植物源提取物对TuMV和PVY的抗病毒作用_高倩.pdf

植物源提取物对 TuMV 和 PVY 的抗病毒作用高 倩，孙振琪，赵 凯，赵梓晔，赵星月，赵明敏*(内蒙古农业大学园艺与植物保护学院，内蒙古呼和浩特 010011)摘要采用芦苇、沙葱、洋葱提取物和蛇床子素对芜菁花叶病毒(tunip mosaic virus，TuMV)和马铃薯 Y 病毒(potato virus Y，PVY)进行预防作用、治疗作用、钝化效果的研究。结果表明，植物源提取物对 TuMV 有一定的抗病毒作用。在预防试验中，洋葱提取物的预防效果较好，接种的 6 株植物中仅有 1 株发病。蛇床子、沙葱提取物接种的 6 株植物中有 3 株发病。在治疗试验中，沙葱、洋葱、芦苇提取物和蛇床子素接种的 6 株植物，均有 3 株发病。4 种植物源提取物对 TuMV 均有一定的钝化作用。其中蛇床子素的钝化作用最强，钝化TuMV 后的植株发病率仅为 1667%，低于对照宁南霉素。4 种植物源提取物对 PVY 的抑制作用不明显，发病株数均高于对照组宁南霉素处理的发病株数。该研究结果可为进一步研发植物源农药提供数据支持。关键词植物源提取物;PVY;TuMV;植物源农药中图分类号S4822+92文献标识码A文章编号05176611(2023)07015406doi:103969/jissn05176611202307036开放科学(资源服务)标识码(OSID):Bioactive Natural Extracts from Plants against TuMV and PVYGAO Qian，SUN Zhen-qi，ZHAO Kai et al(College of Horticulture and Plant Protection，Inner Mongolia Agricultural University，Ho-hhot，Inner Mongolia 010011)AbstractIn this experiment，the preventive，therapeutic and passivation effects of Phragmites australis，Allium mongolicum，onions extractsand osthol on tunip mosaic virus(TuMV)and potato virus Y(PVY)were investigatedThe results showed that the plant-derived extracts hadcertain antiviral effect on TuMV In the preventive test，the onion extract was more effective，with only one of the six plants inoculated develo-ping the disease Three of the six plants inoculated with the extracts of Allium mongolicum and osthol were diseased In the therapeutic experi-ment，three of the six plants inoculated with Phragmites australis，Allium mongolicum，onions extracts and osthol were diseased All four plant-derived extracts had a passivating effect on TuMV，with the strongest passivating effect of osthol，with only 1667%plant incidence，which waslower than that of the control ningnanmycin The inhibition of PVY by the four plant extracts was not significant and the number of diseasedplants was higher than the control ningnanmycinThe results of the experimental study can provide data support for the further development ofplant-derived pesticidesKey wordsPlant-derived extracts;PVV;TuMV;Plant-derived pesticides基金项目内蒙古自然科学基金重大项目(2021ZD06);内蒙古农业大学高层次人才引进科研启动项目(NDGCC201623)。