, 姚婷1,2, 丁凤兰3, 陈玉娟1, 张燕1, 何欣萌1, 王友升1,2
| 【作者机构】 | 1北京工商大学北京食品营养与人类健康高精尖创新中心; 2山东凯普菲特生物科技有限公司日照华伟大健康产业研究院; 3日照市疾病预防控制中心 |
| 【分 类 号】 | TS255.1 |
| 【基 金】 | 国家自然科学基金面上项目(31972127) 北京市教委科技重点项目(KZ201910011013) |
无花果 (Ficus carica Linn.)别称天仙果、映日果、明目果、菩提圣果,为蔷薇目桑科榕属的多年生木本植物,我国南北方均有栽培。无花果果实富含多种营养物质,具有防癌、抗高血压和提高机体免疫力等功效[1-2]。无花果果实含糖量和含水量高、果皮易损伤,导致其鲜果衰老快,易被微生物侵染而腐败变质,贮藏、运输困难,通常只能制成干果、果脯、果酱、果酒[3-4]。无花果采后侵染性病害主要由丝状真菌引起,其中链格孢属 (Alternaria Nees)真菌引起的黑斑病主要发生在雨后采收的成熟果实上;灰葡萄孢菌可以通过伤害无花果果皮感染果实,是引起无创伤的无花果腐烂的最重要的病原体之一,此病菌也可引发枝体枯萎病的扩散[3]。其他常见真菌性病害主要有黑曲霉引起的黑粉病[5]、镰刀菌引起的无花果内腐病[6]、胶孢炭疽菌引起的炭疽病[7]和疫霉属引起的疫霉病[8]。但是,目前关于无花果真菌性病害的研究大多集中在采收前病原真菌的分离鉴定及病害防治,而采后无花果丝状病原真菌种类及其病害的研究鲜有报道。
真菌rDNA的内转录间隔区(internal transcribed spacer,ITS)保守性强,同时具备序列和长度多态性,可通过分析rDNA ITS序列信息快速有效地对真菌进行分类鉴定[9]。Biolog微生物鉴定系统能够利用不同物种对碳源的适应性差异来定量描述微生物对不同碳源的利用能力,利用FF鉴定板培养霉菌可获得该菌株的碳源代谢指纹谱[10]。前期研究表明,利用rDNA ITS序列和碳源代谢指纹谱可对不同果实采后葡萄孢属真菌的亲缘关系进行区分,且2种方法具有可比性[11]。但目前少见结合rDNA ITS序列和碳源代谢指纹谱分析无花果果实采后病原真菌的报道。
本研究从采后贮藏期间发病的无花果叶子和果实中分离丝状病原真菌,结合形态学观察和真菌rDNA ITS 序列分析,并利用Biolog微生物鉴定系统比较其碳源代谢的差异,以期为无花果采后病原菌的营养生理研究、病害防治及真菌种间关系研究提供参考。
无花果叶子和果实采摘自山东省威海市无花果有机种植园,采后装入带盖的一次性保鲜盒运送至实验室,常温贮藏。
DNA分子质量标准2×Taq PCR Master Mix、Marker Ⅶ,天根生化科技(北京)有限公司;通用引物ITS-4、ITS-5,上海生工生物工程有限公司;三羟甲基氨基甲烷(Tris)、乙二胺四乙酸钠(EDTA)、十二烷基磺酸钠(SDS),美国Amersco公司;乙醇、盐酸,分析纯,北京化工厂。
Forma ClassⅡA2型生物安全柜,美国Thermo公司;Axio Image A1型显微镜,德国Zeiss公司;MG96+型PCR仪,杭州朗基科学仪器有限公司;MJX-250Ⅱ型霉菌培养箱,广东省医疗器械厂。
1.3.1 培养基配制
马铃薯培养基(PDA):称取削皮后的马铃薯200 g切片煮沸30 min后,过滤取滤汁,加入琼脂粉18 g、葡萄糖20 g,加水补足至1 L,121 ℃灭菌20 min。麦芽浸粉培养基(ME):麦芽浸粉20 g、琼脂粉18 g,调节pH值至5.5±0.2,121 ℃灭菌20 min。
1.3.2 菌株的分离、纯化与回接
分离与纯化:取发病无花果叶子、果实发病和健康部位交界处组织(5 mm×5 mm)于PDA上,25 ℃培养1~3 d。将分离菌边缘菌块分别三点转接到PDA和ME平板上,25 ℃培养14 d。回接:挑选健康无损伤的无花果果实,体积分数75%乙醇表面消毒,用无菌接种针刺孔,取纯化后的菌块接种至伤口处,置于无菌保鲜盒于25 ℃下每天观察果实接种处是否出现相应病症,并在病斑处再次分离病原菌,比较分离到的病原菌与接种病原菌的菌落形态[12]。
1.3.3 形态学观察
采用乳酸石炭酸棉蓝染色液法,于显微镜下观察产生的分生孢子及分生孢子梗的形状、色泽和分生孢子隔膜等性状[13]。
1.3.4 菌株DNA的提取及ITS序列分析
采用改良后十二烷基硫酸钠-氯化苄法提取待鉴定菌株总DNA[14]。以ITS-4和ITS-5为PCR扩增引物,PCR产物由华大基因进行Sanger测序。
1.3.5 碳源代谢指纹谱分析
