全 文 ：文章编号:1000-1573(2006)01-0067-03
不同生态型拟南芥对植物病原真菌的抗病性
刘颖超 , 　邢继红 , 　翁巧云 , 　董金皋
(河北农业大学 植物保护学院 , 河北 保定 071001)
摘要:拟南芥是研究植物与病原菌互作的模式植物 ,本试验用 17 种植物病原真菌测定了 11 个拟南芥生态型的
抗病性。结果表明 ,在供试的 11 个拟南芥生态型中 , 生态型 NahG 、Sha、Ws-2、Ws-0 与供试的所有菌株表现
为非亲和反应 ,而生态型 Col、C24、Nd-1、Est-1、Kas-1 、Bay-0 、Ler与不同病原菌的反应表现不同。
关　键　词:拟南芥;生态型;植物病原真菌;抗病性
中图分类号:S 432.23　　　　　　　　文献标识码:A
Resistance of different Arabidopsis ecotypes
and genetypes to fungal pathogens
LIU Ying-chao , XING Ji-hong , WENGQiao-yun , DONG Jin-gao
(College of Plant P rotection , Agricultural University of Hebei , Baoding 071001 , China)
Abstract:Arabidopsis thaliana is a model plant to study the interplays between plants and
pathogens.Resistance of 11 different Arabidopsis ecotypes and genetypes to 17 fungal pathogens
were studied.The results show ed that ecotype NahG ,Sha ,Ws-2 and Ws-0 w ere incompatible to
all the inoculated fungal pathogens , but ecotypes Col ,C24 ,Nd-1 ,Est-1 ,Kas-1 ,Bay-0 and Ler
were different in resistance to dif ference pathogens.
Key words:Arabidopsis thaliana;ecotypes;fungal pathogens;resistance
　　拟南芥(Arabidopsis thaliana)属十字花科芸薹
属植物 ,在显花植物中 ,基因组最小 ,体细胞中仅有
5对染色体 ,基因组大小为 130 Mb ,被誉为植物中
的果蝇[ 1] 。20世纪 60 ～ 80 年代以来 ,人们对拟南
芥进行了化学或辐射诱变 ,获得了大量的拟南芥突
变体 ,并在此基础上绘制了拟南芥的遗传连锁图
谱[ 2] 。1996年启动拟南芥基因组计划 ,美国 、欧洲 、
日本共同合作于 2000年完成对拟南芥全基因组的
测序工作[ 3] 。近几年 ,Salk研究所的研究人员对 20
万个左右的 T -DNA 插入系插入点附近的序列作
了测序 ,这一数据库和插入系为全世界科学家共享 。
这些拟南芥资源和信息极大地促进了植物科学的发
展 。拟南芥也是研究植物与病原菌互作的模式植
物 ,近几年克隆的植物抗病基因(R gene)和与抗性
有关的基因大多是从拟南芥中获得的 ,所涉及的植
物病原菌有芸薹链格孢(Alternaria brassicicola)[ 4] 、
灰葡萄孢(Botry tis cineara)[ 4] 、白菜霜霉病菌(Per-
onospora parasi tica)[ 5] 、丁香假单孢杆菌(Pseaudo-
momas syringae)[ 6] 、白粉病菌(Erysiphe oront ii)[ 7]
等 ,而大量的拟南芥生态型对其它病原菌的反应如
何 ,有关的报道不多。本试验选用 11个拟南芥生态
型 ,研究了对不同病原菌的反应 ,进而筛选拟南芥抗
收稿日期:2005-09-12
基金项目:河北农业大学博士基金资助项目;河北农业大学“ 9816”计划资助项目
作者简介:刘颖超(1968-), 女 ,河北保定人 , 博士 ,副教授 , 从事分子植物病理学和植物病害防治研究.
