微生物学通报  2016, Vol. 43 Issue (5): 935−941

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周叶鸣, 邹晓, 瞿娇娇, 周家喜, 李娟
ZHOU Ye-Ming, ZOU Jiao-Jiao, QU Jiao-Jiao, ZHOU Jia-Xi, LI Juan
一种寄生茶小绿叶蝉蜡蚧菌的鉴定及产孢条件优化
Identification of a parasitic Lecanicillium of tea lesser leafhopper and optimization of sporulation conditions
微生物学通报, 2016, 43(5): 935-941
Microbiology China, 2016, 43(5): 935-941
DOI: 10.13344/j.microbiol.china.150697

文章历史

收稿日期: 2015-09-15
接受日期: 2016-01-14
优先数字出版日期(www.cnki.net): 2016-01-21
一种寄生茶小绿叶蝉蜡蚧菌的鉴定及产孢条件优化
周叶鸣, 邹晓, 瞿娇娇, 周家喜, 李娟     
贵州大学生命科学学院 真菌资源研究所 贵州 贵阳 550025
摘要【目的】 对寄生茶小绿叶蝉的丝状真菌进行鉴定和分生孢子培养研究。 【方法】 采用形态特征比较和转录间隔区(ITS)序列构建系统树进行分析,分生孢子培养通过单因素筛选和正交试验进行产孢条件优化。 【结果】 根据形态特征比较和系统发育分析表明,该真菌为渐狭蜡蚧菌Lecanicillium attenuatum Zare&W. Gams。最优产孢条件(质量体积比)为:蛋白胨2%,麦芽糖1%,蚕蛹粉1%,氯化钾0.05%,磷酸氢二钾0.1%,七水硫酸镁0.05%,琼脂1.5%,蒸馏水 1 000 mL,25 。 【结论】 通过形态特征比较和分子序列分析表明,罹病茶小绿叶蝉上的真菌为已知种——渐狭蜡蚧菌,并对该菌株进行了产孢条件的优化。研究结果为该菌株应用到茶小绿叶蝉的生物防治研究提供基础资料。
关键词蜡蚧菌     渐狭蜡蚧菌     小绿叶蝉     产孢条件    
Identification of a parasitic Lecanicillium of tea lesser leafhopper and optimization of sporulation conditions
ZHOU Ye-Ming, ZOU Jiao-Jiao, QU Jiao-Jiao, ZHOU Jia-Xi, LI Juan     
Institute of Fungal Resource, College of Life Sciences, Guizhou University, Guiyang, Guizhou 550025, China
Foundation item: National Natural Science Foundation of China (No. 31360031, 31093440, 31493010, 31493011);Science and Technology Key Project of Guizhou Province (No. Qiankehe NY[2013]3034); Graduate Student Innovation Fund of Guizhou University (No. Yannong2015015)
Abstract: [Objective] The objectives are to identify a parasitic Lecanicillium W. Gams&Zare of tea lesser leafhopper and optimize sporulation culture condition of this fungus. [Methods] The comparison of morphological characteristics and internal transcribed spacer (ITS) sequence analysis were used for identification of the fungal species. Single factor test and orthogonal test were carried out to optimize sporulation conditions. [Results] According to the morphological characterization and phylogenetic tree, the fungus was identified as Lecanicillium attenuatum Zare&W. Gams. The optimum condition of or sporulation is: peptone 2%, maltose 1%, silkworm pupa powder 1%, potassium chloride 0.05%, dipotassium phosphate 0.1%, magnesium sulfate 0.05%, agar 1.5%, distilled water 1 000 mL, 25 °C. [Conclusion] A parasitic Lecanicillium of tea lesser leafhopper is identified as L. attenuatum Zare&W. Gams, a known species in China. The optimum condition of sporulation was providedons, which could provide the preliminary basis for applying to the tea lesser leafhopper of the biological control.
Key words: Lecanicillium     Lecanicillium attenuatum     Tea lesser leafhopper     Sporulation    

