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植物体内含有多种微生物,其中许多微生物与植物之间的相互作用对植物的生存、适应性和生态系统功能等方面都有有益的影响[1-2],大量研究表明内生菌在提高植物免疫防御[3]、病害控制[4]、营养获取[5]和植物对非生物胁迫的耐受方面[6]有明显的促进作用。比如Wu等人[7]从野生蓝莓的内生菌中分离到一株深色有隔真菌,将该菌接种到蓝莓上可促进其根部生长和分枝,Carro-Huerga等人[8]从葡萄树体里分离到一株木霉,该菌可减少葡萄上病原菌的定殖从而限制病害的发展。
松材线虫(Bursaphelenchus xylophilus)是全球森林生态系统中最具危险性、毁灭性的有害生物之一,具有极强的扩散性和破坏性,自1982年入侵我国后,先后在亚热带、热带、暖温带、中温带以及秦岭等高海拔地区造成松林大面积枯死[9],造成了巨大的经济和生态损失,而且疫区仍在不断增加。松材线虫侵入寄主后,首先取食松树的薄壁细胞,当松树死亡后,开始取食树体内的真菌,使得其种群得以维持和扩大[10];松树内生微生物群落具有提高树木防御能力的潜力,但也可能随着病害的发展而转换角色,最终导致树木腐烂[11]。由此可见,松树内生微生物在松材线虫病的发展过程中发挥重要作用。充分了解松树体内微生物的群落结构有助于了解松材线虫病的发病过程,也为认识寄主和微生物的共生关系以及微生物资源的开发利用提供参考和科学依据。
许多研究结果表明松材线虫入侵对寄主松树的内生微生物群落多样性具有重要影响,而且松树的许多内生菌也具有很大的生防潜力。曾凡勇等[12]对不同健康状态黑松(Pinus thunbergii Parl.)树干内真菌进行了分离,发现不同健康状态下真菌种群没有显著差异,但是优势真菌及其比率不同。鲁国华[13]分析了不同健康状态马尾松(P. massoniana Lamb.)和黑松树干内真菌的种类变化,认为松材线虫病影响了寄主松树真菌种群的变化。徐风美[14]通过对松材线虫病发生区和未发生区油松(P. tabuliformis Carr.)根部真菌进行分离和鉴定,发现根部外生菌根真菌和深色有隔内生真菌的相对丰度不同,这可能与松树对松材线虫病的抗性有关。Ma等人[15]利用高通量测序技术研究了松材线虫侵染前后黑松不同部位的细菌群落结构,发现健康树和受害树针叶和根部细菌的群落结构不同,表明松材线虫可以影响寄主的细菌群落结构。Ponpandian等人[16]从赤松(P. densiflora Sieb. et Zucc.)、刚松(P. rigida Mill.)、黑松和红松(P. koraiensis Sieb. et Zucc.)不同组织部位中分离得到1622株内生细菌,从中筛选到44株具有杀线活性的细菌,其中窄食单胞菌属(Stenotrophomonas)和芽孢杆菌属(Bacillus)细菌的杀线作用最突出。Kim等人[17]从分离到的92株松树内生细菌中筛选出3株可诱导松树产生抗性的细菌,通过叶面喷洒这3株细菌的菌悬液均可显著降低松材线虫病的发病程度。
马尾松作为我国南方重要的绿化造林树种,近年来松材线虫病在马尾松林普遍发生,但关于马尾松不同组织部位微生物群落多样性的认识还不全面,对马尾松内生微生物的种类与功能缺乏深入的研究,这就阻碍了防控研究的进一步开展。本研究通过对松材线虫病疫区马尾松不同部位微生物的分离,有助于了解松材线虫入侵前后马尾松体内微生物的群落结构,同时可构建马尾松上可培养的微生物种质资源库,为利用内生微生物防治松材线虫病,探索松材线虫病的新型防控技术奠定基础。
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对浙江马尾松进行内生真菌分离,经纯化后分离得到健康马尾松内的真菌106株,其中干部的分离率最高,为55%(55株),其次为针叶和根部,分离率分别为46%(46株)和5%(5株)。经过ITS序列比对将分离菌株划分为19个属,木霉属(Trichoderma)为优势类群,占菌株总数的25.47%,而且不同部位的优势类群不同,根部优势属为毛色二孢属(Lasiodiolodia),干部为木霉属(Trichoderma),针叶为拟盾壳霉属(Paraconiothyrium)(表1)。枯死马尾松中分离得到真菌86株,其中针叶的分离率最高,为44%(44株),其次是干部和根部,分离率分别为32%(32株)和10%(10株)。经过ITS序列比对将分离菌株划分为10个属,木霉属(Trichoderma)也为优势类群,占菌株总数的34.88%,分不同部位来看,根部和干部的优势属为木霉属(Trichoderma),针叶为散斑壳属(Lophodermium)(表2)。
编号
No.属 Genus 根 Root 干 Stem 叶 Needle 菌株总数
Total number of
strains相对频率
Relative
frequency/%菌株数量
Number of
strains分离频率
Frequency/
%菌株数量
Number of