通讯作者:董金皋 , 教授 ,研究方向为植物病原真菌毒素 、分子植物病理学及生物信息学.Tel:0312-7528266 , E-mail:
dongjg@21cn.com
第 29卷第 1期
2 0 0 6年 1月
河 北 农 业 大 学 学 报
JOURNAL OF AGRICU LT URAL UNIVERSI TY OF HEBEI
　 　 Vol.29 No.1
Jan .2 0 0 6
不同病原菌的材料 ,为深入研究拟南芥不同生态型
抵抗不同病原菌的生化和分子机制奠定基础 ,从而
更好地利用模式植物拟南芥的遗传资源和信息 ,促
进植物抗病基因的克隆和相关作物的遗传改良。
1　材料和方法
1.1　供试材料
1.1.1　供试拟南芥生态型　拟南芥生态型 Col 、
C24 、NahG 、Sha、Ws-2 、Nd-1 、Est -1 、Kas-1 、Ws
-0 、Bay -0 、Ler 共 11个 ,由美国 Donald Danforth
Plant Science Center的 Dr.Xia提供 。
1.1.2　供试病原菌　白菜黑斑病菌(A .brassi-
cae)、葡萄灰霉病菌(B .cinerea)、番茄灰霉病菌
(B .cinerea)、甘蓝枯萎病菌(Fusarium campestris)
(由北京市农林科学院李兴红研究员惠赠),马铃薯
晚疫病菌(P .in festans)17-B-1菌株(河北农业
大学朱杰华教授惠赠),西瓜枯萎病菌(F.oxyspo-
rium f.sp.niveum)FON19 、FON21 、FON3菌株(河
北农业大学段会军研究员惠赠),白粉病菌(E .ci-
choracearum)、白菜霜霉病菌(P.parasi tica)(自行
采集)、番茄早疫病菌(Alternaria solani)、大丽轮枝
菌(Vertici llium dahliae kelb)、尖孢镰刀菌(Fusari-
um oxysporum)、葱黑斑病菌(Alternaria porri)、梨
赤星病菌(Alternaria al ternata)、梨黑斑病菌(Al-
ternaria k ikuchiana)、玉米大斑病菌(Exserohilum
turcicum)、玉米小斑病菌(Bipolaris maydis)、玉米
茎基腐镰刀菌(Fusarium graminearum)、小麦纹枯
病菌(Rizoctonia cerealis),以上菌株由河北农业大
学真菌毒素实验室保存。
1.2　试验方法
1.2.1　拟南芥的种植　将蛭石装入铁盘(15 cm ×
15 cm),将铁盘放入有营养液的塑料盒中 ,待吸足营
养液 ,将种子均匀撒在蛭石表面 ,4℃春化 3 d后 ,移
到培养室中(22℃,8h 光照/16 h黑暗),待长出 3 ～
4片真叶时移栽。选取长势一致的拟南芥 4周龄土
生植株进行接种鉴定 。
1.2.2　不同病原菌的接种及调查方法　用常规方
法将保存于 PDA 斜面上的病原真菌分别接种于
PDA平皿或液体培养基(甘蓝枯萎病菌 、西瓜枯萎
病菌)中备用。
白菜黑斑病菌(A.brassicicola):参照Thomma[ 4]
的方法。
葡萄灰霉病菌(B .cinerea)及番茄灰霉病菌
(B .cinerea):参照 Ferrari[ 8]的方法。
马铃薯晚疫病菌(P .infestans):参照朱杰华[ 9]
等的方法。
西瓜枯萎病菌(F .oxysporum f.sp.niveum)、
甘蓝枯萎病菌(F.campestris):采用灌根法接种 。
其它病原菌采用常规方法接种调查。
2　结果与分析
供试的 11个拟南芥生态型接种甘蓝枯萎病菌 、
西瓜枯萎病菌 、白粉病菌 、尖孢镰刀菌 、葱黑斑病菌 、
梨赤星病菌后均表现为免疫反应(结果未列出)。接
种其它病原菌后表现出感病性不同的生态型(见表
1 ,图 1 , A ～ F)。可以看出 ,在供试的 11 个生态型
中 ,生态型Col对白菜霜霉病菌 、葡萄灰霉病菌 、番
茄灰霉病菌表现为亲和反应 ,接种白菜霜霉病菌4 d
后 ,叶片出现黄绿色病斑 ,随着时间的延长 ,病斑逐
