全 文 ：第 l0卷 第 2期
2 0 0 2年 6月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco—Agriculture
VO1．10 NO．2
June， 2002
青枯菌侵染对烟草叶片H2 02代谢、叶绿素荧光参数的影响及其与抗病性的关系*
柯玉琴 潘廷 国 方树民
(福建农林大学生命科学学院 福州 350002)(福建农林大学植物保护学院 福州 350002)
摘 要 对青枯病菌抗性的不同2个烟草品种接种青枯菌后，随接种时间的延长 ，病株叶片中过氧化氢(H 0 )、超
氧物阴离子 自由基(0 )、丙二醛(MDA)累积明显高于健株，感病品种“红花大金元”累积幅度大于抗病 品种“岩烟
97”，抗病 、感病品种间差异达到显著、极显著水平；病菌感染初期叶片超氧物歧化酶(SOD)活性下降，随后升高，抗
病品种活性高于感病 品种；过氧化氢酶 (CAT)活性先上升而后下降，感病品种 降幅高于抗病 品种；过氧化物酶
(POD)活性先下 降而后上升 ，感病 品种升 幅大于抗病 品种 ；病株 叶绿素可 变荧光( )、光系统 Ⅱ原初 光能 转换效 率
( ／Fm)及光 系统 Ⅱ的潜在 活性( ／ )均 受到抑 制 ，感病 品种 受抑制 程度 大 于抗病 品种 ，这 表 明烟 草 品种对 青
枯 菌的抗性 与 H，0，代谢 以及 叶绿素荧 光参数有着 密切关 系。
关键词 青枯菌侵染 烟草叶片 H，0，代谢 叶绿素荧光参数
Effect of Pseudomonas solanacearum infection on I-I,O2 metabolism and chlorophyll fluorescence parameters and their
relations to disease resistance．KE Yu—Qin，PAN Ting-Guo(Colege of Life Science，Fujian Agricultural and Forestry
University，Fuzhou 350002)，FANG Shu—Min(Co lege of Plant Protection，Fujian Agricultural and Forestry University，
Fuzhou 350002)，CJEA ，2002，10(2)：36～39
Abstract Two tobacco cultivars difering in resistance to P solanacearum were used in this study．Effects of P SO—
lanacearum infection on leaf hydrogen peroxide(H2 O2)metabolism and chlorophyll fluorescence were studied．Co ntents
of H2 02 and ma1ondia1dehyde(MDA)，production rate of superoxide radical(02")in plants infected with P SO—
lanacearum increased and the extent of increase was significantly less in resistant cultivar than in susceptible one．Superox—
ide dismutase(SOD)activity decreased after the early stage of infection，then increased；SOD activity of resistant cultivar
was higher than that of susceptible one．Catalase(CAT)activity increased at the early stage of infection，then decreased．
The extent of decrease in CAT activity was greater in susceptible cultivar than in resistant one．Peroxidase(POD)activity
decreased at the early stage of infection，then increased．The extent of increase in POD activity was higher in susceptible
