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寧夏地區不同品種番茄主要病毒病的分子鑒定及抗性評價

2024-04-27 08:36郜雅欣高艷明李建設王涵
西北農業學報 2024年4期

郜雅欣 高艷明 李建設 王涵

摘 要 為明確寧夏地區番茄上的病毒種類并分析復合侵染狀況以及評價不同品種番茄的抗病性,于寧夏賀蘭園藝產業園采集139份番茄疑似病毒樣品(共22個品種),利用主要的8種番茄病毒特異性引物對病樣進行RT-PCR分子檢測與鑒定。結果顯示:在疑似病樣中,病毒檢出率為98.56%,其中,ToMMV首次在銀川市檢出,檢出率顯著高于其他病毒,達92.05%,為當地優勢毒源;其次為TSWV和STV檢出率分別為? 76.04%和73.35%;TYLCV、ToCV、ToMV、CMV和TMV檢出率較低。通過對番茄病毒的復合侵染現象分析發現,復合侵染的樣本占陽性樣本數的94.89%,其中3種病毒的復合侵染率占復合侵染總比的53.08%,且3種和4種復合侵染類型繁多。此外,對22個品種感病情況分析,‘冠蔬106感染的病毒種類最多,為6種,而‘黑小哥未檢測出以上8種番茄病毒。進而對番茄病毒病抗性品種進行初步評估,‘黑小哥‘千禧‘香妃9號‘152‘冠疏103‘193和‘賽硒柿2號這7個品種為抗病毒品種。綜上,面對外來病毒的侵入,復合侵染的暴發,應當引起高度重視和警惕。

關鍵詞 番茄病毒??;南方番茄病毒;番茄斑萎病毒;番茄斑駁花葉病毒;復合侵染

番茄(Lycopersicon esctdentum)因其具有豐富的營養價值、獨特的風味、廣泛的用途等諸多優點,被稱為神奇的菜中之果,深受人們喜愛,此外,番茄亦是中國廣泛種植的設施蔬菜種類之一[1]。而處于中國西北的寧夏地區,位于黃河中上游,地勢自西南向東北呈階梯下降,坡降相宜,引水方便,便于灌溉。區內晝夜溫差較大,日照時間長,具有得天獨厚的資源優勢,適宜設施蔬菜的發展。如今,該地區設施番茄的栽培面積占設施農業總面積的15.9%,已經成為國內設施番茄的重要生產基地[2]。然而,隨著番茄需求量的提升,番茄種植面積也隨之擴大,番茄病毒病對番茄種植的影響也日益突出,已成為寧夏番茄第一大病害,致使番茄產業深受其害。

番茄病毒病,又稱蔬菜上的癌癥,目前,國內外共發現136種病毒侵染番茄,有34種番茄病毒病在中國已被報道,其中,大部分為RNA病毒,如番茄褪綠病毒(Tomato chlorosis virus,ToCV)、番茄斑駁花葉病毒(Tomato mottle mosaic virus,ToMMV)、南方番茄病毒 (Southern tomato virus, STV)、番茄斑萎病毒(Tomato spotted wilt? virus,TSWV)、黃瓜花葉病毒 (Cucumber mosaic virus,CMV)、番茄煙草花葉病毒 (Tobacco mosaic virus,TMV)及番茄花葉病毒(Tomato mosaic virus,ToMV)等[3]。2011年,在寧夏首次發現DNA毒病中的番茄黃化曲葉病毒(Tomato yellow leaf curl virus,TYLCV),隨后該病毒向全區蔓延[2]。繼2014年,番茄斑萎病毒(TSWV)在石嘴山地區報道[4]。被病毒感染后的番茄,其田間癥狀與番茄缺素癥相似,并且番茄感染不同病毒所表現的癥狀也相近,又因病毒復合侵染的現象在田間出現頻繁,因此肉眼檢視不能作為病毒病診斷的可靠方法。為此,基因分子生物學因其具有快捷、靈敏準確及可重復的優點近些年來被廣泛應用到植物病毒的鑒定與診斷。