渐变为黄褐色 ,背面有白色霉状物。接种灰霉病菌
3 d后 ,接种叶片出现水渍状病斑 ,以后颜色变深并
出现灰褐色霉层(图 1 ,A),对白菜黑斑病菌表现为
过敏性坏死反应(图 1 ,B),对供试的其它病原菌表
现为免疫反应。生态型 C24对玉米小斑病菌 、白菜
霜霉病菌表现为亲和反应 ,接种玉米小斑病菌后 ,叶
面出现灰褐色椭圆形病斑 ,病斑的周围出现暗绿色
浸润区 。转基因植株 NahG对供试的所有病原菌表
现为非亲和反应 ,且全部为免疫反应。生态型 Sha
对供试的所有病原菌表现为非亲和反应 ,但症状不
完全一样 ,与梨赤星病菌互作表现坏死斑 ,与供试的
其它病原菌均表现免疫反应 。生态型Ws-2对供
试的所有病原菌表现为免疫反应 。生态型 Nd-1
对番茄早疫病菌 、大丽轮枝菌表现为亲和反应 ,接种
番茄早疫病菌后 ,在接种部位出现暗褐色病斑(图
1 ,C),对其他病原菌表现为非亲和反应。Est-1对
白菜黑斑病菌 、马铃薯晚疫病菌(图 1 ,D)、白菜霜霉
病菌 、葡萄灰霉病菌 、番茄灰霉病菌表现为亲和反
应 ,接种白菜黑斑病菌 5 d 后 ,出现圆形褐色病斑。
生态型 Kas-1对大丽轮枝菌表现为亲和反应 ,对其
它供试病原菌表现为免疫反应 。生态型Ws-0对
玉米小斑病菌表现为过敏性坏死 ,对供试其它病原
菌表现为免疫反应。生态型 Bay -0 对白菜黑斑病
菌 、马铃薯晚疫病菌(图 1 ,E)、白菜霜霉病菌 、葡萄
灰霉病菌 、番茄灰霉病菌表现为亲和反应 。生态型
Ler 对玉米茎基腐镰刀菌表现为亲和反应。
68　　　　　 河 北 农 业 大 学 学 报 第 29卷
表 1　不同生态型拟南芥对不同病原菌的反应
Table 1　Responses of dif ferent Arabidopsis ecotypes to different pathogens
菌株
Strain
不同生态型拟南芥接种病原菌后的反应类型
Type of different Arabidopsis eco types inoculated with pathogens
Col C24 NahG Sha Ws-2 Nd-1 Est-1 Kas-1 Ws-0 Bay-0 Ler
白菜黑斑病菌 - - - - - - + - - + -
马铃薯晚疫病菌 - - - - - - + - - + -
番茄早疫病菌 - - - - - + - - - - -
玉米小斑病菌 - + - - - - - - - - -
玉米茎基腐镰刀菌 - - - - - - - - - - +
大丽轮枝菌 - - - - - + - + - - -
白菜霜霉病菌 + + - - - - + - - + -
葡萄灰霉病菌 + - - - - - + - - + -
番茄灰霉病菌 + - - - - - + - - + -
注:“ +”代表亲和反应;“ -”代表非亲和反应.
A:Col 生态型接种葡萄灰霉病菌症状;B:Col生态型接种白菜黑斑病菌症状;C:Nd-1生态型接种番茄早疫病菌症状;D:Est-1生态型接
种马铃薯晚疫病菌症状;E:Bay-0生态型接种马铃薯晚疫病菌症状
图 1　不同生态型拟南芥接种不同病原菌的症状
Fig.1　Symptom of different ecotypes inoculated with different pathogens
3　讨论
接种后与拟南芥互作产生亲和反应的病原菌 ,
有番茄早疫病菌 、玉米小斑病菌 、玉米茎基腐镰刀
菌 、大丽轮枝菌 、白菜黑斑病菌 、白菜霜霉病菌 、葡萄
灰霉病菌 、番茄灰霉病菌 、马铃薯晚疫病菌。灰葡萄
孢病菌属于弱寄生菌 ,寄主范围广泛 ,能够侵染包括
茄科 、十字花科等 200 多种植物。马铃薯晚疫病菌
(P.infestans)属于寄生性比较强的病原菌 。有报
道表明 ,致病疫霉(P .infestans)只侵染马铃薯和番
茄等少数几种植物而不能侵染其他植物 。但是最近
报道 ,P .infestans可侵染多种茄科植物 ,如野生的
茄属植物 、矮牵牛和 Nicot iana bentham iana [ 10] 。