采用Biolog微生物分析系统[15]分析菌株碳源代谢指纹谱。待测菌株在PDA平板上25 ℃培养120 h后,用FF-IF浊度标准液制备透光率为(75±2)%的菌悬液。在FF微孔板中每孔加100 μL菌悬液,25 ℃培养,Biolog微生物鉴定系统读取FF培养结果,获得病原菌的代谢指纹谱。
测序结果在NCBI网站(https:∥www.ncbi.nlm.nih.gov/)进行同源序列比对(Blast),并且用MEGA6软件构建系统发育树。
本研究从采后贮藏过程中自然发病的青皮无花果叶子和果实中取病健交界处的组织在PDA中25 ℃培养7 d后,分离到4株丝状病原真菌(179#、180#、181#和182#),其分离与回接时的病症见图1。纯化后回接到相应健康无伤的果实上,在接种部位均出现同样的病症,并能从该病害部位再次分离得到相应病原菌,因此,可确定为相应果实致病菌。
图1 4株病原真菌的分离及回接后的病症
Fig.1 Isolation of four pathogenic fungi and symptoms after reinoculation
2.2.1 菌落形态观察结果
4株病原菌的菌落特征见图2。自然发病的青皮无花果叶子上得到的丝状真菌179#菌落形态呈质地松散的灰白色。将分离纯化的179#菌株在PDA上培养7 d后菌丝生长旺盛,未出现孢子,菌丝呈现白色,基质呈黑色[图2 (a1)],14 d后菌丝出现老化,仍未出现孢子[图2(a2)];而在ME上培养7 d后菌丝呈现灰褐色,培养基中间及周围出现白色菌丝,边缘清晰,生长旺盛[图2(a3)],14 d后长满整个平板,菌丝颜色加深[图2(a4)]。
图2 4株病原菌的菌落特征
Fig.2 Colony characteristics of four pathogenic fungi
将自然发病的青皮无花果果实上分离纯化得到的3株质地松散的丝状真菌在PDA和ME上培养7 d和14 d。菌株180#在PDA上显示较少淡黄色菌丝,红色基质几乎占据整个平板[图2(b1)],培养14 d后红色加深呈紫红色[图2(b2)];而在ME上出现黄色基质[图2(b3)],14 d出现明显浅白色菌丝[图2(b4)]。菌株181#在PDA上培养7 d后菌丝呈现灰白色,边缘清晰,生长旺盛[图2(c1)],14 d后菌丝更白,未发现孢子产生[图2(c2)];在ME上培养7 d发现,菌株生长较在PDA上慢,菌丝呈现粉状白色[图2(c3)],14 d后菌丝逐渐扩散生长,边缘清晰,未发现孢子[图2(c4)]。菌株182#在PDA上呈现较稀疏的冗长菌丝,颜色为灰色[图2(d1)],而在ME上菌丝为淡黄色,培养基周围颜色较深,中间颜色较浅,菌丝较短[图2(d3)];14 d后在PDA上呈现较稀疏的菌丝[图2(d2)],而ME培养基上菌丝呈现淡黄色,菌丝较短,与7 d相比变化不大[图2(d4)]。
2.2.2 显微形态观察结果
4株病原菌的显微形态特征见图3。菌株179#的菌丝着色较浅,分枝多且内部隔膜观察明显[图3(a1)];分生孢子倒棒状,顶端延长成喙状,呈淡褐色,有壁砖状暗褐色分隔[图3(a2)]。菌株180#在PDA平板上没有产生孢子,菌丝着色较深,分枝多且内部无明显隔膜[图3(b)]。菌株181#在PDA平板上没有产生孢子,菌丝着色较浅,分枝多且内部隔膜观察明显[图3(c)]。菌株182#菌丝着色较浅,分枝多且内部隔膜观察明显[图3 (d1)],分生孢子为不规则多边形单孢,在孢子梗顶端凝聚成球状[图3(d2)]。
图3 4株病原菌的显微形态特征
Fig.3 Micromorphological characteristics of four pathogenic fungi
以基因组DNA为模板,ITS-4和ITS-5为引物,经PCR扩增得到ITS目的片段,PCR产物电泳检测结果见图4。由图4可知,4株病原菌目条带均在600 bp左右,与实验设计相符。
M.Marker;1.179#;2.180#;3.181#;4.182#。
图4 4株病原真菌的rDNA ITS序列凝胶电泳检测结果
Fig.4 Gel electrophoresis results of rDNA ITS sequence of four pathogenic fungi