有丝分裂真菌中,蜡蚧菌Lecanicillium W. Gams&Zare (又称蜡蚧轮枝菌、蜡蚧霉)是已经被商品化的虫生真菌[1]。蜡蚧菌最早被Zimmermann命名为蜡蚧头孢霉Cephalosporium lecanii Zimm.;而后Viegas将其并入轮枝孢属Verticillium Nees。形式属轮枝孢属的寄主范围很广,包括节肢动物、线虫、植物和真菌[2]。Zare和Gams[3]于2001年通过形态学和基于ITS1-5.8S-ITS2的rDNA分析重新对该形式属进行了定位,将该属中所有昆虫病原菌放在了新属蜡蚧菌属Lecanicillium W. Gams&Zare中[4]。其中包括Lecanicillium attenuatum Zare&W. Gams、L. lecanii (Zimm.) Zare&W. Gams、L. longisporum (Petch) Zare&W. Gams、L. muscarium (Petch) Zare&W. Gams、L. nodulosum (Petch) Zare&W. Gams,而这些种在之前被统一称为蜡蚧轮枝菌Verticillium lecanii Zimm.[2, 4]。对这样的分类系统而言,先前有关蜡蚧轮枝菌的研究可能会包括蜡蚧菌属的一些种,Goettel等在对相关文献研究之后发现一些学者只是单纯地用Lecanicillium取代了Verticillium,并没有提供必要的证据信息,从而增加了蜡蚧菌属的混乱程度[5-6]

基于蜡蚧菌开发的或正在研发的商品化制剂至少有15种,有些制剂的菌种名称不够准确。但是有些制剂是基于早期的蜡蚧轮枝菌而开发,包含了蜡蚧菌属中多个种。对原始菌株的界定不清晰使得这些商品制剂的成分往往不同,甚至有些商品根本不含有注册的菌株[2]

渐狭蜡蚧菌Lecanicillium attenuatum是蜡蚧菌属Lecanicillium W. Gams&Zare中的一个重要的种。该菌寄主广泛,已经确证的有从波兰的一种毛虫、美国的一株枯枝[2]、朝鲜的蚜虫[7]和黑龙江的大豆胞囊线虫[8]上成功分离得到,但从茶小绿叶蝉上分离得到渐狭蜡蚧菌尚未见报道。渐狭蜡蚧菌可以有效寄生线虫的卵[4]、桃蚜[9]、棉蚜[10]等农业害虫,具有重要的生防潜力。茶小绿叶蝉 Empoasca flavescens (Fab.)是危害贵州省茶叶的主要害虫之一,郑姗姗等[11]报道了蜡蚧轮枝菌对茶假眼小绿叶蝉具有一定的防治效果。本文从茶小绿叶蝉上分离得到渐狭蜡蚧菌,这对于防治茶小绿叶蝉具有潜在的应用价值。

1 材料与方法 1.1 培养基

PDA培养基参照文献[12]。基础培养基(g/L):葡萄糖20.0,硝酸钠2.0,氯化钾0.5,磷酸氢二钾1.0,七水硫酸镁0.5,七水硫酸亚铁0.01,琼脂15.0,蒸馏水1 000 mL[13]

1.2 菌株分离及培养

标本来自贵州省遵义市凤冈县仙人岭茶园,为罹病茶小绿叶蝉。用火焰灭菌后的接种针小心地挑取标本表面的菌丝,接种在无菌、含有抗生素的PDA平板上,待目标真菌长出后及时转接至新的PDA平板上进行纯化培养。25 Gzuifrlun-1404,现保存于贵州大学真菌资源研究所菌种保藏中心(GZAC)。

1.3 DNA的提取及ITS序列扩增

从PDA平板上挑取菌丝体,根据Tigano-Milani等的方法提取总DNA[14]。提取的DNA置于−20 保存,选用通用引物ITS5 (5′-GGTGAGAGATTTCTGTG-3′)和ITS4 (5′-TCC TCCGCTTATTGATATGC-3′)扩增ITS区的nrDNA。反应体系(25 μL):ddH2O 8.5 μL,模板(10−100 mg/L) 2 μL,引物ITS4和ITS5均为 (0.4 μmol/L) 1 μL,Master mix为12.5 μL。PCR反应条件:94 5 min;94 40 s,49 40 s,72 60 s,35个循环;72 10 min。PCR产物送上海Invitrogen公司纯化测序。

