第三章 植物病原原核生物幻灯片.ppt

第三章植物病原原核生物 原核生物 Procaryotes 是指无真正的细胞核 遗传物质分散在细胞质中 无核膜包被 仅形成一个圆形或椭圆形的核区的低等生物 包括细菌 放线菌 蓝细菌和菌原体等 第一节植物病原原核生物概述 一 植物病原细菌学发展简史 Mistcherlich 1850 借助显微镜观察到活动的液体能引起马铃薯细胞崩解 认为可能是一种弧菌 Vibrio 他是第一个发现细菌引起植物病害的人 ThomasJ Burrell 1877 证明梨和苹果的火疫病是由细菌引起的 用胶状缢脓接种获得成功 C Auther 1885 用纯培养细菌接种和再分离 从而证实细菌是病原物 ErwinF Smith 美国 和A Fisher 德国 1905 出版了 细菌与植物病害的关系 Bacteriainrelationtoplantdiseases 奠定了植物病原细菌学 土居养二 1967 确定桑萎缩病的病原是类菌原体 MLO Saglio 1973 法国 首先从柑桔僵化病中分离到了一种螺旋形的菌原体 螺原体 并由此建立螺原体属 目前已经记载的植物细菌病害500种以上 植物病原细菌已经确认的约有250个种 亚种和致病变种 随着分子生物遗传学和生物技术的迅速发展和向其它学科渗透 目前植物细菌学的研究已进入分子生物学阶段 凡有植物生长的地方都有细菌病害分布 但发生的种类则依不同气候带或不同生态区而异 植物病原细菌中有的种类寄生专化性强 只能侵染一种植物 有的种类寄生范围较宽 可侵染多种植物 最多的可达200余种 如青枯病菌 细菌病害对植物的为害是多方面的 如影响植物正常生长发育以及营养代谢或光合作用等 从而造成农作物的重大经济损失 例如 据从肯尼迪等 H W Kennedyetal l980 报道 1976年美国3l个州因43种细菌病害的为害而造成经济损失达2亿多美元 曾有报道棉花因角斑病 Xanthomonascampestrispv malvacearumDye 为害减产达30 在中国 水稻白叶枯病 X campestrispv oryzaeDye 于20世纪70年代初连续3年在长江流域大流行 每年发病面积约133 3公顷 重病稻田一片枯焦 二 植物病原细菌的分布和为害 世界性重要细菌病害是 水稻白叶枯病 主要发生在中国 日本和东南亚各国 植物青枯病 Ralstoniasolanaceareum 各大洲都有发生 但主要在热带 亚热带及部分温带地区 温暖 酷热 潮湿 多雨的条件下为害严重 中国的黄河流域及其以南各省均有发生 但以长江流域以南为害最重 植物软腐病 由几种欧文氏菌 Erwinia 引起的病害 主要为害十字花科作物 也为害禾本科及其它栽培植物 世界各国及中国南北方都有发生 梨火疫病 Erwiniaamylovora Burrill Winslowetal 主要发生在西欧和北美 为害梨 苹果等 有 细菌火 之称 是毁灭性的细菌病害 中国尚未发现此病 各大洲都有分布 寄主范围很广 对核果类果树为害尤重 近年在中国局部地区的桃 葡萄 啤酒花等栽培植物上严重发生 植物根癌病 又称冠瘿病 Agrobacteriumtumefaciens 马铃薯环腐病 Clavibactermichiganensesubsp sepedonicum 在欧洲 北美发生普遍 在中国马铃薯主要栽培区都有发生 以北方一季作区和南方冷凉山区较重 无毒种薯生产可减轻为害 主要研究细菌形态 染色反应 培养性状 生长与营养 生理和生物化学特性 血清学特征 遗传特性 遗传和变异 鉴定和分类 致病特性 地理分布 传播方式 流行生态 病原物与寄主植物互作的物理机制 生理生化机制和分子生物学机制 细菌病害的防治策略和防治技术 三 植物病原细菌学研究内容 原核生物与真核生物的比较 第二节植物病原原核生物的一般概念 细菌病害的数量和危害仅次于真菌和病毒 属第三大病原物 细菌属于原核生物界 Procaryotae 的单细胞生物 有细胞壁 没有细胞核 一般细菌的形态为球状 杆状和螺旋状 大都单生 也有双生 串生和聚生的 植物病原细菌大多是杆状菌 大小为0 5 0 8 m 1 5 m 少数是球状 大多具鞭毛 着生在菌体一端或两端的叫极鞭 着生在菌体侧面和四周的叫周鞭 植物病原细菌都不产生芽孢 芽孢抗逆性较强 一 原核生物的形态和结构 细菌都是非专性寄生物 均可在人工培养基上生长 寄生性强的可以侵染绿色叶片 寄生性弱的只能侵染植物的贮藏器官和果实等抗病性较弱部位 一般植物病原细菌的致死温度是48 53 10分钟 而要杀死细菌的芽孢则需要120 左右的高压蒸汽10 20分钟 因此高压灭菌的指标是120 30分钟 细菌都是以裂殖方式繁殖 即一分为二 在适宜条件下最快20分钟繁殖一次 一般植物病原细菌的最适温度为26 30 24 48小时可以在培养基上长出细菌菌落 细菌经常发生变异 人工培养的细菌致病力容易减弱 通过人工接种的方法可以恢复其致病力 二 细菌的形态和结构细菌的形态有球状 杆状和螺旋状 个体大小差别很大 球状细菌的直径为0 5 1 3 m 杆状细菌的大小为0 5 0 8 m 1 5 m 也有更小一些的 螺旋状细菌较大 有的可达13 14 m 1 5 m 细菌大都单生 也有双生 串生和聚生的 植物病原细菌大多是杆状菌 