作者简介高倩(1997)，女，陕西府谷人，硕士研究生，研究方向:植物抗病毒。*通信作者，教授，博士，从事植物病毒学研究。收稿日期20220505马铃薯是我国重要的粮食作物和经济作物之一。马铃薯病毒病是马铃薯最主要的病害。马铃薯 Y 病毒(potato vi-rus Y，PVY)是马铃薯 Y 病毒科(Potyviridae)马铃薯 Y 病毒属(Potyvirus)中最具代表性的一员1，其宿主范围包括 34 个属 170 余种植物，主要侵染茄科植物2。该病毒侵染植株后，症状表现通常有脉斑型、花叶型和褪绿斑点型，是危害作物生长最大的病害3。其主要通过汁液接触摩擦和嫁接传播，自然条件下借助蚜虫以非持久性的快速传毒方式传播，当 PVY 与其他病毒复合侵染时，还会造成更为严重的影响。PVY 一旦侵染马铃薯就会造成巨大的经济和高达 80%90%产量损失4。芜菁花叶病毒(tunip mosaic virus，TuMV)同样属于马铃薯 Y 病毒科马铃薯 Y 病毒属，是危害大田蔬菜作物的第二大病毒，属于全球性的重要病害5。其主要通过蚜虫在田间传播，能够传播 TuMV 的蚜虫有 90 多种，使得 TuMV 发生普遍;还可以通过种子传播和汁液接触传播，对我国十字花科蔬菜的生产造成严重影响。TuMV 具有广泛的寄主范围，侵染范围达 150 个属的 300 多个种6，被该病毒侵染后，前期症状多表现为花叶、皱缩、明脉，后期矮化、畸形等，造成作物产量降低、品质变差等问题7。尽管在马铃薯生产上采用脱毒种薯、耐病抗病品种和化学药剂等方法8，能够在一定程度上减轻病毒病的危害，但植物生长中后期病毒的再次侵染仍会导致作物产量大幅度降低、品质不佳和种薯退化等问题。由于化学农药带来的问题日益严峻，越来越多的研究者开始关注植物源农药。植物源农药的低毒、低残留和不易引起抗药性的特点是化学农药无法比拟的9，对环境友好，更符合现代农业所追求的绿色环保理念，且植物源农药来源于大自然，种类多、分布广，具有很大的开发潜力和经济价值，所以筛选并开发高效低毒的植物源农药变得尤为迫切。蛇床子素，主要是从伞形科和芸香科植物中提取的活性物质，蛇床子素具有异戊烯结构，可调节植物生长过程10，通过抑制真菌细胞壁上的几丁质沉积导致菌丝大量断裂的方式抑菌，还可抑制病原菌孢子产生、萌发、黏附、入侵11。研究发现蛇床子素对各种蔬菜白粉病、霜霉病、烟草花叶病毒12、马铃薯枯萎病1314 等有良好的防治效果15;蛇床子素的衍生物同样对胶孢炭疽菌、灰霉菌16 及辣椒炭疽菌17 显示出较强的抑制活性。沙葱属于多年生鳞茎草本植物，主要分布在我国内蒙古自治区、宁夏和新疆等18。沙葱所含营养丰富，研究表明沙葱各部位的提取物在体外均有抗氧抗菌的作用19;沙葱的不同萃取物对放线菌、真菌有不用程度的抑制作用20;黄铜是沙葱提取物中含量最高的物质，试验表明也具有一定的体外抑制病毒的效果21。安徽农业科学，JAnhui AgricSci 2023，51(7):154159洋葱属百合科葱属二年生草本植物22，含有多种抑菌成分，其中抑菌活性最强的是含硫化合物23。研究表明洋葱对结核分枝杆菌24、土壤细菌、真菌、放线菌25 等的抑制效果都较明显;洋葱的浸提液和挥发物均具有广谱的抗病原真菌和卵菌活性26;洋葱汁对枯草芽孢杆菌和大肠杆菌都会产生抑菌作用，且生洋葱汁的抑菌比熟洋葱的效果更显著25。芦苇为禾本科多年生草本植物，主要通过根茎繁殖，可在世界所有温区生长27。研究表明芦苇提取物对霉菌、细菌都有一定的抑制性，且随着剂量的增加抗氧化的效果会明显增加28;丙酮提取的芦苇粗体物对小麦赤霉病菌、番茄灰霉病菌、苹果炭疽病菌的抑制作用都较为显著29。研究表明，很多植物源提取物不仅具有增肥增产的作用，并在抑病抑菌方面发挥了重大作用，同时还可以提高植物免疫力、增强植株抗逆性和调节植物生长等30。笔者结合相关研究，利用可能具有抗病毒的活性植物源物质，测定芦苇、洋葱和沙葱植物源提取物和蛇床子素对 TuMV 和 PVY的抑制作用，为防治病毒筛选出具有开发潜力的植物源提取物。