Detection of alfalfa mosaic virus and white clover mosaic virus in alfalfa and their effects on physiological and biochemical characteristics of alfalfa plants

doi:10.11686/cyxb2020030

Abstract

Abstract:

In this study， we screened alfalfa （Medicago sativa） varieties that are grown on a large scale in Gansu Province for the presence of alfalfa mosaic virus （AMV） and white clover mosaic virus （WCMV）， and determined the physiological and biochemical effects of these viruses on alfalfa plants. Twelve alfalfa varieties were cultivated in the laboratory for 30 days， and then viruses were detected using double antibody sandwich enzyme-linked immunosorbent assays. The effects of the viruses were determined by measuring the chlorophyll content， the activities of defensive enzymes， and the contents of soluble protein in alfalfa seedlings. The 12 alfalfa varieties could be divided into four groups： a non-infected group， an AMV-infected group， a WCMV-infected group， and an AMV/WCMV-infected group. Among all the plants， 66.7% were infected by one or both viruses （50% positive for AMV； 41.7% positive for WCMV， and 25% positive for AMV/WCMV）. Analyses of variance indicated that AMV/WCMV co-infection and single-virus infection significantly decreased the chlorophyll content and the soluble protein content in alfalfa plants， compared with uninfected plants （CK）. AMV/WCMV co-infection significantly decreased the chlorophyll content and the soluble protein content in alfalfa plants， compared with those infected with a single virus. Compared with uninfected plants and those infected by a single virus， plants co-infected with both AMV and WCMV showed significantly increased activities of defensive enzymes including peroxidase， polyphenol oxidase， and phenylalanine ammonia-lyase. Our findings show that infection with AMV and/or WCMV significantly affects the physiological and biochemical characteristics of different alfalfa varieties.

Key words: alfalfa, alfalfa mosaic virus, white clover mosaic virus, virus-carrying status, chlorophyll, defensive enzymes, soluble protein

Shou-feng CHENG, Qiao-lan LIANG, Lie-xin WEI, Xu-wen SANG, Yu-ling JIANG. Detection of alfalfa mosaic virus and white clover mosaic virus in alfalfa and their effects on physiological and biochemical characteristics of alfalfa plants[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2020, 29(12): 140-149.

