全 文 :西北农业学报 2014,23(2):49-54
Acta Agriculturae Boreali-occidentalis Sinica doi:10.7606/j.issn.1004-1389.2014.02.010
网络出版时间:2014-02-23
网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/doi/10.7606/j.issn.1004-1389.2014.02.010.html
南方根结线虫侵染对豇豆叶部和根系
部分生理生化指标的影响
收稿日期:2013-03-22 修回日期:2013-05-14
基金项目:国家自然科学基金(31000845);甘肃省自然科学基金(1107RJZA236)。
第一作者:李青青,女,硕士,助理研究员,从事植物病害研究。E-mail:76.LQQ@163.com
通信作者:李继平,男,博士,研究员,从事植物病害研究。E-mail:gslijp@163.com
李青青1,漆永红1,曹素芳2,李敏权1,杜 蕙1,李继平1
(1.甘肃省农业科学院 植物保护研究所,兰州 730070;2.甘肃省农业科学院 林果花卉研究所,兰州 730070)
摘 要 为了明确豇豆受到根结线虫侵染后所引起的植株叶片和根系丙二醛(MDA)、脯氨酸(Pro)、可溶性
糖、可溶性蛋白含量及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性的动态变化规律,
在盆栽条件下,采用人工接种的方法测试南方根结线虫侵染对豇豆叶部和根系部分生理生化反应的影响。结
果表明,南方根结线虫侵染后,病根脯氨酸(Pro)和丙二醛(MDA)含量、过氧化氢酶(CAT)活性均高于健康
根,而过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)活性低于健康根。同时,受根结线虫侵染,病叶可溶性糖、
可溶性蛋白、丙二醛的含量均高于健康叶片,而过氧化物酶活性低于健康叶片。
关键词 豇豆;南方根结线虫;生理生化反应
中图分类号 S642.2 文献标志码 A 文章编号 1004-1389(2014)02-0049-06
Effect of Root-knot Nematode(Meloidogyne incognita)
Infection on some Physiological and Biochemical Reactions
of Cowpea Seedling Leaves and Roots
LI Qingqing1,QI Yonghong1,CAO Sufang2,LI Minquan1,DU Hui 1 and LI Jiping1
(1.Institute of Plant Protection,Gansu Academy of Agricultural Sciences,Lanzhou 730070,China;
2.Institute of Fruit and Floriculture Research,Gansu Academy of Agricultural Sciences,Lanzhou 730070,China)
Abstract In order to determine the dynamic variation rules of Pro,MDA,soluble sugar,soluble pro-
tein content,POD,SOD and CAT activity in cowpea seedling leaves and roots after root-knot nema-
tode infection,some physiological and biochemical reactions were tested in pot culture condition with
an inoculation method.The results showed that Pro,MDA and CAT activity in diseased roots were
higher than that in healthy roots after root-knot nematode infection,while POD and SOD activity were
lower in diseased roots.Meanwhile,soluble sugar,soluble protein and MDA content in diseased leav-
es were higher than that in healthy leaves,but POD was lower in diseased leaves.The results present
a theoretical base for ascertaining some physiological and biochemical mechanism of root-knot nema-
tode infection,and screening resistant resource of cowpea against root-knot nematode.