strains分离频率
Frequency/
%菌株数量
Number of
strains分离频率
Frequency/
%1 木霉属
Trichoderma0 0 23 21.70 1 0.94 24 22.64 2 链格孢属
Alternaria0 0 2 1.89 5 4.72 7 6.60 3 小枝孢属
Brachysporiella0 0 2 1.89 0 0 2 1.89 4 青霉属
Penicillium1 0.94 7 6.60 0 0 8 7.55 5 散斑壳属
Lophodermium0 0 0 0 7 6.60 7 6.60 6 拟盘多毛孢属
Pestalotiopsis0 0 6 5.66 3 2.83 9 8.49 7 短柄霉属
Aureobasidium0 0 1 0.94 0 0 1 0.94 8 炭疽菌属
Colletotrichum0 0 0 0 8 7.55 8 7.55 9 拟盾壳霉属
Paraconiothyrium0 0 0 0 19 17.92 19 17.92 10 毛色二孢属
Lasiodiolodia4 3.78 0 0 0 0 4 3.77 11 被孢霉属
Mortierella0 0 3 2.83 0 0 3 2.83 12 伞状霉属
Umbelopsis0 0 5 4.72 0 0 5 4.72 13 炭团菌属
Hypoxylon0 0 1 0.94 0 0 1 0.94 14 亚罗酵母属
Yarrowia0 0 1 0.94 0 0 1 0.94 15 皮司霉属
Pithomyces0 0 2 1.89 0 0 2 1.89 16 黑孢属
Nigrospora0 0 0 0 2 1.89 2 1.89 17
Kirschsteiniothelia0 0 1 0.94 0 0 1 0.94 18 Eurotiomycetes 0 0 1 0.94 0 0 1 0.94 19
Atractidochium0 0 0 0 1 0.94 1 0.94 合计 Total 5 4.72 55 51.88 46 43.40 106 1 香农-威纳指数/H Shannon-Wiener index/H 0.50 1.81 1.68 2.37 辛普森指数/D Simpson index/D 0.32 0.78 0.76 0.87 均匀度指数/J Evenness index/J 0.31 0.45 0.44 0.51 Table 1. The fungal composition and isolation frequency of different tissues in healthy Masson pine
编号
No.属
Genus根 Root 干 Stem 叶 Needle 菌株总数
Total number
of strains相对频率
Relative
frequency/%菌株数量
Number of
strains分离频率
Frequency/
%菌株数量
Number of
strains分离频率
Frequency/
%菌株数量
Number of
strains分离频率
Frequency/
%1 木霉属
Trichoderma8 9.30 22 25.58 0 0 30 34.88 2 链格孢属
Alternaria0 0 1 1.16 1 1.16 2 2.33 3 半帚孢属
Leptographium0 0 4 4.65 0 0 4 4.65 4 小枝孢属
Brachysporiella0 0 1 1.16 0 0 1 1.16 5 青霉属
Penicillium2 2.33 0 0 0 0 2 2.33 6 长喙壳属
Ophiostoma0 0 4 4.65 0 0 4 4.65 7 散斑壳属
Lophodermium0 0 0 0 27 31.40 27 31.40 8 拟盘多毛孢属
Pestalotiopsis0 0 0 0 10 11.63 10 11.63 9 微色二孢属
Microdiplodia0 0 0 0 3 3.49 3 3.49 10 短柄霉属
Aureobasidium0 0 0 0 3 3.49 3 3.49 合计 Total 10 11.63 32 37.21 44 51.16 86 1 香农-威纳指数/H Shannon-Wiener index/H 0.50 0.99 1.09 1.73 辛普森指数/D Simpson index/D 0.32 0.49 0.56 0.76 均匀度指数/J Evenness index/J 0.22 0.29 0.29 0.39 Table 2. The fungal composition and isolation frequency of different tissues in dead Masson pine