本試驗通過采集寧夏銀川地區種植的適宜鮮食不同品種中的疑似番茄病毒病樣本,運用分子生物學鑒定方法,以明確寧夏地區番茄病毒病的病毒種類和番茄被侵染的狀況;為寧夏設施栽培番茄病害的診斷、抗性品種的篩選及綜合防控提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗選用櫻桃番茄,品種為‘191‘193‘152‘白妃‘千禧‘黑小哥‘香妃9號‘黃妃,共8個;口感型大番茄,品種為‘1號‘賽硒柿2號‘冠蔬103‘冠蔬106‘原味1號‘甜脆脆‘京番308‘普羅旺斯‘味多美‘亞蔬12號‘中番9號‘168‘塞納‘869,共14個。于2022年1月2日播種育苗,2月10日定植于寧夏賀蘭園藝產業園11號日光溫室。每個品種定植48株,株行距45.0 cm×60.0 cm,定植前用利爾康(泡騰消毒片Ⅱ型:三氯異氰尿酸)對基質及設施進行消毒,定植后按常規方法施肥和管理,大番茄采用單桿整枝方式,櫻桃番茄采用三桿整枝方式。6月10日(盛果期)進行田間調查,在番茄的整個生育期共采集22個番茄品種的139份疑似被侵染的發病植株葉片,拍照后分別包于錫紙中,做好標記,置于液氮桶,帶回實驗室,次日進行病毒病鑒定,試驗剩余樣品存入-80 ℃冰箱保存,備用。在樣品采集期間不噴施任何化學藥劑,溫室內的番茄植株均為自然發病。

1.2 供試引物信息

供試引物詳見表1。

1.3 番茄病樣總DNA/RNA提取

番茄葉片總的DNA提?。簩?.5 g左右凍結保存的發病番茄葉片迅速轉移至消毒且預冷的研體中,充分研磨至粉末狀,裝入經液氮預冷的1.5 mL離心管中,采用Tiangen DNA提取試劑盒,用于DNA的提取及后續試驗。

番茄總RNA的提取以及cDNA的合成:將0.5 g左右凍結保存的發病番茄葉片迅速轉移至消毒且預冷的研體中,充分研磨至粉末狀,裝入經液氮預冷的1.5 mL離心管中,采用RNAprep Pure多糖多酚植物總RNA 提取試劑盒進行樣品總RNA的提取,隨后利用Vazyme生物公司的Hiscript Ⅲ 1st Strand cDNA Synthesis Kit? (+gDNA wiper)試劑盒進行反轉錄。取2 μL的RNA作為模板并加入6? μL RNase Free ddH2O到8 μL,將溫度調升至65? ℃加熱5 min,隨后迅速置于冰上驟冷且靜置2 min,使RNA模板變性;基因組DNA去除:加入2?? μL 5×gDNA wiper Mix到上一步的混合液中,并用移液槍吹打使之混勻,將溫度調至42 ℃加熱2? min;最后于? 10? μL的混合液中加入2? μL Hiscript Ⅲ Enzyme Mix,2 μL 10×RT Mix,1 μL? Radom hexamers和5 μL? RNase Free ddH2O于 25 ℃加熱5 min,37? ℃加熱45 min,85? ℃加熱5 s,進行第一鏈? cDNA的合成。

1.4 番茄病樣PCR和RT-PCR檢測

常規PCR檢測:將提取到的總DNA作為模板與TYLCV特異性引物(表1)進行檢測。反應體系(20 μL):TYLCV-F/TYLCV-R引物各0.5 μL,2×Taq Master Mix(Dye Plus)10 μL,模板? 2 μL,用ddH2O補足到20 μL。反應程序:94 ℃預變性4 min;隨后94 ℃變性30 s,53 ℃退火? 30 s,72 ℃延伸45 s,循環數為34;最后于72 ℃延伸10 min,-20? ℃冰箱保存。

RT-PCR檢測:將模板分別與常見的番茄病毒病特異性引物(表1)進行檢測。PCR反應體系(20? μL):模板cDNA 2 μL、上游引物與下游引物各0.5 μL、2×Taq Master Mix(Dye Plus)10 μL、加入ddH2O并補足到20 μL。反應程序同上。