Key words Cowpea;Meloidogyne incognita ;Physiological and biochemical reaction
豇豆(Vigna unguiculata Walp)为豆科一年
生草本植物,是中国设施栽培的主要蔬菜之一,连
年种植造成严重的连作障碍。根结线虫病是豇豆
生产区普遍发生的主要病害之一,危害呈逐年上
升趋势,严重影响豇豆的产量与品质[1]。
根系是植物吸收水分和养分的主要器官,也
是物质同化、转化和合成的器官,根系的生长发育
和活力直接影响植物个体的生长和发育、营养水
平和产量品质。根结线虫侵染后刺激根形成巨型
细胞,直接损坏根细胞的结构,破坏根的活力并阻
碍矿质营养及水分的运输,导致植株会产生一定
的生理生化变化。目前,一些学者对番茄、黄瓜、
生姜、西葫芦等蔬菜受到根结线虫危害后其生理
生化的变化情况进行研究[2-5],但有关豇豆受根结
线虫侵染后其生理生化指标的变化,国内未见报
道。为了进一步明确豇豆受到根结线虫侵染所引
起的植株生理生化反应规律,本试验测定根结线
虫侵染后豇豆叶片和根系中丙二醛(MDA)、脯氨
酸(Pro)、可溶性糖、可溶性蛋白含量以及超氧化
物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢
酶(CAT)活性的动态变化,以期探讨根结线虫对
豇豆侵染的生理生化机制,为抗根结线虫豇豆筛
选提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材 料
供试豇豆:品种为高产王4号,购买于当地市
场。将基质[m(沙)∶m(泥炭土)=1∶2]经
120℃高温灭菌2h后,放置在塑料盆(15cm×
20cm)内,2012-02-01播种豇豆,每盆1株,种植
完放入温室。
供试线虫:采自甘肃省武威市发放镇日光温
室内发病的番茄根系,经鉴定后确定为南方根结
线虫[6]。采用Giannakou等[7]的方法,将病根洗
净,在解剖镜下从番茄根系挑取新鲜卵囊,放入直
径9cm的培养皿内,在w=0.5%次氯酸钠表面
消毒3min,无菌水洗3次后放入24孔培养板中,
在室温25℃左右孵化2龄幼虫。
1.2 接 种
3月10日在豇豆根系周围用玻璃棒打孔,每
盆3孔,将孵化出的2龄幼虫注入孔中,接种量为
每株2 000条,然后覆土1cm左右,对照植株注
入清水,接种后放入温室进行常规肥水管理。
1.3 取样与生理生化指标测定
在接种后20、40、60、80d分别采集接种线虫
和未接种线虫豇豆叶片和根系各5株,叶片取植
株中上部功能叶,根系取幼嫩的根,于-20℃保
存,用于各项生理生化指标测定。生理指标包括
丙二醛(MDA)、脯氨酸(Pro)、可溶性糖、可溶性
蛋白;生化指标包括超氧化物歧化酶(SOD)、过氧
化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)。SOD活性测
定采用NBT光化还原法[8],POD活性测定采用
愈创木酚氧化法[9],CAT活性测定采用紫外吸收
法[10],MDA含量测定采用硫代巴比妥酸显色
法[11],脯氨酸(Pro)含量采用酸性水合茚三酮显
示法[11],可溶性糖含量测定采用蒽酮法[11],可溶
性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250[11]。
1.4 数据统计分析
采用唐启义等[12]的实用统计分析及其DPS
处理系统分析数据,用 Duncan’s新复极差法检
验差异显著性。
2 结果与分析
2.1 脯氨酸(Pro)含量测定结果
从图1看出,接种20、40、60和80d后,健康
叶中的脯氨酸含量分别为0.002 1、0.002 3、
0.003 1和0.000 8g/kg,病叶中的脯氨酸含量依
次为0.003 2、0.000 5、0.001 7和0.001 3g/kg,
健康叶和病叶中脯氨酸的含量在各个时期变化不
稳定。接种20、40、60和80d后,健康根中的脯
氨酸含量分别为0.001 2、0.001 5、0.006 9和
0.003 3g/kg,病根中的脯氨酸含量依次为0.002
0、0.002 8、0.002 9和0.004 2g/kg。病根中的
脯氨酸含量一直呈上升趋势,健康根中的脯氨酸
含量第60天达高峰后下降;除第40天外,其他各
个时期病根中脯氨酸的含量均高于健康根。
2.2 可溶性糖含量测定结果
从图2看出,接种20、40、60和80d后,健康
叶中的可溶性糖含量分别为0.050、0.010、0.031