1材料与方法11试验材料植物源提取物:35%蛇床子素，90%芦苇提取物，1 g/mL 沙葱浸提液，05 g/mL 的洋葱浸提液。蛇床子素、芦苇提取物均购自西安金润生物科技有限公司。供试病毒:TuMV、PVY 均由内蒙古农业大学病毒实验室提供。供试植株:本氏烟草，生长于恒温 23、光照 16 h 和黑暗 8 h 的温室进行培养。当 56 片叶龄时，挑选大小一致的植物用于试验。12试验方法121植物源提取物的制备。沙葱提取物:选取新鲜的沙葱组织，冲洗干净，准确称量 200 g，切碎后加入 200 mL 无菌水浸泡，于摇床中 150 r/min 振荡 48 h，用四层无菌纱布过滤掉植物组织，再用 022 m 的细菌过滤器进行过滤，得到沙葱提取物。此过程需在无菌操作台完成，试验过程中所用仪器均进行灭菌处理。洋葱提取物:新鲜洋葱去掉外皮，切丝后于 50 烘箱烘干并粉碎。置于具塞锥形瓶中，分别加入 100 mL 的丙酮、正丁醇、蒸馏水、乙醇、乙酸乙酯。将具塞锥形瓶放在 50 水浴锅中恒温水浴 3 h(期间每 20 min 摇晃一次)，离心，收集上清液。最后用70%乙醇定容至100 mL，分别放在棕色瓶中于冰箱中保存备用。122预防试验。选取长势一致、生长健壮的 35 叶期本氏烟植株，植物源提取物蛇床子、芦苇、沙葱、洋葱为 4 个处理组，各处理先将植物源提取物分别均匀涂抹于本氏烟植株的第 3、4 片叶，静置 10min 后用清水喷洗，放于温室中黑暗处理 24 h 后，在处理叶片上分别摩擦接种 TuMV、PVY 病毒，10min 后用清水喷洗。植株在暗处覆膜培养 24 h 后转至正常条件下继续培养。同时设 2 个阳性对照和 1 个空白对照，其中阳性对照(CK1)先涂抹蒸馏水，24 h 后再分别摩擦接种TuMV、PVY 病毒;阳性对照(CK2)先涂抹宁南霉素，24 h 后再分别摩擦接种 TuMV、PVY 病毒;空白对照(CK3)为不涂药和不接毒的正常植株。接种后约 7 d 观察植株症状，拍照并采样。123治疗试验。选取长势一致、生长健壮的 35 叶期本氏烟植株，植物源提取物蛇床子、芦苇、沙葱、洋葱为 4 个处理组，首先，各处理分别摩擦接种 TuMV、PVY 病毒，静置10 min后用清水喷洗，放于温室并进行黑暗处理 24 h 后，将植物源提取物均匀涂抹于接种叶片，10 min 后用清水喷洗。植株在暗处覆膜培养 24 h 后转至正常条件下继续培养。同时设 2个阳性对照和 1 个空白对照，其中阳性对照(CK1)先分别摩擦接种 TuMV、PVY 病毒，24 h 后再涂抹蒸馏水;阳性对照(CK2)先分别摩擦接种 TuMV、PVY 病毒，24 h 后再涂抹宁南霉素;空白对照(CK3)为不接毒和不涂药的正常植株。接种后约 7 d 观察植株症状，拍照并采样。124钝化试验。选取长势一致、生长健壮的 35 叶期本氏烟植株，植物源提取物蛇床子、芦苇、沙葱、洋葱为 4 个处理组，各处理分别与 TuMV、PVY 病毒粗提液等体积混合，钝化30 min 后，分别摩擦接种本氏烟植株第三、四片叶，10 min 后用清水喷洗。植株在暗处覆膜培养 24 h 后转至正常条件下继续培养。同时设阳性对照 2 个和空白对照 1 个，其中阳性对照(CK1)以蒸馏水与 TuMV、PVY 病毒粗提液等体积混合;阳性对照(CK2)以适宜浓度宁南霉素与病毒粗提液等体积混合;空白对照(CK3)为正常植株。接种后约 7 d 观察植株症状，拍照并采样。125Western blot。将烟草叶片采集后，研磨成粉末，使用UEA 缓冲液提取蛋白质，并在 12%SDS/PAGE 中进行电泳，然后转移至 PVDF 膜中。通过丽春红染色 10 min 检查转膜情况，通过蒸馏水洗涤，将膜完全脱色。将膜放在封闭溶液中封闭 2 h。用 TBS 洗膜 3 次，每次 10 min，然后一抗孵育，PVYCP(1 1 000)和 GFP 抗体(1 5 000)在 4 过夜孵育。用 TBS 缓冲液洗涤 3 次，每次 10 min 后，在室温下将膜在二抗(山羊抗兔，1 5 000)中孵育 1 h。用 TBS 缓冲液洗涤3 次，每次 10 min，最后加入 ECL 显色液，在近红外双色激光和化学发光双功能成像系统上观察蛋白条带。2结果与分析21植物源提取物对 TuMV 的预防作用在预防试验中，4种植物源提取物对 TuMV 表现出一定的预防效果。