1.4 系统发育分析

测序结果经手工比对校正后提交GenBank,登录号为KT345700。用NCBI的BLAST程序进行比对,下载相似度大于90%的核酸序列以及其他相关的部分真菌序列。表 1为本研究用于系统发育学分析的所有序列。用MEGA 5.2对序列进行对齐剪切后构建系统发育树,运行条件为邻接法(Neighbor-Joining),运算次数(Replications)1 000次[15]。用Rotiferophthora minutispora 作为外群[5]

表 1 系统学分析所用ITS1-5.8S-ITS2序列及其GenBank登录号 Table 1 List of ITS1-5.8S-ITS2 sequences and GenBank accession numbers for phylogenetic analysis
种类 SpeciesGenBank accession No.
Lecanicillium acerosum EF641893
L. aphanocladii KC574075
L. araneicola JN255572
L. attenuatum AB378512
L. antillanum KP334110
L. dimorphum AJ292429
L. fungicola FJ481016
L. fungicola var. fungicola KC964107
L. fusisporum KF766521
L. lecanii FJ515771
L. longisporum KF933099
L. muscarium EF513017
L. primulinum AB712268
L. psalliotae KF358373
L. saksenae KP260559
L. tenuipes JQ764778
Simplicillium aogashimaense AB604002
S. cylindrosporum AB604006
S. lamellicola LC035065
S. lanosoniveum JN116646
S. minatense AB603992
S. obclavatum KJ173543
S. subtropicum AB603995
Simplicillium sympodiophorum AB604003
Rotiferophthora minutispora AJ292411
Gzuifrlun-1404 KT345700
1.5 产孢条件筛选

1.5.1 单因子实验:在基础培养基的基础上,分别改变碳源、氮源、生长因子,每l 000 mL 培养基中,(1) 碳源:对照组、蔗糖、海藻糖、麦芽糖、乳糖、甘油、淀粉各30 g;(2) 氮源:对照组、蛋白胨、酵母浸出汁、尿素、硫酸铵、硝酸钾各10 g;(3) 改变添加物:对照组、马铃薯汁200 mL、土壤浸出液200 mL、蚕蛹粉浸出液 200 mL[16]。接种活化过的Lecanicillium attenuatum (菌块大小为1.5 mm×1.5 mm×0.5 mm),用食品袋封住培养皿,放入培养箱中,培养温度为25 连续观察菌落的生长情况,培养至第2天开始采用十字交叉法测量菌落生长直径,每隔2 d观测1次,直至第12天。用刀片将培养12 d的菌落移入灭菌的带有玻璃珠的20 mL吐温水中,涡旋振荡1 min,用血球计数板计数。

1.5.2 正交试验:选定最佳碳源、氮源,添加物和培养温度作为考察因素,每个因素各取3个水平,采用L9(34)正交表进行正交试验,获得最优配比及培养基条件。

1.6 数据统计与分析

数据采用DPS软件和Excel软件进行统计和分析。

2 结果与分析 2.1 渐狭蜡蚧菌 已知种 图 1 Lecanicillium attenuatum Zare&W. Gams Figure 1

寄主昆虫体长约4 mm,菌丝布满虫体表面,菌丝白色。菌落在PDA培养基中生长较快,25 −μm×(0.9−1.8) μm;气生孢子形成孢子团4.5−7.2 μm,用无菌水或棉兰染色液处理之后孢子逐渐散开成柱状,(2.7−7.2) μm×(0.9−1.8) μm。

图 1 渐狭蜡蚧菌无性阶段产孢结构和菌落特征(Gzuifrlun-1404) Figure 1 Conidiogenous structures and colonies of Lecanicillium attenuatum Gzuifrlun-1404 A:标本;B、C:在PDA上培养14 d后形成的菌落;D、E:产孢结构和分生孢子(直接用胶带粘片);F、J:产孢结构(用棉兰染色液固定);H:产孢结构(用无菌水固定). 标尺:A:1 mm;D−H:10 μm. A: The specimen; B,C: Colonies on PDA media for 14 days; D,E: The phialides structure on hyphae and the Conidia (Directly with sticky tape); F,J: The phialides structure on hyphae (In medan dye fixation); H: The phialides structure on hyphae (In medan dye fixation). A: Bar=1 mm; D−H: Bar=10 μm.

