西北林学院学报2018,33(1):211-215 Journal of Northwest Forestry University doi:10.3969/j.issn. 1001—7461.2018.01.35 苹果树腐烂病菌挥发性代谢产物的分离提取与致病性研究 袁艮霞 ,李思南 ,秦 辰。,王 惠 ,黄丽丽。 (1.西北农林科技大学理学院,陕西杨陵712100;2.西北农林科技大学植物保护学院,陕西杨陵712100; 3.西北农林科技大学农学院,陕西杨陵712100) 摘 要:为了研究苹果树腐烂病菌的致病活性物质,本研究利用MS液体培养基培养苹果树腐烂病 菌,采用普通蒸馏法用乙酸乙酯作溶剂,收集其培养滤液中的挥发性代谢产物,利用气相色谱质谱 联用仪(GC—MS)分离各个成分,将各组分质谱图与数据库标准物质质谱图对比,初步进行结构定 性,用苹果枝条进行致病活性测定。结果表明,苹果树腐烂病菌在发酵过程中产生的2种挥发性物 质的结构分别为异戊醇和2一苯乙醇,这2种物质均对苹果树枝具有致病活性。 关键词:苹果树腐烂病菌;挥发性代谢产物;致病性;GC—MS 中图分类号:¥436.611 文献标志码:A 文章编号:1001—7461(2018)01~0211—05 Isolation,Extraction and Pathogenicity Studies of Volatile Metabolites from Valsa mali YUAN Gen—xia ,LI Si—nan ,QIN Chen。,WANG Hni¨,HUANG Li—lj (1.College of Science,NorthwestA&F University,Yangling,Shaanxi 712100,China; 2.College ofPlant Protection,NorthwestA&F University,gangling,Shaanxi 712100,China 3.College of Agronomy,Northwest A&F University,Yangling,Shaanxi 712100,China) Abstract:Valsa mali was cultured in MS liquid medium to explore its pathogenic active substances.Its vola— tile metabolites were collected by distillation method with ethyl acetate as absorbing solvent.Volatile con— stituents dissolved in ethyl acetate were separated and identified by GC—MS.To confirm the structure of each component,their mass spectra were compared with those of standard substances in the database,and their bioactivities were tested on apple branches.TWO substances obtained from the culture filtrate were 3一 methylbutan一1一ol and 2-phenylethan一1一ol respectively.Both of these substances showed pathogenic activity against apple branches. Key words:Valsa mali;volatile metabolites;pathogenicity;GC—MS 随着苹果种植面积的不断扩大,苹果树腐烂病 日趋严重,已经严重影响到我国苹果产业的进一步 发展。苹果树腐烂病俗称臭皮病、烂皮病、串皮病, 是由黑腐皮壳属真菌( lsa mali)引起的树枝干皮 等[2 lo]。也有研究表明,苹果树腐烂病菌分泌的蛋 白类物质有致病活性[1 ,但关于其挥发性成分目前 还尚未见研究报道。 本试验对苹果树腐烂病菌的MS培养滤液中的 挥发性成分进行分离提取和结构定性,以苹果树枝 条为生物测定材料进行致病性检测,初步确定苹果 树腐烂病菌代谢的挥发性成分与致病的关系,以期 为该病菌致病机理的研究提供依据。 层腐烂病害[1],由于对其致病机理还不十分清楚,导 致对该病的防治比较盲目。要想搞清楚致病机理, 必须对其分泌的致病活性物质进行研究。目前对苹 果树腐烂病菌代谢产物的研究主要集中在酶类物 质、根皮苷的降解产物、异香豆素类物质、有机酸类 收稿日期:2017-03—02修回日期:2017-05—13 基金项目:国家重点研发计划(2016YFD0201108);陕西省科技统筹计划。 