烟草—玉米轮作对烟草病毒病的影响

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  摘要:以宜宾烟区为对象,以其主要的烟草与玉米轮作种植模式为切入点,分析种植模式对病毒及烟株发病的影响。结果表明,连续植烟的田块尤其是连续植烟8年的田块,病毒病发生较重。通过烟田土壤病毒检测,明确连续植烟能够增加土壤中病毒的积累量;土壤中烟根残体是病毒重要的侵染源之一。烟草—玉米轮作种植模式能够明显减弱病毒病发生。表明同一生长环境中,在周边毒源植物、传播介体和管理模式差异不大的条件下,烟草的种植模式对病毒病的发病程度有较为明显的影响。
   关键词:烟草;玉米;连作;轮作;病毒病
  烟草在生长过程中易受各类病原侵染,尤其是各種植物病毒。据报道,目前世界上能够侵染烟草的病毒有40多种,我国有20余种[1-2]。近年来,由于气候、耕作制度、种植品种变化及烟叶产区调整,个别地区烟草病毒病的发生呈上升趋势,病害发生时间提前,对烟叶产量和质量造成较大威胁。
  病毒的传播方式是病毒病流行的特征,是重要决定因素。烟株在田间发生病毒病的主要原因包括苗期带毒、昆虫传毒、土壤带毒传毒等。在规范的育苗条件下,漂浮育苗期不是病毒传播的主要途径[3-4]。而海拔较高的植烟区,移栽前期气候冷凉,蚜虫数量及迁飞少,蚜虫传毒也非主要传播途径。因此,土壤传毒则成为部分烟区烟草病毒传播的主要途径。据报道,一些土壤颗粒有吸附病毒粒子的能力,并且增强病毒粒子在土壤中的稳定性[5]。这些病毒粒子极易通过根系的伤口侵入烟株,田间移苗时,土壤中的各种昆虫会使根系产生许多微伤口,土壤病残体中的病毒便会趁机侵入烟苗根部。
  因此,在同一生长条件,苗期带毒、昆虫传毒和烟田管理影响差异不大的情况下,推测相邻田块病毒病发病存在的差异与土壤中病毒的积累水平有关。轮作、间作套种等种植模式可直接影响土壤结构、营养、微生物丰度及生态环境,同时影响病原物在土壤中的积累量[6]。宜宾烟草种植有比较久远的历史,本研究以宜宾烟区为对象,以玉米和烟草轮作为主要的种植模式,对比烟草连作,分析对病毒病发生的影响,进而为当地病毒病综合控制提供参考依据。
  1 试验方法
  1.1 烟草病毒病发病调查
  调查地点:宜宾市兴文县、筠连县、珙县、屏山县各烟区。
  调查时间:2019年4—6月,对宜宾烟草病毒病进行调查。
  调查方法:5点取样法,每点固定30株,共150株,统计发病率及病情指数。
  烟草病毒病分级依照行业标准YC/T 39—1996中病毒病分级标准调查:0级:全株无病;1级:心叶脉明或轻微花叶,或上部1/3叶片花叶但不变形,植株无明显矮化;2级:1/3至1/2叶片花叶,或少数叶片变形,或主脉变黑,植株矮化为正常株高的2/3以上;3级:1/2至2/3叶片花叶,或变形或主侧脉坏死,或植株矮化为正常株高的1/2至2/3;4级:全株叶片花叶,严重变形或坏死,病株矮化为正常株高的1/3至1/2。
  发病率=发病株数/调查总株数×100%;
  病情指数=∑(各级发病数×各级代表值)/(调查总株数×最高级别代表值)×100;
  相对防效=(对照病情指数-处理病情指数)/对照病情指数×100%。
  1.2 土壤取样
  2019年的4—6月,于宜宾市兴文县、筠连县、珙县、屏山县各烟区,在不同种植模式下的烟田取样。分别取3株烟草根系周围的土壤,混合为1个土样,取样信息见表1。
  1.3 病毒鉴定