大小为0 5 0 8 m 1 3 m 少数为球状 细菌内部结构示意图1 鞭毛2 荚膜4 细胞壁4 原生质膜5 气泡6 核糖体7 核质8 内含体9 中心体 1 鞭毛 2 鞭毛鞘 3 鞭毛基体 4 气孢 5 细胞质膜 6 核糖体 7 中间体 8 革兰氏阴性细菌细胞壁 9 隔膜的形成 10 液泡 11 革兰氏阳性细菌细胞壁 12 载色体 13 核区 核物区 14 核糖体 15 聚核糖体 16 导染体 17 荚膜 细菌结构详图 在细菌细胞的外层 贴近细胞质膜之外 是一层无色透明 坚韧而具有一定弹性的膜 其主要化学组成是肽聚糖 类脂质和蛋白质等 细胞壁的主要功能在于保持细菌一定的外形 并保护其免受外物的损害 细胞壁又是一种相对透性的膜 对排斥某些较大外物的进入和阻留菌体内某些物质的逸出 也起着选择性分子筛的屏障作用 细菌细胞壁的化学组成及其结构 与细菌的某些染色反应和药物敏感性有关 其中最重要的是革兰氏染色 细菌分类一个重要依据 1 细胞壁 革兰氏染色反应 细菌对革兰氏染色的反应有阳性 G 和阴性 G 植物病原细菌革兰氏染色反应大多是阴性 红色G 少数是阳性 紫色G 这与细菌细胞壁的结构和成分有关 先用结晶紫和碘液处理细胞壁 再用酒精或丙酮脱色 对抗菌素的反应 青霉素对G 细菌作用较大 但对G 细菌作用则较小 而链霉素对G 和G 细菌都有杀灭作用 因为植物病原细菌大多属阴性细菌 因此农用链霉素在防治植物细菌病害方面广泛应用 与细菌的其他性状 例如 G 细菌能耐高浓度的盐 不易被蛋白酶分解 但是对于碱性染料和除垢剂 如肥皂 则较敏感 营养的要求也不同 G 细菌 一般需要较复杂的营养物质 位于细胞壁内和细胞质外 电镜下明显见到有三层结构 内外两层是电子稠密层 中间是电子透明层 细胞质膜的主要化学成分是类脂质和蛋白质 还有少数碳水化合物和其它物质 细胞质膜作为细菌细胞的主要渗透屏障 选择性地调节着细胞质和外界环境的物质交换 2 细胞质膜 细胞质膜内包含着细胞质 主要成分是水 蛋白质 类脂质 多糖类 核糖核酸和少量无机盐等 具有明显的胶体性质 在细胞质内还含有核质体 核糖体和异染颗粒 类脂质 脂肪 淀粉 气泡等内含物 细菌细胞质中没有内质网 线粒体等细胞器 3 细胞质 细菌没有明显的细胞核 其核物质分散在细胞质中 无核膜包围 电镜下 细菌的核体集中在细胞质中央 形成一个椭圆形或近圆形的核区 它是一个很长的DNA分子 形成细菌的一个环状染色体 核体是控制细菌生长繁殖和遗传变异的小器官 4 核体 为环状DNA 染色体外的遗传成分 可复制遗传 编码细菌的许多性状 如对抗菌素的抗性等 质粒已被证明与植物病原细菌的致病性有关 如根癌农杆菌 Agrobacteriumtumefaciens 中存在一种诱癌质粒 Ti质粒 能使多种植物形成冠瘿瘤 5 质粒 部分细菌 可在细胞壁外面产生一种粘液样的物质 包围整个菌体 那些具有一定的形状和轮廓 能与周围的环境明显区分的就是荚膜 比较厚而固定的黏质层 而那些无一定形状和轮廓 与周围环境无明显界限的就是黏质层 荚膜紧附于细胞壁后 是细菌构造的一部分 可用荚膜染色法观察 黏质层比较疏松 可自细菌游离外界 荚膜主要含多糖类或多肽类 而黏质层的主要成分是纯粹的多糖类 荚膜和黏质层的其它组分各种细菌各不相同 对某些细菌的鉴定是很有意义的 荚膜和黏质层具有保护细菌的作用 尤其是保护细菌免受干燥和其它有类似环境因素的影响 植物病原细菌很少有荚膜 但有黏质层 7 荚膜和黏质层 6 核蛋白体 细菌的核蛋白体主要集中在核区周围和细胞质膜上的一种核糖核蛋白质小颗粒 细菌的核蛋白体是70s的 由30s和50s两个亚基组成 核蛋白体是细菌合成蛋白质和酶的地方 从细胞内伸出的细长 波浪形弯曲的粒状物 化学组成主要是鞭毛蛋白质 还有少量碳水化合物 细菌鞭毛的着生位置和数量各不相同 主要有两型 即极生鞭毛和周生鞭毛 着生在菌体一端或两端的称为极生鞭毛 着生在菌体一侧或四周的称为周生鞭毛 细菌有否鞭毛及着生位置和数量具有属的特征 在细菌分类上有重要意义 鞭毛是细菌的运动器官 纤毛是细菌菌体表面着生的形状较直 直径较细 长度较短 数量较多的毛发状细丝 也称伞毛 伞毛有普通伞毛和性伞毛之分 前者主要起附着作用 而后者则供细菌接合之用 8 鞭毛和纤毛 某些细菌在其生长的某一阶段中 在营养细胞内可以形成一个内生孢子 称为芽孢 芽孢并不是细菌的繁殖器官 因为一个菌体只形成一个芽孢 芽孢萌发也只形成一个细菌 芽孢的壁较厚 结构坚实 含水量少 代谢几乎停止 折光性强 对外界不良环境抵抗力很强 特别能耐高温 干燥和高渗透压的作用 一般植物病原细菌的致死温度在48 53 之间 有些耐高温细菌的致死温度 最高也不超过70 而要杀死细菌的芽孢 一般要用120 左右的高压蒸气处理l0 20分钟 细菌产生芽孢的特性以及芽孢形状 大小 位置的特点 都具有种的特性 在细菌鉴定上很有意义 植物病原细菌多数没有芽孢 少数有芽孢 9 芽孢 二 原核生物的繁殖 遗传和变异 原核生物都是以裂殖的方式繁殖 以2n速率进行 细菌繁殖速率很快 大肠杆菌在适宜的条件下每20分钟就可以分裂一次 在其它条件适合时 温度对细菌生长和繁殖的影响很大 植物病原原核生物的生长适温为26 30 左右 少数在高温或低温下生长较好 如茄青枯菌的生长适温为35 