Sha、Ws-2 、Nd-1 、Kas-1 、Ws-0 对供试的所有
病原菌均表现为非亲和反应 ,但症状不尽相同 ,有的
表现为免疫反应 ,有的为过敏性坏死反应。这种非
亲和反应可能是非寄主抗性 ,也有可能是其他类型
的抗病性。在有差异的寄主-病原物组合中 ,拟南
芥与白菜黑斑病菌 、白菜霜霉病菌 、灰葡萄孢病菌的
互作已有许多报道 ,而有关拟南芥与番茄早疫病菌 、
玉米小斑病菌 、玉米茎基腐镰刀菌 、大丽轮枝菌 、马
铃薯晚疫病菌的报道不多 ,有待于进一步深入研究 。
同一生态型对某些供试病原菌虽然从表现型上
同为亲和或非亲和反应 ,但具体的症状并不完全相
同 。如生态型 Col ,对供试的大多数病原菌表现为
免疫反应 ,在接种部位没有任何症状 ,但对有些病原
菌则表现为过敏性坏死反应 ,如白菜黑斑病菌接种
生态型 Col后 ,虽然表现为非亲和反应 ,但叶片上的
接种部位有明显的坏死斑(图 1 , B),这很可能是由
于该生态型对不同病原菌的抗性机制不同 ,导致其
症状表现不同 。不同生态型接种同一病原菌 ,虽然
同为亲和反应 ,但在接种叶片上的症状也不尽相同
(图 1 ,D ,E),如用马铃薯晚疫病菌接种生态型 Est
-1 、Bay-0 后均表现为亲和反应 ,其中 Bay -0接
种 6 d后严重的整个叶片褪绿变黄 ,Est-1接种 6 d
后在接种部位出现水渍状病斑 ,病斑轻微透明 ,严重
的沿叶片中脉均变为水渍状 ,病斑周围基本不褪绿。
其原因有待于进一步深入研究。
参考文献:
[ 1] 　孟金陵.拟南芥及分子生物学的研究[ J] .遗传 , 1995 ,
17(增刊):41-45.
[ 2] 　DAVID W M , JM ICHAEL C , CAROLINE D , et al.
Arabidopsis thaliana:A model plant for genome analysis
[ J] .Science, 1998 , 282:662-682.
[ 3] 　The A rabidopsis Genome Initiative.Analysis on the
genome sequence of the flowering plant Arabidopsis
thaliana[ J] .Nature , 2000 , 408:796-815.
(下转第 73页)
69　第 1期　　　 刘颖超等:不同生态型拟南芥对植物病原真菌的抗病性
率 ,而且筛选范围可以大幅度扩展 ,有望筛选出抗生
素之外的其他更高效 、环保的治疗药物;同时本研究
也为其他植物病害的治疗药物筛选研究提供了有益
参考 。
3.2　组培和田间条件下治疗效果的差异
许多田间试验表明 ,抗生素的应用使枣疯病的
症状消失大多是暂时的 ,往往隔一段时间后复发 ,不
能彻底清除病原[ 12] ;而组织培养条件下的该类药物
的治疗结果却能彻底杀死病原 ,没有症状复发现象 。
分析造成这种差异的原因 ,作者认为很可能是田间
输液治疗很难将药物运输到植株体内植原体存在的
每一个部位 ,那些药物能运输到的部位 ,又达到了足
够的药量 ,病原被杀灭;那些药物不能运输到的部
位 ,即便是高效药物也不可能杀灭病原。而在组培
试验中 ,植株个体小 、药剂吸收充分 ,能在最大程度
上杀灭病原 ,表现该药剂应有的作用。
另外 ,本研究中盐酸-四环素和盐酸-土霉素等
抗生素类药剂的应用试验表明 ,该类药剂除了可以杀
灭枣疯病植原体病原 ,同时也抑制枣疯病病苗的生
长 ,对其有一定的毒害作用 。所以本研究认为今后药
物治疗枣疯病的重点有两个方面:一方面是筛选出能
杀灭植原体的高效环保药剂 ,即既能杀灭植原体的同
时对枣树本身和周围环境又无伤害或伤害小的药剂;
另一个方面是提高药剂在患病植株体内的运输效果 ,
尽可能保证药剂能最大程度灌输到植物体内每一个
植原体存在的部位 ,这需要对药物水溶性 、用药时间 、
用药方法和药械等各个因素全面考虑 。
参考文献:
[ 1] 　刘仲健 ,罗焕亮 , 张景宁.植原体病理学[ M] .北京:中
国林业出版社 , 1999 , 1 , 37.