和0.053g/kg,病叶中的可溶性糖含量依次为
0.056、0.049、0.045和0.036g/kg。除第80天
外,其他各个时期病叶中可溶性糖含量高于健康
叶。接种20、40、60和80d后,健康根中的可溶
性糖含量分别为0.054、0.012、0.036和0.005
g/kg,病根中的可溶性糖含量依次为 0.003、
0.016、0.003和0.01g/kg。不同时期,健康根和
病根中的可溶性糖含量变化不稳定,只有第20、
60天健康根的可溶性糖含量高于病根外,其他各
时期内均低于病根。
·05· 西 北 农 业 学 报 23卷
不同小写字母表示差异显著(P<0.05),下同 The different smal letters mean significant difference(P<0.05),the same hereinafter
图1 南方根结线虫侵染下豇豆叶片和根系的Pro含量
Fig.1 Pro content of cowpea leaves and roots under the infection of M.incognita
图2 南方根结线虫侵染下豇豆叶片和根系的可溶性糖含量
Fig.2 Soluble sugar content of cowpea leaves and roots under the infection of M.incognita
2.3 可溶性蛋白含量测定结果
从图3看出,接种20、40、60和80d后,健康
叶中的可溶性蛋白含量分别为47.33、34.92、
17.63和33.40mg/g,病叶中的可溶性蛋白含量
依次为60.87、60.13、47.26和47.02mg/g。随
着时间延长,健康叶和病叶中的可溶性蛋白含量
一直呈现下降趋势,而病叶中可溶性蛋白含量高
于健康叶。接种20、40、60和80d后,健康根中
的可溶性蛋白含量分别为14.01、21.02、18.74和
14.57mg/g,病根中的可溶性蛋白含量依次为
10.50、19.83、19.12和25.22mg/g。前40d,病
根中的可溶性蛋白高于健康根,其他各个时期内
病根的可溶性蛋白均低于健康根。
2.4 丙二醛(MDA)含量测定结果
MDA是膜质过氧化分解的产物,植物的逆
境胁迫与体内 MDA的积累有关。从图4看出,
接种20、40、60和80d后,健康叶中的丙二醛含
量分别为0.004、0.011、0.012和0.008μmol/g,
病叶中的丙二醛含量依次为0.008、0.007、0.016
和0.013μmol/g。健康叶和病叶中的丙二醛含
量呈现上升趋势,而病叶中丙二醛含量高于健叶。
接种20、40、60和80d后,健康根中的丙二醛含
量分别为0.013、0.017、0.020和0.019μmol/g,
病根中的丙二醛含量依次为0.014、0.016、0.025
和0.019μmol/g。前60d内,健康根和病根中的
丙二醛含量呈现上升趋势,而病根中丙二醛含量
略高于健康根。
2.5 过氧化物酶(POD)活性测定结果
从图5看出,接种20、40、60和80d后,健康
叶中的过氧化物酶活力分别为445.31、48.24、
·15·2期 李青青等:南方根结线虫侵染对豇豆叶部和根系部分生理生化指标的影响
图3 南方根结线虫侵染下豇豆叶片和根系的可溶性蛋白含量
Fig.3 Soluble protein content of cowpea leaves and roots under the infection of M.incognita
图4 南方根结线虫侵染下豇豆叶片和根系的 MDA含量
Fig.4 MDA content of cowpea leaves and roots under the infection of M.incognita
14.14和16.75U/(g·min),病叶中的过氧化物
酶活力依次为508.87、38.77、81.60和282.47
U/(g·min),病叶中过氧化物酶的活力呈现下降
趋势,除第40天外,其他各时期病叶中的过氧化
物酶活力均低于健康叶。接种20、40、60和80d
后,健康根中的过氧化物酶活力分别为410.49、
33.59、150.02和28.76U/(g·min),病根中的
过氧化物酶活力依次为102.97、28.35、65.76和
24.21U/(g·min),各个时期病根中过氧化物酶
的活力均低于健康根。
2.6 过氧化氢酶(CAT)活性测定结果
从图6看出,接种20、40、60和80d后,健康
叶中的过氧化氢酶活力分别为0.14、0.12、0.13