作者简介:袁艮霞,女,在读硕士,研究方向:天然产物。E-mail:1226206475@qq.corn *通信作者:王惠,女,博士,教授,硕士生导师,研究方向:天然农用活性物质。E—mail:wanghuiab@sina.com 黄丽丽,女,硕士,教授,博士生导师,研究方向:植物病害综合防治 E-mail:liiyhuangk@163.corn 212 西北林学院学报 1 材料与方法 1.1 材料 接口温度220℃,扫描质量范围50 ̄500。通过与谱 库标准物质质谱图对照初步确定收集液中各成分的 结构。 1.2.4纯物质对苹果树枝条的致病活性测定方法 1.1.1 菌株与培养基 苹果树腐烂病菌野生型菌 株O3—8,由西北农林科技大学植物保护学院果树 病害病原生物学及综合防治研究团队提供,于PDA 培养基4"C保存。 MS培养基:取蔗糖5 g,L一天门冬酰胺2 g,磷 酸二氢钾1 g,七水合硫酸镁0.5 g,七水合硫酸锌 枝条的准备:取粗细和长短相等且长势相近的健 康苹果树枝3O支,用0.6 的次氯酸钠溶液浸泡1O min进行消毒,然后用无菌水漂洗3次,于超净工作 台上晾干,用石蜡封在形态学上端以防止过多水分 散失,用湿润棉花包裹形态学下端保湿,保证试验过 程中枝条存活。 活性测定:先用灼烧后的打孔器在每个枝条中 0.88 g,微量元素:水合铁1.5 mg,五水合硫酸 锰0.44 mg,VH 0.005 mg,VBl 0.1 mg,于1 000 mL 水中,每l 000 mL培养基中加100 L微量元素, PH为5~8。 间表面造成伤口,然后分2组处理进行试验,第1组 用微量注射器在枝条伤口处分别滴异戊醇10“L和 2一苯乙醇10 L,每个样品处理3个枝条。以未滴加 任何物质的带伤枝条为对照,保存在密封的培养皿 中,在恒温培养室中进行培养,定期观察;第2组在 伤口上除滴加相应待测物质后,再将PDA上培养 了3 d的苹果树腐烂病菌野生型菌株03—8菌饼接 1.1.2 仪器与试剂 气相色谱一质谱联用仪: QP201Vltra型。乙酸乙酯:色谱纯,天津市科密欧 化学试剂有限公司。异戊醇,2一苯乙醇均为市售分 析纯试剂。 1.2方法 1.2.1 培养滤液的制备 先将菌株03—8接种至 PDA培养基上,于25℃培养3 d。用直径5 cm的打 孔器沿菌落边缘打出菌株长势均匀的菌饼接种于 MS液体培养基中,并设置空白对照,25℃进行培 养,每天摇瓶1次,培养2O d。用布氏漏斗抽滤得到 培养滤液。 于伤口处,其余条件保持与第1组一致。置于25℃ 恒温室中培养,80 h后进行病斑大小测定。病斑面 积大小以长直径与短直径的乘积表示。 1.2.5数据分析数据处理均经过SPSS(16.0)软 件进行差异显著性分析,采用LSD法。 1.2.2挥发性代谢产物的收集 取上述培养滤液 300 mL于圆底烧瓶中,进行普通蒸馏,用10 mI 乙 酸乙酯收集馏分,收集液封口保存于4℃冷藏箱中。 1.2.3挥发性代谢产物的定性分析 取收集液在 如下GC—MS条件下进行分析测定,GC—MS条件: 2 结果与分析 2.1挥发性代谢产物的结构确定 用Gc_MS分别对空白培养基及培养滤液的收 集液进行定性分析得到色谱图(图1)。图1培养滤 液中的2个挥发性组分A和B的对应质谱图分别 石英毛细管柱(30.0 m×0.25 mm),升温程序60~ 100℃(10℃·min ),100~240 oC(4 ̄C·min , 见图2(A)和(B)中上图,在数据库中发现的与其相 似度最高的相应标准物质质谱图见图2(A)和(B) 中下图。与谱库中标准物质对比得到的相应挥发性 代谢产物的结构见图3。由图3可知,这2种物质 分别为异戊醇和2一苯乙醇。 240 oC保留3 rain),柱流量1.0 mL·min~。接口 温度230℃外,进样量2 L,载气He进样方式为不 分流,柱流量1.11 mL·rain ,吹扫流量3 mL· min。EI源,电子能量7O eV,离子源温度200℃, (xl,000,oo0) l 3.0 2.0 1.O 气, ^1 . 0.0 L 一 一 ^.. . 一 . 03.8 CK 4 5 6 7 8 9 l0 ll 12 13 14 l 5 l6 17 18 19 20 21 22 23 图1 空白培养基及苹果树腐烂病菌03—8的MS培养滤液中挥发性代谢物的色谱图 Fig.1 Chromatogram of volatile metabolites in pure medium and MS culture filtrate of Valsa mali 03——8 第l期 袁艮霞等:苹果树腐烂病菌挥发性代埘产:物的分离提取与致病性研究 21 3 50 6(} 5 7()8() 9【】 I()(J ll(1 l 2() l 3() l4() I 5(J l 60 I 70 l 8() I9( 7 (】 I /X/x. 0 I58 , 77 8 7 5() 60 7() 8() 90 9 l()() l】0 l 2(J l3 0 l40 l 5(} l60 l 7【】 l 80 I9 65 122 i 50 63I 6【) 7(】 7.7. g7. . 