研究标本:Gzuifrlun-1404,采集人:周叶鸣,2014年4月,罹病小绿叶蝉,标本采自贵州省遵义市凤冈县仙人岭茶庄。现保存于贵州大学真菌资源研究所。

地理分布:波兰、美国、朝鲜、中国都有分布。

从菌株Gzuifrlun-1404中扩增出来的ITS序列与GenBank中已有核酸序列BLAST结果表明,菌株Gzuifrlun-1404的rDNA-ITS序列与L. attenuatum的相应序列相似性为100%。通过系统发育树分析显示,菌株Gzuifrlun-1404与L. attenuatum属同种(图 2)。

图 2 菌株Gzuifrlun-1404及其相关种类基于ITS1-5.8S-ITS2的系统发育树 Figure 2 Phylogenetic tree based on rDNA ITS1-5.8S-ITS2 sequences of Gzuifrlun-1404 related species
2.2 产孢条件筛选

2.2.1 不同碳源筛选:表 2可知,不同碳源对Lecanicillium attenuatum的产孢影响不一样,经DPS单因素方差检验,碳源以麦芽糖最佳,其产孢量最大为10.450×106个/mL,且麦芽糖与其他碳源的差异显著(P<0.05)。

表 2 不同碳源对Lecanicillium attenuatum产孢量的影响 Table 2 The effect of different carbon sources on sporulation of Lecanicillium attenuatum
编号 Number碳源 Carbon sources产孢量(×106 个/mL) Sporulation (×106 spores/mL)
1Maltose 10.450±0.638 a
2Mycose 8.167±0.586 b
3Glycerol 7.033±1.239 bc
4Glucose 8.150±0.458 b
5 Starch 5.733±0.723 cd
6 Lactose 3.817±0.814 d
注:表中数据为均值,同一列数据中标识不同字母的数据表示与其他数据差异显著(P<0.05),下同.
Note: The data in the table is the mean and the data in the same column with different letters show significant differences with others (P<0.05),the same below.

2.2.2 不同氮源筛选:表 3可知,经DPS单因素方差检验,氮源以蛋白胨最佳,其产孢量最大为30.167×106个/mL。蛋白胨除与酵母浸出汁没有显著差异外,与其他氮源的差异显著(P<0.05)。

表 3 不同氮源对Lecanicillium attenuatum产孢量的影响 Table 3 The effect of different nitrogen sources on sporulation of Lecanicillium attenuatum
编号 Number氮源 Nitrogen sources产孢量(×106 个/mL) Sporulation(×106 spores/mL)
1Yeast leaching juice 24.817±5.717 a
2 Urea 2.200±0.409 b
3 (NH4)2SO4 7.017±0.862 b
4 Peptone 30.167±6.580 a
5KNO3 13.317±3.126 b

2.2.3 不同添加因子筛选:表 4可知,经DPS单因素方差检验,添加因子以蚕蛹粉最佳,其产孢量最大为38.067×106个/mL,蚕蛹粉与其他添加因子的差异显著(P<0.05)。

表 4 不同添加因子对Lecanicillium attenuatum产孢量的影响 Table 4 The effect of different adding factors on sporulation of Lecanicillium attenuatum
编号 Number添加因子 Addition factor产孢量(×106 个/mL) Sporulation (×106 spores/mL)
1Silkworm chrysalis powder 38.067±1.848 a
2Potato 29.400±1.750 b
3Soil 12.950±1.602 c

2.2.4 正交试验:根据单因素筛选的结果,选取影响Lecanicillium attenuatum的产孢量的各因素中有意义的水平进行正交试验,以确定最佳配比。采用L9(34)正交表,以蛋白胨(A)、麦芽糖(B)、蚕蛹粉(C)、温度(D)作为4个考察因素,选取3个水平进行实验。按表 5的正交因素水平设计L9(34)正交试验,结果见表 6

