Transcript 第三章 植物病原细菌
第三章 植物病原原核生物 第一节 概 述 一、定义： 原核生物–––指由细胞膜和细胞 壁（或只有细胞膜）所包围的细 胞质组成的单细胞微生物。 二、主要类群 原核生物包括的成员有：细菌、放线菌、菌原 体。 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，统称 为真细菌。 菌原体 放线菌 三、原核生物的繁殖、遗传和变异 （一）繁殖 以裂殖的方式繁殖。 杆状细菌的分裂过程： 菌体伸长→细胞膜自菌体中部向内延伸→ 形成新的细胞壁→母细胞从中间分裂为两 个子细胞。 在细胞分裂过程中，基因组也同 步分裂，然后均匀地分散在两个子细 胞中，从而保证亲代的各种性状能稳 定地遗传到子代去。 细菌繁殖很快，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℃，马铃暮环腐病菌的生长适 温为20～23℃。 三、原核生物的繁殖、遗传和变异 （二）遗传 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。 三、原核生物的繁殖、遗传和变异 （三）变异 经常发生变异。 原核生物常常发生变异，但原因不 十分清楚，一般有两种性质的变异。 (1) 突变： 突变——指基因内部变异或基因间变异， 即遗传物质DNA上碱基发生的变化。 细菌的突变率很低，通常为十万分 之一，但细菌繁殖快，繁殖量大，就增 加了发生变异的可能性。 突变有： 自然突变 人工诱发突变 自然突变： 细菌在人工培养基上培养到一定时期后一些 性状就会发生变化，如植物病原细菌致病力 的减弱，可能是由于改变后的生活条件对细 菌的选择作用的结果。 类似的现象是一种植物病原细菌通过不同的 寄主植物，特别是抗性强弱不同的寄主植物， 它的致病力可以减弱或增强。 人工诱发突变： 是指人为加入强刺激因子，促使其突变。 如：紫外线、X射线、r-射线、快中子、 高能电子、超生波等（物理）、硫酸二 乙酯、亚硝酸（化学）。 （2）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。 这种变异可能有三种不同的形式： 两个有亲和力的菌体的结合 转化 转导 a．两个有亲和力的菌体的结合 被认为是细菌的有性生殖（电镜下 可看到两个细菌的成对结合）一个细菌 的遗传物质可以部分进入另一个细菌体 内，接受遗传物质的细菌在分裂繁殖时， 体内的两种遗传物质重新组合。 b．转化 由于分泌作用或菌体破裂， 一个细菌的遗传物质释放出来， 进入另一个有亲和力的同种或近 似种的菌体内，并作为后者的遗 传物质的一部分。 c．转导 当噬菌体侵染和在消解一种细菌时，噬 菌体内的DNA可以携带部分寄主细菌的 遗传物质，在侵染另一个细菌时，就可 以将遗传物质带到第二个细菌体内作为 它的遗传物质的一部分。 第二节 植物病原原核生物的 形态结构与分类 一、形态： 细菌的形态有三种：球状、杆状、螺旋状。 个体大小为： 球 状： 0.5–1.3μm 杆 状： 0.5-0.8×1.5μm 螺旋状： 13-14×1.5μm 细胞多为单生，但也有双生、串生和聚生 的。 二、结构 （1）粘质层(shme layer)： （2）细胞壁（Cell Wall）： （3）原生质膜（Cytoplasmic membrane） （4）原生质（Cytoplasm） （5）内含体： （6）芽孢（spore）： （7）核质体（区）（nucleoid bodies）： （8）质粒（plasmid）： （9）鞭毛（Flagella）： （1）粘质层(slime layer) 位于细胞壁外，胶状，是细菌的代 谢产物。 粘质层薄厚不一。比较厚、而且固 定的粘质层称为荚膜。 （2）细胞壁（Cell Wall） 细菌的细胞壁坚韧而有弹性，占菌体细 胞干重的10––20%，其功能有三点： ①保护原生质膜，固定菌体形态。 ②具半透性，可吸收水分、养分。 ③抵抗外界不良环境条件的影响。 