Figures/Tables 4

References 31

1	Ren J Z. Establishment of an agro grassland systems for grain storage—A thought on restructure of agricultural framework in Western China. Acta Prataculturae Sinica， 2002， 11（1）： 1-3.
	任继周. 藏粮于草施行草地农业系统——西部农业结构改革的一种设想. 草业学报， 2002， 11（1）： 1-3.
2	Zhu X Q， Wang X L， Wang C M， et al. Analysis on the status Quo and cost benefit of alfalfa in Gansu Province. China Herbivore Science， 2014， 34（6）： 63-67.
	朱新强，王晓力，王春梅，等. 甘肃省苜蓿种植现状及成本收益分析. 中国草食动物科学， 2014， 34（6）： 63-67.
3	Tan L W. Current situation and countermeasures of alfalfa industry development in Gansu Province. Gansu Animal Husbandry Veterinarian， 2014， 44（11）： 78-80.
	谭立伟. 甘肃省苜蓿草产业发展的现状与对策. 甘肃畜牧兽医， 2014， 44（11）： 78-80.
4	Jiang Y Z， Nan Z B， Wang L J. Competitiveness of alfalfa industry in Gansu Province-A diamond model. Pratacultural Science， 2016， 33（4）： 813-820.
	江影舟，南志标，王丽佳. 基于钻石模型理论的甘肃省苜蓿产业竞争力分析. 草业科学， 2016， 33（4）： 813-820.
5	Zhang H S. Preliminary study on variety distribution of alfalfa industry in Gansu Province. Inner Mongolia Prataculture， 2009， 21（4）： 5-7.
	张怀山. 甘肃省苜蓿草产业的品种布局初探. 内蒙古草业， 2009， 21（4）： 5-7.
6	Sun W B， Ma H L， Hou X Y， et al. Comprehensive evaluation of production performance and nutritional value of 20 alfalfa cultivars in two ecological areas of Gansu Province. Acta Prataculturae Sinica， 2017， 26（3）： 161-174.
	孙万斌，马晖玲，侯向阳，等. 20个紫花苜蓿品种在甘肃两个地区的生产性能及营养价值综合评价. 草业学报， 2017， 26（3）： 161-174.
7	Sun Z H， Zhao J J， Xu H T， et al. Analysis of the situation of China’s alfalfa industry in 2019. China Dairy Cattle， 2019（10）： 58-60.
	孙志华，赵俊金，许海涛，等. 2019年我国苜蓿产业形势分析. 中国奶牛， 2019（10）： 58-60.
8	Wang X Y， Qian G X. Supply and demand prediction of alfalfa in China. Agricultural Outlook， 2018， 14（2）： 17-25.
	王熙遥，钱贵霞. 中国苜蓿市场供需预测. 农业展望， 2018， 14（2）： 17-25.
9	Zhou Q Y， Liang Q L， Han L. Symptoms and pathogen detection of alfalfa virus disease. Pratacultural Science， 2016， 33（7）： 1297-1305.
	周其宇，梁巧兰，韩亮. 紫花苜蓿病毒病症状类型及病原检测. 草业科学， 2016， 33（7）： 1297-1305.
10	Nan Z B. The integrated control system of alfalfa diseases in China. Animal Science & Veterinary Medicine， 2001（4）： 81-84.
	南志标. 我国的苜蓿病害及其综合防治体系. 动物科学与动物医学， 2001（4）： 81-84.
11	Liu X X， Li B Y. Harm and control of alfalfa virus disease. Rural Science and Technology， 2018（10）： 25-28.
	刘学学，李宝义. 紫花苜蓿病毒病的危害及其防治. 农村科技， 2018（10）： 25-28.
12	Stuteville D L， Erwin D C. Compendium of alfalfa diseases （Second edition）. USA： APS Press， 1990.
13	Wen Z H， Nan Z B. Detection of pathogenic organisms in Medicago sativa in Zhangye， Gansu Province. Acta Prataculturae Sinica， 2015， 24（4）： 121-126.
	文朝慧，南志标. 甘肃省张掖地区苜蓿花叶病病原的检测. 草业学报， 2015， 24（4）： 121-126.
14	Wen Z H， Yu L， Wang Y Q. Detection of viral pathogens in Medicago sativa seeds. Prataculturae Sinica， 2018， 35（11）： 2704-2710.
	文朝慧，余玲，王玉青. 紫花苜蓿种带病毒的检测. 草业科学， 2018， 35（11）： 2704-2710.
15	Xiang D. A study of clover virous species and molecular detection in Lanzhou City. Lanzhou： Gansu Agricultural University， 2013.
	相栋. 兰州市三叶草病毒病主要毒源种类鉴定及分子检测. 兰州：甘肃农业大学， 2013.
16	He Z D， Yu J Y， Shen J J， et al. Resistance identification of tomato key materials to Yellow leaf curl virus and comparison of major defensive enzymes activities between healthy and sick breeds. Journal of Hebei Normal University of Science & Technology， 2016， 30（2）： 27-32.
	贺字典，余金咏，沈江杰，等. 番茄骨干材料对黄化曲叶病毒病抗性的鉴定及防御酶活性差异比较. 河北科技师范学院学报， 2016， 30（2）： 27-32.
