全 文 ： 综述与专论
生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2006年增刊
非生物因素诱导马铃薯抗真菌病害研究的新进展
蒋继志 1 刘洋 1 杨发茂 2 梁宁 3
( 1 河北大学生命科学学院, 保定 071002;
2河北任丘市农业局植保站, 任丘 062550; 3河北大学 图书馆, 保定 071002 )
摘 要: 真菌病害是限制马铃薯生产的主要因素之一。生产中控制马铃薯真菌病害的主要手段是喷施化
学杀菌剂。随着揭示植物抗病性机理的逐步深入, 利用生物或非生物因子诱导植物、使其增强抗病性的研究已
取得许多令人瞩目的成果, 结合本研究室的一些研究工作, 着重介绍了利用非生物因素诱导马铃薯抗真菌病害
研究的一些新进展, 同时就利用非生物因子控制马铃薯真菌病害的前景及存在问题进行了讨论。
关键词: 马铃薯 真菌病害 非生物因素 诱导抗病
Advances of Resistance Induced in Potato Against
Fungi D iseases by Abiotic Factors
Jiang Jizh i
1 L iu Yang1 Yang Famao2 Liang N ing3
( 1Colleg e of Life SciencesH ebei University, Baoding 071002;
2Renqiu P lant Pro tection Institute of Agr icu ltural Bureau of H ebei Province, Renqiu 062550;
3L ibrary of H ebei University, Baod ing 071002)
Abstrac:t D iseases caused by som e fung i are one o f the cardina l lim iting factors that destroy the po tato production.
The chem istry germ icides a re stillm a in way to contro l these d iseases currently. Som e b io tic and ab io tic inducers w ere used
to induce res istance in plan ts and the rem arkable ach ievements were obta ined recently, as the develop ing research on the
m echan ism of system atic acqu ired resistance in p lants. Th is pape r rev iewed the advances o f resistance induced in potato a-
ga inst fung i d iseases w ith abiotic facto rs, and the pro spect and prob lem s w ere a lso discussed.
Key words: Pota to Fung i disease Abiotic inducer Induced res istance
基金项目: 河北省自然科学基金资助项目 ( 300081) , 河北省省级重点学科生物工程资助项目
作者简介: 蒋继志 ( 1960-) , 男, 宁夏中宁人, 教授, 博士生导师, 研究方向: 植物诱导抗病性, Te:l 13032028223
茄科茄属马铃薯栽培种 ( Solanum tuberosum
L. ) , 为一年生草本块茎植物, 是世界四大粮食作
物之一。我国每年种植马铃薯约 7 500万亩, 年产
量约 6 500万吨, 居世界第一, 并且需求量还在不
断增加。但在马铃薯生产中, 真菌病害时有发生,
常给生产带来巨大损失。为控制及减轻病害的发
