玉米种子真菌区系和种带优势镰孢菌遗传多样性及其致病机理研究

来源 :甘肃农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chenhy8208
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玉米种子上普遍存在着丰富的真菌群落,有些真菌引起种子霉变或产生毒素而影响种子质量,造成发芽率逐年下降,许多育种资源也因同样问题永远丢失。尤其是一些致病真菌,不仅引起病害的发生与流行,甚至造成病害的远距离传播,给玉米种子生产带来极大威胁。本研究以储存0.512年的玉米种子(郑58)样品为试材,采用稀释平皿法和PDA平板法对种子表面和内部携带的真菌进行分离,利用最大似然法和贝叶斯法分析rDNA-ITS序列,结合形态学观察进行菌种鉴定,分析种子真菌区系物种多样性及其与种子活力的关系。同时,对优势镰孢菌的致病性、致病机理及其种间和种内遗传多样性的ISSR进行了分析研究,主要结果如下。1.通过形态学观察和rDNA-ITS序列分析,对储存0.512年的11份玉米种样真菌区系多样性进行了调查研究。从玉米种子表面和内部组织共分离获得196个菌株,属于10属16种真菌,其中1种属于接合菌,其余15种全部为子囊菌。15种子囊菌中,有7种真菌只从种子内部组织分离得到,2种仅从种子表面获得,其余6种从种子内部和表面均分离到。Aspergillus niger是玉米种子上的优势菌,从所有储存年份的种样上都分离得到,其相对丰富度为36%100%。其次是Fusariumspp.和Penicilliumspp.,相对丰富度分别为9%40%和9%20%。其他种类的真菌均零星出现,分离样品均少于3个储存年份。研究结果表明,真菌对种子的总感染率随储存年限增加而下降,但种子贮存时间与真菌物种丰富性和相对丰富度之间却没有明显的相关性。不同玉米种样真菌群落的构成也存在明显差异。本研究还检测到4个主要产毒真菌属Aspergillus、Fusarium、Penicillium和Alternaria,其存在的相关信息有助于将来毒素的管理和防控。相关性分析表明,67%的玉米种子内部真菌带菌率与种子活力指标显著负相关,11%的内部真菌带菌率与种子活力指标呈正相关,具有促进种子发芽和幼苗生长的作用。2.为了明确不同储存年限和分离部位玉米种带优势镰孢菌种间及种内的遗传差异,采用ISSR分子标记技术对来自储存0.512年玉米种子内部和表面的45株Fusarium spp.进行了遗传多样性分析。15条ISSR引物对45个供试菌株扩增后,共获得293条条带,其中多态性条带276条,平均多态性位点比率为94.2%。不同引物能扩增出数目不等的多态性条带,扩增片段多分布在4003000bp之间。聚类分析表明,45个菌株的遗传相似系数在0.550.93之间,当遗传相似系数为0.70时,供试的45株镰孢菌被划分成2个ISSR类群,其中,类群I中包括了rDNA-ITS序列分析F1中所有的17个菌株(全部是F.verticillioides),类群Ⅱ中含有F2中所有的4个菌株(均为F.proliferatum),各个分离部位和储存年限的菌株分布其中。说明ISSR类群的划分与菌种分类之间存在一定相关性,但与菌株在种子上的储存年限和分离部位不相关。同一类群中,从相同部位或相近储存年限分离的菌株,具有较高的遗传相似性,但也存在一定差异;而不同分离部位或储存年限悬殊的菌株间遗传距离较远。菌株间的遗传相似性与其分离部位和种子的储存年限存在明显相关性。3.通过对种子接种来自不同储存年限玉米种带优势镰孢菌进行室内和田间致病性测定,分别以种子出苗、幼苗生长、镰孢菌苗枯病、镰孢菌穗腐病和穗部经济性状共20多项指标,评价了镰孢菌的致病性差异,主要结果如下:(1)室内沙培法种子出苗率显著高于田间出苗率,室内和田间一致表现为随种子储存7年以上的镰孢菌接种种子后,其出苗率与对照差异不明显,但明显高于0.55年菌株的处理,具有随储存年限增加的趋势;室内沙培法表明,种子的平均出苗时间较短,只有3.74.0d,各处理与对照之间差异不明显,而田间出苗时间则长达12.615.6d,其中0.55年的菌株明显推迟种子出苗13d。室内培养7d后,幼苗的各项指标测定结果表明,除个别菌株外,812年的菌株处理后,苗高和苗鲜重明显高于0.55年的菌株,二者均随储存年限而增加;主根长、根鲜重和根冠比具有随储存年限而减小的趋势,0.55年的菌株明显增加了主根长和根鲜重,具有促进根系生长的作用。不同菌株处理间及其与对照的苗粗和须根数则无明显差异。(2)不同镰孢菌菌株引起的室内幼苗发病情况、田间苗枯病和穗腐病发病率均存在明显差异,而且三者保持着高度的一致性。室内沙培法所测结果表明,培养7d后幼苗的发病程度与种子的受害程度是相对应的,二者的发病率和病情指数具有随储存年限增加而降低的趋势,即0.55年菌株处理后的幼苗发病率和病情指数明显高于812年菌株的处理;镰孢菌引起的田间苗枯病和穗腐率(病情指数)也得到相似的结果。(3)穗部经济性状分析表明,不同处理间的7项指标均存在一定差异。其中,穗长、穗粗、穗行数、行粒数、穗粒数和产量均与储存年限存在一定相关性,主要表现为0.55年菌株处理的6项指标明显低于8年及以上菌株的处理。而千粒重与储存年限无明显相关性。(4)从镰孢菌种类和分离部位来看,相同分离部位和相近储存年份的2种镰孢菌F.verticillioides和F.proliferatum之间,种子出苗率、平均出苗时间、幼苗生长的各项指标、发病率和病情指数,以及田间苗枯病发病率、穗腐率和穗部经济性状均存在一定差异,但二者无明显相关性。对于相同年份(或相近年份)的同一种类的镰孢菌,不同分离部位(内部或表面)的菌株之间,所测种子的活力指标、发病情况和穗部经济性状等多项指标表现为多数表面菌株的致病性强于内部菌株。4.通过种子内藏镰孢菌F.verticillioides孢子悬浮液接种玉米种子,采用沙培法培养7d后,测定幼苗主要的生理生化指标,揭示不同储存年限种带优势镰孢菌F.verticillioides的致病机理。结果与对照相比,种子接种过镰孢菌的幼苗细胞膜相对透性增加,过氧化物酶(POD)活性升高,可溶性糖、丙二醛、脯氨酸和蛋白质含量增加;超氧化物歧化酶(SOD)活性降低,叶绿素和还原性糖含量减少。F.verticillioides菌株随着种子储存时间的延长,幼苗的SOD活性随之升高,叶绿素、丙二醛、脯氨酸和蛋白质含量随之增加;随着带菌种子储存年限的增加,POD活性、细胞膜相对透性和可溶性糖含量随之降低,而还原性糖含量则没有随与储存年限没有明显的相关性。
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