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对浙江马尾松进行内生细菌的分离,经纯化后分离得到健康马尾松内的细菌59株,经过序列比对将分离菌株划分为13个属,其中伯克氏菌属(Burkholderia)18株为优势菌群,占分离细菌总数的30.51%;沙雷氏菌属(Serratia)和肠杆菌属(Enterobacter)各10株,占16.95%;泛菌属(Pantoea)4株,占6.78%;其它细菌占28.81%。根据不同部位的分离情况,根部、干部和针叶的优势菌群分别是伯克氏菌属(Burkholderia)、肠杆菌属(Enterobacter)和沙雷氏菌属(Serratia)(表3)。从枯死马尾松中分离得到细菌56株,经过序列比对将分离菌株划分为12个属,其中伯克氏菌属(Burkholderia)22株为优势菌群,占分离细菌总数的39.29%;肠杆菌属(Enterobacter)8株,占14.29%;沙雷氏菌属(Serratia)6株,占10.71%;芽孢杆菌属(Bacillus)5株,占8.93%;其它细菌占26.78%。根据不同部位的分离情况,根部和干部的优势菌群分别是伯克氏菌属(Burkholderia)和肠杆菌属(Enterobacter)(表4)。
编号
No.属 Genus 根 Root 干 Stem 叶
Needle菌株总数
Total number
of strains相对频率
Relative
frequency/%菌株数量
Number of
strains分离频率
Frequency/
%菌株数量
Number of
strains分离频率
Frequency/
%菌株数量
Number of
strains分离频率
Frequency/
%1 伯克氏菌属 Burkholderia 15 25.42 3 5.08 0 0 18 30.51 2 沙雷氏菌属 Serratia 1 1.69 7 11.86 2 3.39 10 16.95 3 肠杆菌属 Enterobacter 0 0 9 15.25 1 1.69 10 16.95 4 拉乌尔菌属 Raoultella 1 1.69 2 3.39 0 0 3 5.08 5 泛菌属 Pantoea 0 0 4 6.78 0 0 4 6.78 6 欧文氏菌属 Erwinia 0 0 1 1.69 0 0 1 1.69 7 杆菌属 Bacterium 0 0 2 3.39 1 1.69 3 5.08 8 假单胞菌属 Pseudomonas 3 5.08 0 0 0 0 3 5.08 9 鞘氨醇单胞菌属 Sphingomonas 1 1.69 1 1.69 0 0 2 3.39 10 克吕沃尔氏菌属 Kluyvera 0 0 1 1.69 0 0 1 1.69 11 类芽孢杆菌属 Paenibacillus 0 0 1 1.69 0 0 1 1.69 12 Paraburkholderia 0 0 1 1.69 0 0 1 1.69 13 Uncultured bacterium 0 0 2 3.39 0 0 2 3.39 合计 Total 21 35.59 34 57.63 4 6.78 59 1 Table 3. The bacterial composition and isolation frequency of different tissues in healthy Masson pine
编号
No.属
Genus根 Root 干 Stem 叶 Needle 菌株总数
Total number
of strains相对频率
Relative
frequency/%菌株数量
Number of
strains分离频率
Frequency/
%菌株数量
Number of
strains分离频率
Frequency/
%菌株数量
Number of strains分离频率
Frequency/
%1 伯克氏菌属 Burkholderia 19 33.93 3 5.36 0 0 22 39.29 2 沙雷氏菌属 Serratia 2 3.57 4 7.14 0 0 6 10.71 3 芽孢杆菌属 Bacillus 3 5.36 0 0 2 3.57 5 8.93 4 肠杆菌属 Enterobacter 0 0 8 14.29 0 0 8 14.29 5 果胶杆菌属 Pectobacterium 0 0 3 5.36 0 0 3 5.36 6 拉乌尔菌属 Raoultella 0 0 1 1.79 0 0 1 1.79 7 泛菌属 Pantoea 0 0 3 5.36 0 0 3 5.36 8 欧文氏菌属 Erwinia 0 0 1 1.79 0 0 1 1.79 9 克雷伯氏菌属 Klebsiella 0 0 1 1.79 0 0 1 1.79 10 杆菌属 Bacterium 0 0 2 3.57 2 3.57 4 7.14 11 Paraburkholderia 0 0 1 1.79 0 0 1 1.79 12 Uncultured bacterium 1 1.79 0 0 0 0 1 1.79 合计 Total 25 44.64 27 48.21 4 7.14 56 1 Table 4. The bacterial composition and isolation frequency of different tissues in dead Masson pine