17	Zhang X Z. Determination of chlorophyll content in plants-acetone-ethanol mixture method. Liaoning Agricultural Science， 1986（3）： 26-28.
	张宪政. 植物叶绿素含量测定丙酮乙醇混合液法. 辽宁农业科学， 1986（3）： 26-28.
18	Zhang W. Comparison of soluble proteins in three species of Schisandra. Xi’an： Shaanxi Normal University， 2014.
	张维. 五味子属三种植物可溶性蛋白比较. 西安：陕西师范大学， 2014.
19	Cheng G， Li S. Plant physiology experiment. Beijing： Higher Education Press， 2013
	陈刚，李胜. 植物生理学实验. 北京：高等教育出版社， 2013
20	Huang S H， Hu X B， Wang Z Z. Study on the activity determination and color protection of Polyphenol oxidase in Chinese Yam. Food and Fermentation Industry， 2005（6）： 27-29.
	黄绍华，胡晓波，王震宙. 山药中多酚氧化酶的活性测定及其护色研究. 食品与发酵工业， 2005（6）： 27-29.
21	Guo G J， Diao W P， Liu J B. Research progress on resistance of pepper to Cucumber mosaic virus. Acta Agriculturae Boreali-Sinica， 2014， 29（S1）： 77-84.
	郭广君，刁卫平，刘金兵. 辣椒抗黄瓜花叶病毒病研究进展. 华北农学报， 2014， 29（S1）： 77-84.
22	Waterworth H E， Hadidi A. Economic loses due to plant viruses. Agricultural Research Service， 1998， 2： 1-13.
23	Guo Z P， Feng C S， Zhang Q X， et al. Field resistance to alfalfa mosaic virus among 30 alfalfa varieties. Acta Prataculturae Sinica， 2019， 28（4）： 157-167.
	郭志鹏，冯长松，张靖雪，等. 30个紫花苜蓿品种对苜蓿花叶病毒病的田间抗性初步研究. 草业学报， 2019， 28（4）： 157-167.
24	Jin X. Effect on chlorophyll metabolism in lemon， pummelo and sweet orange by citrus yellow vein clearing virus. Chongqing： Southwest University， 2017.
	金鑫. 柑橘黄化脉明病毒对柠檬、柚和甜橙叶绿素代谢影响的研究. 重庆：西南大学， 2017.
25	Zhao X T， Zhu Y T， Tian Y， et al. Eeffects of tomato virus （TAV）-free on chlorophyll content and indexes related to nitrogen metabolism of chrysanthemum morifolium ramat. Huabai. Journal of Southern Agriculture， 2016， 47（7）： 1095-1099.
	赵喜亭，朱玉婷，田莹，等. 番茄不孕病毒（TAV）脱除对怀白菊叶绿素含量及氮代谢相关指标的影响.南方农业学报， 2016， 47（7）： 1095-1099.
26	Zhou J， Wei H， Qi Q， et al. Effects of soil water regime on leaf photosynthetic characteristics of slash pine （Pinus ellottii Engelm） seedings. Chinese Journal of Ecology， 2012， 31（1）： 30-37.
	周珺，魏虹，祁茜，等. 土壤水分对湿地松幼苗光合特征的影响. 生态学杂志， 2012， 31（1）： 30-37.
27	Liang Q L， Wei L X， Xu B L， et al. Study of viruses co-infecting white clover （Trifolium repens） in China. Journal of Integrative Agriculture， 2017， 16（9）： 1990-1998.
	梁巧兰，魏列新，徐秉良，等. 病毒复合侵染白三叶草研究.中国农业科学， 2017， 16（9）： 1990-1998.
28	Murphy J F， Anderianifahanana M， Sikora E J. Detection of cucumber mosaic cucumoviyus in weed species： A cautionary report on nonspecific reactions in ELISA. Canadian Journal of Plant Pathology， 1999， 21： 338-344.
29	Ao X， Shao S Q， Zhang S Y， et al. Studies on the differences of some physiological and biochemical characteristics of sugarbeet varieties resistant to rhizomania at seedling stage. Beet Sugar Industry in China， 2005（1）： 15-17.
	敖雪，邵世勤，张少英，等. 甜菜抗（感）丛根病品种苗期某些生理生化特性差异的研究. 中国甜菜糖业， 2005（1）： 15-17.
30	Zhu Y N， Liu M Y， Gu J Q， et al. Induction of resistance to TMV by salicylic acid derivatives and their effects on activities of several defense enzymes in tobacco. Agricultural Science & Technology， 2013， 14（4）： 661-662， 683.
	朱艳娜，刘明杨，顾建强，等. 水杨酸衍生物诱导烟草抗TMV及对几种防御酶活性的影响. 农业科学与技术， 2013， 14（4）： 661-662， 683.
31	Wagih E E， Coutts R H A. Peroxidase， polyphenoloxidase and ribonuclease in tabacco necrosis virus infected or mannitol osmotically-stressed cowpea and cucumber tissue quantitative alterations. Phytopathology， 1982， 104： 1-12.