[ 2] 　曹玉璞 ,叶元康主编.支原体与支原体病[ M] .北京:人
民卫生出版社 , 2000 , 243.
[ 3] 　周俊义 ,刘孟军 , 侯保林.枣疯病研究进展[ J] .果树科
学 , 1998 , 15(4):354-359.
[ 4] 　潘青华.枣疯病研究进展及防治措施[ J] .北京农业科
学 , 2002(3):4-8 , 21.
[ 5] 　王清和.砍疯枝能否防治枣疯病的探讨[ J] .中国果树 ,
1980 , (1):43-44.
[ 6] 　侯保林 ,齐秋锁 , 赵善香 ,等.手术治疗枣疯病的初步探
索[ J] .河北农业大学学报 , 1987 , 10(4):11-17.
[ 7] 　王焯 ,于保文 , 仝德全 ,等.四环素族等药物对枣疯病的
初步治疗试验[ J] .中国农业科学 , 1980(4):65-69.
[ 8] 　温秀军 ,孙朝辉 , 孙士学等.抗枣疯病枣树的品种及品
系的选择[ J] .林业科学 , 2001 , 17(5):87-92.
[ 9] 　LIU M J , ZHOU J Y , ZHAO J.Screening of Chinese ju-
jube germplasm w ith high resistance to witches broom
disease[ J] .Acta Ho rticulturae , 2004 , 663:575-579.
[ 10] 　曹玉璞 ,叶元康 , 主编.支原体与支原体病[ M ] .北京:
人民卫生出版社 , 2000.251.
[ 11] 　李加友.抗生素对组培条件下植物支原体作用的初探
[ J] .南京农专学报 , 1997 , 13(4):25-31.
[ 12] 　曹玉璞 ,叶元康主编.支原体与支原体病[ M] .北京:
人民卫生出版社 , 2000.250-265.
(编辑:李　川)
(上接第 69页)
[ 4] 　THOMMA BPHJ , EGGERMONT K , PENNINCKX
IAMA , et al.Separate jasmonate-dependent and sali-
cylate-dependent defense-response pathways in Ara-
bidopsis are essential fo r resistance to distinct microbial
pathogens [ J] .Proc.Natl.Acad.Sci.USA , 1998 , 95:
15107-15111.
[ 5] 　PARKER J E , HOLUB E B , FROST L M , et al.Char-
acterization of eds1 , a muta tion in Arabidopsis which
suppresses resistance to Peronospora parasitica specified
by several different RPP genes [ J] .Plant Cell , 1996 ,
8:2033-2046.
[ 6] 　DONG X.Characterization of an Arabidopsis mutant
that is non responsive to inducers of systemic acquired re-
sistance[ J] .Plant Cell , 1994 , 6:1583-1592.
[ 7] 　ADAM L , SOMERVILLE S C.Genetic characterization
o f five pow dery mildew disease resistance loci in Ara-
bidopsis thaliana[ J] .Plant J , 1996 , 9:341-356.
[ 8] 　SIMONE FERRARI , JULIA M , PLOTNIKOVA ,
GIULIA DE LORENZO , et al .Arabidopsis local resis-
tance to Botrytis cinerea involves salicy lic acid and ca-
malexin and requires EDS 4 and PAD2 , but not S ID 2 ,
EDS 5 o r PAD 4 [ J] .The Plant Journal , 2003 , 35:193
-205.
[ 9] 　朱杰华 , 杨志辉 ,邵铁梅 , 等.中国部分地区马铃薯晚疫
病菌生理小种的组成及分布[ J] .中国农业科学 , 2003 ,
36(2):169-172.
[ 10] 　KAMOUN S , HUITEMA E , VLEESHOUWERS V G
A A.Resistance to oomycetes:a general role fo r the hy-
persensitive response[ J] .T rends Plant Sci , 1999 , 4:196
-200.
(编辑:李　川)
73　第 1期　 赵　锦等:离体条件下进行治疗枣疯病药物筛选的可行性研究