由图 1可知，其中洋葱提取物的预防效果较好，接种的 6 株植物中仅有 1 株发病，发病率仅为 1667%，低于宁南霉素的发病率;蛇床子、沙葱提取物接种的 6 株植物中有 3 株发病，发病率为 50%，与对照宁南霉素相同;芦苇对 TuMV 没有明显的预防效果，接种的 6 株植物中有 4 株发病，发病率为 66.67%，高于宁南霉素的发病率。22植物源提取物对 TuMV 的治疗作用在治疗试验中，4种植物源提取物对 TuMV 表现出一定的治疗效果。由图 2可知，蛇床子、沙葱、洋葱、芦苇提取物接种的 6 株植物，均有55151 卷 7 期高 倩等植物源提取物对 TuMV 和 PVY 的抗病毒作用3 株发病，发病率为 50%，与宁南霉素的发病率 50%相同。注:“+”表示有症状，“”表示无症状。Note:“+”means symptomatic，“”means asymptomatic图 1植物源提取物对 TuMV 的预防作用Fig1Preventive effect of plant extracts on TuMV注:“+”表示有症状，“”表示无症状。Note:“+”means symptomatic，“”means asymptomatic图 2植物源提取物对 TuMV 的治疗作用Fig2Therapeutic effect of plant extract on TuMV23植物源提取物对 TuMV 的钝化作用在钝化试验中，4种植物源提取物对 TuMV 表现出一定的钝化效果。由图 3可知，蛇床子提取物对 TuMV 钝化效果较好，接种的 6 株植物中仅有 1 株发病，发病率为 1667%，低于宁南霉素的发病率;沙葱提取物对 TuMV 的钝化效果不理想，接种的 6 株植物中有 4 株发病，发病率为 6667%，高于宁南霉素的发病率;洋葱提取物对 TuMV 的钝化效果不理想，接种的 6 株植物中有 5 株发病，发病率为 8333%，高于宁南霉素的发病率;芦苇提取物对 TuMV 的钝化效果不理想，接种的 6 株植物中有 3株发病，发病率为 50%，与宁南霉素的发病率相同。为进一步验证蛇床子、沙葱、洋葱和芦苇提取物对 TuMV 钝化后的病毒积累量的影响，将蛇床子、沙葱、洋葱和芦苇提取物处理后，将未发病的植株和对照处理组分别采样后提取其蛋白质，利用 Western blot 检测病毒含量，结果显示蛇床子提取物钝化 TuMV 后的植株体内检测不到病毒含量，沙葱、洋葱和芦苇提取物钝化 TuMV 后的植株体内还可以检测到病毒含量(图 4)，与对照组相比较病毒含量较低，说明蛇床子提取物可以起到钝化 TuMV 的作用。651安徽农业科学2023 年注:“+”表示有症状，“”表示无症状。Note:“+”means symptomatic，“”means asymptomatic图 3植物源提取物对 TuMV 的钝化作用Fig3Passivation effect of plant extract on TuMV图 4TuMV 的病毒积累量检测Fig4Detection of virus accumulation in TuMV24植物源提取物对 PVY 的预防作用在预防试验中，4种植物源提取物对 PVY 未表现出一定的预防效果。由图 5可知，蛇床子、洋葱提取物对 PVY 没有预防效果，接种的 6株植物均发病，发病率为 100%;沙葱提取物对 PVY 同样没有预防效果，接种的 6 株植物有 5 株发病，发病率 为83.33%;芦苇提取物对 PVY 的预防效果不明显，接种的 6 株植物有 4 株发病，发病率为 6667%，以上处理组的植株发病率均高于对照组宁南霉素的发病率。注:“+”表示有症状，“”表示无症状。Note:“+”means symptomatic，“”means asymptomatic图 5植物源提取物对 PVY 的预防作用Fig5Preventive effect of plant extracts on PVY25植物源提取物对 PVY 的治疗作用在治疗试验中，4种植物源提取物对 PVY 未表现出一定的治疗效果。由图 6可知，蛇床子、沙葱、洋葱提取物接种的 6 株植物中有 4 株发病，发病率为 6667%;芦苇提取物接种的 6 株植物中有 5 株75151 卷 7 期高 倩等植物源提取物对 TuMV 和 PVY 的抗病毒作用发病，发病率为 8333%，以上处理组的植株发病率均高于对照组宁南霉素的发病率。注:“+”表示有症状，“”表示无症状。