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落叶松—杨栅锈菌与寄主互作的病理生理学研究

作　者: 赵鹏
导　师: 田呈明；曹支敏
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 森林保护
关键词: 落叶松-杨栅锈菌病理生理学光合作用蒸腾作用细胞壁降解酶杨树
分类号: S763.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

落叶松-杨栅锈菌(Melampsora larici-populina Kleb.)可侵染青杨派、黑杨派及其杂交种的杨树,严重危害幼苗和幼树的生长,并造成杨树的生长量下降和材积损失,严重影响杨树商品林和生态林的发展。由于该病菌为长生活史转主寄生锈菌,存在着生理分化现象,新的生理小种的产生可以克服原有寄主的抗病性,导致病害流行,并造成严重的损失。因此,准确掌握栅锈菌与杨树的互作机理,选育具有持久抗病性的杨树品种成为治理该病害最为有效的途径。本研究对我国落叶松-杨栅锈菌不同的生理小种与寄主互作后的生理生化指标、寄主的光合、蒸腾作用变化以及病原物产生的细胞壁降解酶的变化等研究后发现:1.通过对不同亲和性互作系统中生理指标的变化研究后发现,可溶性蛋白质、碳水化合物、游离氨基酸以及SOD、CAT、POD、PAL、以及MDA含量在受侵后均发生变化。其中可溶性蛋白质、碳水化合物、游离氨基酸以及SOD、CAT、POD、PAL与寄主的抗锈性具有相关性,表明这些生理生化指标与抗病性有一定的联系,可以作为寄主抗锈性检测的生理生化指标,而MDA的变化与寄主的抗病性并没有直接的关系。2.在不同亲和性的组合中,碳水化合物的变化表明青杨叶锈病也是高糖病害。在侵染初期,即栅锈菌芽管侵入寄主气孔并形成气孔下囊的过程中,抗病组合中PAL活性迅速增加,参与寄主防卫反应从而抑制病原菌菌丝的扩展,降低了病原菌的侵入率。而随着栅锈菌的入侵、定植,寄主体内的游离的氨基酸含量增加,但可溶性蛋白质的含量却急剧下降。这一阶段中,寄主体内的SOD、CAT、POD等保护酶系的含量迅速升高,清除寄主体内的过多的活性氧。尤其是在亲和性组合中增加程度明显,使寄主积累的活性氧迅速的被降解而没有发生坏死现象。而非亲和性的组合中低含量的SOD、CAT、POD只能分解部分沉积的活性氧,大量活性氧产生并沉积后导致寄主过敏性坏死现象发生。3.通过对不同抗性杨树在不同接种时间段的光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tp)活体监测后发现,杨树受到栅锈菌侵染后,抗病品种和感病品种的光合速率均随接种时间而逐渐下降,且抗病品种内下降的幅度要比感病品种小。胞间CO2浓度在不同的菌样与寄主组合之中变化比较复杂,但总体上接种后的胞间CO2浓度比未接种时的胞间CO2浓度要低。这两个指标的变化说明寄主光合作用在受到栅锈菌侵染后有所下降,其中光合速率相对表现明显。蒸腾速率在寄主受侵后先表现为降低后的增加趋势,感病组合和抗病组合产孢后的变化趋势基本相同,但是产孢前蒸腾速率在不同亲合性组合中存在着差异。气孔导度在接种后迅速增加,在产孢前后又开始大幅度的下降,而不同抗性组合中的气孔导度在接种前后的变化与寄主的抗性有关。这四个基本生理指标变化说明,栅锈菌侵染寄主后对寄主的光合、蒸腾作用均有影响,而且在亲合性组合中影响显著。4.对Melampsora larici-populina与寄主杨树互作过程中相关细胞壁降解酶的动态变化研究发现,在受落叶松-杨栅锈菌侵染之后,无论抗病品种还是感病品种中均有聚甲基半乳糖醛酸酶(PMG)、果胶甲基反式消除酶(PMTE)、羧甲基纤维素酶(CX)、β–葡萄糖苷酶(β–G)的存在,但其活性较非专性寄生菌入侵寄主时产生的降解酶活性要低。同时,几种酶活性在感病品种太白杨和抗病品种川杨中也有差异,在感病品种中这些细胞壁降解酶的活性比抗病品种中的高,其活性峰值是抗病品种中的2～5倍。