马铃薯环腐病菌的生长适温为20 23 原核生物的遗传物质是细胞质内的DNA 主要在核区内 在细胞中还有单独的遗传物质 如质粒 核质和质粒共同构成了原核生物的遗传信息库 基因组 遗传变异原核生物经常发生变异 一种是细胞的突变 如细菌人工培养多代或贮藏期较长后 致病力减弱甚至消失 另一种变异是两个性状不同的细菌的结合 一个细菌的遗传物质进入另一个细菌体内 使DNA发生部分改变 后者在分裂繁殖时 就形成性状不同的后代 三 原核生物的主要类群 绝大多数的原核生物是腐生的或自养性的 它们广泛分布在自然界的各种场所 从高山到海洋 从赤道到两极 从植物到动物体内外 都可发现有细菌存在 能够侵染植物引起发病的原核生物称为植物病原原核生物 主要有真细菌和菌原体两大类群 分属于薄壁菌门 厚壁菌门和软壁菌门 薄壁菌门和厚壁菌门的细菌有细胞壁 软壁菌门的成员也称菌原体 三者统称为真细菌 第三节植物病原原核生物的主要类群 根据目前公认的五界生物分类系统 细菌属于原核生物界 由于原核生物形态简单 差异较小 内部的分类系统还不完善 目前比较公认的是 伯杰氏细菌鉴定手册 第九版 1994 分类系统 一 分类单元植物病原原核生物并不独立于原核生物之外 其命名原则 分类方法 分类单元和分类系统与原核生物相同 界 门 纲 目 科 属 种 细菌属的特征 形态特征和培养性状 生理生化性状 遗传性状 种 species 的概念 种是许多具有共同特征的菌系组成的群体 通常这些菌系与其它菌系有很大的区别 基因种为细菌分类学家 分类种为植物病理学家的提法 亚种 subspecies 指在种下类群中在培养特性 生理生化和遗传学某些性状上有一定的差异的群体 菌系 strain 是由分离获得的纯培养物单个菌落繁衍的后代组成 模式菌系 typestrain 是种的命名菌系 由它以及和它相似的其它菌系组成种 由于细菌的种的概念包含人为的主观判断 因此 细菌种的表现型和遗传特性上存在明显的多样性 目前认为根据遗传的相关性来定种更为客观 致病变种 pathovar pv 在细菌种下以寄主范围和致病性为差异来划分的组群 生化变种 biovar 是种内的菌株 按生理生化性状的差异来划分的组群 不考虑致病性等其他性状的异同 二 植物病原原核生物的命名 植物病原细菌学名采用双名法 以拉丁文表示 细菌的学名由国际细菌命名法规所规定 法规的最新版本发表了 核准的细菌名录 ApprovedlistsofBacterialNames 名录包括经过国际系统细菌学委员会核准生效的所有细菌的科学名称 从1980年1月1日起始用 植物病原细菌的某些种之间除了致病性外 难于用生理生化特性加以区别 则为同物异名 因此未能列入 核准的细菌名录 为了保留这些细菌的分类地位 植物病理学家采用致病变种作为这些同物异名的分类单元 1980年编制了 植物病原细菌致病变种名录 三 植物病原原核生物分类系统 伯杰细菌鉴定手册 Berge sManualofDeterminativeBacteriololy 中的细菌分类体系被微生物学家普遍采用 1923年 第一版问世 到1994年已出版9版 原核生物的形态差异较小 许多生理生化性状亦较相似 遗传学性状了解尚少 原核生物成员间的系统亲缘关系不是很明确 根据 伯杰细菌鉴定手册 1994 和近年来 国际系统细菌学杂志 InternationalJournalofSystematicBateriology IJSB 报道的新属新种资料 原核生物界通常分为4个门 7个纲 35个组群 薄壁菌门 PhylumGracilicutes 有壁较薄 厚度为8 10nm 肽聚糖含量约5 10 G 包括大多数植物病原细菌 厚壁菌门 PhylumFirmicutes 有壁较厚 厚度为50 80nm 富含胞壁酸和肽聚糖 G 包括棒形杆菌属 芽孢菌属和链霉菌属 软壁菌门 PhylumTenericutes 菌体无壁 外层为三层单位膜所包被 厚度约5nm 包括类菌原体 疵壁菌门 PhylumMendosicutes 属于没有进化的原细菌或古细菌 包括产甲烷细菌和高盐细菌 四 植物病原原核生物分类 伯杰手册 1923 第一版 植物病原细菌归属于植物单细胞菌属 该属名与原生动物的一个属名相重 因而舍弃 因此 从第六版 1948 开始 分为如下六个属 假单胞菌属 Pseudomonas 黄单胞菌属 Xanthomonas 土壤杆菌属 Agrobacterium 欧文氏菌属 Erwinia 棒杆菌属 Corynebacterium 木质部小菌属 Xylella 长期以来 植物病原细菌仅限于5 6个属 土壤杆菌属 欧氏杆菌属 假单胞杆菌属 黄单胞杆菌属 棒状杆菌属和核链丝菌属 近十年来 又陆续新建了一些植物病原细菌属 目前广为接受的植物病原原核生物有20个属 其中薄壁菌门有12个 厚壁菌门有6个 软壁菌门有2个 五 植物病原原核生物的重要属 1 形态特征和培养性状 菌体形状与大小 鞭毛 荚膜 芽孢 在固体和液体培养中的形态特征和色素的产生 2 生理生化性状 革兰氏染色反应和抗酸染色反应等 细胞壁结构与组分 色素和毒素的生化性状 抗原性 代谢类型 对碳原 氮原和大分子物质的利用能力与分解产物等 3 遗传性状 DNA中G Cmol 核糖体核苷酸序列 DNA DNA和DNA rRNA杂交的同源性等 