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由表1可知,健康马尾松不同组织间的真菌分布存在较大差异,干部分离到的真菌有13个属,种类最多,Shannon-Wiener指数(H)为1.81,针叶分离的真菌有8个属,H为1.68,根部分离的真菌只有2个属,H为0.50。Simpson指数(D)以干部最高,为0.78,根部最低,为0.32;均匀度指数(J)以干部最高,为0.45,根部最低,为0.31。与健康马尾松相比,枯死马尾松不同组织分离到的真菌种类较少,干部和针叶都分离到5个属的真菌,H分别为0.99和1.09。Simpson指数(D)以针叶最高,为0.56,根部最低,为0.32;干部和针叶的均匀度指数(J)相同,为0.29,根部最低,为0.22(表2)。
从表5可看出,健康和枯死马尾松根叶的相似性均为0,健康马尾松干叶的相似性最高,枯死马尾松根干的相似性最高,但指数值均小于0.5,表明健康和枯死马尾松不同组织间的真菌菌群相似性都较低。
健康马尾松
Healthy Masson pine枯死马尾松
Dead Masson pine根 Root 干S tem 针叶 Needle 根 Root 干 Stem 针叶 Needle 根 Root 0.07 0.00 0.17 0.00 干 Stem 0.13 0.17 0.29 0.11 针叶 Needle 0.00 0.29 0.00 0.2 注:表中对角线以上为Jaccard指数,以下为Sorenson指数。
The values above the diagonal in the table were Jaccard index, and the values below were Sorenson index.Table 5. The similarity indexes of fungal community of different tissue from healthy and dead Masson pine
由表1和表2可知,健康马尾松的真菌多样性高于枯死马尾松,Shannon-Wiener指数(H)、Simpson指数(D)和均匀度指数(J)依次为2.37、0.87和0.51,均高于枯死马尾松的1.72、0.76和0.39。从相似性指数来看,健康和枯死马尾松的真菌菌群之间相似性较低,Sorenson指数(CS)和Jaccard指数(Cj)分别为0.48和0.32,均小于0.5。
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由表3可知,健康马尾松不同组织间的细菌分布存在较大差异,干部分离到11个属(32株)的细菌,种类最多,其次是根部的5个属(21株),最少的是针叶(4株),只分离到3个属的细菌。在枯死马尾松中,也是干部分离到的细菌种类最多,有10个属(27株),根部和针叶分别分离到3个属(24株)和2个属(4株)的细菌(表4)。健康和枯死马尾松中均为干部的细菌多样性最高,针叶的细菌多样性最低。
健康和枯死马尾松中共有的细菌种类有8个属,其中干部共有的类群有8个属,根部有2个,针叶有1个,Sorenson指数(CS)和Jaccard指数(Cj)分别为0.70和0.53,表明健康和枯死马尾松的细菌群落具有一定的相似性。
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本研究共分离到6种木霉,在6 cm培养皿内的PDA培养基上培养4 d后菌落形态见图1。以Protocrea farinosa为外族群,6种木霉的系统发育进化树结果见图2。6个种类的木霉在发育树中归于3个进化支,FXY7与T. harzianum亲缘关系最近,FXY8与T. spirale亲缘关系最近,FXY37归于longibrachiatum分支,FXY19、FXY32和FXY56这3种木霉归于同一分支。
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由图3可知,不同木霉培养下的松材线虫种群数量具有显著差异,取食木霉FXY8的松材线虫数量最多,达到162300条,显著高于灰葡萄孢培养的松材线虫数量,取食木霉FXY7的松材线虫数量最少,只有4275条,最不利于松材线虫繁殖(F = 6.21,df = 6, 28,p<0.05)。其它4种木霉的培养效果与灰葡萄孢没有显著差异,但用FXY19培养得到的线虫数量明显多于FXY56。
Microbial Diversity Analysis of Pinus massoniana Before and After Infected by Pine Wood Nematode
- Received Date: 2021-05-17
- Accepted Date: 2021-08-06
- Available Online: 2022-02-20
Abstract: