利用Hoechst_33342-PI荧光双染法评价氰氨化钙对茄病镰刀菌生物活性的影响
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㊀山东农业科学㊀2023ꎬ55(2):127~134ShandongAgriculturalSciences
㊀DOI:10.14083/j.issn.1001-4942.2023.02.017
收稿日期:2022-05-21
基金项目:天津市农业科学院财政种业创新研究项目(2022ZYCX017)ꎻ天津市农业科学院青年科研人员创新研究与实验项目(2021004)作者简介:贲海燕(1982 )ꎬ女ꎬ博士ꎬ助理研究员ꎬ主要从事蔬菜病害诊断与防治研究ꎮE-mail:benhaiyan506@163.com通信作者:郝永娟(1971 )ꎬ女ꎬ硕士ꎬ研究员ꎬ主要从事植物病害研究ꎮE-mail:tjzbshyj@163.com
利用Hoechst33342-PI荧光双染法评价氰氨化钙
对茄病镰刀菌生物活性的影响
贲海燕1ꎬ霍建飞1ꎬ姚玉荣1ꎬ高苇1ꎬ王万立1ꎬ郝永娟1ꎬ曲红云2ꎬ张雪岩2
(1.天津市农业科学院植物保护研究所ꎬ天津㊀300381ꎻ2.黑龙江省农业科学院园艺分院ꎬ黑龙江哈尔滨㊀150069)㊀㊀摘要:本试验以茄病镰刀菌(Fusariumsolani)为研究对象ꎬ探索了Hoechst33342及PI荧光染剂对病菌不同活性孢子的色泽差异ꎬ明确了病原菌经Hoechst33342染色后的活孢子发蓝色荧光ꎬ最佳染色浓度和时间为1μg/mL㊁20minꎻ碘化丙啶(PI)染色后的死孢子发红色荧光ꎬ最佳染色浓度和时间为3μg/mL㊁10minꎮ并由此建立了Hoechst33342-PI荧光双染技术ꎬ应用该技术可快速㊁清晰地甄别出不同浓度氰氨化钙对茄病镰刀菌孢子活性和萌发的影响ꎬ结果表明ꎬ氰氨化钙对茄病镰刀菌的灭杀效果随着浓度增高而增强ꎬ且与处理时间呈正相关ꎮ2000mg/L氰氨化钙处理3hꎬ孢子致死率高达83.97%ꎻ500~1000mg/L处理3hꎬ孢子致死率为7.15%~26.80%ꎬ孢子萌发率为2.40%~3.59%ꎬ处理48h时ꎬ孢子致死率达92.07%~100%ꎮ250mg/L氰氨化钙对茄病镰刀菌的致死效果微弱或没有影响ꎮ本研究通过菌丝速率法和生物量法进一步验证了应用Hoechst33342-PI荧光双染法评价氰氨化钙对茄病镰刀菌孢子活力的影响是可行的ꎮ这为突破植物病原微生物药剂室内常规筛选方法提供了新的思路和技术手段ꎮ
关键词:Hoechst33342-PI荧光双染法ꎻ氰氨化钙ꎻ茄病镰刀菌ꎻ生物活性
中图分类号:S432.4+4㊀㊀文献标识号:A㊀㊀文章编号:1001-4942(2023)02-0127-08
EffectofCalciumCyanamideonBiologicalActivityofFusariumsolaniEvaluatedbyHoechst33342 ̄PIFluorescentDoubleStainingMethod
BenHaiyan1ꎬHuoJianfei1ꎬYaoYurong1ꎬGaoWei1ꎬWangWanli1ꎬHaoYongjuan1ꎬQuHongyun2ꎬZhangXueyan2
(1.InstituteofPlantProtectionꎬTianjinAcademyofAgriculturalSciencesꎬTianjin300381ꎬChinaꎻ2.GardeningBranchꎬHeilongjiangAcademyofAgriculturalSciencesꎬHarbin150069ꎬChina)
Abstract㊀InthisstudyꎬtheHoechst33342 ̄PIfluorescentdoublestainingtechniquewasestablishedtorapidlyandclearlydeterminetheeffectsofdifferentconcentrationsofcalciumcyanamideonthesporeviabilityandgerminationofFusariumsolanibasedonthecolordifferenceofsporeswithdifferentviability.ItwasclearthatthelivingsporesshowedbluefluorescenceafterstainedwithHoechst33342ꎬandthebeststainingconcen ̄trationandtimewere1μg/mLand20minꎻthedeadsporesshowedredfluorescenceafterstainedwithpropi ̄dineiodide(PI)ꎬandtheoptimalstainingconcentrationandtimewere3μg/mLand10min.ThekillingeffectofcalciumcyanamideonF.solaniincreasedwiththeincreaseofitsconcentrationꎬandwaspositivelycorrelatedwiththetreatingtime.Aftertreatedwith2000mg/Lcalciumcyanamidefor3hꎬtheconidialmor ̄talityratereached83.97%.Whentreatedwith500~1000mg/Lcalciumcyanamideꎬtheconidialmortalityrateandtheconidialgerminationratewere7.15%~26.80%and2.40%~3.59%after3hꎬandtheconidialmortalityratereached92.07%~100%after48h.Thelethaleffectof250mg/LcalciumcyanamideonF.sola ̄
niwasweakorno.InthisstudyꎬthemyceliumgrowthrateandbiomassmethodswereusedtoconfirmthatHo ̄echst33342 ̄PIfluorescentdoublestainingmethodwasfeasibleandefficienttoevaluatetheeffectofcalciumcyanamideonsporeviabilityofF.solani.Itprovidedanewideaandtechniqueforscreeningfungicidestoplantpathogens.
Keywords㊀Hoechst33342 ̄PIfluorescentdoublestainingmethodꎻCalciumcyanamideꎻFusariumsola ̄niꎻBiologicalactivity
㊀㊀氰氨化钙作为农用化学肥料ꎬ已有100余年的使用历史[1]ꎬ我国在20世纪60年代主要将其用作氮肥[2]ꎮ21世纪初期ꎬ大量田间数据显示氰氨化钙还是一种高效㊁环境友好型的土壤消毒剂[3-5]ꎬ能有效防治芸薹根肿菌(Plasmodiophorabrassicae)[6ꎬ7]㊁尖孢镰刀菌(Fusariumoxysporum)等引起的多种土传病害[8ꎬ9]ꎬ而关于茄病镰刀菌(F.solani)引起的瓜类作物病害防治的相关报道较少ꎮBourbos等[10]通过田间试验表明ꎬ氰氨化钙能有效控制由茄病镰刀菌引起的黄瓜根腐病ꎮ常规作用于微生物的药剂筛选主要建立在室内生物活性测定ꎮ荧光染色法是医学方面检测细胞凋亡和细胞坏死的重要手段ꎮ细胞凋亡的主要形态特征是细胞体积缩小㊁孢浆凝缩而不外漏ꎬ核染色质固缩ꎻ而细胞坏死的主要形态特征是细胞肿胀ꎬ体积增大ꎬ或DNA降解ꎬ细胞破裂ꎬ胞浆外漏等ꎮ根据这些特征ꎬ选择适合的荧光染料ꎬ可以准确判断细胞的活力状态ꎮ植物病原微生物细胞凋亡的表型和生理特征与动物细胞相似ꎬ而且细胞结构和代谢过程更为简单ꎮ目前ꎬ荧光染色法在植物微生物研究方面仅有少数报道[11-14]ꎮ本试验以茄病镰刀菌为研究对象ꎬ根据Ho ̄echst33342㊁碘化丙啶(propidineiodideꎬPI)荧光染剂对生物细胞活性的不同作用效果ꎬ研发快速甄别病原菌死活的荧光染色技术ꎮ并基于该技术检测氰氨化钙对茄病镰刀菌孢子活性的影响ꎬ旨在创建快速㊁准确㊁灵敏的活性检测方法ꎬ为植物病原微生物药剂筛选的有效性提供新的思路和检测技术手段ꎮ同时ꎬ依据药剂筛选常用的室内生物活性测定法ꎬ如菌落生长㊁菌丝生物量㊁孢子萌发等指标[15-17]ꎬ设计测定了氰氨化钙对茄病镰刀菌的抑制效果ꎬ为进一步开展氰氨化钙防治由茄病镰刀菌引起的作物病害提供理论依据ꎮ
1㊀材料与方法
1.1㊀供试材料
供试菌株:茄病镰刀菌瓜类专化型(Fusariumsolanif.sp.cucurbitae)ꎬ由中国农业科学院蔬菜花卉研究所菜病综防组鉴定保存(菌株编号:
HG0903150102)ꎮ
供试药剂:氰氨化钙(calciumcyanamideꎬCaCN2)ꎬ直径1~6mm黑色粉末状ꎬ氰氨化钙含量50%ꎬ氮含量20%ꎬ钙含量38%ꎬ由宁夏大荣实业集团有限公司提供ꎮ
供试试剂:NaCl㊁KCl㊁Na2HPO4 12H2O㊁NaH2PO4㊁丙酮㊁冰醋酸㊁松柏油等均购自北京化工厂有限责任公司ꎮ
仪器设备:HQ-60型旋涡混合器(北京北方同正生物技术发展有限公司)ꎻ3K15型高速离心机(德国Sigma公司)ꎻUV-1801型紫外可见分光光度计(北京瑞利分析仪器公司)ꎻ移液枪(德国Eppendorf公司)ꎻDP72型奥林巴斯荧光显微镜(日本奥林巴斯公司)ꎻXMTD-700水浴锅(江苏省金坛市汉康电子有限公司)ꎮ
荧光染料:Hoechst33342㊁碘化丙啶(propi ̄dineiodideꎬPI)ꎬ购于Sigma公司ꎮ
1.2㊀荧光染液配制
PBS缓冲液配制:KCl0.20g/LꎬNaCl8.00g/LꎬNaH2PO40.20g/LꎬNa2HPO4 12H2O2.89g/LꎬpH7.4ꎮHoechst33342染液配制:称取0.001gHo ̄echst33342ꎬ加入10mL0.01mol/LPBS(pH7.4)缓冲液ꎬ配成100μg/mL的母液ꎬ4ħ避光保存ꎮ使用前用PBS(pH7.4)将其稀释成所需浓度ꎮ碘化丙啶(PI)染液配制:称取0.001gPIꎬ加入10mL0.01mol/L的PBS(pH7.4)缓冲液ꎬ配成100μg/mL的母液ꎬ4ħ避光保存ꎮ使用前用PBS(pH7.4)将其稀释成所需浓度ꎮ
1.3㊀茄病镰刀菌孢子悬浮液的制备
在250mLPD培养基中接种茄病镰刀菌菌饼ꎬ26ħ㊁150r/min振荡培养4dꎬ获得分生孢子培养液ꎬ将培养液经灭菌4层纱布过滤ꎬ收集滤液
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经5000r/min离心5minꎬ弃上清液ꎬ用无菌水重悬制成1ˑ106个/mL孢子悬液备用ꎮ
1.4㊀茄病镰刀菌无活力孢子的制备
茄病镰刀菌孢子致死处理采用恒温水浴热处理法ꎬ取1mL新鲜孢子悬浮液于100ħ沸水浴条件下热处理10min致死ꎮ
1.5㊀荧光染料对茄病镰刀菌染色效果评价取新配制的有活力和无活力的茄病镰刀菌孢子悬浮液各1mLꎬ5000r/min离心5minꎬ弃上清ꎻ将Hoechst33342和PI母液分别稀释至3μg/mL后各取500μLꎬ重悬沉淀使孢子浓度为2ˑ106个/mLꎻ室温下避光静置染色20minꎬ分别吸取10μL孢子染液于载玻片上ꎬ加盖玻片后在荧光显微镜下观察拍照ꎬ记录各荧光染料孵育下死活孢子的染色特征ꎮ
1.6㊀荧光双染法对茄病镰刀菌染色效果评价Hoechst33342-PI双染法:取新配制的有活力和无活力的茄病镰刀菌孢子悬浮液各1mLꎬ混匀后经5000r/min离心5minꎬ向孢子沉淀中加入500μL浓度为1μg/mLHoechst33342染液ꎬ常温避光孵育5min后ꎬ加入500μL浓度为1μg/mL的PI染液ꎬ常温避光染色5minꎬ吸取10μL孢子染液于载玻片上ꎬ在荧光显微镜下观察并拍照ꎮ
1.7㊀Hoechst33342和PI最佳染色浓度及染色时间筛选
取新鲜有活力㊁浓度为1ˑ106个/mL茄病镰刀菌孢子悬浮液1mLꎬ5000r/min离心5minꎬ弃上清ꎬ分别重悬于浓度为1㊁3㊁6㊁9μg/mL的染料500μLꎬ使孢悬液浓度为2ˑ106个/mLꎮ每个浓度分别染色5㊁10㊁15㊁20minꎬ每个处理重复3次ꎮ于20倍荧光显微镜下ꎬ每个处理观察3个视野ꎬ每个视野不少于100个孢子ꎬ观察并记录孢子的染色效果并计算死亡率ꎮ
孢子死亡率(%)=
死亡孢子数
视野中总孢子数
ˑ100㊀ꎮ
1.8㊀氰氨化钙对茄病镰刀菌室内生物活性的测定1.8.1㊀基于Hoechst33342-PI双染法评价氰氨化钙对茄病镰刀菌孢子活力的影响㊀将斜面保存的茄病镰刀菌菌株进行活化ꎬPDA平板上黑暗培养7天后ꎬ配制成有活力的茄病镰刀菌孢子悬浮液(1ˑ106个/mL)分装到离心管中ꎬ每管10mL备用ꎻ分别称取氰氨化钙0㊁0.005㊁0.01㊁0.02㊁0.04g溶解于上述孢子悬浮液中ꎬ配制成氰氨化钙浓度分别为0㊁500㊁1000㊁2000㊁4000μg/mL的孢子悬浮混合液ꎬ每个浓度3次重复ꎮ分别在药剂处理0㊁10min和3㊁9㊁48㊁72h后ꎬ按1.7中的Ho ̄echst33342-PI双染法进行染色ꎬ在20倍荧光显微镜下ꎬ依据孢子荧光颜色ꎬ记录死㊁活孢子总量ꎬ其中死孢子发红色荧光ꎬ活孢子发蓝色荧光ꎬ凋亡孢子(处于死活之间)发蓝粉色荧光ꎮ每个样本观察5个视野ꎬ每个视野内孢子数量不少于100个ꎬ用以下公式计算孢子死亡率和萌发率ꎮ
孢子死亡率(%)=aa+bˑ100㊀ꎻ
孢子萌发率(%)=ca+bˑ100㊀ꎮ
式中:a为显微镜视野中发红色荧光孢子总数ꎻb为显微镜视野中发蓝色荧光孢子总数ꎻc为显微镜视野中发蓝色荧光且萌发的孢子总数ꎮ1.8.2㊀氰氨化钙对茄病镰刀菌菌落生长影响的研究㊀采用菌丝生长速率法[18]测定ꎮ称取氰氨化钙0㊁0.002㊁0.005㊁0.01㊁0.02㊁0.03㊁0.04㊁0.05㊁0.06g分别溶解在20mL50~55ħ的PDA培养基中ꎬ配制成0㊁100㊁250㊁500㊁1000㊁1500㊁2000㊁2500㊁3000mg/L的含药培养基ꎬ充分混匀倒平板ꎬ待平板凝固后在平板中央接种茄病镰刀菌菌饼(直径5mm)ꎬ以不加氰氨化钙的PDA培养基接种茄病镰刀菌为对照ꎮ28ħ黑暗培养ꎬ每隔48h测量一次菌落直径ꎬ用十字交叉法计算菌落平均直径ꎬ每处理3次重复ꎮ
抑菌率(%)=(对照菌落直径-处理菌落直径)/(对照菌落直径-菌饼直径)ˑ100ꎮ1.8.3㊀氰氨化钙对茄病镰刀菌菌丝生长量和产孢量影响的研究㊀称取不同剂量氰氨化钙加入PD培养液中ꎬ得到终浓度分别为0㊁100㊁250㊁500㊁1000㊁1500㊁2000㊁2500㊁3000mg/L的100mL含药培养液ꎮ在培养5d的茄病镰刀菌菌落边缘打取5mm菌饼ꎬ每瓶接种3个菌饼ꎬ每个处理3次重复ꎬ以不加氰氨化钙的培养液为对照ꎮ25ħ㊁120r/min振荡培养3d后ꎬ真空抽滤滤出菌丝ꎬ用灭菌水冲洗3次ꎬ除去菌饼ꎬ与事先烘干
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㊀第2期㊀㊀贲海燕ꎬ等:利用Hoechst33342-PI荧光双染法评价氰氨化钙对茄病镰刀菌生物活性的影响
至恒重的滤纸一同置于80ħ烘箱中烘干至恒重ꎬ称量菌丝干重ꎻ收集过滤孢子悬浮液ꎬ用血球计数板记录各处理的孢子浓度ꎬ明确氰氨化钙对茄病镰刀菌菌丝量和产孢量的影响ꎮ
1.9㊀数据处理与分析
数据采用MicrosoftExcel进行整理ꎬ采用SPSS26.0对数据进行单因素ANOVA分析ꎬP<0.05表示差异显著ꎮ2㊀结果与分析
2.1㊀各荧光染料对茄病镰刀菌染色效果评价新制备的茄病镰刀菌孢子悬浮液经Hoechst33342染色后ꎬ荧光显微镜下观察发现ꎬ有活力孢子均匀分散ꎬ发明亮的蓝色荧光(图1)ꎮ经热处理致死的孢子ꎬ在荧光显微视野下不发荧光ꎬ该方法仅能观察到有活力的孢子ꎬ不能检测死亡孢子
ꎮ
A:孢子悬液经Hoechst33342染色(200ˑ)ꎻB:孢子悬液经Hoechst33342染色(400ˑ)ꎮ
图1㊀Hoechst33342染色后茄病镰刀菌孢子的染色特征
㊀㊀新制备的茄病镰刀菌孢子悬浮液经普通显微
镜观察无法区分死㊁活孢子(图2A)ꎻ而经PI染
色ꎬ在荧光显微镜下观察ꎬ有活力的孢子不发荧
光ꎬ死亡孢子发红色荧光(图2B)ꎮ经高温处理致
死的孢子ꎬ在荧光显微镜下观察ꎬ细胞界限清晰ꎬ