在擴增結束后,取4 μL PCR/RT-PCR產物于1.0%的瓊脂糖凝膠上在118 V的電壓下進行電泳檢測,36 min左右后在全自動凝膠成像系統記錄結果。

1.5 番茄抗病性鑒定

病情分級參照許向陽等[6]的抗性分級方法并稍作調整(表2)。根據番茄群體病情分級標準可分為:免疫I(病情指數為0,植株不帶毒)、高抗HR(0<病情指數≤ 2)、抗病R(2<病情指數< 15)、耐病MS(15<病情指數< 30)、感病S(病情指數> 30),病情指數計算參照以下公式:

病情指數=Σ(各級病株數×相對級數值)/(調查總株數×最高嚴重度代表值)×100

病株率=病株數/調查總株×100%

2 結果與分析

2.1 田間癥狀調查

田間調查發現,2022年銀川地區番茄病毒病發生較為嚴重,棚室內番茄病毒病主要有6種癥狀,表現為:(1)葉片縮小、部分變黃, 葉片邊緣褪綠變紫,節間縮短,植株矮化嚴重,不可正常開花結果(圖1-A);(2)葉片縮小、褪綠、輕微上卷、出現褐色且不規則形病斑,此癥狀由下而上逐漸明顯(圖1-B);(3)葉片上卷嚴重、黃化明顯、葉緣焦枯,節間縮短,長勢弱,果實小并存在花臉現象(圖1-C);(4)葉脈濃綠、脈間褪綠黃化,葉片邊緣焦枯,葉肉增厚, 變脆易碎,植株長勢強(圖1-D);(5)葉片由葉緣向內側逐漸褪綠,邊緣干枯,葉脈明顯,心葉皺縮突起(圖1-E);(6)葉片變小增厚,輕者邊緣褪綠,重者邊緣褪綠且發紅(圖1-F),在以上6種癥狀的樣品中均能檢測到STV。

2.2 番茄病株樣品的RT-PCR檢測分析

將在產業園采集的139份疑似番茄病毒樣本進行總RNA/DNA提取,進而利用特異性引物ToMMV、ToMV、STV、TYLCV、TSWV、TMV、CMV和ToCV對其進行PCR/RT-PCR檢測,結果顯示在疑似番茄病毒樣品中特異性引物ToMV-F/ToMV-R、STV-F/STV-R、TYLCV-F/TYLCV-R、TSWV-F/TSWV-R、TMV-F/TMV-R、ToMMV-F/ToMMV-R、CMV-F/CMV-R和ToCV-F/ToCV-R、分別可擴增出大小480、681、648、425、470、1193、260、450 bp左右的相應條帶,且條帶清晰,無其他非特異性條帶產生,而陰性對照未出現擴增現象,表明在所檢測樣品種中可檢出以上8種病毒。其中,137份病樣均檢出病毒,有2份樣品未檢測到,病毒檢出率高達98.56%。通過田間調查不同品種番茄感病癥狀,選取生產上主栽品種‘普羅旺斯的病葉再次進行總RNA/DNA提取,用以上8種病毒種類的特異性引物進行PCR/RT-PCR檢測,擴增出681、480、1 193、425和450 bp左右大小的特異性條帶(圖2),且無雜帶出現,說明番茄品種‘普羅旺斯同時被STV、ToMV、ToMMV、TSWV和ToCV侵染。