和0.08mg/(g·min),病叶中的过氧化氢酶活力
依次为0.07、0.13、0.08和0.09mg/(g·min)。
健康叶中的过氧化氢酶活力在各个时期呈现下降
趋势,而病叶中过氧化氢酶活力的活力变化不稳
定。接种20、40、60和80d后,健康根中的过氧
化氢酶活力分别为0.07、0.07、0.06和0.08
mg/(g·min),病根中的过氧化氢酶活力依次为
0.08、0.04、0.06和0.20mg/(g·min)。健康根
和病根中的过氧化氢酶活力在各个时期呈现上升
趋势,病根中的过氧化氢酶高于健康根。
2.7 超氧化物歧化酶(SOD)活性测定结果
从图7看出,接种20、40、60和80d后,健康
叶中的超氧化物歧化酶活力分别为 256.85、
102.38、218.48和228.19U/g,病叶中的超氧化
物歧化酶活力依次为243.58、254.74、245.50和
205.58U/g。各个时期,病叶和健康叶中的超氧
化物歧化酶变化不稳定。接种20、40、60和80d
后,健康根中的超氧化物歧化酶活力分别为
218.88、248.25、206.18和208.76U/g,病根中
的超氧化物歧化酶活力依次为184.31、254.33、
171.34和194.38U/g。除第40天外,其他各个
时期病根中超氧化物歧化酶活力均低于健康根。
·25· 西 北 农 业 学 报 23卷
图5 南方根结线虫侵染下豇豆叶片和根系的POD活力
Fig.5 POD activity of cowpea leaves and roots under the infection of M.incognita
图6 南方根结线虫侵染下豇豆叶片和根系的CAT活力
Fig.6 CAT activity of cowpea leaves and roots under the infection of M.incognita
图7 南方根结线虫侵染下豇豆叶片和根系的SOD活力
Fig.7 SOD activity of cowpea leaves and roots under the infection of M.incognita
3 讨 论
脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白是重要的渗
透调节物质,在植物抗逆过程中其可以保持原生
质体与环境的渗透平衡[13]。Davies等[14]研究表
明,脯氨酸可以作为植株抗逆性的生理生化指标,
·35·2期 李青青等:南方根结线虫侵染对豇豆叶部和根系部分生理生化指标的影响
在正常条件下脯氨酸活力很低,植株受到胁迫后
脯氨酸活力升高,以提高细胞渗透势。本试验表
明,豇豆受到南方根结线虫侵染后,其病根中脯氨
酸活力高于健康根,说明脯氨酸对根结线虫危害
较敏感,其作为一种非酶类保护物质在豇豆抗胁
迫过程中起到重要作用。根结线虫危害豇豆后,
导致病株叶片中可溶性糖活力升高,这可能是根
结线虫危害根后,使得根的传导营养和水分的功
能受阻,叶片光合作用减弱,叶片光合产物输出受
阻,从而导致叶片可溶性糖的积累。
丙二醛(MDA)是细胞膜质中不饱和脂肪酸
发生过氧化作用的最终产物之一,它可强烈地与
细胞内许多成分发生反应,使多种酶和膜系统遭
受严重损伤,其活力的高低在一定程度上代表细
胞膜的损伤程度和植物对逆境反应的强弱[15]。
在本试验所研究的接虫量范围内,病根和病叶中
的 MDA活力呈上升趋势,且明显高于健康根和
叶,表明随着线虫侵染进程增加,细胞膜损伤逐渐
加大。
细胞膜系统普遍被认为是植物遭受伤害的敏
感部位,SOD是植物体内清除自由基的最关键酶
之一,POD是细胞内一种重要的防御酶,CAT是
一种重要的内源活性氧清除剂,这些活性酶的变
化能反映植物对逆境胁迫的变化[16]。本试验中,
根结线虫侵染后,病根过氧化氢酶(CAT)活性均
高于健康根,而过氧化物酶(POD)和超氧化物歧
化酶(SOD)活性低于健康根。同时受根结线虫侵
染,病叶中过氧化物酶活性低于健康叶片。
Reference(参考文献):
[1] FU Yanping(付艳平),WANG Mingzu(王明祖),ZENG
Fantao(曾凡涛).Control effect of Paecilomyces lilacinus
strain 36-1 on root-knot nematode [J].Journal of
Changjiang Vegetables(长江蔬菜),1998(10):17(in Chi-
nese with English abstract).