均匀分散ꎬ发出强烈的红色荧光ꎮ该方法只能观
察到死孢子ꎬ不能检测有活力的孢子
ꎮ
A:普通显微镜下孢子悬液经PI染色(200ˑ)ꎻB:荧光显微镜下孢子悬液经PI染色(200ˑ)ꎮ
图2㊀PI染色后茄病镰刀菌孢子的染色特征
2.2㊀荧光双染法对茄病镰刀菌染色效果评价
茄病镰刀菌死㊁活孢子混合悬浮液在普通显
微镜下无法区分(图3A)ꎻ而经Hoechst33342-PI
双染后ꎬ在荧光显微镜下观察ꎬ有活力的孢子发蓝
色荧光ꎬ死亡孢子发红色荧光ꎬ二者颜色反差强
烈ꎬ且死亡孢子分散度较好ꎬ无聚集现象(图3B)ꎮ
该方法可将死㊁活孢子在同一视野中区分开ꎬHo ̄
echst33342-PI荧光双染可作为茄病镰刀菌孢子
活力检测及评价的有效方法ꎮ
2.3㊀Hoechst33342-PI双染法最佳染色条件
荧光染料有一定毒性ꎬ浓度过高或是染色时
间过长可能对孢子活性产生不利影响ꎮ本研究发
现茄病镰刀菌孢子对Hoechst33342和PI的敏感
程度存在差异ꎮ
结果表明(表1)ꎬHoechst33342染液浓度
1~3μg/mL对孢子的毒性较小ꎬ随着染色时间的031㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀山东农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第55卷㊀
延长孢子死亡率差异不显著ꎬ为0.51%~0.93%ꎻ染液浓度6μg/mL在15min时的死亡率显著增加ꎬ染色20min的死亡率为2.60%ꎻ染液浓度为9μg/mL对孢子表现出明显的毒性ꎬ孢子死亡率显
著增加ꎬ染色5min时死亡率为12.07%ꎬ20min时达22.01%ꎮ结合荧光显微镜观察ꎬ1μg/mL染色效果明显ꎬ孢子边界清晰ꎬ较长时间染色效果更稳定ꎬ综合判定Hoechst33342染液最佳浓度为1μg/mLꎬ染色时间为20
minꎮ
A:普通显微镜下孢子悬液经Hoechst33342-PI染色(200ˑ)ꎻ
B:荧光显微镜下孢子悬液经Hoechst33342-PI染色(200ˑ)(活孢子发蓝色荧光ꎬ死亡孢子发红色荧光)ꎮ
图3㊀Hoechst33342-PI染色后茄病镰刀菌孢子的染色特征
㊀㊀PI染液致死率与染液浓度和染色时间呈正相关(表1)ꎮPI染液浓度1~3μg/mL随着染色时间的增加ꎬ孢子死亡率差异不显著ꎬ其中染液浓度3μg/mL染色10min时染色清晰程度趋于稳定ꎬ死亡率为0.81%ꎻ染色浓度6μg/mL的致死率
增加明显ꎬ染色20min的死亡率为5.21%ꎻ染液浓度9μg/mL的死亡率高达19.57%~31.12%ꎮ综合分析ꎬPI染液最佳浓度为3μg/mLꎬ染色时间为10minꎬ此时死孢子发出强烈的红色荧光ꎬ分散度较好ꎮ
㊀㊀表1㊀
Hoechst33342和PI染液在不同染色条件下茄病镰刀菌孢子死亡率
(%)时间(min)
Hoechst33342(μg/mL)
1
3
6
9
PI(μg/mL)
1
3
6
9
5
0.53ʃ0.46e0.76ʃ0.04e1.01ʃ0.43e
12.07ʃ1.54c0.6ʃ0.68g
0.77ʃ0.09g1.87ʃ0.26fg19.57ʃ1.67d100.51ʃ0.44e0.75ʃ0.05e1.58ʃ0.12de15.37ʃ0.24b0.72ʃ0.05g0.81ʃ0.81g