cultivar than in resistant one．The variable fluorescence of chloroplasts(Fv)，the efficiency of primay conversion of light
energy of PS I( ／Fm)and potential activity of PS I (Fv／Fo)of plants infected P solanacearum decreased，the ex—
tent of decrease was higher in susceptible cultivar than in resistant one． Above—mentioned results suggest that the resis—
tance of tobacco to P solanacearum is highly related to H2 02 metabolism and parameters of chlorophyll fluorescence．
Key words Pseudomonas solanacearum infection，Tobacco，H2 02 metabolism，Chlorophyl fluorescence parameters
H o 是光合传递链的天然产物 ，它通过 Haber—weiss和 Fenton反应形成 OH·，OH·是生物体 中最强 的
氧化基团，可以直接伤害蛋白质、核酸和脂类等生物大分子，抑制 CO 的固定 ’ ，参与叶绿素的降解。植
物感病后内源清除 H o：能力降低，可能导致 H 0 、02的累积，并由此加剧膜脂过氧化作用，导致叶绿素荧
光的变化。有关病菌侵染对作物 H o 代谢及其叶绿素荧光的变化目前尚缺乏确凿的证据。为此 ，本研究
分析了烟草青枯菌致病过程 H，o，代谢的动态变化及其与叶绿素荧光的关系，从而证实了叶绿素 a荧光动
力学参数在鉴别烟草抗青枯病 品种上具有快速 、灵敏的优点 ，为烟草抗青枯病育种提供理论依据 。
1 试验材料与方法
取病组织用稀释分离法在 TZC平板上划线，挑取致病性单菌落，移到 PSA斜面上繁殖 24h，加无菌水悬
浮，在无菌条 件下置 于装 有 肉汁胨液 的三角瓶 中振荡 培养48h后 ，配成 常用浓 度为10 cfu／L的悬浮 液 ，备
*福建省教委资助项目(K99009)部分研究内容
收稿日期：2001—06—18 改回日期：2001—08—16
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第2期 柯玉琴等：青枯菌侵染对烟草叶片H O 代谢、叶绿素荧光参数的影响及其与抗病性的关系 37
用 ]。供试烟草品种选用“岩烟97”(抗青枯病)和“红花大金元”(感青枯病)。烟苗于 4片叶龄移栽盆钵 ，每
钵种植 1株 ，培养期间按正常肥水管理，待烟株旺长初期采用切根灌菌液接种法，每株烟苗灌菌 30mL(病
株 )，并另设切根灌水 30mL为对照(健株)。接种前取样分析 ，以后每隔 5d、10d、15d、20d分别取同一 叶位 的
对照健株和接菌病株叶片为材料，分析各项指标。H o 、丙二醛含量按林植芳等方法测定 ；o 产生速率
按王爱国方法测定 ；超氧物歧化酶活性采用光还原抑制法测定；过氧化氢酶活性采用滴定法测定；过氧化
物酶活性用比色法测定；可溶性蛋白质含量采用 Lowry法测定，各项指标测定均为 3次重复。叶绿素荧光
参数的测定为每处理选 6片有代表性叶片，经暗适应后用 OS5一FL叶绿素荧光仪(美)测定荧光参数，并计算
各处理的 Fv／Fm 、 ／F0值 。
2 结果与分 析
2．1 烟草感染青枯菌过程叶片中 H，O，、MDA累积及oj产生速率的动态变化
由图 1可知，烟草接种青枯菌后第 5d时 ，抗病品种“岩烟 97”的健株和病株叶片中 H o 含量变化不大 ，
第 5d后无论是健株或病株叶片其 H o 的累积均随接种时间的延长而增 大 ，且病 株叶片累积量在每个取样
时期均明显高于健株叶片 (F=7．579一)，感病 品种 “红花大金元 ”从 接种 的第 5d开 始健株和 病株 叶片 中
H O2的累积均随接种时间的延长而增大(F=11．344一)，抗病、感病品种间存在显著差异(F=5．234 )。
烟草接种青枯菌初期叶片中丙二醛含量变化不大，第 10d后抗病 、感病品种的病株叶片中丙二醛含量均随接
种时间的延长而上升(F=2．878 )，且抗病 、感病 品种 间的差异达极 显著水平 (F=4．315一)。在接种初期
抗病品种无论是健株或病株 叶片中 o 产生速率均低于接种前 ，接种 5d后 随接种时间的延长 o 产生速率