细菌细胞壁的主要成分：肽聚糖、拟 脂类、蛋白质。 细菌的细胞壁经革兰氏染色后，可分 为两种： （1）革兰氏阳性反应（G+） （2）革兰氏阴性反应（G-） 两种不同反应的细胞壁结构性状区别 性状 G+ G- 厚度 壁较厚20–80μm 较薄10–15μm 层次 层次不明显，内外两 层均为稠密层，内层 与原生质膜难于分辨 明显多层次结构（至 少两层）有外层 （OM）、坚韧层 （R）、原生质膜层 （CM） 5–10%中间R层由脂 蛋白和肽聚糖组成 肽聚糖含 40–90%，中间电子透 量/胞壁干 射层肽聚糖最多 重 续前表： 性状 G+ 含磷多聚体 有一系列含磷多聚 体，垣酸、糖醛酸 垣酸等 没有，以疏水的 多肽延伸于肽聚 糖间和外层间 少，脂溶性化合物 非常少 多，以脂蛋白共 价连结肽聚糖在 外层上有一大群 的类脂A 脂类化合物 脂多糖 脂蛋白 G- （3）原生质膜 （Cytoplasmic membrane） 原生质膜紧贴于细胞壁下，由磷脂、 脂肪酸、蛋白质构成，具有半渗透性， 可控制细菌体内外物质的交换和渗透。 当菌体细胞分裂时，在分裂部位， 原生质膜向内收缩，产生管状、层状和 囊状的内层，称作中体，中体甚至可以 延伸到核区。 （4）原生质（Cytoplasm） 在细菌细胞的超微结构切片上，能看到包含在原 生质膜内较暗的原生质和中心较透明的核质。对 于细菌的原生质已了解到： ①原生质内填满了聚集的核糖体（ribosome） （由2/3的核糖体和1/3的蛋白质组成） ②细胞液中含有丰富的酶，（包括碳水化合物的 糖降解酶、氧化酶、水解酶等） ③和其它原核生物一样，细菌的原生质是不流动 的，其中也没有线粒体等细胞器。 （5）内含体： 内含体存在于细胞质中，包括： 异染粒、核糖体、气泡、液泡、中心 体等。 （6）芽孢（spore） 芽孢杆菌在菌体内形成的内生孢 子。抵抗力强，特别是对高温的 抵抗。 （7）核质体（区） （nucleoid bodies）： 细菌没有被核膜包围的固定的细胞核， 而是核物质（DNA、RNA）集中在细胞质 的中央，形成一个椭圆形或近圆形的核 区。 在细胞分裂时，核质直接分裂成两份， 不形成真核生物分裂时的纺锤丝之类的 结构。 （8）质粒（plasmid） 有的细菌有独立于核质以外 的、环状结构的遗传因子，称为 质粒。 （9）鞭毛（Flagella） 鞭毛是细菌运动的螺旋浆式推 进器。它是从细胞质膜下粒状鞭毛 基体上产生的，穿过细胞壁和粘质 层延伸到体外。 鞭毛有不同的着生位置： （1）在菌体一端或两端着生的–––极生鞭毛： 极生单鞭、极生丛鞭。 （2）在菌体整个表面着生–––周生鞭毛。 在细菌分类鉴定上，鞭毛的位置、数目、波 辐等都具有一定的意义。 鞭毛的直径：12––20nm、15––20nm。 （10）纤毛（Fimbria）和性纤毛（Sex Pilus） 在菌体外表，除鞭毛外，还有纤 毛和性纤毛，纤毛的数量多可达上千 根，有的则少，性纤毛的数量更少。 以上是一般细菌的形态、结构 和大小，在这里强调一下植物病 原细菌的性状。 植物病原细菌的性状： （1）植物病原细菌形态多为杆状，少为球状。 （2）绝大多数病原细菌有鞭毛，无芽孢。 （3）菌体细胞壁外有粘质层，但很少有荚膜。 （4）革兰氏染色反应大多是阴性（G-），少 数是阳性（G+） （5）对营养要求不严格，大多数可在一般培 养基上生长。 植物菌原体的形态为圆球状至椭圆 形，大小为80-100nm。 无细胞壁，有质膜包围。 无鞭毛，不会运动。 无革兰氏反应。 植物螺原体形态为螺旋状。 繁殖时可分枝。 无细胞壁、无鞭毛、无革兰氏反 应。 可作旋转运动。 革兰氏染色阴性——大肠杆菌 革兰氏染色阳性——枯草芽孢杆菌 三、原核生物界分类系统 五界生物分类系统，细菌属于原核生物界。 1. 属：形态特征和培养性状、生理生化性 状、遗传性状。 2. 种：最基本的分类单位，具有遗传特征 的特异性，又具有一定的变异范围。 原核生物界通常分为4个门，7个纲，35个组群。 薄壁菌门：壁较薄。革兰氏染色反应阴性，包 括大多数植物病原细菌。 