2.56ʃ0.47f
21.83ʃ0.69c
150.72ʃ0.02e0.93ʃ0.40e2.48ʃ0.30d21.42ʃ1.03a0.90ʃ0.41g0.98ʃ0.47fg4.20ʃ0.42e26.16ʃ2.09b200.76ʃ0.03e
0.82ʃ0.05e
2.60ʃ0.55d
22.01ʃ2.35a
0.82ʃ0.02g
1.21ʃ0.50fg5.21ʃ0.14e31.12ʃ1.73a㊀㊀注:表中数据后不同小写字母表示同一染料㊁不同浓度和染色时间差异显著(P<0.05)ꎮ
2.4㊀基于Hoechst33342-PI双染法评价氰氨化钙对茄病镰刀菌孢子活力的影响
通过荧光显微镜能直观监测氰氨化钙不同浓度处理对茄病镰刀菌孢子死活和萌发的影响ꎮ结果表明ꎬ氰氨化钙对茄病镰刀菌的杀灭效果与其处理浓度和处理时间呈正相关(图4)ꎮ氰氨化钙处理10minꎬ各处理的孢子致死效果不明显ꎬ死亡率接近零ꎻ处理3hꎬ氰氨化钙1000mg/L和2000mg/L的孢子致死率分别为26.80%和83.97%ꎬ250mg/L和500mg/L的孢子致死率仅为9.20%和7.15%ꎻ随着氰氨化钙处理时间的延长ꎬ死亡孢
子逐渐增多ꎬ处理48h时ꎬ氰氨化钙500~2000
mg/L时的孢子致死率高达92.07%~100%ꎮ250mg/L的致死效果微弱ꎬ处理72h的孢子致死率仅
为5.64%ꎮ
氰氨化钙对茄病镰刀菌孢子萌发的抑制作用随着浓度和处理时间的增加而增强(图5)ꎮ处理
10minꎬ1000~2000mg/L对孢子萌发已表现一定的抑制作用ꎬ萌发率为3.15%~3.33%ꎻ处理3hꎬ2000mg/L的孢子萌发率为零ꎬ500~1000mg/L的孢子萌发率为2.40%~3.59%ꎬ与对照相比降低56.54%~70.94%ꎻ随着处理时间延长ꎬ氰氨化钙的抑菌作用进一步增强ꎬ处理48hꎬ1000mg/L时的孢子萌发率为零ꎬ500mg/L时的孢子1
31㊀第2期㊀㊀贲海燕ꎬ等:利用Hoechst33342-PI荧光双染法评价氰氨化钙对茄病镰刀菌生物活性的影响
萌发率降至2.84%ꎬ与对照相比降低60.50%ꎻ处理72hꎬ500mg/L时的孢子萌发情况与48h相当ꎬ趋于稳定ꎮ250mg/L对孢子萌发几乎没有抑
制作用ꎬ后期还有一定的促进作用ꎬ可能是低浓度氰氨化钙在毒性微弱的情况下ꎬ为茄病镰刀菌提供了氮源更有利于其萌发
ꎮ
图中不同小写字母表示同一处理时间不同浓度间差异显著(P<0.05)ꎬ下同ꎮ
图4㊀Hoechst33342-PI
双染法检测氰氨化钙对茄病镰刀菌的致死效果
图5㊀Hoechst33342-PI双染法检测氰氨化钙对茄病镰刀菌孢子萌发的影响
2.5㊀氰氨化钙对茄病镰刀菌菌落生长的影响
在含有不同浓度氰氨化钙的PDA培养基上
进行抑菌试验ꎬ结果表明除低浓度以外ꎬ氰氨化钙的抑菌效果随浓度的增加而增强ꎬ但随着处理天数的延长ꎬ抑菌效果逐渐减弱(表2)ꎮ低浓度氰氨化钙(100~500mg/L)对茄病镰刀菌的生长有一定的促进作用ꎬ比对照处理生长速率快ꎬ这可能是由于低浓度氰氨化钙释放的有毒物质氰氨不足
以对茄病镰刀菌产生毒性ꎬ反而其提供的氮源被茄病镰刀菌充分利用促其生长ꎮ培养2d时ꎬ氰氨化钙1000~3000mg/L的抑菌效果逐渐增强ꎬ抑菌率为48.26%~100%ꎻ培养5d抑菌作用减弱ꎬ1000~