1 80 90 9 l2ll1 】.331" 1 5l 163 1 7()l77 ¨(} 1 2(1 l3() l40 I 5(} l 60 l 7O 1 g(} l94 l9(I 2 H l()() .51 5l6 6 7l7 g9 5() 6() 7() go 90 l()(1 I J() I1Il2: l 2《) l3《) l4(1 l 5 0 l 60 l 70 l go l90 200{B) 注:每组 lf】I.边为 果树懵烂病菌¨:卜8的MS培养滤液中挥发性代谢物的质潘罔. 边为数掷 庠 }|相似度最尚的怀准物质硬潜图;A为件 戊醇.H为?水乙醇 图2 苹果树腐烂病菌l,3—8的MS培养滤液中2种挥发性代谢物的质谱图及谱库对比图 Fig.2 L’【)naparison of I][]SSS I)t (、t rft()f 1WO volatile mct a|)olites in MS culture fih r ̄tl(、of V..tall 03 8 wilh standa rd spectra 人一。H ~ a.CK 图3苹果树腐烂病菌O3—8的MS培养滤液中 2种挥发性代谢物的结构 Fig.3 St r LIrIll rt s of tw()volatih nH、tab{]lit L in MS CtlhIJ1t nl1 ratI_J of V.md]i():{8 b-CK b—l b一2 2.2异戊醇和2.苯乙醇的生物活-眭 利用苹果枝条作为生测×1f象,检测纯异戊隙和 2一苯乙醇的牛物活性结果见 4。『}i图4町以看¨{, 注:,卜ck:伤I I术处删 r1:伤r]一_u 醇 2:伤I I+2苯乙醇:1)ck: 伤u+菌饼: I:伤II 戊醇十菌饼;}】2:伤I】 2笨乙醇 饼。菌饼:苹求倒腐 、 病菌03 8菌饼 图4 异戊醇和2~苯乙醇对苹果树枝条的致病活性测定结果 Fig.4 Bioactivity 0I、apple t Fee hranch ̄、s of 3 m( thylhman 1(1l and 2——phenylethau l ol hlck的病斑大小明 >a CK,说明小试验使用的苹 果树腐烂病 县有明 的致病性。从罔 【还可以看 jfI.a CK枝条L没有 示病斑. a l不1I a 2枝条j 明 有病斑.丧IJ月异 醇和2一笨乙醇均埘苹果树枝 具有致病活性。另外罔4还{『l;_示,b一1和b 2与1)一 从表1和表2町以看出, 1与b【:K差异 著, 且b 1的病斑明 <b一(、K.表明存加有异戊 醇的枝条伤U_l:接03 8菌饼,枝条上的病斑不但 没有加强,反而比伤口上直接接闲饼的病斑小;同Ii1f CK相比,只仃b-CK菌丝能够正常生长,而滴7JI1异 戊醇和2一水乙醇后冉接的菌饼几乎没有菌丝,f K 的迹象,表【i月这2种化合物对03—8的牛长具有明 抑制作川。 对网 1 t『l符处理的敛病斑而积夫小进行统汁的 将a 1和1)1进行比较发现,滴有异 醇的枝条J 不接菌饼f¨接菌饼产 的病斑大小尤 著性差 。 表明异戊崞的存在抑制了03—8蔺饼的致病活 。 从表l干¨表2还可以看H{.h一2与b CK差异 结果见表1。对友1巾各组数据进行 著性分析的结 果 表2。发1和表2表明 一】和a一2的病斑大小均 与a CK P一0.05水平上差芹 著。说明异戊醇和 2一苯乙醇对苹果树枝条具有明显的致病活性。 显著,似乎意味着存菌饼存在时2一苯乙醇没有 示 j“致病活性E;但将 2和b 2进行比较发现,a 2和 h 2也无 著性差异,似乎在2一苯 醇存在时菌饼 没有表现f}{致病活性。综合分忻认为是2苯乙孵 214 西北林学院学报 的存在抑制了03—8菌饼的致病活性。 表1 苹果枝条接触挥发性代谢物后的病斑面积 Table 1 Lesion size of apple branches after contacting with the volatile metabolites of Valsa mali 注;a—CK:伤口未处理;a一1:伤口+异戊醇;a一2:伤口+2-苯乙 醇;b-CK:伤口+菌饼;b-1:伤口+异戊醇+菌饼;b-2:伤口+2-苯乙 醇+菌饼。菌饼:苹果树腐烂病菌03—8菌饼。 