植物病原原核生物

NanjingAgriculturalUniversity南京农业大学“精品课程”普通植物病理学GENERALPLANTPATHOLOGY第三章植物病原原核生物第一节原核生物概述一、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）。第一个发现细菌引起植物病害。ThomasJ.Burrill(1877)证明Illinois梨和苹果的火疫病是由细菌引起的。用胶状溢脓接种获得成功。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。•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。•二、分布和为害•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.oryzaepv.oryzae)于70年代初连续3年在长江流域大流行，每年发病面积约133.3万公顷，重病稻田一片枯焦。•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(PseudomonassolanaceareumSmith)，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、多雨的条件下严重为害。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。•植物根癌病:又称冠瘿病(AgrobacteriumtumefaciensConn)，•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。•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。•三、研究内容•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。•原核生物与真核生物的比较原核生物真核生物大小（m）1-10〉10染色体数目1〉1核膜-+呼吸作用场所原生质膜线粒体核糖体70S80S肽葡聚糖+-DNA环状线状繁殖无丝分裂有丝分裂•一、分类单元•植物病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。•种的概念：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。•亚种：指在种下类群中在培养特性、生理生化和遗传学等性状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（pathvar,pv.）:在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，按生理生化形状的差异来划分的组群。二、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、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）•厚壁菌门（PhylumFirmicutes）•软壁菌门（PhylumTenericutes）•疵壁菌门（PhylumMendosicutes）四、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。从第六版（1948）开始•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）。•目前接受的植物病原原核生物有近30个属。其中薄壁菌门有近20个，厚壁菌门有6个，软壁菌门有2个。植物病原原核生物属的界限比较明确，意见也较一致。但种的划分有较大的分歧，过去，表形性状相似但致病性明显不同都认为是不同的种，但根据系统学的观点，不同来源的细菌只有在性状总体上相似方可认为是一个种。五、植物病原原核生物重要属分类特征：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-rRNA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菌体杆状，0.6-1.0x1.5-3.0m,单生或成对，鞭毛周生1-4根；土壤习居菌，好气性；•G-,无芽孢；菌落圆形，光滑、质地粘稠、不产色素；G+C57-63mol%共有四个种:根癌土壤杆菌(A.tumefaciens)：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)放射土壤杆菌(A.radiobacter):非致病菌。土壤杆菌属的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。•根癌土壤杆菌的致病因子是细菌细胞中的大质粒，称为Ti质粒（Tumerinducingplasmid）,引起发根症状的质粒称为Ri质粒（Rootinducingplasmid）。2．假单胞菌属（Pseudomonas）Migula1894年建立，占植物病原细菌的一半。菌体短杆状或略弯，单生，0.5-1x1.5-5.0m,单生，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，有荧光反应；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rDNA/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。AgrobacteriumErwiniaPseudomonasPseudomonassyringaepv.phaseolicolaBean:Haloblight丁香假单胞菌菜豆生致病变种晕斑病Cucumber:AngularleafspotPseudomonassyringaepv.lachrymans丁香假单胞菌流泪致病变种3布克氏菌属（Berkholderia）Yabuueni,1993是从假单胞菌属第2组独立出来的。G+C64-68mol%。模式种是引起洋葱腐烂病的洋葱布克氏菌（B.cepacia）.茄科植物的青枯病是众所周知的(B.solanacearum)引起的。•Onion:rot4欧文氏菌属（Erwinia）1920，Winslow菌体短杆状，0.6-1.0x1.5-3.0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%该属大多数种是植物病原菌，引起植物坏死、溃疡、萎蔫、流胶、叶斑及软腐症状。•常见种：•菊欧文菌（E.chrysanthemi）引起多种亚热带植物和观赏植物软腐病。•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。•玉米细菌性枯萎病（E.stewartii）和梨火疫病（E.amylovara）是我国的对外检疫对象。Stewart'swilt,corn,(Erwiniastewartii)5黄单胞菌属（Xanthomonas）1939，Dowson菌体直杆状，0.4-0.7x0.7-1.8m,单极生鞭毛；绝对好氧；G-；菌落一般为黄色、光滑或粘稠；产生黄单孢菌色素（Xanthomonadins）；G+C63-71mol%。绝大多数成员为植物病原细菌。Vanterin(1995)归属20个种，120个致病变种。野油菜黄单胞菌（X.campestris）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）柑桔溃疡病。•稻黄单胞菌（X.oryzaepv.oryzae）:侵染水稻引起水稻白叶枯病。Blackrotofcabbage(Xanthomonascampestrispv.campestris)6木质部小菌属（Xyllela），1987，Well菌体短杆状，0.2-0.5x1.0-4.0m,单生，无鞭毛；兼性好气性；G-,无芽孢；营养要求苛刻，琼脂上不能生长，需要血清