  1.3.1 植株总RNA提取 2019年6—10月,在四川农业大学病理实验室将采集到的病株材料适量研磨至粉末,分别迅速加入400 μL RNA缓冲液(20 mmol/L Tris·HCl(pH值8.0),1% SDS,200 mmol/L NaCl,5 mmol/L EDTA)和400 μL混合液(水饱和酚 ∶ 三氯甲烷 ∶ 异戊醇=25 ∶ 24 ∶ 1)充分混匀。4 ℃、12 000 r/min离心15 min,取上清至另一离心管中。加入2倍体积的4 mol/L LiCl,混匀,-20 ℃沉淀20 min以上。4 ℃、12 000 r/min离心10 min,弃上清。1 mL 70%乙醇洗涤沉淀,离心 3 min,室温放置10 min使乙醇完全挥发。所得沉淀溶解于30 μL的无菌ddH2O中,吸取2 μL电泳检测,剩余RNA保存于-70 ℃备用。
  1.3.2 土壤病毒RNA提取 取土壤于50 mL离心管中,加入0.02 mol/L PBS(浸没土壤即可),150 r/min 室温振荡混匀4~6 h;再于 4 000 r/min 离心10 min,将上清液转移至RNase-free和 DNase-free 管中;加入PEG-6000且使其浓度达到20%,室温放置35~45 min;取上步所得溶液 600 μL 到2 mL RNase-free和DNase-free管中并加入2倍体积的4 mol/L LiCl,-20 ℃以下沉淀2 h以上;12 000 r/min离心15 min,弃上清液,向管中加入1 mL 70%乙醇溶液,12 000 r/min离心5 min,弃上清液,12 000 r/min离心1 min,室温干燥(尽量去除干净乙醇,防止影响下游反应)。
  1.3.3 RT-PCR扩增 反转录:在0.2 mL离心管中加入RNA模板8 μL、下游引物2 μL,混匀后,72 ℃ 水浴变性5 min,迅速置于冰上5 min,再依次加入RNase Inhibitor 0.5 μL、dNTP(2.5 mmol/L)2 μL、5×first buffer 5 μL、M-MLV反向转录酶 0.5 μL;总体积20 μL,42 ℃水浴,60 min 后取出置于-20 ℃备用。
  PCR反应体系为:ddH2O 13.3 μL;10×ex Taq Buffer 2.5 μL;正向引物1 μL;反向引物1 μL;dNTP(2.5 mmol/L)2 μL;第一链cDNA合成产物5 μL;ex Taq酶0.1 μL;总体积为25 μL,混匀后稍离心。所用引物序列见表2。    PCR反应条件:94 ℃ 3 min;94 ℃ 15 s,56 ℃ 30 s,72 ℃ 3 min,循环34次;72 ℃ 10 min。
  2 结果与分析
  2.1 烟草连作、烟草与玉米轮作种植模式下烟草病毒病的发病调查
  对宜宾各烟区的病毒病进行调查,兴文县各村的病情指数在4~20,珙县各村的病情指数在2~11,筠连县各村的病情指数在3~5,屏山县各村的病情指数大多在5~19(图1)。兴文县病毒病发病相对较高,筠连县发病较轻,各村的病情指数存在差异,亦存在局部发病较重的田块,这些田块主要分布在海拔1 000 m以上的长期植烟区。
   进一步对这些植烟区进行调查,种植模式是主
  要的差异。兴文县仙峰苗族乡同一种植点的烟田调查显示,连续植烟8年的田块部分烟株因病毒病过于严重已经拔除,后续补苗发病率近100%,病情指数达53.50;连续植烟2年的田块病情指数在22以上,发病情况较严重;邻近玉米和烟草轮作田块病情指数较低,病情指数约为12。大雪村一烟田近3年连续植烟,病情指数达30.50,邻近玉米和烟草轮作1年的田块,病情指数为15.50。杜家垇村近3年连续植烟的一田块发病率极高,病情指数达到42;邻近玉米和烟草轮作1年的田块,病情指数为13,具体数据见表3、图2。说明在同一生长环境下,排除周边毒源植物、传播介体和管理模式的影响,烟草连作与玉米轮作的不同种植模式对烟草发病程度具有较大影响,连续植烟病毒病的发生程度有明显加重现象。
  2.2 烟草连作、烟草与玉米轮作种植模式下土壤携带病毒检测及活力分析