表2苹果枝条接触挥发性代谢物后的病斑面积的 显著性分析结果 Table 2 Significance analysis of the lesion size of Apple branches a{ter contacting with the volatile metabolites of Valsa mall 代号 a-CK a一1 a一2 b-CK h 1 b一2 a—CK A A A a一1 A B a一2 A B b—CK A A B b一1 B A h一2 B B 注:A表示有显著性差异,B表示无显著性差异(P<O.05)。 3 结论与讨论 3.1 异戊醇和2.苯乙醇是苹果树腐烂病菌的代谢 产物 本试验从苹果树腐烂病菌的发酵液中分离得到 2个挥发性化合物:异戊醇和2一苯乙醇,为了确认, 试验中同时改变了培养基进行培养,在培养滤液中 也检测到这2种挥发性成分,表明这2种物质是苹 果树腐烂病菌的代谢产物。目前还尚未见到从苹果 树腐烂病菌甚至从其他果树病害的病原菌代谢产物 中分离到这2种物质的报道,仅有从植物及其他微 生物中分离得到这2种物质的报道_】 。 。 3.2异戊醇和2.苯乙醇是苹果树腐烂病菌的致病 活性物质 本试验发现异戊醇和2~苯乙醇对苹果树枝条 均有直接的致病活性,表明它们就是苹果树腐烂病 菌的致病活性物质。另外,本试验在进行2种挥发 性物质的生物活性测定中发现,在滴加了异戊醇的 苹果树枝条上接苹果树腐烂病菌的菌饼和不接菌 饼,产生的病斑大小在统计分析时差异不显著。在 滴加了2一苯乙醇的枝条上同样接苹果树腐烂病菌 菌饼,与不接菌饼产生的病斑大小在统计分析时差 异也不显著。表明异戊醇和2一苯乙醇的存在都抑 制了苹果树腐烂病菌的正常致病性。分析认为,这 2种物质都是苹果树腐烂病菌在对苹果树致病过程 中产生的致病活性成分,由于致病过程中代谢产生 的物质量很少,逐渐进入树体对病原菌本身并无明 显抑制作用,使病原菌可以继续代谢进一步发挥致 病作用。而本试验直接使用了1O L纯物质,其浓 度远大于病原菌分泌的量,相当于在生物合成反应 体系中突然出现了大量的产物,抑制了正反应的进 行,因此病原菌分泌异戊醇和2一苯乙醇的反应受到 抑制,也就是病原菌的致病作用受到了抑制。这进 一步佐证了异戊醇和2一苯乙醇是苹果树腐烂病菌 的致病活性物质这一论点。 这一点在之前的文献中也尚未见报道,只有一 些关于异戊醇和2一苯乙醇作为香气成分的报 道 ̄15 17]。 3.3异戊醇和2.苯乙醇具有抑菌活性 本试验发现在苹果树枝条上滴加了异戊醇或 2一苯乙醇后再接腐烂病病原菌时,该菌不但不能致 病,而且没有了生长的迹象,表明这2种物质在1O L的量上就可以抑制该菌的生长。关于苯乙醇的 抑菌活性曾有报道。陈利军l_1胡等分析了1株分离 自淡竹的产香真菌蒙塔涅梨孢假壳的挥发物成分, 发现其能够不同程度地抑制5种植物病原真菌的生 长,其中主要成分为苯乙醇,说明苯乙醇本身具有抑 菌作用。 3.4异戊醇可能是苹果树腐烂病菌致病过程中产 生的中间体 在进行2种挥发性物质的活性试验中发现,在 滴加纯异戊醇的枝条上接苹果树腐烂病菌菌饼,其 病斑比直接接菌饼反而小,分析认为可能是本试验 使用的异戊醇的浓度过高抑制了苹果树腐烂病菌的 正常生长。另外,黄丹『1 等从浓香型大曲中分离得 到一株产酯化酶霉菌,鉴定为黄曲霉(Aspergillus flavus)通过GC—MS对其代谢产物分析发现其中 含有异戊醇及2一苯乙醇,随着时间的延长,这2种化 合物会逐渐转化为对应的酸及酯,其代谢产物的合 成大致呈醇一酸一酯的变化规律。对从中分离到的细 菌嗜热葡糖苷酶芽胞杆菌的发酵液进行分析,也发 现随着培养时间的延长,异戊醇等各种高级醇逐渐 减少甚至消失,而酯类物质则逐渐增加 。张静L2 等通过SPME-GC-MS测定不同品种牡丹花在3个开 花时期的挥发性物质成分,发现花蕾期以醇类为主, 盛花期和衰花期酯类物质含量均增加。联系到苹果 树腐烂病菌培养后期散发出特殊的气味,因此推测, 在含有低浓度异戊醇时,苹果树腐烂病菌能够利用异 戊醇合成其他的代谢产物,而当异戊醇浓度达到一定 的限度后就会抑制相应的反应。至于这2种挥发性 第1期 袁艮霞等:苹果树腐烂病菌挥发性代谢产物的分离提取与致病性研究 215 物质在苹果树腐烂病菌中的代谢途径及其在致病机 traction methods for the analysis of volatile components of the 理中的作用还有待进一步的研究及验证。 参考文献: [1]WANG x,WEI J,HUANG L,et a1.Re—evaluation of patho gens causing Valsa canker on apple in China EJ].Mycologia, 2O11。1O3(2):317. 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