在栅锈菌和杨树互作系统中,无论在川杨和太白杨中,PMG均在接种后第1天和第5天时出现两个活性高峰,PMTE在接种后第3天时出现活性高峰(太白杨上接种Bq时高峰出现在接种后第1天),CX在接种后第2天时出现活性高峰(太白杨上接种Sb时活性高峰出现在接种后第3天),β–G在接种后第3天时出现活性高峰(川杨接种Sb时活性高峰出现在接种后第2天),这说明栅锈菌细胞壁降解酶分泌具有高度的时序性。栅锈菌在入侵过程中严格控制这几种细胞壁降解酶的表达,而且时空表达并不受寄主防御体系的影响。此外,抗病组合之中PMTE、PMG、CX在接种后的1～2天也出现一个小的活性高峰,这些降解酶作为寄主抗病反应的诱导因子诱发寄主防卫反应,从而产生一系列保护酶抑制了病原菌的侵染。这些表明这四种细胞壁降解酶对该菌入侵起一定的作用。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第一章文献综述  10-22
  1.1 落叶松-杨栅锈菌与寄主互作的研究现状  10-13
    1.1.1 病原菌致病性分化  10-11
    1.1.2 组织病理学研究  11
    1.1.3 寄主抗病性研究  11-13
    1.1.4 病害发生及防治研究  13
  1.2 寄主受病原菌侵染后生理学变化  13-19
    1.2.1 寄主受侵后的反应  13-16
    1.2.2 寄主受侵后生化因子的变化  16-17
    1.2.3 与植物抗病性有关的酶及代谢研究  17-19
  1.3 病原菌致病性机制研究  19-21
  1.4 研究目的、意义及内容  21-22
    1.4.1 研究目的、意义  21
    1.4.2 研究内容  21-22
第二章受杨栅锈菌侵染后寄主代谢变化研究  22-33
  2.1 试验材料和方法  22-25
    2.1.1 供试菌种和树种  22
    2.1.2 生化试剂和仪器  22
    2.1.3 接种和取样方法  22-23
    2.1.4 生化因子测定  23-25
  2.2 结果与分析  25-30
    2.2.1 碳水化合物的变化  25-26
    2.2.2 蛋白质含量的变化  26
    2.2.3 氨基酸含量变化  26-27
    2.2.4 过氧化氢酶活性变化  27-28
    2.2.5 过氧化物酶活性的变化  28
    2.2.6 超氧化物歧化酶活性的变化  28-29
    2.2.7 苯丙氨酸解氨酶活性变化  29-30
    2.2.8 丙二醛含量变化  30
  2.3 讨论  30-33
第三章罹病后寄主光合、蒸腾作用变化研究  33-39
  3.1 材料和方法  33
    3.1.1 供试树种、菌种  33
    3.1.2 栽培方法和接种方法  33
    3.1.3 测定方法  33
  3.2 结果和分析  33-36
    3.2.1 接种栅锈菌后杨树各品种的病程  33-34
    3.2.2 栅锈菌侵染杨树过程中对光合作用的影响  34-35
    3.2.3 栅锈菌侵染杨树过程中对蒸腾作用的影响  35-36
  3.3 讨论  36-39
第四章细胞壁降解酶的测定  39-48
  4.1 试验材料  39
    4.1.1 供试菌种和树种  39
    4.1.2 试剂及仪器  39
  4.2 试验方法  39-40
    4.2.1 接种和取样方法  39
    4.2.2 细胞壁降解酶测定  39-40
  4.3 结果和分析  40-45
    4.3.1 聚甲基半乳糖醛酸酶(PMG)的活性变化  40-41
    4.3.2 果胶甲基反式消除酶(PMTE)活性变化  41-43
    4.3.3 羧甲基纤维素酶(CX)活性变化  43-44
    4.3.4 β–葡萄糖苷酶(β–G)活性变化  44-45
  4.4 讨论  45-48
参考文献  48-56
致谢  56-57
作者简介  57

落叶松—杨栅锈菌与寄主互作的病理生理学研究

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