表 5 影响Lecanicillium attenuatum产孢量L9(34)正交试验因素水平表 Table 5 Factors and levels for L9(34) orthogonal array design on influence spore production quantity of Lecanicillium attenuatum
水平 LevelA 蛋白胨 A Peptone(%)B 麦芽糖 B Maltose(%)C 蚕蛹粉 C Silkworm pupa powder (%)D 温度 D Temperature (°C)
1110.515
222120
3331.525

表 6 正交试验结果 Table 6 Orthogonal test results
编号 NumberA 蛋白胨 A Peptone(%)B 麦芽糖 B Maltose(%)C 蚕蛹粉 C Silkworm pupa powder (%)D 温度 D Temperature(°C)产孢量(×106 个/mL) Sporulation (×106 spores/mL) 均值 Mean value
123
1110.5152.92.453.1 2.817 g
21212010.98.551.085 6.845 efg
3131.52516.710.913.05 13.550 cd
42112535.346.941.3 41.167 a
5221.5154.77.15.9 5.900 fg
6230.52011.711.511.1 11.433 def
7311.52022.621.323.2 22.367 b
8320.52515.51619.95 17.150 bc
9331159.9510.6514.65 11.750 cde
x1 7.73722.11710.4676.822
x2 19.59.96519.92113.548
x3 17.08912.24413.93923.956
R 11.76312.1529.45417.133

以每个培养皿为指标进行直观分析(表 6)和方差分析(表 7),经过方差分析结果表明4个因素都对L. attenuatum产孢有显著影响。使用DPS软件分别对4个因素进行各水平比较,并进行多重比较(LSD法),各个处理间的差异性检验结果被列在了表 5中。综合单因素筛选的结论,最佳配比为A2B1C2D3,即最适配比和培养条件为(质量体积比):蛋白胨2%,麦芽糖1%,蚕蛹粉1%,氯化钾0.05%,磷酸氢二钾0.1%,七水硫酸镁0.05%,琼脂1.5%,蒸馏水1 000 mL,25 °C。

表 7 方差分析 Table 7 Analysis of variance
方差来源 Source of variation离均差平方和 Sum of squares 自由度 Degree of freedom 均方误差 Mean square errorF 值 F显著性 Significance
A 694.892347.44533.594 **
B 750.9592375.4836.304 **
C 411.6382205.81919.9 **
D 1 341.306 2670.65364.843 **
误差 Error 165.4831610.343
3 讨论

蜡蚧菌属真菌除了被开发成生物杀虫剂用来防治昆虫危害之外,还常表现出对植物病原线虫和植物病原真菌的控制效果[10]。因此,这类真菌的开发利用将为防治农业病虫害提供了广阔的应用前景。渐狭蜡蚧菌虽已被应用到农业的害虫防治上,但未见对茶小绿叶蝉的防治有相关的报道。

寄主昆虫的种类在昆虫病原真菌种的界定上是重要的鉴别特征之一[17]。在寄主范围较广的一类真菌中,同一种真菌的不同菌株对寄主的偏好性也常表现出差异。本文从茶小绿叶蝉虫尸上成功分离得到蜡蚧菌菌株Gzuifrlun-1404,明确了该菌株的分类地位。对该菌株的产孢条件优化也为该菌株的应用提供了重要的基础。菌株Gzuifrlun-1404为小绿叶蝉的潜在生防菌株,该菌株的获得也丰富了小绿叶蝉的真菌寄主。

肉座菌科/麦角菌科共同祖先早先寄生于植物及其残体。随后的进化使得其能够寄生于特异的动物和真菌[18]。渐狭蜡蚧菌曾被报道从枯枝[2]和土壤[13]中分离得到,也被报道从线虫[8]和刺吸式口器的昆虫[7]中分离得到。从菌株Gzuifrlun-1404生长因子的筛选结果来看,该菌株的营养源偏好动物。线虫生活于土壤-植物从土壤中吸收营养-昆虫取食植物,真菌寄主是否存在这样的一个跃迁模型?这是一个有趣的生物学问题。

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