厚壁菌门：壁较厚。革兰氏染色反应阳性，包 括棒形杆菌属、芽孢菌属和链霉菌属。 无壁菌门：菌体无壁。包括植原体。 疵壁菌门：属没有进化的原细菌或古细菌。包 括产甲烷细菌和高盐细菌。 门 薄壁菌门 表 3—2 植物病原原核生物的主要属和代表种 属名 病原菌代表种 Agrobacterium 土壤杆菌属* A． tumefacians 蔷嶶科根癌病 Acidovorax 嗜酸菌属 A.avenae 燕麦条纹病 Burkholderia 布克氏菌属* A.cepacia 洋葱腐烂病 Erwinia 欧文氏菌属* E.amylovora 梨火疫病 Liberobacter 韧皮部杆菌属* L.asiaticum 柑桔黄龙病 Pantoea 泛生菌属* P.ananas 菠萝腐烂病 Pseudomonas 假单胞菌属* P.syringae 丁香疫病 Rhizobzcter 根杆菌属 R.daucus 胡萝卜瘿瘤病 Rhizomonas 根单胞菌属 R.suberifaciens 莴苣栓皮病 Xanthomonas 黄单胞菌属* X.campestris 甘蓝黑腐病 Xylella 木质部小菌属* X.fastidiosa 葡萄皮尔斯病 Xylophilus 嗜木质菌属 X.ampelinus 葡萄溃疡病 厚壁菌门 Arthrobacter 节杆菌属 Bacillus 芽孢杆菌属 Clavibacter 棒形杆菌属* Curtobacterium 短小杆菌属* Rhodococxcus 红球菌属 Streptomyces 链丝菌属 无壁菌门 Spiroplasma Pyhtoplasma 螺原体属 植原体属* A.ilicis 冬青叶疫病 B.megaterium 小麦白叶条斑病 C.michiganese 番茄溃疡病 D.flaccumfaciens 菜豆萎蔫病 R.fascians 香豌豆带化病 S.citri 马铃薯疮痂病 S.citri 柑桔僵化病 P.aurantifolia 柑桔从枝病 四、主要属 长期以来，植物病原细菌仅限于5个属： 土壤杆菌属（Agrobacterium） 欧氏杆菌属（Erwinia） 假单胞杆菌属（Pseudomonas） 黄单胞杆菌属（Xanthomonas） 棒形杆菌属（Clavibacter） 五属细菌分类检索表 A.革兰氏染色阳性，一般不能游动……棒形杆菌属（Clavibacter） AA.革兰氏染色阴性，能游动。 B.鞭毛极生 C.鞭毛一般多条，在培养基上产生水溶性黄绿色或蓝绿色色素……假单胞 杆菌属（Pseudomonas） CC.鞭毛一般单条，在培养基上产生非水溶性色素……黄假胞杆菌属 （Xanthomonas） BB.鞭毛周生 C.鞭毛1––4条，引起肿瘤……………………野杆菌属（Agrobacterium） CC.鞭毛多条，引致腐烂或萎蔫………………欧氏杆菌属（Erwinia） 1.土壤杆菌属(Agrobacterium) 是薄壁菌门根瘤菌科的一 个成员，土壤习居菌、菌 体短杆状，单生或双生， G- ，鞭毛1—6根， 周生 或侧生。好气性，代谢为 呼吸型。 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。 大多数细菌都带有除染色体之外的另 一种遗传物质---质粒，控制着细菌的致病 性和抗药性等。 侵染寄主引起肿瘤症状的质粒称为 “致瘤质粒”(tomor inducine plasmid,俗 称为Ti质粒)。 引起寄主产生不定根的“致发根质 粒”(rhizogen inducine plasmid,俗称Ri质 粒)。 代表种： 根癌土壤杆菌（A.tumefacines），（or： 冠瘿病菌） 寄主范围广，可侵害90多科，300多种双 子叶植物，引起根癌病。如葡萄根癌， 苹果根癌等。 2.布克氏菌属(Burkholderia) 在组合培养基上形成光滑、湿润、 隆起和灰白色的菌落。 寄主范围很广，可为害100多种 植物。典型症状是全株呈现急性凋 萎，维管束变褐，横切后用手挤压 可见有白色菌脓温出。