2500mg/L的抑菌率为4.88%~25.66%ꎬ可能是氰氨有毒物质分解完全ꎬ茄病镰刀菌恢复生长ꎮ3000mg/L氰氨化钙为茄病镰刀菌菌丝生长致死浓度ꎬ抑菌率为100%ꎮ
㊀㊀表2㊀
氰氨化钙对茄病镰刀菌菌落生长的影响
氰氨化钙浓度(mg/L)处理天数2
菌落直径(cm)抑菌率(%)
5
菌落直径(cm)抑菌率(%)7
菌落直径(cm)抑菌率(%)1002.34ʃ0.06a-6.98
5.23ʃ0.03a
-13.515.36ʃ0.10ab-2.322502.36ʃ0.09a-8.145.03ʃ0.10ab-8.71
5.40ʃ0.00ab-3.16500
2.21ʃ0.05a
0.58
5.27ʃ0.06a-14.315.50ʃ0.00a
-5.2610001.39ʃ0.14b48.264.47ʃ0.14c4.885.40ʃ0.02ab-3.1615001.14ʃ0.07c62.793.98ʃ0.13d16.675.20ʃ0.05ab1.0520000.99ʃ0.04c71.513.83ʃ0.33d20.265.13ʃ0.13b2.5325000.63ʃ0.23d92.443.60ʃ0.40d25.664.82ʃ0.06c9.05
30000.50ʃ0.00d100.000.50ʃ0.00e100.000.50ʃ0.00d100.0001.72ʃ0.10a 4.67ʃ0.25bc 5.25ʃ0.13ab
㊀㊀注:同列数据后不同小写字母表示差异显著(P<0.05)ꎮ
2
31㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀山东农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第55卷㊀
2.6㊀氰氨化钙对茄病镰刀菌菌丝生长量和产孢量的影响
由图6可知ꎬ100mg/L氰氨化钙对茄病镰刀菌菌丝生长量没有抑制作用ꎬ与对照处理差异不显著ꎬ但其对病菌产孢抑制作用明显ꎬ产孢量与对照相比降低40.43%(图7)ꎮ随着氰氨化钙浓度增加ꎬ茄病镰刀菌的菌丝生长量和产孢量逐渐降低ꎬ3000mg/L抑菌作用最强ꎬ菌丝生长量和产孢量与对照相比分别降低85.00%和
97.32%ꎮ
不同小写字母表示不同浓度间差异显著(P<0.05)ꎬ下同ꎮ
图6㊀
氰氨化钙对茄病镰刀菌菌丝生长量的影响
图7㊀氰氨化钙对茄病镰刀菌产孢量的影响
3㊀讨论与结论
荧光染色技术已在医学㊁神经学㊁微生物学及遗传学等研究学科得到了广泛应用ꎬ然而该技术在农业生产以及食品安全领域的研究相对较少ꎮ不同荧光染料可对不同活性的细胞进行染色ꎬ因此ꎬ不同荧光染料合理的结合使用ꎬ可以达到检测细胞活性的目的[13]ꎮ本试验采用Hoechst33342和PI荧光染料分别对茄病镰刀菌孢子的活力进行了荧光显微镜观察ꎮ其中荧光染料Hoechst33342的染色机理是直接作用有活性细胞的DNA上[13ꎬ19]ꎬ在荧光显微镜下孢子发蓝色荧光ꎬ无聚集现象ꎮPI染色机理是对失去细胞膜完整性的死细胞进行染色ꎬ并发强烈的红色荧光ꎬ死细胞较多时会有少量聚集现象ꎬ但不影响观察计数ꎮ
以上两种荧光染料只能单纯鉴定茄病镰刀菌