一 薄壁菌门植物病原细菌主要属1 土壤杆菌属 Agrobacterium Conn 1942是薄壁菌门根瘤菌科的一个成员 为土壤习居菌 菌体短杆状 单生或双生 鞭毛1 6根 周生或侧生 好气性 代谢为呼吸型 G 无芽孢 营养琼脂上菌落为圆形 隆起 光滑 灰白色至白色 质地粘稠 不产生色素 G C57 63mol 分类特征 大多数细菌都带有除染色体之外的另一种遗传物质 一种大分子的质粒 它控制着细菌的致病性和抗药性等 如侵染寄主引起肿瘤症状 根癌土壤杆菌 的质粒称为 致瘤质粒 tomorinducineplasmid 俗称为Ti质粒 有的能引起寄主产生不定根的 致发根质粒 rhizogeninducineplasmid 俗称Ri质粒 土壤杆菌属共有四个种 根癌土壤杆菌 A tumefaciens 为模式种 寄主广泛 可侵害90多科300余种双子叶植物 尤以蔷薇科为主 引起桃 苹果 葡萄 月季的根癌病 癌肿是由病菌产生的激素引起的 发根土壤杆菌 A rhizogens 悬钩子土壤杆菌 A rubi 放射性土壤杆菌 A radiobacter 为非致病菌 土壤杆菌属的许多菌株能产生细菌素 如土壤杆菌素K84是从澳大利亚土壤中分离的放射性土壤杆菌K84菌株产生的 在世界上许多国家被成功地用于果树冠瘿病的生物防治 菌体短杆状或略弯 单生 0 5 1 1 5 5 0 m 鞭毛极生1 4根或更多 广泛分布于江湖河水 土壤 G 无芽孢 严格好气性 菌落圆形 隆起 灰白色 有荧光反应 有些种产生褐色素扩散到培养基中 G C58 70mol 根据 伯杰手册 包括94种 有植物病原细菌21种 59个致病变种 Young 1996 Pallevoni根据rRNA DNA同源性 分为5个组 植物病原细菌主要在第1 2组 少数在第5组 大多数有荧光反应 纯培养在紫外光下照射能发出强烈荧光 2 假单胞菌属 Pseudomonas Migula1894年建立 占植物病原细菌的一半 为假单胞菌科的模式属 主要引起叶斑 腐烂和萎蔫等症 黄瓜细菌性角斑病 桑疫病等 桑疫病 Pseudomonassyringaepv mori 1 症状2 病叶内的薄壁细胞中充满细菌 丁香假单孢杆菌菜豆致病变种 Pseudomonassyringaepv phaseolicola 丁香假单孢杆菌黄瓜致病变种 Pseudomonassyringaepv lachrymans 3 布克氏菌属 Burkholderia 是由假单胞菌属中的rRNA第二组独立出来的 模式菌株是引起洋葱腐烂病的洋葱布克氏菌 B cepacia 从假单胞属中迁出 有7个种 3个变种 洋葱腐烂病 4 劳尔氏菌属 Ralstonia 从假单胞菌属中分离出 引起植物特别是茄科植物的青枯病 茄青枯劳尔氏菌 R solanacearum 普通细菌培养基上菌落隆起 光滑 湿润 灰白色至白色 有些菌株在培养基上可分泌一种水溶性褐色素而使培养基变褐色 在灭菌的马铃薯块上生长 则能使其变深褐色至黑色 茄青枯病症状 茄青枯病症状1 病原细菌2 病株萎蔫状 茄科植物的青枯病 劳尔氏病菌的寄主范围很广 可侵染50多个科的数百种作物 马铃薯 烟草 花生 番茄等重要农作物青枯病发生非常严重 种下分类多样化 通常有小种 生化型血清型等 病害的典型症状是全株呈现急性凋萎 病茎维管束变褐 横切后用手挤压可见有白色菌脓溢出 该病菌可以在土中长期存活 是土壤习居菌 病菌可随土壤 灌溉水和种薯 种苗传染与传播 侵染的主要途径是伤口 高温多湿有利发病 是肠杆菌科的一个成员 菌体短杆状 0 6 1 0 1 5 3 0 m 多双生或短链状 鞭毛周生多根 兼性好气性 G 无芽孢 菌落圆形 隆起 灰白色 G C50 58mol 分为两个组群 一是以梨火疫病菌为代表的解淀粉菌群 二是以胡萝卜软腐菌为代表的软腐菌群 有15个种 5个亚种 7个变种 该属大多数种是植物病原菌 引起植物坏死 溃疡 萎蔫 流胶 叶班及软腐症状 软腐菌群寄主范围很广 包括十字花科 禾本科 茄科等20多个科的数百种果蔬和大田作物 大多由伤口侵染或介体传带侵染 引起肉汁或多汁的组织软腐 尤其在厌氧条件下最易受害 大白菜软腐病常在贮藏期间表现症状 近年来 将Erwinia属中的草生菌群的玉米枯萎病菌等另建新属 称为泛生菌属 Pantoea 如菠萝软腐菌为P ananas 玉米枯萎菌为P stewartii等 模式菌株是P agglomerans 5 欧文氏菌属 Erwinia 1920 Winslow 常见种 胡萝卜欧文菌 E carotovara 俗称大白菜软腐病菌 寄生范围很广 包括十字花科 禾本科 茄科等20多科的数百种果蔬和大田作物 大多由伤口侵染 或介体动物传带侵染 引起肉汁或多汁的组织软腐 尤其是在厌氧条件下最易受害 多在仓库中贮藏期间表现症状 大白菜软腐病1 症状2 病原细菌 大白菜软腐病症状 菊欧文菌 E chrysanthemi 引起多种亚热带植物和观赏植物软腐病 玉米细菌性枯萎病 P stewartii 和梨火疫病 E amylovara 是我国的对外检疫对象 Stewart swilt corn Erwiniastewartii 菌体短杆状 0 4 0 7 0 7 1 8 m 单生 极生鞭毛 绝对好氧 G 菌落一般为黄色 光滑或粘稠 