极显著上升(F=10．117一)；感 病品种则 随接种时 间的延长 o 产生速 率极显著 上升 (F=11．785“ )，抗
病 、感病 品种有明显差异。
0 5 l0 l 5 2O
接种天数／d
5 10 l 5 20
接种天数／d
5 l0 l5 20
接种天数／d
图 1 烟草感 染青枯菌 过程叶 片中 H：02、MDA含量 和 o 产 生速率 的动态变化
Fig．1 Changes of H2 02，MDA content and production rate of O in tobacco
leaves after infection with Pseudomonas solanacearum
2．2 烟草感染青枯菌过程叶片中 SOD、CAT、POD活性的动态变化
超氧物歧化酶 、过氧化氢酶、过氧化物酶是活性氧清除酶 系。由图 2可知 ，烟草接种 青枯菌第 5d时 ，无
论是抗病 品种或是感病品种其健株 、病株叶片 中超氧物歧化酶活性均有所下 降，接种第 10d抗病品种“岩 烟
97”超氧物歧化酶活性达到最高值 ，而感病品种“红花大金元”超氧物歧化酶在接种后第 15d达到最高值，以
后均随时间的延长其活性有所下降，但病株叶片中超氧物歧化酶活性明显低于健株叶片，接种第 20d抗病、
感病品种病株叶片间差异显著(t=9．825 )。烟草接种第 5d时叶片过氧化氢酶活性 明显上升 ，抗病 品种病
株叶片的活性高于健株，其后病株叶片活性明显下降，而健株叶片的活性变化不明显。感病品种接种第 5d
时健株 、病株叶片过氧化氢酶活性虽有所上升，但病株叶片活性低于健株 叶片，以后 随接种时间 的延长其过
氧化氢酶活性迅速下降，但仍以健株叶片高于病株叶片，差异达极显著水平(F=4．544一)。抗病、感病品种
病株间过氧化氢酶活性差异显著(F=6．482 )。抗病品种接种前叶片过氧化物酶活性高于感病品种，接种
第 5d、10d、15d活性逐渐下降，健株与病株间变化不大，第 20d活性上升，病株叶片的活性高于健株叶片；感
病品种接种第 5d、10d健株叶片过氧化物酶活性下降，15d后活性上升且高于接种前活性 ，病株叶片过氧化
物酶活性则随接种时间的延长而呈上升趋势 ，病株活性 高于健株。
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图 2 烟草 感染青枯菌 过程 叶片中 SOD、CAT、POD活性的动 态变化
Fig．2 Changes of SOD，CAT and POD activities in tobacco leaves after infection with Pseudomonas solanacearum
2．3 青枯菌侵染对烟草叶绿素荧光参数的影响
代表荧 光动力 学 曲线 中P峰的高低 ，反映光 系统 Ⅱ光化学活性 的大小 。烟草感染青 枯菌致病后 F
表1 青枯菌侵染对烟草叶绿素荧光参数的影响 降低 ，抗病品种 降幅小
Tab 1 Efect of Pseudomonas solanacearum infection on parameters of
chlorophyl fluorescence in tobacco leaves
品 种 叶绿素可变荧光 R， 光系统Ⅱ原初光能转换效率 Fv／F”z光系统Ⅱ的潜在活性 R，／
．
． Variable fluorescence Efficiency of prirnay conversion Potential activity
of chloroplasts of light energy of PS I of PS I
健 株 病 株 健 株 病 株 健 株 病 株
Health plant Disea~e plant Health plant Disease plant Health plant Disease plant
于感病 品种 (见表 1)，
抗病 、感病品种间差异
达到极显 著水平 (t=
18．730一 )。Fv强 度
的下 降，使 ／F0和
F ／F 两者 的 比值下
降 ，抗病品种接种青枯
菌对 ／Fm 无明显影响 ，感病 品种略有下降 ；而对 ／F0影响较大 ，抗病 品种“岩烟 97”发病后 叶片降幅小
(t=0．037)，感病 品种 “红花大 金元”病株 叶片降 幅大 (t=15．858～)，抗病 、感病 品种 间差异极 显著 (t=
27．43“)，这表 明烟草感染青枯菌后光系统 Ⅱ受到损伤。
3 小 结与讨论
H 02是一种强氧化剂，能穿过质膜进入叶绿体中 “ ，它和o 都是对细胞极为有害的物质，可以直接
或间接启动膜脂过氧化作用 ，造成膜损伤，还直接攻击叶绿体中生物功能分子(如酶、色素蛋白复合体、核酸