孢子的死或活ꎬ在同一显微视野下无法对样品中孢子死活区分开ꎬ在实践应用中存在限制ꎮ本试验对茄病镰刀菌孢子进行Hoechst33342-PI荧光双染观察ꎬ发现其能很好的区分茄病镰刀菌孢子的死活ꎬ在荧光显微视野下ꎬ活孢子发蓝色荧光ꎬ死孢子发强烈的红色荧光ꎬ凋亡孢子(处于死活之间)发蓝粉色荧光ꎮ荧光染料是一种毒性试剂ꎬ浓度过高或是染色时间过长均会对生物细胞造成伤害ꎬ导致其死亡ꎻ染色时间过短或是浓度较低会影响染色效果ꎬ发出的荧光不强烈ꎬ这些因素均会干扰试验检测计数结果[20]ꎮ为了更好地将Hoechst33342-PI荧光双染法应用于茄病镰刀菌的检测以及药剂筛选等ꎬ本研究探索出其最佳染色技术参数ꎬHoechst33342浓度在6μg/mL以上ꎬ染色超过10minꎬ对孢子表现出一定毒性作用ꎬ浓度1~3μg/mL对孢子几乎没有毒性作用ꎬ且孢子发出明亮蓝色荧光ꎬ界限清晰ꎮ综合判定Hoechst33342的最佳浓度为1μg/mLꎬ染色20min的效果最理想ꎻPI染料对孢子死活的影响较大ꎬ毒性更强ꎬ特别是浓度6μg/mL以上表现出明显毒性ꎬ从清晰度㊁稳定性判断3μg/mL为最佳浓度ꎬ染色10min即能达到较好的染色效果ꎮ
通过孢子染色比较试验ꎬ可测定不同杀菌剂对病原菌的抑制作用ꎮ施竹凤等[21]采用台盼蓝孢子染色方法ꎬ发现19种药剂对根肿病菌的致死效果差异明显ꎬ其中明迪㊁福帅得等药剂的致死率较高(55.99%~162.49%)ꎬ且药剂处理时间越长孢子死亡率越高ꎮ杨玲玉等[22]对真菌孢子进行碘化丙锭染色发现ꎬ常温条件下5000μg/mL壳聚糖对灰葡萄孢(Botrytiscinerea)和扩展青霉(Penicilliumexpansum)孢子的质膜均有明显的破坏作用ꎮ本研究应用Hoechst33342-PI荧光双染技术结合荧光显微镜ꎬ可快速㊁清晰㊁直观地观测到氰氨化钙对茄病镰刀菌的致死作用ꎮ试验结果表明ꎬ高浓度氰氨化钙(2000mg/L)处理3hꎬ显微视野中大部分孢子呈红色荧光ꎬ致死率达83.97%ꎬ此时孢子几乎不萌发ꎬ说明高浓度氰氨化钙释放了大量的有毒氰氨ꎬ在短时间内就可对茄病镰刀菌孢子有致死作用ꎮ氰氨化钙500~1000mg/L的致死效果与处理时间呈正相关ꎬ随着处理时间延长ꎬ视野中发红色荧光的孢子增多ꎬ萌发孢子减少ꎬ处理48h时的孢子致死率高达92.07%~100%ꎮ250mg/L氰氨化钙对茄病镰刀
3
31㊀第2期㊀㊀贲海燕ꎬ等:利用Hoechst33342-PI荧光双染法评价氰氨化钙对茄病镰刀菌生物活性的影响
菌的致死效果微弱ꎮ㊀
室内生物测定技术是利用靶标生物等对药剂的反应来鉴别农药药效的一种手段[23-25]ꎮ本试验通过菌丝生长速率法㊁生物量法进一步明确了氰氨化钙对茄病镰刀菌的抑制作用ꎮ测定结果显示ꎬ100~250mg/L氰氨化钙对茄病镰刀菌有一定的促进作用ꎮ崔国庆等[26]研究表明ꎬ100mg/L氰氨化钙对尖孢镰刀菌(F.oxysporum)有促进作用ꎬ250mg/L的抑菌效果较微弱ꎬ而1000mg/L对尖孢镰刀菌的抑制率达到97.02%ꎬ与本试验结果一致ꎮ500~3000mg/L氰氨化钙对茄病镰刀菌的抑制效果增强ꎬ且随着处理时间延长致死率增高ꎮ本试验为拓宽氰氨化钙在植物病害防治中的作用提供了借鉴ꎬ有助于进一步指导氰氨化钙防治植物病害开展田间药效试验ꎮ
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