  前期对宜宾烟草发病烟株病毒种类进行的检测表明TMV的检出率最高,几乎达到100%,其次为CMV、TVBMV、PVY。鉴于TMV抗逆性极强,后续土壤分析则针对TMV进行。
   取田间烟草连作、烟草与玉米轮作种植模式下不同发病程度的烟株根际土壤,对TMV进行半定量PCR检测,结果如图3所示。除了土壤样品1、2发病重,其病毒检测水平不高之外,其他发病重的烟株根际周围土壤的TMV病毒含量比发病轻的TMV病毒含量多,说明烟株的发病程度和土壤中TMV病毒的丰度有关,进而表明土壤中TMV的积累水平受烟草连作及轮作的影响。
   为了验证这些土壤中存在的病毒粒子是否具有活性,将前作为玉米的烟田、烟草连作2年、8年的土壤浸泡缓冲液,接种于心叶烟,通过形成的枯斑数量判断TMV是否具有活性。接种后4 d,前茬为玉米的烟田和连作2年的烟田土样,心叶烟上形成了几个枯斑;连作8年的土样形成的枯斑数量较多,达10个以上(图4)。由此可见,土壤中的病毒粒子在长期连作下,积累数量增多,且TMV具有活力。
  2.3 田间残留烟根病毒种类和活力检测
  烟草病毒的初侵染源除了土壤,还有土壤中的病残体。2019年4月在兴文县群鱼村调查前茬为烟草的田块,在烟苗移栽前,取土壤中残留的烟根进行病毒种类检测和活性分析。根据前期病毒种类的检测,对TVBMV、TMV、CMV、PVY进行检测,结果表明15个烟根中均含有烟草脉带花叶病毒TVBMV,10个具有TMV,8个含CMV,未检测到PVY(图5)。将检测有病毒的烟根残体1、4、5、6研磨成汁液,接种于心叶烟幼苗,接种后第5天在接种叶出现明显的枯斑(图6)。在云烟上接种,第20天出现明显的花叶和畸形(图7),表明烟田土壤中残留烟根携带的病毒也可作为第2年烟草病毒的侵染源。
  3 讨论
  我国烟叶产区跨度大,气候、耕作制度和农业生态条件均有较大差异,烟草病毒种类复杂,各烟区间病毒的种群动态和分布差异明显。
  2018—2019年对宜宾烟区烟草病毒病进行了全面调查,烟草—玉米轮作是宜宾烟区的主要种植模式,在该种植模式下烟草病毒病发病总体不高,对烟叶产量没有明显影响。然而亦存在烟草连作多年的田块,尤其是5年以上的连作田块病毒病发病较重。有报道表明,连作烟田土壤中病毒含量明显比水旱轮作田块中高,说明轮作对减轻烟草病毒病有显著效果,这也可能是因为轮作对病地土壤中的病毒有降解作用[7-8]。轮作对黄瓜绿斑驳花叶病毒发病地土壤中的病毒有降解作用[9]。
  本研究通过半定量RT-PCR,也表明烟草连作多年田块的土壤中的病毒量比烟草—玉米轮作田块土壤高。连年种植烟草给病毒提供了可以增殖的时间和空间,由于TMV抗逆性较强,加上植烟年限持续升高,烟田土壤中TMV不断积累,成为当地烟草病毒病发生的重要因素之一[10-11]。
   此外,对前茬为烟草的烟田残留根系进行检测,其病毒检出率较高,且具有活性。有报道指出,如果土壤中的烟根、茎秆等病残体碎屑清理不及时或不清理,散布在土壤中的烟草病毒极易通过根损伤、根部的线虫以及地下害虫危害等途径将病毒传入烟草。因此,这些残留的烟根以及散落在土壤中的病毒,是烟草移栽后的重要初始病毒侵染源。隨着烟株根系伸长时穿过砂粒受伤,病毒可接触到伤口侵染;或随着根毛相互扭结,病毒随分泌物进入健康根也可能造成传染。
  由于烟草病毒病不仅具有机械传播性、虫传性,还有土传性,能够切断传播途径的措施都将是行之有效的控病措施。国内利用麦烟套作、烟和油菜套种的时间差来防治烟草病毒病具有良好效果。本研究通过烟草和玉米轮作种植模式下的病害调查,表明这种种植模式对烟草病毒病也具有较好的防治效果,可为其他地区的烟草种植提供参考依据。
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