经同源性分析真菌ITS序列并且构建系统进化树,见图5。菌株179#与链格孢菌(Alternaria alternata)在同一分支上,亲缘距离为零,置信度达100%。菌株180#与气味镰刀菌(Fusarium odoratissimum)在同一分支上但亲缘距离较大,置信度为82%,推测该菌株为镰孢属的一个新菌种。菌株181#与内生炭疽杆菌(Colletotrichum endophyticum)在同一分支上,亲缘距离为零,置信度达100%。菌株182#与总枝状毛霉(Mucor racemosus)在同一分支上,亲缘距离小于0.05,置信度达100%。因此,通过ITS序列分析,菌株179#、181#和182#分别鉴定为链格孢菌(Alternaria alternata)、内生炭疽杆菌(Colletotrichum endophyticum)和总枝状毛霉(Mucor racemosus),而180#可能为镰孢属的一个与气味镰刀菌(Fusarium odoratissimum)有一定亲缘关系的新菌种。
图5 4株病原真菌的rDNA ITS序列系统发育树分析
Fig.5 Phylogenetic tree analysis of four pathogenic fungi based on rDNA ITS sequence
通过Biolog微生物自动分析系统得到4株病原真菌在FF板上对95种碳源的代谢指纹谱,见表1。菌株179#的最适碳源有吐温80、核糖醇和苦杏仁苷等81种,1种可利用碳源水杨苷,不可利用碳源有β-环式糊精、L-海藻糖和葡糖醛酰胺等13种。菌株180#的最适碳源有D-阿拉伯糖、熊果苷和D-果糖等86种,不可利用碳源有赤藓糖醇、L-海藻糖和D-阿洛酮糖等9种。菌株181#的最适碳源有龙胆二糖、D-葡萄糖酸和丙三醇等79种,2种可利用碳源α-D-葡萄糖-1-磷酸和D-塔格糖,不可利用碳源有溴代丁二酸、反丁烯二酸和β-羟丁酸等14种。菌株182#的最适碳源有腐胺、L-脯氨酸和癸二酸等57种,β-羟丁酸、D-苹果酸和腺苷等9种可利用碳源,不可利用碳源有尿苷、蔗糖和水苏糖等29种。
表1 4株病原真菌的碳源代谢指纹谱
Tab.1 Carbon metabolic fingerprinting of four pathogenic fungi
碳源种类179#180#181#182#碳源种类179#180#181#182#吐温80528++902++507++941++水杨苷248+936++1458++677++N-乙酰-D-半乳糖胺-27-96--133--10-景天庚醛聚糖-70-136-515++26-N-乙酰-D-葡萄糖胺2250++3517++1226++1384++D-山梨醇1662++3048++565++522++N-乙酰-β-D-甘露糖胺-38-118--139--32-L-山梨糖1586++2181++1136++-11-核糖醇1038++1442++797++1298++水苏糖1998++2038++1794++-13-苦杏仁苷1387++1765++1736++645++蔗糖2149++1931++1453++38-
续表1
碳源种类179#180#181#182#碳源种类179#180#181#182#D-阿拉伯糖1176++386++683++146++D-塔格糖342++408++160+11-L-阿拉伯糖1202++1270++986++1970++D-海藻糖3637++3662++1392++2123++D-阿拉伯糖醇888++2555++1786++1230++松二糖2045++2946++1434++2005++熊果苷947++1219++954++710++木糖醇1211++3717++621++2056++D-纤维二糖2307++2347++1019++891++D-木糖2390++1688++1179++2022++α-环式糊精630++710++512++462++γ-氨基丁酸2219++3397++1067++366++β-环式糊精-30-498++-195--48-溴代丁二酸595++1101++42-62+糊精760++2117++965++1294++反丁烯二酸778++1962++-62-454++赤藓糖醇1651++242-1862++53-β-羟丁酸333++1224++-168-74+D-果糖1901++2515++1222++522++γ-羟丁酸216-282--32-69+L-海藻糖91-110--334-3-p-羟基苯乙酸672++3555++739++5-D-半乳糖1354++1794++1309++387++α-酮戊二酸760++2406++173++461++D-半乳糖醛酸770++610++206++-86-D-乳酸甲酯24-365--251-34-龙胆二糖2090++2475++1269++885++L-乳酸374++1010++112-