产生非水溶性黄单孢菌色素 Xanthomonadins G C63 71mol 绝大多数成员为植物病原细菌 Vanterin 1995 归属有20个种 120个致病变种 野油菜黄单胞菌 X campestris 为模式种 俗称甘蓝黑腐病菌 野油菜黄单胞菌禾草致病变种 X c pv graminis 引起禾谷类黑颖病 野油菜黄单胞菌柑桔致病变种 X c pv citri 引起柑桔溃疡病 稻黄单胞菌 X oryzae 含稻白叶枯病菌 X o pv oryzae 和稻细菌性条斑病菌 X o pv oryzicola 侵染水稻分别引起水稻白叶枯病和细菌性条斑病 6 黄单胞杆菌属 Xanthomonas 1939 Dowson 甘蓝黑腐病 Xanthomonascampestrispv campestris 菌体短杆状 0 2 0 5 1 0 4 0 m 单生 无鞭毛 兼性好气性 G 细胞壁波纹状 无芽孢 营养要求苛刻 琼脂上不能生长 需要血清蛋白或焦磷酸铁等 需要可溶性铁 菌落有两种类型 一是枕状凸起 半透明 边缘整齐 一是脐状 表面粗糙 边缘波纹状 喜欢在木质部中活动故称为木质部难养菌 Xylemfastidiousbacteria XFB 必须依赖叶蝉类昆虫媒介才能传染 7 木质部小杆菌属 Xyllela 1987 Well 已知仅一种 木质部难养菌 X fastidiosa 原来认为由类立克次体RLO或木质部难养菌XLB引起的葡萄皮尔氏病 piece sdisease 苜蓿矮化病 桃伪果病等病害 近年来已获得纯培养并接种成功 经鉴定 它们都是由木质部难养菌侵染引起的 病菌寄主范围很广 菌体短杆状 略弯 0 9 1 3 2 1 2 5 m 团生 极生或侧生鞭毛 好气性 G 无芽孢 菌落白色或黄色 菌落有皱褶 较粘稠 不耐盐 0 7 NaCl 液体培养时出现球状颗粒 氧化酶 过氧化物酶均为阳性 硝酸盐还原 产H2S 能水解淀粉 糊精 假单胞菌科的一个新成员 仅一种 胡萝卜根癌杆菌 R daucus 引起胡萝卜根部癌肿 但接种烟草不产生过敏性反应 8 根杆菌属 Rhizobacter 9 韧皮部杆菌属 Liberobacter 新设立的属 这是一类在韧皮部中寄生危害的病原菌 以柑桔黄龙病菌为代表 至今尚未能人工培养 但已在电镜下观察菌体梭形或短杆状 G 过去一直称为类细菌或韧皮部难养菌 Phloemfastidiousbacteria PFB 近年来细菌学家和植物病理学家建议称韧皮部杆菌属 Liberobacter L asiaticum 引起柑桔黄龙病 CitrusHuanglongbing HLB 在亚洲发生 发病的最适温度为30 左右 传播介体为亚洲桔虱 L africanum 引起青果病 citrusgreening 在非洲发生 发病的最适温度为20 25 由非洲木虱传染 此外 彼此间亲缘关系较远 血清反应也各不相同 韧皮部杆菌属包括两个种 柑桔黄龙病症状 病原及传播介体 二 厚壁菌门植物病原细菌的主要属 菌体短杆状至不规则棒杆状 大小为0 4 0 75 0 8 2 5 m 无鞭毛 好气性 G 不产生内生孢子 菌落圆形光滑凸起 不透明 灰白色 氧化酶阴性 过氧化物酶阳性 G C67 78mol 原来的棒状杆菌大多成员都放在这一新属中 包含5个种和7个亚种 都是植物病原菌 引起系统性病害 表现萎蔫 蜜穗 花叶等症状 模式种是密执安棒形杆菌 C michiganensis 其马铃薯环腐菌亚种 C m subsp sepedonicus 引起马铃薯环腐病 病菌可侵害5种茄属植物 病菌大多借切刀的伤口传染 病株维管束组织被破坏 横切时可见到环状维管束组织坏死并充满黄白色菌脓 稍加挤压 薯块即沿环状的维管束内外分离 故称环腐病 小麦密穗棒杆菌 C tritici 引起小麦密穗病 1 棒形杆菌属 Clavibacter 1984 Davis 马铃薯环腐病 该属细菌在复合培养液中的菌体形态有球状至杆状的生长循环 即杆 球状循环 在新鲜培养物中 菌体多为杆状或V形不规则杆状 在3天以上的培养液中 菌体呈球状 直径约0 6 1 0 m 杆状细胞不运动或偶有运动 G 绝对好氧 菌落黄色 圆形 凸起 过氧化物酶阳性 DNA中G C含量为59 66 仅一种病原菌 美国冬青节杆菌 A ilicis 引起冬青细菌疫病 2 节杆菌属 Arthrobacter 1947 Conn Dimmick 3 短杆菌属 Curobacterium 1972 YamataetKomagata 菌体不规则杆状 短小 0 4 0 6 0 6 3 0 m 随着菌龄变老 菌体变为球状 侧生鞭毛 好气性 G 老龄细胞常呈G 无芽孢 菌落圆形 隆起 奶油状 多为桔黄色 G C68 75mol 植物病原菌仅一种 菜豆萎蔫短杆菌 C flaccumfacienspv flaccumciens 引起菜豆幼苗矮化 成株萎蔫 菌体多为球形 但可以芽殖而变成短杆状或分枝丝状 好气性 G 无鞭毛 菌落淡黄色或桔红色 奶酪状 圆形不透明 G C59 69mol 仅一种 香豌豆带化红球菌 R fascians 侵害幼芽 幼茎 使呈丛生状 茎叶扭曲 叶柄和叶部常形成瘿瘤 4 红球菌属 Rhodococcus 5 芽孢杆菌属 Bacillus 1937 Cohn 