Note:“+”means symptomatic，“”means asymptomatic图 6植物源提取物对 PVY 的治疗作用Fig6Therapeutic effect of plant extract on PVY26植物源提取物对 PVY 的钝化作用在钝化试验中，4种植物源提取物对 PVY 的钝化效果不明显。由图 7 可知，蛇床子、沙葱、洋葱提取物处理后的钝化效果，接种的 6 株植物中有 3 株发病，发病率为 50%，高于宁南霉素的发病率;芦苇提取物的抑制效果不稳定，接种的 6 株植物中有 2 株发病，发病率为 3333%，与宁南霉素的发病率相同。注:“+”表示有症状，“”表示无症状。Note:“+”means symptomatic，“”means asymptomatic图 7植物源提取物对 PVY 的钝化作用Fig7Passivation effect of plant extract on PVY3结论与讨论PVY 和 TuMV 由于寄主广泛、危害严重，是造成马铃薯、大白菜和油菜等作物大量减产和种质退化的主要原因。由于化学农药的分子结构单一、稳定性强、毒性大、使用后不易降解的缺点31，且会使有害生物产生抗药性并残留在作物上直接或间接地进入人体，对人类的生存发展和生态环境造成了严重威胁，所以具有环保无公害、成分天然有效、不易产生抗药性和高度选择性等特点的植物源农药已经成为当今防治植物病毒病的热门手段32。植物源提取物抗病毒早在多年前便开始研究，其中一部分已被应用于生产实践中，我国植物资源丰富，为天然抗病毒的植物抑制剂开发提供了更多的选择。据研究 PopW 对烟草花叶病毒(tobacco mosaic virus，TMV)的防治效果十分显著，高达 80%以上33;金钟柏提取物通过减少病毒外壳蛋白851安徽农业科学2023 年的表达量从而起到抑制西瓜花叶病毒的作用34;从紫草中提取的天然物质 PZ1 通过阻止核糖体与 TMVNA 结合来抑制病毒蛋白合成，从而达到抑制烟草花叶病毒的目的35;利用超声波提取鱼腥草、马齿苋、商陆三者的混合物质对番茄花叶病毒病也有较好的防治效果36;苋菜中提取的苋菜红素对烟草花叶病毒的抑制率高达 90%以上37。基于上述研究，该试验分别研究了沙葱、洋葱、芦苇提取物和蛇床子素对 TuMV 和 PVY 的抑制作用。结果发现洋葱提取物对 TuMV 的预防效果显著;蛇床子提取物对于 TuMV的钝化效果显著，并通过 Western blot 试验得到验证;芦苇提取物钝化效果较低，沙葱和洋葱提取物的钝化效果则不明显;而 4 种植物源提取物对 PVY 侵染烟草的预防、治疗和钝化作用均不理想。这可能与试验中所用的 4 种植物粗体物中抗病毒活性成分较少有关，今后可以继续改进提取方式，通过进一步的分离提纯加大植物提取物中抗病毒成分的浓度，以期获得更为满意的抗病效果;植物源提取物对病毒病的防治有很好的效果，其中抗病毒机制可能与产生的小分子物质(生物碱、脂肪酸等)和大分子物质(多糖和蛋白类)有关38，对于 4 种植物源提取物抑制 TuMV 和 PVY 的活性成分和作用机制尚未彻底明确，之后还需继续深入研究确定其作用机理。此外，后续研究可根据试验结果继续进行大田试验，测试 4 种植物源提取物在大田中的实际防治效果。参考文献 1 佚名中国农业科学院烟草研究所在烟草马铃薯 Y 病毒抗性基因挖掘方面取得新进展 J 蔬菜，2017(2):39 2 唐俊昆，周志成，易图永，等烟草马铃薯 Y 病毒病的发生与综合防治 J 现代农业科技，2011(11):195197 3 李杰，任如意烟草马铃薯 Y 病毒病(PVY)的研究现状分析与防治对策 J 生物技术世界，2014，11(7):43 4 胡新喜，何长征，熊兴耀，等马铃薯 Y 病毒研究进展 J 中国马铃薯，2009，23(5):293300 5 赵学敏，夏宏勋芜菁花叶病毒研究进展 J 现代农业科技，2008(17):170171，173 6 蔡丽，许泽永，陈坤荣，等芜菁花叶病毒研究进展 J 中国油料作物学报，2005，27(1):104110 7 潘春清，张俊华，崔崇士，等芜菁花叶病毒研究现状 J 东北农业大学学报，2008，39(1):129133 8 郝艾芸，张建军，申集平马铃薯病毒病的种类及防治方法 J 内蒙古农业科技，2007，35(2):6263 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