能引起多种 作物青枯病。 可在土中长期存活，是土壤习居 菌。随土壤、灌溉水和种薯、种苗 传染与传播。侵染途径主要是伤口， 高温多湿有利发病。 3.欧氏杆菌属(Erwinia) 属薄壁菌门。 菌体短杆状，周生多根鞭 毛。 菌落灰白色， G-。 主要引致腐烂，如大白菜 软腐病。 鞭毛多根、周 生 主要性状 菌落：圆形、隆起 灰白色。 氧化酶：阴性寄生 性致病性生理生化 要求根据 过氧化氢酶：阳性 代表种 胡 萝 卜 欧 氏 菌 (E. carotovora) 俗称大白菜软 腐病菌 寄生范围广，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。 4.假单胞杆菌属（Pseudomonas） 菌体形状：短杆状或 略弯，单生，无芽孢。 菌体大小：0.51.0×1.5-5.0μm G反应：G好气性：严格好气性 代谢型：呼吸型 4.假单胞杆菌属（Pseudomonas） 鞭毛： 1–4根或多根， 极生。 4.假单胞杆菌属（Pseudomonas） 菌落：圆形隆起， 灰白色，有荧光反 应，白色或褐色。 氧化酶：多阴性， 少阳性 过氧化氢酶：阳性 代表种： 丁香疫病假单胞菌（P.syringae） 寄主范围广，可侵害多种木本、 草本植物的枝、叶、花、果实， 引起叶斑、坏死斑、茎杆溃疡等 症状。 该种包括41个致病变种，典型的有： （1）桑疫病菌（P.syringae PV.mori） 危害桑树。 （2）黄瓜角斑病菌（P.syringae PV.lachrymans）引起黄瓜角斑病。 5.黄单胞杆菌属（Xanthomonas） 菌体形态：短杆状， 多单生，少双生。 菌体大小：0.40.6×1.0-2.9μm G反应：G好气性：严格好气性 代谢型：呼吸型 黄单胞杆菌属（Xanthomonas） 鞭毛：单鞭 毛，极生。 黄单胞杆菌属（Xanthomonas） 菌落：圆形、隆起， 蜜黄色，产生非水 溶性黄色色素。 氧化酶：阴性 过氧化氢酶：阳性。 代表种： （1）野油菜黄单胞菌（X.campestris）， 俗称甘兰黑腐病菌，侵染十字花科植物， 尤以甘兰受害最重，引起黑腐病。叶缘 叶脉变黑，相邻的叶肉组织枯死，呈黄 褐色“V”形坏死斑。 （2）稻白叶枯黄胞杆菌（X. oryzae PV.oryzae），引起水稻白叶枯病。 6.棒形杆菌属(Clavibacter) 菌体形态：短杆状至不规 则杆状，无鞭毛，不产生 内生孢子. 革兰氏反应：阳性。 好气性，呼吸型代谢， 6.棒形杆菌属(Clavibacter) 营养琼脂上菌落 为圆形光滑凸起， 不透明，多为灰 白色。 代表种： 马 铃 薯 环 腐 亚 种 (C. michiganensis subsp. sepedonicum)病菌可引致马铃薯环 腐病。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。 第三节 细菌的侵染传播与 病害诊断 一、细菌的侵染与传播 （一）侵染途径 植物病原细菌不能直接侵入植物，只能通 过自然孔口和伤口侵入。其侵染途径及特点如下: 1. 自然孔口：气孔、水孔、皮孔、蜜腺。 2. 各种伤口： 自然伤口（风雨、冰雹、冻害、昆虫） 人为伤口（耕作、施肥、嫁接、收获、运输） 3. 能从伤口侵入的细菌不一定能从自然孔口侵入， 从自然孔口侵入的细菌一般能从伤口侵入。 4. 寄生性弱的细菌一般都是从伤口侵入； 寄生性强的细菌则从伤口和自然孔口都 能侵入。 5. 假单胞杆菌属和黄单胞杆菌属的细菌引 致叶斑病, 一般是从自然孔口侵入。 6. 棒形杆菌属、欧氏杆菌属和土壤杆菌属 的细菌引致萎蔫、腐烂和瘤肿, 多半是 从伤口侵入。 （二）传播 1.雨水：是最主要的传播途径。风雨易造成伤口， 雨露和水滴飞溅有利于细菌菌脓或菌痂的扩散。 2.昆虫介体：也可传播细菌。如种蝇的幼虫和菜青 虫传播白菜软腐病。 3.工具传播：切刀可以传播马铃薯环腐病菌。 （三）侵染来源 1. 种子和无性繁殖器官：带菌种苗是最重要的 初侵染来源，带菌种苗调运可远距离传播。 