139++D-葡萄糖酸546++2470++373++544++D-苹果酸738++2250++301++78+D-葡萄糖胺491++1712++1179++802++L-苹果酸867++1950++578++174++α-D-葡萄糖2570++1398++880++454++奎宁酸2374++2571++832++16-α-D-葡萄糖-1-磷酸560++610++165+96+D-葡萄糖二酸1085++2091++322++-26-葡糖醛酰胺-283-181--187-61+癸二酸2376++1944++634++2186++D-葡萄糖醛酸1328++2432++874++-35-琥珀酰胺酸1259++2899++534++222++丙三醇1341++3326++1302++170++琥珀酸722++1726++262++563++肝糖434++1325++794++381++琥珀酸单甲酯1139++1666++534++1091++m-肌醇2218++862++944++-29-N-乙酰-L谷氨酸37-592++139-72+2-酮-D-葡糖酸1755++2366++410++130++L-丙氨酰胺802++614++187++72+α-D-乳糖1861++2378++509++-30-L-丙氨酸973++2584++1077++2155++乳果糖2126++1989++336++-45-L-丙氨酰-甘氨酸910++2208++955++1696++麦芽糖醇1291++2842++1635++678++L-天门冬酰胺933++2947++664++624++麦芽糖2477++2570++1530++1115++L-天门冬氨酸955++1685++634++539++麦芽三糖2789++1874++1429++1021++L-谷氨酸1406++2182++654++1963++D-甘露醇1758++2566++1693++749++甘氨酰-L-谷氨酸1005++2542++1154++429++D-甘露糖2102++2221++1144++510++L-鸟氨酸626++2654++829++219++D-松三糖1363++2258++1229++963++L-苯基丙氨酸662++3163++906++118++D-蜜二糖906++2006++1226++45-L-脯氨酸2462++3086++1443++808++α-甲基-D-半乳糖苷890++1907++1683++2-L-焦谷氨酸181-3005++779++18-β-甲基-D-半乳糖苷1789++2246++1067++29-L-丝氨酸1203++1538++947++531++α-甲基-D-葡萄糖苷1675++664++-53-202++L-苏氨酸779++2376++1062++38-β-甲基-D-葡萄糖苷2096++2363++1107++1154++2-氨基乙醇219-2712++1130++45-异麦芽酮糖1594++2243++1434++1061++腐胺146-2726++720++1840++D-阿洛酮糖461++67-517++189++腺苷693++976++674++90+D-蜜三糖2070++2240++1589++13-尿苷168-562++141-38-L-鼠李糖2901++3165++1194++19-5′-磷酸腺苷635++699++458++40-D-核糖1339++1419++482++928++
++表示最适碳源,+表示可利用碳源,-表示不可利用碳源。
可以看出,4株病原真菌对N-乙酰-D-半乳糖胺、N-乙酰-β-D-甘露糖胺、L-海藻糖和D-乳酸甲酯这4种碳源都不可利用,而有L-阿拉伯糖、D-纤维二糖和α-环式糊精等56种共同的可利用碳源(含51种共同的最适碳源)。D-蜜二糖、L-鼠李糖和m-肌醇等19种碳源是菌株179#、180#和181#的最适碳源,而菌株182#对这19种碳源不可利用。182#对葡糖醛酰胺和γ-羟丁酸2种碳源可利用,179#、180#和181#病原菌对这2种碳源不可利用。只有菌株180#可利用β-环式糊精,仅菌株179#和181#可利用赤藓糖醇;菌株181#不可利用α-甲基-D-葡萄糖苷,而该碳源是其他3株菌最适碳源;菌株180#不可利用的D-阿洛酮糖是其他3株菌的最适碳源。景天庚醛聚糖是菌株181#最适碳源,而其他3株菌不可利用该碳源。181#对溴代丁二酸、反丁烯二酸、L-乳酸和β-羟丁酸不可用,而它们是其他3株菌的可利用或最适碳源。菌株179#和181#不可利用N-乙酰-L谷氨酸,其他2株可利用;菌株179#和182#不可利用L-焦谷氨酸和2-氨基乙醇,但该碳源是菌株180#和181#的最适碳源;菌株179#不可利用的腐胺却是其他3株的最适碳源;尿苷是菌株180#的最适碳源,其他3株菌却不可利用。