[2] GUO Yanyin(郭衍银),WANG Xiufeng(王秀峰),XU Kun
(徐 坤),et al.Effect of Meloidogyne incognita on the
physiological and chemical changes in ginge[J].Acta Phy-
topathologica Sinica(植物病理学报),2005,35(1):49-54
(in Chinese with English abstract).
[3] LI Hua(李 华),HE Hongjun(贺洪军),GAO Fengju(高
凤菊),et al.Effects of root-knot nematode on the physio-
logical and biochemical indexes in cucumber seedling grafted
on diferent rootstocks [J].Chinese Agricultural Science
Buletin(中国农学通报),2010,26(11):250-253(in Chi-
nese with English abstract).
[4] LI Yuanyuan(李媛媛),LU Lixin(鲁丽鑫),WANG Binlin
(王冰林).Effects of Meloidogyne incognita on the activi-
ties of protective enzymes and superoxidation of membrane
lipid in solanum lycopersicum[J].Journal of Weifang Uni-
versity(潍坊学院学报),2011,11(6):73-76(in Chinese
with English abstract).
[5] HAO Shuqin(郝树芹),LIU Shiqi(刘世琦),ZHANG Zikun
(张自坤).Effect of squash silverleaf on physiological,bio-
chemical and volatile components in summer squash leaves
[J].Acta Agriculturae Boreali-occidentalis Sinica(西北农业
学报),2010,19(10):141-145(in Chinese with English ab-
stract).
[6] GAO Yun(高 赟),QI Yonghong(漆永红),LIU Yong-
gang(刘永刚),et al.Identification of the root-knot nema-
tode on tomato in Hexi region of Gansu Province[J].Plant
Protection(植物保护),2009,35(3):127-129(in Chinese
with English abstract).
[7] Giannakou I O,Karpouzas D G,Anastasiades I,et al.
Factors affecting the efficacy of non-fumigant nematicides
for controling root-knot nematodes[J].Pest Management
Science,2005,61:961-972.
[8] LI Hesheng(李合生).The Principle and Technology of
Plant Physiology and Biochemistry Experiment(植物生理
生化实验原理与技术)[M].Beijing:Higher Education
Press,2000:167-169(in Chinese).
[9] ZHAO Shijie(赵世杰),LI Dequan(李德全).Modern Plant
Physiology Experiment(现代植物生理学实验指南)[M].
Beijing:Science Press,1999:305-306(in Chinese).
[10] WANG Zongli(汪宗立).Physiological studies on salt-tol-
erance in rice[J].Jiangsu Journal of Agricultural Sciences
(江苏农业学报),1990,6(2):1-6(in Chinese with English
abstract).
[11] ZOU Qi(邹 琦).Guidance of Plant Physiology and Bio-
chemistry Experiment(植物生理生化实验指导)[M].Bei-
jing:Higher Education Press,1995(in Chinese).
[12] TANG Qiyi(唐启义),FENG Mingguang(冯明光).DPS
Data Processing System(实用统计分析及其DPS数据处
理系统)[M].Beijing:Science Press,2002(in Chinese).
[13] PAN Ruizhi(潘瑞炽),LI Nianghui(李娘辉),WANG Xi-
aoqing(王小箐).Plant Physiology(植物生理学)[M].Bei-
jing:Higher Education Press,2001(in Chinese).
[14] Davies W J,Tardieu F,Trejo C L.How do chemical sig-
nals work in plants that grow in drying soil[J].Plant
Physiology,1994,104:309-314.
[15] MAO Peili(毛培利),CAO Banghua(曹帮华),ZHANG
Mingru(张明如).Effect of drought stress on activity of
cel defensive enzymes in Robinia pseudoacac[J].Journal
of Inner Mongolia Agricultural University(内蒙古农业大
学学报),2004,25(1):106-108(in Chinese with English
abstract).
[16] YANG Shushen(杨淑慎),GAO Junfeng(高俊凤).Influ-
ence of active oxygen and free radicals on plant senescence
[J].Acta Botanica Boreali-occidentalia Sinica(西北植物学
报),2001,21(2):215-220(in Chinese with English ab-
stract).
·45· 西 北 农 业 学 报 23卷