2.3 侵染不同品種番茄的主要病毒種類及檢測結果

表3表明,口感型番茄‘冠蔬106所攜帶病毒種類最多,檢出6種病毒,僅有STV和TMV未檢出;其次是櫻桃番茄‘191與口感番茄‘原味1號‘普羅旺斯和‘中番9號,檢出病毒種類個數皆為5個;櫻桃番茄‘千禧與口感番茄‘冠蔬103以及硬果番茄‘168‘塞納和‘869攜帶4種病毒,不同番茄品種間病毒種類各不盡相同;櫻桃番茄‘193‘白妃和‘香妃9號及口感番茄‘賽硒柿2號 ‘甜脆脆 ‘京番308和‘亞蔬12號以上7個品種均檢測出STV、TSWV及ToMMV3種病毒,而口感番茄‘1號除TSWV及ToMMV外,還檢測到ToCV; 櫻桃番茄‘152‘黃妃及口感番茄‘味多美所檢出病毒種類較少,為2種;在‘黑小哥品種的2個疑似病樣中,未檢測出番茄病毒。

由圖3可見,檢出率最高的為ToMMV,高達? 92.05%,和其他的病毒種類相比有顯著差異? (P<0.05),是危害銀川地區的主要病毒;其次為TSWV和STV,檢出率分別為 76.04%、? 73.35%;ToCV、ToMV、TYLCV、CMV和TMV檢出率略低,各種類間無差異顯著性,分別為? 19.48%、16.22%、6.82%、1.52%、1.52%。

2.4 不同品種番茄病毒的復合侵染分析

在137份陽性樣品中(表4),發現單一病毒病侵染樣品量為7份,復合樣本為130份,復合侵染的樣品占陽性樣本的94.89%,其中由3種病毒復合侵染的樣本數量最多,檢出率為復合侵染總比的53.08%,主要類型為STV+TSWV+ToMMV、TSWV+ToMMV+ToCV、ToMV+STV+ToMMV、ToMMV+CMV+ToCV、ToMV+TSWV+ToMMV、TSWV+ToMMV+CMV、STV+TYLCV+ToMMV和STV+ToMMV+ToCV,且STV+TSWV+ToMMV為復合侵染優勢種;被STV+ToMMV、STV+TSWV和TSWV+ToMMV2種病毒侵染樣本占比為23.08%;而由4種病毒復合侵染的比率略低,為17.69%,其病毒復合侵染類型卻多達9種,分別為ToMV+TYLCV+TSWV+ToMMV、STV+TSWV+ToMMV+ToCV、ToMV+STV+TSWV+ToMMV、ToMV+TSWV+ToMMV+ToCV、TYLCV+TSWV+ToMMV+ToCV、ToMV+STV+ToMMV+ToCV、STV+TSWV+TMV+ToMMV、STV+TYLCV+TSWV+ToMMV和TSWV+ToMMV+CMV+ToCV;在復合侵染樣本中,最多檢測出5種病毒復合侵染,類型復雜,為ToMV+STV+TSWV+ToMMV+ToCV。

2.5 不同品種番茄病毒抗性分析

不同番茄品種對病毒病的抗性表現皆不相同。經抗病性調查后,結果表明:番茄‘黑小哥疑似病樣中沒有發生病毒病,發病率為0.00%,初步定為番茄病毒病免疫品種。其余供試番茄品種均發現不同程度的病毒侵染。發病品種之間發病率存在較大差異,硬果番茄‘塞納發病率最高,高達27.08%;櫻桃番茄‘152發病率最低,為? 2.78%。櫻桃番茄中‘千禧‘191‘香妃9號和‘152及口感番茄‘冠疏103的病情指數分別為1.39、1.62、1.85、1.85和1.62,為高抗品種;抗性等級為抗病的櫻桃番茄有‘193‘白妃‘黃妃,口感番茄有‘原味1號‘甜脆脆‘京番308‘味多美‘亞蔬12號‘中番9號‘賽硒柿2號,硬果番茄有‘168,其中‘168的病情指數最高,高達14.35。而口感番茄‘1號‘冠蔬106‘普羅旺斯和硬果番茄‘塞納與‘869均處于耐病水平,病情指數分別為16.20、15.05 、15.05、19.68、16.20。在以上品種中,免疫品種占參試總品種的? 4.55%,高抗品種占參試總品種的22.73%,而大多數為抗性品種,占總品種數的45.45%。因此,初步認為品種‘黑小哥‘191‘152‘千禧‘香妃9號和‘冠蔬103可以作為寧夏地區春茬設施栽培番茄抗病毒病備選品種(表5)。