生, 提高马铃薯的产量和品质, 人们不断加大对马
铃薯真菌病害的防治力度。在生产中化学防治仍然
是主要手段, 但化学杀菌剂污染环境、病原菌产生
抗药性等问题日益突出, 新的病害防治途径的探讨
迫在眉睫 [ 1]。近年来, 利用生物或非生物因子作
为激发子或诱导物, 诱导马铃薯抗真菌病害的研究
已取得了一定的成果。本文结合本研究室近些年来
的研究工作 [ 2] , 着重介绍利用非生物因素诱导马
铃薯抗真菌病害研究的一些新进展, 同时就利用非
生物因子控制马铃薯真菌病害的前景及存在问题进
行了讨论。
1 化学因子诱导马铃薯对真菌病害的抗性
自从 Mller ( 1940) 使用致病疫霉 (Phy toph-
thora infestansMont de Bary) 非亲和小种处理马铃
薯, 获得对致病小种的抗病反应以来 [ 3] , 利用激
活植株的天然防御机制来防治病害已成为植物病理
生物技术通报 B iotechnology Bulletin 2006年增刊
学领域中的一个研究热点。有报道表明植物诱导抗
病性有广谱、持久、稳定、无污染等特点, 利用潜
力很大。诱导抗病性的因子, 主要有非生物和生物
两大类。其中非生物因子主要有化学物质 (如重
金属盐、抗生素、水杨酸、脂多糖、不同 pH 值
等 ) 和物理因素 (如低温处理、高温处理、紫外
线、机械伤害等 ) , 这些非生物因子在诱导多种植
物抗病方面已得到初步证实 [ 4]。
1. 1 水杨酸
水杨酸 ( sa licy lic acid, SA ) 在许多植物的系
统中获得抗病性的信号作用已被证实, 但它在马铃
薯诱导抗病性方面的作用却不明确 [ 5] , 可能是前
者体内本身所含有的内源 SA的量较低, 例如烟草
和拟南芥中通常不到 50ng /g fw, 当植物受到外界因
素刺激后内源 SA的量达到一定程度, 对这些植物
来说可能是一种敏感程度, 内源 SA即可发挥信号
作用; 而后者如番茄、大豆、水稻和马铃薯中所含
有的量远远超过烟草和拟南芥, 其中马铃薯中所含
SA的量是烟草和拟南芥的 40~ 100倍, 这些植物
本身对 SA已不敏感, 既使受到外界刺激, 内源 SA
的量再增加, SA也可能不能起到信号作用, 或者
至少不能单独起到信号作用。因此, 在花生四烯酸
诱导的马铃薯块茎的过敏性反应及对晚疫病和早疫
病的系统抗性 ( system ic acqu ired resistance, SAR )
中, 虽然检测到在诱导处理的局部组织中 SA有明
显增加, 但未处理的系统组织中 SA却无明显变
化 [ 6] , 甚至外施 SA虽能诱导马铃薯体内致病相关
蛋白基因 ( pathogenesis-related protein genes. PR )
表达, 却不能使马铃薯产生对晚疫病的 SAR[ 6 ]。
进一步研究表明, 表达水杨酸羟化酶的转基因马铃
薯与野生型植株相比, 内源 SA的含量急剧下降,
但转基因植株对晚疫病菌的感病性没有显著增加,
表明高水平的内源 SA含量并不能持续增加其抗病
性, 由于用花生四烯酸不能诱导转基因植株对晚疫
病的 SAR, 又显示出在马铃薯对晚疫病的 SAR中,
SA可能起着十分重要的作用 [ 7]。相类似的报道是
用一种寡聚肽 Pep-13诱导处理的马铃薯叶片中,
野生型植株表现活性氧迸发和细胞死亡, 同时检测
到 SA含量明显增加, 而表达 SA羟化酶的转基因
植株无上述现象。由于 SA本身并不引起细胞坏
死, 因而认为 SA对活性氧迸发和细胞死亡过程可
能是必需的 [ 8]。并由此认为在由花生四烯酸诱导
的 SAR中, 局部防卫反应的发生与 SA无关, 而系
统性反应则可能需要 SA的参与 [ 8]。
Lee等报道乙酰 SA对马铃薯块茎中的过敏性
反应及植保素的积累有抑制作用 [ 9] , 用乙酰 SA和
花生四烯酸混合液处理后组织变褐程度 ( 2级 ) 及
植保素 rish itin的积累量 ( 17. 6g /g fw ), 均显著
低于单独用花生四烯酸的处理 (分别为 4级和 26.