品种 Varieties	产地 Source area	品种 Varieties	产地 Source area
前景Vision	美国America	金皇后Gold empress	美国America
三得利Sanditi	法国France	甘农3号Gannong No. 3	中国China
甘农1号Gannong No. 1	中国China	陇东Longdong	中国China
阿尔冈金Algonguin	加拿大Canada	MS-5S43	美国America
甘农5号Gannong No. 5	中国China	42IQ	美国America
雷霆Lnstict	美国America	龙牧801 Longmu 801	中国China

品种 Varieties	产地 Source area	品种 Varieties	产地 Source area
前景Vision	美国America	金皇后Gold empress	美国America
三得利Sanditi	法国France	甘农3号Gannong No. 3	中国China
甘农1号Gannong No. 1	中国China	陇东Longdong	中国China
阿尔冈金Algonguin	加拿大Canada	MS-5S43	美国America
甘农5号Gannong No. 5	中国China	42IQ	美国America
雷霆Lnstict	美国America	龙牧801 Longmu 801	中国China

项目Item	样品Sample	A₄₅₀（AMV）	A₄₅₀（WCMV）
AMV	阴性对照Negative control	0.058(-)	0.068(-)
	阳性对照Positive control	3.040(+)	2.806(+)
	前景Vision	0.062(-)	0.141(-)
	三得利Sanditi	0.062(-)	0.143(-)
	甘农1号Gannong No.1	0.075(-)	0.106(-)
	阿尔冈金Algonguin	0.076(-)	0.142(-)
	甘农5号Gannong No.5	0.677(+)	0.094(-)
	雷霆Lnstict	0.264(+)	0.113(-)
	金皇后Gold empress	0.408(+)	0.135(-)
AMV病毒单独侵染平均A值 Mean value of AMV individual infection	-	0.450	-
WCMV	甘农3号Gannong No.3	0.067(-)	0.322(+)
WCMV	陇东Longdong	0.072(-)	0.490(+)
WCMV病毒单独侵染的平均A值 Mean value of WCMV individual infection	-	-	0.406
AMV和WCMV复合侵染 AMV and WCMV compound infection	MS-5S43	0.381(+)	0.452(+)
	42IQ	0.545(+)	0.549(+)
	龙牧801 Longmu 801	1.532(+)	0.416(+)
AMV和WCMV复合侵染的平均A值 Mean value of AMV and WCMV compound infection	-	0.819	0.472

项目Item	样品Sample	A₄₅₀（AMV）	A₄₅₀（WCMV）
AMV	阴性对照Negative control	0.058(-)	0.068(-)
	阳性对照Positive control	3.040(+)	2.806(+)
	前景Vision	0.062(-)	0.141(-)
	三得利Sanditi	0.062(-)	0.143(-)
	甘农1号Gannong No.1	0.075(-)	0.106(-)
	阿尔冈金Algonguin	0.076(-)	0.142(-)
	甘农5号Gannong No.5	0.677(+)	0.094(-)
	雷霆Lnstict	0.264(+)	0.113(-)
	金皇后Gold empress	0.408(+)	0.135(-)
AMV病毒单独侵染平均A值 Mean value of AMV individual infection	-	0.450	-
WCMV	甘农3号Gannong No.3	0.067(-)	0.322(+)
WCMV	陇东Longdong	0.072(-)	0.490(+)
WCMV病毒单独侵染的平均A值 Mean value of WCMV individual infection	-	-	0.406
AMV和WCMV复合侵染 AMV and WCMV compound infection	MS-5S43	0.381(+)	0.452(+)
	42IQ	0.545(+)	0.549(+)
	龙牧801 Longmu 801	1.532(+)	0.416(+)
AMV和WCMV复合侵染的平均A值 Mean value of AMV and WCMV compound infection	-	0.819	0.472

带毒情况 Viral condition	样品 Sample	叶绿素a Chlorophy a (mg·g^-1FW)	叶绿素b Chlorophy b (mg·g^-1FW)	叶绿素a/b Chlorophy a/b	叶绿素总量 Total chlorophyll (mg·g^-1FW)
CK	前景Vision	1.42	0.74	1.92	2.16±0.03b
	三得利Sanditi	1.15	0.55	2.09	1.70±0.06c
	甘农1号Gannong No.1	1.09	0.55	1.98	1.64±0.02c
	阿尔冈金Algonguin	1.84	0.75	2.45	2.59±0.05a
	平均 Mean				2.02±0.22A
AMV	甘农5号Gannong No 5	0.48	0.36	1.31	0.84±0.06ef
	雷霆Lnstict	0.67	0.43	1.56	1.10±0.04d
	金皇后Gold empress	0.66	0.43	1.53	1.09±0.11d
	平均 Mean				1.01±0.85B
WCMV	甘农3号Gannong No 3	0.49	0.38	1.29	0.87±0.03e
	陇东Longdong	0.50	0.43	1.16	0.93±0.05de
	平均 Mean				0.90±0.01B
AMV+WCMV	MS-5S43	0.37	0.31	1.19	0.68±0.04f
	42IQ	0.38	0.26	1.46	0.64±0.10f
	龙牧801 Longmu801	0.40	0.27	1.48	0.67±0.09f
	平均 Mean				0.66±0.01C