菌体直杆状 0 5 2 5 1 2 10 m 鞭毛周生多根 活动性强 老龄菌体产生芽孢 好气或兼性厌气 G 菌落扁平 灰白色 边缘不整齐 有缺刻或波纹 较粘稠 DNA中G C32 39mol 分布广泛 常分离得到 加快病组织的腐烂或坏死 少数可单独侵染而致病 可以产生细菌素或毒素 常用作生物防治的材料 芽孢杆菌 属于放线菌 基质内菌丝体生长发育良好 多分枝 一般不形成横隔也不断裂 有的菌丝在生长后期偶尔断裂 气生菌丝分支 在气丝上有长的孢子丝链 直或弯曲或螺旋状 孢子丝链分化为孢子 孢子圆型 椭圆形 或杆状 6 链霉菌属 Streptomyces 链霉菌多为土居性微生物 常产生抗菌素类的次生代谢物 对多种微生物有拮抗作用 少数种能引起植物病害 如疮痂链霉菌 S scabies 和酸疮痂链霉菌 S oeidiscabies 为甘薯疮痂病的病原菌 甘薯疮痂病 三 软壁菌门植物病原生物的主要属 菌体无细胞壁 只有一层原生质膜包围在菌体的四周 与植物病害有关系的统称为植物菌原体 包括螺原体属和植原体属 能穿透细菌过滤器 对青霉素不敏感 对四环素敏感 菌原体侵染植物后引起的病害类型大多为黄化 矮缩 丛生 小叶等症状 1967年 日本学者土居养二 Doi Y 首先从桑萎缩病电镜切片中发现了类菌原体 Mycoplasmalikeorgnism MLO 其属于原核生物界软 无 壁菌门 目前已知约有300中植物发生菌原体病害 如桑萎缩病 枣疯病 苹果缩果病 梨衰退病 水稻黄矮病 甘薯丛枝病 泡桐丛枝病和椰子死亡黄化病等 菌体的基本形态为螺旋形 繁殖时可产生分枝 分枝亦呈螺旋形 生长繁殖时需要提供甾醇 螺原体在固体培养基上的菌落很小 煎蛋状 直径1mm左右 常在主菌落周围形成更小的卫星菌落 菌体无鞭毛 但在培养液中可以做旋转运动 兼性厌氧菌 基因组大小为5 108 5 109u DNA中G C含量为24 31mol 传病介体 叶蝉 飞虱等 如柑桔僵化病 玉米矮化病和蜜蜂的爬蜂病等都是螺原体侵染所致 1 螺原体属 Spiroplasma 柑桔僵化螺原体 S citri 引起柑桔僵化病和辣椒脆根病 玉米矮缩螺原体 S kunkelii 玉米 高粱和一些禾草 长春花黄花螺原体 S phoeniceum 玉米矮缩螺原体 S kunkelii 柑桔僵化病 healthyfruitmalformedfruit 菌体的基本形态为圆球形或椭圆形 在韧皮部筛管中或在穿透细胞壁上的胞间连丝时 可以成为变形体状 如丝状 杆状或哑铃状等 大小为80 1000nm 目前还不能人工培养 早期称之为类菌原体 Mycoplasma likeOrganism MLO 其分类和鉴定主要依靠生物学特征 如寄主 症状 介体专化性等 近年来分子生物学方法已广泛应用于此领域 分类取得了很大的进展 如桑萎缩病 枣疯病 泡桐丛枝病 水稻黄矮病 水稻橙叶病和甘薯丛枝病等 是由这类菌原体侵染所致 根据接种在长春花上的症状表现 可以划分为4个组 第1组的症状是花变叶 绿蔓 节间缩短 如番茄巨芽病 第2组是花变叶 节间伸长 褪绿 如菊花绿变病 第3组是花变小 色淡 节间伸长或褪绿 如车前草绿变病 第4组引起花器的各种综合症 如越橘丛枝病 2 植原体属 Phytoplasma 植原体模式图 泡桐丛枝病Paulowniawitehe s broom 第四节植物病原原核生物的侵染与传播 植物细菌病害主要发生在栽培植物上 无论是大田作物或果树 蔬菜及药用植物上都有3 4种细菌性病害的发生 目前生产上重要的细菌病害有水稻白叶枯病 马铃薯环腐病 茄科作物青枯病 十字花科蔬菜软腐病 葫芦科细菌性角斑病等 一 植物病原原核生物的寄生性与致病性 1 多数是非专性寄生 能在人工培养基上生长 钽寄生性的强弱有所不同 少数如植原体 为专性寄生 强寄生菌 侵染植物的绿色部分 如叶片 自然孔口入侵 弱寄生菌 侵染植物的贮藏器官或抵抗力较弱的部位 如果实 寄生性是病菌与寄主建立寄生关系 能在寄主体内存活与繁殖的特性 致病性则是病菌对寄主造成的破坏引起病变的特性 一种病菌可以在多种植物体内存活 具有寄生性 但并不一定都能引起病害 即无致病性 例如荧光假单胞菌的寄生性较强 可以在多种植物体内营寄生生活 但致病性较弱 只能在很少的场合显示病变 2 寄生性与致病性关系 3 寄主范围多专一 少数较宽 因种而异 较窄 只能为害同一属或同一种植物 如水稻白叶枯 仅危害水稻 棉角斑黄单胞菌只为害棉属植物 较宽 可以为害多种植物 如甘蓝黑腐病黄单胞菌可以为害许多十字花科植物 癌肿土壤杆菌 可以为害643种植物 一般把自然条件下能侵染的寄主称为自然寄主 人工接种后显示症状的寄主称为实验寄主 正确判断病菌的寄主范围对病害防治和病原菌的鉴定有重要意义 1 毒素主要破坏寄主细胞的半透性 造成原生质中不溶性物质转变为可溶性而外渗 造成细胞水分 养分向间隙外渗 引起腐烂或斑点症状 初期为水渍状症状 2 酶果胶酶 分解细胞壁组织 引起细胞崩解 其症状多半是腐烂 蛋白酶 使寄主细胞失活 造成细胞坏死 引起坏死症状 水解酶 分解碳水化合物造成细胞死亡 引起斑点 3 多糖类物质许多细菌可产生高分子量的多糖物质 阻塞导管 引起萎蔫 4 激素引起畸形 癌肿 4 致病性 植物病原细菌不能直接侵入植物 不象真菌那样直接穿过角质层或从表皮侵入 