2. 病残体：植物病原细菌可以在病株残余组织 中长期存活，也是重要的初侵染来源。 3. 土壤：主要存活与土壤中的作物残余组织。 4. 杂草和其他作物：相同寄主范围的作物。 5. 昆虫介体：玉米细菌性萎蔫病菌可以在玉米 叶甲体内越冬，成为初侵染来源。 二、细菌病害的诊断 一、症状特征 细菌在植物组织中繁殖蔓延，在组织 内部对组织发生一系列的破坏和影响， 最后使植物外部表现出症状。 植物病原细菌侵染引起许多不同的病害 症状，具体有： 1.坏死： 主要是叶斑和叶枯，叶斑最常见。主 要由黄单胞杆菌和假单胞杆菌引起。 细菌性的叶斑的特征： 水渍状（尤以黄单胞） 有黄色晕圈 潮湿时有菌脓等 豌豆叶片 2.腐烂： 最典型的是果蔬、块根、块茎的软 腐病，根茎的腐烂。 主要由欧文氏杆菌和泛生菌引起。 十字花科软腐病 3.萎蔫： 一般是全株性的，也有局部性的，主 要由棒形杆菌（Clavibacer）和欧氏 杆菌（Erwinia）引起。 瓜萎蔫病 4.畸形： 主要由 （1）菌原体属引起丛枝、皱缩； （2）土壤杆菌属引起肿瘤和发根； （3）假单胞杆菌属、红球菌属 （Rhodococcus）引起肿瘤等。 肿瘤 发根 丛枝 5.特殊症状： 小麦蜜穗病引起穗变小，叶片、茎 杆弯曲、穗部充满黄色菌脓。 甘蔗流胶病、顶腐流胶等症状。 二、显微镜检查 （菌涌现象） 由细菌侵染所致病害的病部，无论是维管束 系统受害的，还是薄壁组织受害的，都可以在 徒手切片中看到有大量细菌从病部喷出，这种 现象称为菌涌现象(bacteria exudation，BE)。 菌涌现象为细菌病害特有，是区分细菌病害或 真菌、病毒病害的最简便的手段之一。 菌涌现象 菌涌现象（喷菌现象）观察 细菌病害的病组织，内含有大量菌体，可通过 菌涌（溢）现象或诊断，具体方法： ①取病健组织交界部位一小块，置于截玻片 上。 ②加一滴无菌水后，加盖玻片。 ③低倍镜下，暗光，观察 ④可看到病斑切口处有大量细菌云雾状涌出。 三、分离培养与致病性测定 培养基稀释法或划线法培养。观察单个 菌落特点。 将分离的细菌接种于寄主植物或过敏性发 应植物，观察所得症状，从而完成柯赫氏法则 的诊断程序。 柯赫氏法则（证病律）： 柯赫1882年提出，1905年史密斯补充的证明某种微 生物致病性的必要步骤： （1）经常观察到这种微生物与某种病害的联系； （2）从病组织上分离得到这种微生物，并使其单独在 培养基上生长、繁殖，即所谓纯培养； （3）将培养的这种微生物接种到健全的植物后，发生 与原先观察到的相同病害； （4）从接种的植物上再分离，又得到相同的微生物。 四、链霉素防治： 植物病原细菌对链霉素敏感， 可用于防治细菌病害。 第四节 其他植物病原原核生物 无壁菌门：菌体无壁。 包括支原体、螺原体和植原体。 一、主要类群 1．螺原体属（Spiroplasma） 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。可以人 工培养，在培养基上形成“荷包蛋”状 菌落。 主要寄主是双子叶植物和昆虫。 如柑桔僵化病、玉米矮化病是螺原体 侵染所致。 叶蝉是媒介昆虫，从吸食到传染也 须经2-3周的循回期，接种后到发病的潜 育期约4-6周。可以在多年生寄主的体内 越冬存活，也可在介体叶蝉体内越冬。 2．植原体属（Phytoplasma） 日本学者土居养二首先从桑萎缩病病组织切片 中 发 现 ， 称 之 为 类 菌 原 体 (Mycoplasma-Like Organism, MLO)。 菌体的基本形态为圆球形或椭圆形。菌体大小 为80-1000nm。目前还不能在离体条件下培养。 传播介体是叶蝉。 在国内，除桑萎缩病外，还有枣疯病、泡桐丛 枝病、水稻黄矮病、水稻橙叶病和甘薯丛枝病等。 基本特性： 1. 无细胞壁，只有单位膜。 2. 昆虫介体传播。叶蝉和飞虱等刺吸式口器是 主要媒介。 3. 对四环素类药物敏感，可用于诊断和治疗。 对青霉素和链霉素不敏感，因无细胞壁。 4. 引致黄化、矮缩、丛生、小叶等症状。