3 討論和結論

現如今,番茄種植業已成為寧夏地區蔬菜種植的主導產業之一,隨著其不斷的發展,病毒病危害的問題也越發突出,導致番茄品質與產量嚴重下降,制約著當地番茄產業的發展。前人對寧夏地區病毒病種類有所鑒定與分析,但缺少不同病毒對番茄侵染的主次關系相關報道,因此,對該地區番茄病毒病的發展現狀進行系統研究刻不? 容緩。

本研究從銀川市賀蘭園藝產業園11號日光溫室采集139份疑似病毒感染番茄葉片,利用分子生物學手段,對其樣品進行PCR/RT-PCR病毒分子檢測,分析結果顯示,侵染番茄的病毒種類伴有以上8種,且98.56%的樣品都被病毒所感染。在本試驗中,ToMMV為銀川地區優勢種,檢出率高達90.53%,且在當地首次發現,本研究為寧夏自治區番茄上發現ToMMV的首次報道。由于該病毒是近年來植物上新發現的一種病毒,并且,已對多個地區包括番茄在內的多種植物侵染。從2014年中國首次報道該病毒以來,截至到2022年,已有7個省份發現ToMMV[7-9],其中,海南省[10]和遼寧省[11]受到該病毒侵染并引發番茄產量難以提升的困擾。番茄斑駁花葉病毒,屬于煙草花葉病毒屬,其傳播方式主要為汁液摩擦,目前,研究報道指出此病毒亦可寄主在部分作物的種子上[12],因而ToMMV的寄主種類和范圍可能較為廣泛。并且有相關報道提到,ToMMV在對不同品種番茄之間的抗、耐病性進行評價時比ToMV更容易侵染一些品種,并且表現的癥狀也更為嚴重[13],因此,番茄斑駁花葉病毒在銀川市大爆發。此外,采樣時期溫度高,降雨少,棚內粉虱、薊馬大量聚集,TSWV可通過昆蟲傳播[14],而據最新研究表明STV除了可以種傳以外,還可利用花粉快速傳播,其傳播效率與番茄的品種呈相關關系[15],以上因素與二者普遍發生息息相關,進而使TSWV和STV也成為該地區番茄上不容忽視的主要病毒。

番茄病毒病在各地報道的優勢種類有所不同,在不同的品種上亦是如此,其種類繁多,侵染類型較為復雜,復合侵染也層出不窮,且當不同病毒發生復合侵染時,作物往往會表現出協生作用[16]。本研究通過樣品鑒定與數據分析發現,銀川地區番茄病毒病復合侵染類型共有21個,其中半數以上樣本是由3種或4種病毒共同侵染,部分樣本甚至出現5種病毒復合侵染的現象,為銀川地區番茄病毒病的防控和治理增加難度。而出現番茄病毒病復合侵染嚴重的現象可能歸因于病毒的傳播方式和田間管理及外來病毒入侵等,如CMV、ToMV、ToCV和TYLCV可通過兩種傳播方式進行傳播,一種是機械傳播,另外則是通過昆蟲媒介進行傳播擴散[17-18],其中,部分介體傳播時可以攜帶多種病毒,對番茄植株刺吸后,將攜帶病毒一并傳染至植物體內,導致發生多種病毒復合侵染現象。而STV與其他番茄病毒復合侵染的現象較為普遍,據國外檢測的報道,STV分別與TMV和TYLCV 復合侵染[19-20]。在國內,復合侵染的現象更為明顯,STV與TYLCV、CMV、ToCV于山東壽光在同一樣本上被檢測到[21];新疆部分番茄樣品中發現STV和ToMV共存[22];而北京出現了STV與TYLCV、ToCV復合侵染的現象[23]。除了上述情況之外,在分析結果中發現,超過半數的復合侵染都出現了ToMMV,由此可見,該病毒的入侵使銀川市病毒病復合侵染的類型更加多樣化。

