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《甘肃农业大学》 2015年
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马铃薯茎溃疡病病原菌及其毒素的致病机理研究

张君  
【摘要】:由立枯丝核菌(R.solani)侵染引起的马铃薯茎溃疡病已成为限制我省马铃薯产业持续发展的主要病害。为探明病原菌的致病机理,通过盆栽试验,研究了接种病原菌对马铃薯芽条期和苗期(出苗前和出苗后)植株发病部位组织中5种胞壁降解酶(CWDEs):多聚半乳糖醛酸酶(PG)、果胶甲基半乳糖醛酸酶(PMG)、纤维素酶(Cx)、果胶甲基反式消除酶(PMTE)和多聚半乳糖醛酸反式消除酶(PGTE)活性的影响。同时,采用“病原菌粗毒素处理组培苗-透射电镜观察”相结合的方法,研究了不同浓度粗毒素(T1:对照,T2:低浓度,T3:中浓度,T4:高浓度)对马铃薯幼苗体内活性氧代谢及细胞超微结构的影响;通过正交试验对病原菌的产酶条件进行优化,将优化得到的果胶酶、纤维素酶和粗毒素处理马铃薯茎基部离体组织,研究其对离体组织浸出液相对电导率和渗透还原糖含量的影响及其交互作用。主要结果如下:1.盆栽试验结果表明,接种病原菌后显著提高了芽条期和苗期马铃薯植株发病组织中5种胞壁降解酶(CWDEs)的活性,尤其是PG、PMG和Cx的活性,PG对接种病原菌后的响应最为显著,在接种5d后幼芽病斑未形成前就表现出活性,Cx活性最低,不同胞外酶酶活性高峰出现的顺序不同。PG的活性在接种5d后显著高于对照,为对照的3倍,25d后达到第二个峰值,为对照的2.6倍;PMG和Cx活性在接种10d后显著高于对照,分别是对照的1.74和1.48倍;PMG和Cx活性出苗后的第3d达到第二个峰值,分别是对照的2.02和1.51倍。CWDEs多个活性高峰的出现的先后顺序与病原菌首先侵染幼芽,接着侵染茎基部组织,最后形成2-3个不连续的病斑的时间基本一致。结果说明CWDEs是病原菌侵染和扩展过程中的重要致病因子,不同的酶发挥作用的时期不同。2.粗毒素处理显著刺激了马铃薯幼苗体内活性氧(O2-和H2O2)的产生和膜质过氧化程度的加剧。用粗毒素处理马铃薯组培苗24h后,中、高浓度处理(T3和T4)的马铃薯幼苗体内超氧阴离子(O2-)的产生速率和丙二醛(MDA)的含量显著高于对照T1,至120h时达到峰值,T3和T4处理的O2-产生速率分别是T1的3.3倍和4.1倍,MDA分别是T1的3倍和5.4倍;粗毒素处理后马铃薯幼苗体内H2O2含量的变化与O2-和MDA含量相似,处理96h时即可达到峰值。电镜下马铃薯茎基部组织细胞的超微结构显示,粗毒素处理对马铃薯茎基部组织细胞的超微结构造成了显著影响,高浓度处理(T4)马铃薯幼苗24-48h后,其茎基部组织细胞的内质网变形,质体开始出现变形肿胀;粗毒素处理72 h后,细胞膜消失,细胞线粒体变形,基质外流,细胞壁不再光滑,质膜断裂;粗毒素处理96h-120h后,细胞质溶解,逐渐衰老。研究结果表明,中、高浓度的病原菌粗毒素处理引起了马铃薯幼苗体内活性氧的积累与膜质过氧化反应,由此造成的细胞质膜断裂,细胞器受损和细胞质溶解等一系列细胞超微结构的变化是最终导致植株死亡的可能机理。3.立枯丝核菌产酶条件的优化试验结果表明,培养温度、培养基p H值和培养时间对细胞壁降解酶活性的影响因酶的种类不同而异。Cx的最佳产酶条件为:23℃时、p H 5培养7d,PG的最佳产酶条件为28℃、p H 7培养6 d,PMG的最佳产酶条件为28℃时、p H 6养5d;Cx的极差(R)大小顺序则表现为培养温度(A)培养时间(C)培养基p H值(B),PG的极差(R)大小顺序为培养温度(A)培养基p H值(B)培养时间(C),PMG的极差(R)大小顺序为培养时间(C)培养温度(A)培养基p H值(B)。4.将优化得到的果胶酶、纤维素酶和粗毒素处理马铃薯茎基部离体组织,结果发现,处理后的茎基部组织浸出液相对电导率和渗透还原糖升高。果胶酶、纤维素酶和粗毒素处理48h后,纤维素酶对浸出液相对电导率的影响与“果胶酶+纤维素酶+粗毒素”的加和作用效果一致,分别是对照的1.19和1.20倍;“果胶酶+粗毒素”处理后浸出液渗透还原糖含量最高,是对照的8.35倍,毒素单独处理、“纤维素酶+毒素”和“果胶酶+纤维素酶+粗毒素”处理的作用次之,其余无差异。这表明,活体外诱导培养产生的CWDES和粗毒素对马铃薯茎基部组织造成了损伤,有一定的交互作用。综上所述,立枯丝核菌所产胞壁降解酶和粗毒素在病菌致病过程中发挥了重要作用,同时会对马铃薯离体组织的质膜系统造成损害,存在一定的交互作用,是主要的致病因子。
【学位授予单位】:甘肃农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:S435.32

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