链格孢属真菌为果实采后常见潜伏侵染病原菌,目前全世界已报道的链格孢菌种约500种且仍在不断发现新种[16-17]。最近也有研究发现,A. alternata可引起无花果叶斑病和果实腐烂,但关于无花果上分离的A. alternata对营养物质需求的研究较少。本研究的碳源代谢指纹谱分析结果表明:从无花果叶子上分离到的A. alternata(179#)对碳源的适应性极强,与从樱桃上分离到的A. alternata(320#和322#)[18]共有86种代谢情况一致的碳源,包括核糖醇、苦杏仁苷和熊果苷等78种最适碳源以及N-乙酰-D-半乳糖胺、N-乙酰-β-D-甘露糖胺和L-海藻糖等8种不可利用碳源。同时,本研究也发现β-环式糊精、γ-羟丁酸和尿苷不可被菌株179#利用,它们却是菌株320#和322#的最适碳源;D-葡萄糖胺和D-木糖是菌株179#和322#的最适碳源,而320#对这2种碳源不可利用;水杨苷是菌株179#的可利用碳源,且是菌株320#和322#的最适碳源;菌株320#的可利用碳源D-塔格糖是菌株179#和322#的最适碳源;D-乳酸甲酯是菌株179#和322#不可利用碳源,却是320#的最适碳源;腐胺是菌株179#和320#的不可利用碳源,却是322#的最适碳源。不同水果来源的链格孢菌(A. alternata)或同种果实来源的不同菌株碳源代谢指纹谱相近但也存在差异。
镰刀真菌(Fusarium spp.)主要侵染寄主植物维管束系统,破坏植物的输导组织维管束,并产生毒素造成作物萎蔫死亡,如尖孢镰刀菌、禾谷镰刀菌和串珠镰刀菌造成巴拿马香蕉萎蔫病,黄色镰刀菌造成甘蔗顶腐病,茄类镰刀菌可以导致根腐病[19]。王郅媛等[10]从采后自然发病的华莱士瓜上分离到木贼镰刀菌(F. equiseti)、镰孢属真菌(F. incarnatum)、锐顶镰刀菌(F. acuminatum)和燕麦镰孢菌(F. avenaceum)。Yang等[20]报道气味镰刀菌(F. odoratissimum)是引起香蕉枯萎病的病原菌,但目前为止未见关于F. odoratissimum引起的无花果采后病害的报道。本研究从采后自然发病的无花果果实上分离到1株气味镰刀菌(F. odoratissimum,180#),丰富了引起无花果采后病害的病原真菌种类,并结合碳源代谢指纹谱分析发现该菌对碳源利用能力强,这是其侵染无花果的生理基础。
炭疽病是由炭疽菌引起的果蔬常见病害,据报道果生炭疽菌(C. fructicola)可导致苹果采后病害[21],卡氏炭疽杆菌(C. karstii)引起番茄病害[22]。有研究发现胶孢炭疽菌(C. gloeosporioides)可引起无花果炭疽病,异形炭疽菌(C. alienum)可引起芒果和鳄梨炭疽病[23-24]。对于内生炭疽杆菌(C. endophyticum)目前只有从亚洲辣椒上分离到的报道[25],本研究首次发现该菌可引起无花果采后病害,丰富了引起无花果炭疽病的炭疽菌种类。
总枝状毛霉(M. racemosus)引起番茄软腐病[26]和冬瓜软腐病[27],未见引起无花果病害的报道。本研究分离到的总枝状毛霉(182#)引起的果蔬采后病害报道相对较少,结合碳源代谢指纹谱分析可知该菌对碳源的利用能力低于从无花果叶子和果实上分离到的其他3株病原菌,这可能与病原真菌对宿主侵染广谱性与自身对营养物质的需求有关。
参考真菌鉴定手册对相应霉菌的描述,结合形态学特征及rDNA ITS序列分析,确定从采后贮藏期间发病的无花果果实和叶上分离的4株病原菌179#为链格孢菌(A.alternata)、181#为内生炭疽杆菌(C. endophyticum)、182#为总枝状毛霉(M. racemosus),而180#可能为镰孢属的一个新菌种,与气味镰刀菌(F. odoratissimum)有一定的亲缘关系,其中F. odoratissimum、C. endophyticum和M. racemosus作为引起无花果果实采后病害的病原真菌未见报道。碳源代谢指纹谱表明:4株病原真菌对60种碳源具有相似的代谢特征,包括L-阿拉伯糖、D-纤维二糖和α-环式糊精等56种可利用碳源以及N-乙酰-D-半乳糖胺、N-乙酰-β-D-甘露糖胺、L-海藻糖和D-乳酸甲酯等4种不可利用碳源。
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