由于當前尚無明確統一的番茄病毒病抗性評價標準,因此,本試驗以煙粉虱、蚜蟲、薊馬等昆蟲在常規管理條件下傳播番茄病毒的方式,將病情指數、病毒PCR檢測、病毒檢出量及植株長勢等綜合指標相結合,對不同品種番茄進行抗病性鑒定,與Rubio等[24]的評估方法具有一定的相似性,相較使用單一指標評估更加全面和客觀。鑒定結果發現,在本研究所有參試品種中,櫻桃番茄‘黑小哥對番茄病毒病免疫,未檢測出以上8種番茄病毒病,且在田間表現出長勢強,產量高,口感好等諸多優點。其次為櫻桃番茄‘千禧‘191‘香妃9號和‘152及口感番茄‘冠疏103,為高抗等級的番茄品種,病毒病侵染率較其他品種偏低,在田間表現良好,而對番茄病毒病表現出抗病的櫻桃番茄‘193與口感番茄‘賽硒柿2號病情指數分別為5.56和6.02,二者的發病率與高抗番茄‘香妃9號相同,皆為8.33%,且在田間植株總體表現出健康狀態。此外,媒介昆蟲是蟲媒植物病毒傳播擴散的重要“橋梁”[25],基于寧夏地區5-9月氣溫高,降雨少,是煙粉虱、蚜蟲、薊馬等昆蟲生存的有利條件,為了避免因昆蟲傳毒而致番茄病毒病大爆發現象的出現,暫不采用攜帶5種病毒的櫻桃番茄‘191。

綜合考慮,初步判定‘黑小哥‘千禧‘香妃9號‘152‘冠疏103‘193和‘賽硒柿2號這7個品種為抗病毒品種,后期可進行品種與多種病毒靶標對峙抗性,進一步驗證抗病毒品種,為寧夏番茄病毒病的綜合防控及番茄的產業發展提供理論依據和技術指導。

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Molecular Identification and Resistance Evaluation of? Major Tomato Virus Diseases in Different Varieties in Ningxia Region

Abstract

To identify virus speciesin tomatoes in Ningxia, analyze the status of compound infestation and evaluate the disease resistance of different varieties of tomatoes,139 suspected virus samples (associated with 22 varieties) of tomatoes were collected at Helan Horticultural Industrial Park in Ningxia.The disease samples were detected and identified using RT-PCR with eight major tomato virus-specific primers. The results showed that among the suspected cases, the virus detection rate was?? 98.56%.Tomato mottle mosaic virus (ToMMV) was detected for the first time in Yinchuan, with a significantly higher detection rate of 92.05% compared to other viruses, which was the dominant local virus source. The detection rates of Tomato spotted wilt virus (TSWV) and Southern tomato virus (STV) were 76.04% and 73.35%,respectively. Conversely, the detection rates for Tomato chlorosis virus (ToCV), Tomato mosaic virus (ToMV), Tomato yellow? leaf curl? virus (TYLCV), Cucumber mosaic virus (CMV), and Tobacco mosaic virus (TMV) were relatively low. With the analysis of co-infection phenomenon of tomato virus, it was found that the co-infection samples accounted for?? 94.89% of the positive samples.Among these,the con-infection rates of three viruses accounted for?? 53.08% of the total co-infection rate, and there were many co-infection types involving three or four virus species. In addition, according to the analysis of the infection situation of the 22 tomato varieties, ‘Guanshu 106 was the most infected variety with six kinds of virus, while the eight viruses was not detected in ‘Heixiaoge .A preliminary assessment was conducted on the resistance of tomato varieties to viral diseases, the varieties ‘Heixiaoge ‘Qianxi ‘Xiangfei No. 9 ‘152‘Guanshu 103‘193 and ‘Saixishi No. 2 were identified as virus-resistant varieties. In summary, when confronted with invasive foreign viruses and the occurrence of co-infections in tomato virus disease,it is crucial to pay close attention and exercise vigilance.

Key words Tomato virus disease; Southern? tomato? virus (STV); Tomato spotted wilt? virus (TSWV); Tomato mottle mosaic virus (ToMMV); Co-infection

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