等)使叶绿体功能受阻 ’ 。烟草感染青枯菌致病后 H o 迅速累积，o 产生速率加快，同时产生较多的膜
脂过氧化产物丙二醛 。无接种的烟草健株 叶片 中 H 02含量及 O 的产生 速率较低 ，且抗 病品种低于感病
品种 ，说明活性氧代谢处于平衡状态 ，细胞受害较轻。烟草青枯菌致病过程 叶片中 H，o，累积的动态变化与
叶片中内源清除 H 02能力降低有关 ，烟草感染青枯菌初期超氧物歧化酶活性下降 ，催化氧化 自由基 的歧化
反应减弱，使 H o 累积，o 产生速率加快，膜脂过氧化加剧；过氧化氢酶能分解 H o ，烟草感染青枯菌叶
片过氧化氢酶活性降低使 H o 的分解能力下降。抗病品种“岩烟 97”接种初期过氧化氢酶活性上升，随后
下降但降幅小于感病品种，分解 H 02能力较强，使 H o 的累积少于感病品种“红花大金元”。同时也使通
过 Haber—Weiss反应产生 OH·的基质减少，从而减轻了强毒性的OH对生物膜的破坏；过氧化物酶是植物体
内重要 的氧化酶 ，本研究结果证明烟草感染青枯菌致病初期过氧化物酶活性下降 ，发病后期 叶片 中过氧化物
酶活性提高。病株叶片的过氧化物酶活性高于健株 叶片，感病品种尤为明显，这与前人研究结果基本一
致 。过氧化物酶活性提高 ，加速 了对 细胞和 叶绿体 的氧化 ，破 坏光合膜 ，影响光合作用 的进行 。在青枯
菌侵染下烟草感病品种叶片中H O 、o 等活性氧过量累积，也引起了叶绿素荧光参数 F 、 ／F 、 ／F0
的下降 ，降低 了光系统 Ⅱ反应中心 的活力 、光系统 Ⅱ的潜在活性和水光解及放氧 的过程 ，降低 了光系统 Ⅱ的
光能转换效率 ，影响同化力的产生 ，减弱 了光合作用 的潜力。综上所述 ，烟草不同抗 青枯菌品种其抗 病性的
差异与其在青枯菌侵染下体 内 H o 清除系统的强弱有关 ，抗病 品种“岩烟 97”其 酶活力的变化有利于减少
体内H 02、o 、丙二醛的累积，从而减轻了氧化胁迫，具有较高的抗病性，而感病品种“红花大金元”则相反，
因此抗 病性较弱。
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第2期 柯玉琴等：青枯菌侵染对烟草叶片H：0 代谢、叶绿素荧光参数的影响及其与抗病性的关系 39
致谢 本试验研究得到农业部甘蔗遗传育种重点开放实验室和罗俊同志帮助，谨表谢意!
参 考 文 献
1 方树民，纪成灿，顾 钢，吴正举等 烟草青枯病菌生理分化的研究 中国烟草学报，1998，4(1)：38～43
2 柯玉琴 ，潘廷国，伍迪明，方树民 甘薯抗蔓割病的生理机制—— I 感染蔓割病后甘薯叶片脂质过氧化及保护酶的变化 福建农业大
学学 报 ，1994，23(1)：112～116
3 林植芳，李双顺，林桂珠，郭俊彦 衰老叶片和叶绿体中 H202的累积与膜脂过氧化的关系．植物生理学，1988，14(1)：16～22
4 徐建华，利容千，王建波．黄瓜不同抗病品种感染镰刀菌枯萎病菌后几种酶活性的变化 植物病理学报，1995，25(3)：239～242
5 王爱国，罗广华 植物的超氧物自由基与羟胺的定量关系．植物生理通讯，1990(6)：55～57
6 曾韶西，王以柔 低温对黄瓜幼苗子叶光合强度和叶绿素荧光的影响．植物生理通讯，1989(4)：12～l5
7 Fridovich I，The biology of oxygen radica1．Science，1978，201：875～880
8 Halliwell B Toxic effects of oxygen on plant tissue．In Chloroplasts Metabolism．Clarendon Press Oxford，1981 179～201
9 Nakano Y ，Asada K．Spinach chloroplasts scavenge H202 on illumination．Plant Cell Physiol，1980，21：1295～ 1307
10 Rosen G M ，Rauokman E．J．Spin trapping of superoxide and hydroxyl radical Methods Enzymol，1984，105：198～206
1 1 Rebinson J M ，Smith M G ，Gibbs M ．Influence of hydrogen peroxide upon carbon dioxide photoassimilation in spinach chloroplast
Plant Physiol，1980，65：775～779
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