马铃薯早疫病菌多样性和侵染过程及品种抗病机制研究

【摘要】：马铃薯早疫病是马铃薯生产中重要的病害,对马铃薯产区造成很大经济损失,国内外对马铃薯早疫病研究较少,本论文对马铃薯早疫病菌的生物学特性及遗传多样性、病菌侵染过程及致病性分化、病菌毒素的致病作用和寄主抗病机制进行了多方面的研究,旨在为马铃薯早疫病的流行学、抗病育种和综合防治等奠定理论基础。研究取得以下进展。 1.对黑龙江马铃薯产区进行早疫病害调查,结果病害发生严重。从不同寄主品种采集分离经单孢纯化鉴定获得68个马铃薯早疫病菌菌株。 2.通过平板培养研究了分离自黑龙江省的马铃薯早疫病菌菌株的生物学特性,结果表明,各分离株在PDA培养基上菌落生长速度、菌落颜色、菌落形态、成带现象等差异较大。其中的5个代表性供试菌株在PDA、CMA培养基上生长较好;菌株均能在10~35℃生长,但最适温度有一定的差异,菌株HS0801、KS0808、JG0801、SH0806生长的最适温度为25～30℃,菌株NH0809生长的最适温度为20℃;最适pH为6~8;各菌株对pH、光的反应不完全一致。分生孢子在水滴中萌发效果最好,萌发的适宜温度在25～30℃,适宜pH为7～8,不同菌株分生孢子萌发的条件也存在一定的差异。说明马铃薯早疫病菌的生物学特性具有明显的多样性。 3.对马铃薯早疫病菌产孢条件的研究结果表明,在燕麦培养基上培养的早疫病菌经过切割转移到玉米粉培养基上产孢量最高。产孢最适宜温度为25℃,pH为7～8。适当光照或紫外线照射,可以促进分生孢子的产生。 4.为探索马铃薯早疫病菌遗传多样性,通过5个RAPD引物和筛选出的10个ISSR引物对来自黑龙江省不同地理区域的马铃薯早疫病菌的亲缘关系进行分析,结果表明,5条RAPD引物共扩增出53条DNA带,多态性比例占75.4%;10条ISSR引物共扩增出93条DNA带,多态性比例占88.2%,多态性比RAPD高。通过UPGMA聚类,当相似系数为0.81时,RAPD标记将供试早疫病菌株划分为7个组,ISSR标记将供试早疫病菌株划分为11个组。说明早疫病菌具有明显的遗传分化现象。 5.采用室内接种和田间自然发病对马铃薯不同品种进行抗病性鉴定。结果表明克新18号、克新1号、克新13号表现抗病,克新12号表现中抗,花525、大西洋表现中感,早大白和东农303表现感病。为控制早疫病合理种植品种提供依据。 6.采用光学显微镜、扫描和透射电镜技术研究了马铃薯早疫病菌对马铃薯叶片的侵染过程及超微结构特征。结果表明,接种8 h后,菌丝从寄主表皮细胞间直接侵入感病品种,10 h后侵入抗病品种。接种24 h后,感病品种细胞内含物及各类细胞器基本完全消解;72h后抗病品种细胞内含物、各类细胞器才基本消解,感病品种细胞消亡速度明显快于抗病品种。病菌侵入后,感病品种菌丝数量明显多于抗病品种。此研究明确了早疫病菌侵入的途径,抗感品种对病菌侵入存在的差异。 7.研究黑龙江省马铃薯早疫病菌致病力分化,经离体叶片接种法,将68株菌分别接种抗病品种、中抗品种、感病品种,结果表明,供试菌株对3个品种的致病力不同,根据菌株的致病性强度分为强致病型、中度致病型和弱致病型三个类型。不同致病型的菌株所占比例,在马铃薯不同品种,不同地区之间都存在明显的差异。说明马铃薯早疫病菌致病性存在分化现象。 8.通过毒素4种生物测定方法的比较,确定离体叶片针刺法作为早疫病菌毒素对马铃薯叶片致病性的生物测定方法。采用离体叶片针刺法,研究早疫病菌液体培养产毒条件,结果表明,适宜毒素产生的为改良Fries培养液;25℃、pH 6.0、黑暗和静置培养21 d为适宜产毒的条件。通过萃取获得粗毒素对马铃薯的致病作用进行了研究,揭示早疫病菌毒素在致病过程中的作用。结果表明,毒素处理马铃薯离体叶片后,可改变马铃薯叶片细胞膜的通透性,并且随着毒素浓度的提高和处理时间的延长,细胞膜透性增加,组织中MDA含量的增加,并且APX活性、叶绿素、可溶性蛋白和可溶性糖含量均低于对照处理。说明早疫病菌毒素对马铃薯叶片细胞膜造成损伤,破坏光合作用,同时抑制蛋白质的合成。 9.探讨马铃薯对早疫病的抗性机理,通过人工接种早疫病菌,系统研究了马铃薯植株体内防御酶系活性及相关生化物质含量的动态变化。结果表明,接菌后,不同品种植株体内PAL、POD、PPO、SOD和CAT活性均提高,抗病品种酶活性增幅高于感病品种,峰值出现时间比感病品种早;抗病品种可溶性蛋白和可溶性糖含量在接种后的3 d高于感病品种;抗病品种绿原酸含量迅速上升,高于感病品种,而感病品种绿原酸的含量波动较大。PAL、POD、PPO、SOD、CAT与早疫病抗性正相关,可作为抗病品种选育的辅助指标,可溶性蛋白、可溶性糖、绿原酸含量变化也与马铃薯品种的抗性密切相关。

【关键词】：马铃薯早疫病菌 生物学特性 遗传多样性 致病机制 抗病机制
【学位授予单位】：黑龙江八一农垦大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：S435.32
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