只能通过自然孔口和伤口侵入 一 侵入途径1 自然孔口 气孔 水孔 皮孔 蜜腺 气孔 如棉花角斑病 水孔 如水稻白叶枯病和甘蓝黑腐病的病原细菌 蜜腺 梨火疫病 2 伤口 wounds 以维管束病害为多 自然伤口 风雨 雹 冻害 昆虫等造成 人为伤口 耕作 施肥 嫁接 移栽 疏芽 疏果 打顶 收获 运输等造成 从自然孔口侵入的细菌一般都能从伤口侵入 反之不一定 蔬菜软腐病和只能从伤口侵入 很少从自然孔口侵入 3 叶毛 leafhairs 梨火疫病菌可经由未受伤的叶毛侵入 二 侵染途径 1 寄生关系的建立 2 寄生性的强弱 寄生性弱的细菌一般都是从伤口侵入 寄生性强的细菌 较能适应寄生的生活 就不一定要从伤口侵入 3 引起叶斑 叶枯症状的病原细菌 多可从自然孔口侵入 而引起萎蔫 腐烂和瘤肿等症状的则多是从伤口侵入 4 不同分类地位的细菌侵入途径有所不同如假单胞菌属和黄单胞菌属 以自然孔口侵入为主 土壤杆菌属 棒形杆菌属和欧文氏菌属的以伤口侵入为主 二 决定侵入途径的因素 侵入途径与症状的关系 1 侵染薄壁细胞组织病害 病菌先在薄壁组织的细胞间隙蔓延 当寄主细胞受到损伤或死亡后再进入细胞内 原因 分泌果胶酶 产生酸性物质 挤向四周使细胞死亡或由于胶状物质渗透压高 使四周细胞产生质壁分离而死亡 分泌毒素 使四周细胞中毒而死 2 维管束组织病害 通过薄壁组织或水孔后再进入维管束 在木质部或韧皮部扩展 稻白叶枯病菌在薄壁细胞中蔓延很慢 形成局部的枯斑 进入维管束组织后 蔓延加快 形成长条形叶枯症状 3 瘤肿或其它畸形病害 病菌不深入到内部 它们在表皮细胞间扩展 很少破坏寄主的细胞和组织 但是组织中产生的少量的激素类物质 刺激寄主形成瘤肿等畸形症状 三 侵入后的扩展 病害的发生一定程度取决于接种体的数量 由于病原细菌繁殖速率极快 少量的细菌很可能在短期内造成病害的大流行 植物病原细菌不产生休眠孢子 但可以在种子 土壤 多年生寄主植物 植物残体 昆虫等上存活 多年生的木本植物 如果树等细菌病害 病原细菌在枝条或树干上越冬 成为下年初侵染来源 如 桃穿孔菌X campestiispv pruni 可在枝上病斑内越冬 再传至叶片 果实 新枝上引起病害 至于草本植物的细菌病害 大致有以下这些侵染来源 1 种子和无性繁殖器官许多植物病原细菌可以在种子或无性繁殖器官 如块根 块茎 鳞茎 芽条和插条等 内外越冬或越夏 是重要的初侵染来源 随着带病种子 种苗和种薯的调运 远距离传播 病害可以传播到其他地区 如水稻白叶枯病 马铃薯环腐病 甘薯瘟 桑青枯病 柑桔溃疡病等 种子上的细菌可以长期存活 如菜豆萎蔫菌可在菜豆上存活5 24年 三 侵染来源 2 土壤 植物病原细菌单独在土壤中的存活期 一般是很短的 青枯病菌和冠瘿病菌在土壤中不能大量繁殖 但是可以长期作为侵染的来源 这两种病原细菌在植物根围土壤中的存活时期较长 在土壤中存活期长短与土壤温度 湿度 深度 土质 土壤微生物 pH等有关 病原细菌在土壤中的存活 要分析是在土壤中单独存活 还是在土壤中的作物残余组织中存活 较多的植物病原细菌可以在土壤中的残余组织中存活 当这些残余组织分解和腐烂后 其中的病原细菌大都也随着死亡 3 病株残余植物病原细菌可以在病株残余组织中长期存活 是许多细菌病害的重要侵染来源 温度较低 干燥的残余组织中的病原细菌存活时期较长 高温高湿可促使残余组织的分解和腐烂 使病原菌的存活时期减短 还田的秸秆 如能促使它们很快分解和腐烂 其中的细菌大都很快死亡 4 杂草和其它作物 植物病原细菌的寄主范围大都是比较专化的 杂草和其它作物上的病原作为侵染来源远不如植物病毒那样普遍 但是 有些细菌病害已经发现了它们的越冬杂草寄主 如水稻白叶枯病和农作物青枯病等 此外 一种作物的病菌可以是另一种作物的侵染来源 个别寄主范围宽的细菌 出现生活史中寄主的交叉 5 昆虫介体昆虫介体可以传染病害 但是作为侵染来源则远不如植物的病毒那样普遍 病原细菌在介体内越冬并作为侵染来源 最典型的还是玉米细菌性枯萎病 它的病原细菌可以在玉米叶甲体内存活和越冬 很容易从它的体内分离到病原细菌 介体中的病菌是最主要的侵染来源 玉米细菌性枯萎病就是根据越冬传染介体玉米叶甲的数量 来预测下一年发病的轻重 梨火疫病 蜜蜂 蚂蚁带菌 从病株传至健株上 这可由风 雨 昆虫 线虫等其它动物 人类及其农事活动来完成 在该过程中 细菌必须从受侵染的植株上游离出来 沉积在健株的适宜部位引起侵染 受侵染的材料从流行区传至无病区 是通过种子和无性材料等 这种传播方式与农事操作有关 1 远距离传播植物病原细菌不象真菌的孢子那样随气流传播得很远 甚至是高空的远距离传播 植物病原细菌的远距离传播主要是人为的传播 带病植物的种子 块茎 苗木等远距离的运输 而造成细菌病害在地区间和国家间的传播 如水稻白叶枯病 细菌性条斑病 甘薯瘟病 柑桔溃疡病等通过种子和苗木的调运而使病区不断扩大 此外 江河和台风雨也可使植物病原细菌作较远距离的传播 四 传播 导致病原物的转移 1 雨露雨露是植物病原细菌田间传播的最主要的途径 植物感病组织表面的细菌和菌脓 需要通过雨露的溶解而分散开来 并通过水滴的飞溅而在植物间作有效的传播 许多植物细菌病害的轻重与降水密切相关 除了因为雨水传播细菌之外 水滴的存在是细菌侵入植物组织的必要条件 雨水是植物病原细菌最主要的传播途径 而风 雨所造成的伤口更有利于病原细菌的侵染 2 流水和灌溉水许多植物病原细菌可以通过流水和灌溉水在田间传播 使病害蔓延 特别是对于土传的细菌病害更是如此 如农作物青枯病等 3 介体传播昆虫是病原细菌传播的主要介体 在很多情况下 昆虫不仅是病菌的 传播者 而且是病菌的 接种者 如十字花科蔬菜软腐病 此外玉米细菌性萎蔫病是由几种叶甲昆虫传播 蜜蜂可以传播梨火疫病等 种蝇的幼虫和菜青虫传播白菜软腐病 除昆虫之外 土壤内的线虫 也能传播一些病原细菌 如小麦蜜穗病 Rathayibactertritici 由小麦粒线虫传染 4 人类的农事活动农事活动往往造成伤口 农具 耕牛 农机具等都可以将病原细菌从病田带到无病田 施肥 摘心 整枝 打顶 嫁接 切刀 采收 中耕等农事操作等 都可以成为当地传播细菌病害的重要因素 如马铃薯环腐病就是通过不消毒的切薯到传给健康种薯的 2 田间的近距离传播 第五节植物原核生物病害的诊断 1 菌原体病害的症状特点病株矮化或矮缩 枝叶丛生 叶小而黄化 因此丛生 矮缩 小叶与黄化相结合是诊断菌原体病害症状时必须掌握的关键 2 细菌病害的症状特点病植物表现的症状类型主要有坏死 萎蔫 腐烂和畸形等4类 褪色或变色的较少 有的还有菌脓 ooze 溢出 症状 病征 病状 一 过度生长包括瘿瘤 根 枝条增生和带化 这些畸形是由于激素或生长调节系统受破坏而引起的 其中研究最多的是由根癌土壤杆菌 Agrobacteriumtumefaciens 引起的瘿瘤 带化是指叶片或枝条增生并变扁呈带状 产生瘿瘤的植株生长严重受阻 引起过度生长的大多数病原细菌都有较广的寄主范围 植物过渡生长的症状 主要由土壤杆菌属细菌引起 此外 假单胞菌和植物棒形细菌的个别细菌也能引起瘿瘤和带化病 一 症状识别 肿瘤 二 组织坏死 细菌最常引起的症状是叶 茎 果实的斑点和坏死 多个病斑合并可产生大片枯死 甚至引起整个器官坏死 又称为疫病 双子叶植物叶斑因受叶脉限制往往呈多角形 单子叶植物叶片或茎杆上形成条纹或条斑 许多细菌病害的病斑带有水渍状 在潮湿环境下 病部表面常产生淡黄色或白色颗粒状或薄膜状的细菌脓 这些特点可作为一些细菌病害的诊断特征 三 溃疡 细菌通过伤口 皮孔 叶痕侵入枝干的薄壁细胞组织 在这些组织中细菌繁殖并产生胞外多糖 被侵染的组织死亡 形成溃疡斑 病健交界明显 病部下陷 开裂 有时分泌大量的细菌脓 如丁香假单胞菌李致病变种 P syringaepv morsprunorum 和丁香致病变种 P syringaepv syringae 引起核果和仁果的细菌溃疡病造成严重损失 黄单胞菌柑桔致病变种 X campestrispv citris 引起柑桔叶 枝和果实溃疡病 四 萎蔫 番茄和烟草青枯病 玉米细菌性萎蔫 五 腐烂 引起软腐的病原细菌从伤口侵入薄壁细胞组织 在细胞间隙大量繁殖 这些细菌能产生多种果胶酶 其中主要是果胶水解酶和裂解酶 这些酶降解细胞的中胶层和细胞壁 增加细胞膜的透性 使病组织浸离 形成可见的软腐症状 欧氏菌属 胡萝卜软腐欧氏菌 E carotovora 的两个亚种和菊欧氏菌 E Chrysanthemi 是大家熟知的软腐细菌 假单胞菌的少数种也能引起软腐病 玉米细菌性基腐病 大白菜软腐病 病害诊断从观察症状 鉴定寄主植物着手 也是必须的 一般认为不同属的植物病原细菌引起的症状类型不同 对诊断和鉴定有一定价值 如土壤杆菌只能引起过度性生长和畸形 而叶斑和叶枯型的细菌病害可以推测由黄单胞或假单胞菌引起的 软腐病则可能由欧氏菌或假单胞菌危害引起 而植物萎蔫病就要考虑有几个植物病原细菌属的可能性 因此 根据症状进行诊断 往往需要结合革兰氏染色和鞭毛染色 才准确可靠 必需指出 上述情况只是一般规律 具体情况要复杂得多 喷菌现象 bacteriaexudation BE 除了菌原体引起的病害以外 由细菌侵染所致病害 受害部位的薄壁细胞或维管束组织一般都有大量细菌存在 都可以在徒手切片中看到有大量细菌从病部喷出 这种现象称为喷菌现象 喷菌现象为细菌病害所特有 这是简便而可靠的诊断方法 是区分细菌病害或真菌 病毒病害的最简便的手段之一 显微镜检查方法是切取一小块病组织 病健相间 平放在干净载玻片的一滴水中 加盖玻片后立即在低倍镜下观察 如果是细菌病害 一般都可见到大量细菌从切口出溢出 从细菌溢出的部位可初步推测细菌侵染的组织是维管束还是薄壁细胞 在显微镜下要注意植物组织颗粒与细菌的区别 电镜观察 螺原体 植原体 二 显微镜检查 喷菌现象 一般通过病状诊断和细菌溢检查 即能准确判断一种病害是否为细菌病害 确定了细菌病害之后 有时需要分离病原细菌以便进一步鉴定 细菌一般采用稀释分离法 病原细菌在组织中的数量很大 稀释后培养可以使病原细菌与杂菌分开形成分散的菌落 容易得到纯培养 三 分离 培养与侵染性试验 按照Koch法则 从病组织分离获得纯培养细菌后 必须测定它对寄主植物的致病性 一般的工作顺序是先测定致病性 然后再研究细菌学和生理生化性状 由于植原体尚不能在人工培养基上培养 因此分离有困难 但螺原体己可以分离培养 对于植原体病害 可采用菟丝子介体接种作桥梁 接种传染到长春花上作鉴定的办法 证明其有无侵染性 从而完成柯赫氏法则的诊断程序 第六节植物原核生物病害的防