8g /g fw ) , 随着乙酰 SA和花生四烯酸混合液中乙
酰 SA的浓度增加, 上述抑制作用更加明显。而本
研究室以 7种浓度的 SA处理致病疫霉, 发现对致
病疫霉的生长均无抑制作用; 使用同样 7种浓度的
SA处理马铃薯块茎后, 在浓度为 100g /mL 和
345g /mL SA处理的块茎上, 致病疫霉菌丝生长
很少或不生长, 表现出显著的抗病性; 用浓度为
100g /mL和 345g /mL SA处理马铃薯植株后接种
致病疫霉, 处理植株的病情指数明显低于对照。经
100g /mL SA处理后, 块茎和植株中过氧化物酶
( POD)、超氧化物歧化酶 ( SOD ) 活性升高, 块
茎中有新的 POD同工酶带出现, 抗坏血酸过氧化
物酶 ( APX ) 活性降低 [ 10]。同时发现外施 SA可
增强马铃薯块茎对逆境的忍耐能力, 抗冷、抗热、
抗盐碱能力增强 (未发表 )。
1. 2 植物激素类物质
乙烯和茉莉酸甲酯在诱导拟南芥等植物的
SAR中已有许多报道, 但在诱导马铃薯的 SAR中
的报道却十分有限 [ 3]。不过, 脱落酸 ( ABA )、茉
莉酸 ( JA ) 及其衍生物茉莉酸甲酯 ( M eJA ) 在马
铃薯植株中、尤其是植株受到伤害后的信号作用早
已被证实 [ 11] , Godoy等使用脱落酸 ( ABA ) 和茉
莉酸甲酯 (M eJA ) 处理马铃薯块茎时, 发现可促
进 Cycloph ilins ( CyPs) 的表达, 在浓度为 10 ~
100M范围内, 随着 ABA和 M eJA浓度的增加,
StCyP mRNAs积累量增加, 他们认为此类蛋白是
植物 SAR建立过程中信号转导途径的重要组成部
分 [ 11]。
13 pH值及磷酸盐
王清等的研究表明, pH对马铃薯多酚氧化酶
( PPO ) 活性具有明显的影响, 块茎、芽以及愈伤
80
2006年增刊 蒋继志等: 非生物因素诱导马铃薯抗真菌病害研究的新进展
组织 PPO活性均以 pH5~ 55之间为最高 [ 12]。PPO
与植物的防卫反应及抗病性密切相关, 通常被用作
衡量植物体内防卫反应的重要指标。Lyon等报道
磷酸盐可诱导马铃薯植株对致病疫霉的抗性 [ 13 ] ,
本研究室用 pH 5的磷酸缓冲溶液处理马铃薯块茎
20m in, 发现可显著增强其对立枯丝核菌 (Rh izoc-
tonia solani) 侵染的抵抗能力, 且能够同时抵抗其
它几种供试病原真菌的侵染 [ 2]。蒋家珍等也发现
寡聚糖对立枯丝核菌有抑制作用, EC50为 001% ,
并认为借助寡聚糖作用于植物时所产生的诱导抗
性、以及生长调节作用, 这三者协同可达到理想的
防病效果 [ 14]。
14 其它化学物质
有报道表明, 氯化汞 [ 15]、氧化氮 [ 16]处理均可
诱导马铃薯块茎中植物保卫素的产生与积累, M as-
toparan (一种化学物质 ) 可以激活马铃薯块茎中
磷脂酶的活性 [ 17] , 从而对病原真菌的侵入产生抗
性。花生四烯酸 [ 18]、 DL-3-氨基丁酸 ( BABA ) [ 19]
均可诱导马铃薯块茎对致病疫霉的系统抗性,
BABA是一种非蛋白氨基酸, 在自然界中极少存
在, 能使植物细胞壁发生共价改变, 抵抗病原菌的
侵染。此外, 苯并噻二唑 ( benzo th iadiazo le, BTH )
处理马铃薯叶片, 几乎可完全抑制茄链格孢 ( Al-
ternaria solani ) 在叶片上的生长, 同时促进叶片中
-1, 3-葡聚糖酶活性升高 [ 20 ] , 明显增强马铃薯对
早疫病的抗性。
2 物理因素诱导马铃薯对真菌病害的抗性
Doke等报道过冷或过热刺激、机械损伤、紫
外线照射等物理因子协迫下, 均可诱发马铃薯组织
中超氧阴离子 ( O 2 - ) 的迸发及超氧化物歧化酶
( SOD) 活性的增加 [ 21] , 并由此增强了马铃薯对致
病疫霉的抗性。Ramamurth报道用 射线照射受机
械损伤的马铃薯块茎可促进块茎中木质素的合
成 [ 22] , 有利于抗病性的提高。本研究室研究表明,
温度 ( 35 、 4h )、紫外线 (照射距离 30cm、
15m in)、连续黑暗 ( 48h) 等物理因素分别处理马
铃薯块茎, 均可使块茎对立枯丝核菌的侵染产生显
著的的抗性, 同时对供试的其它几种病原真菌的侵
染也表现出了显著的抗性, 表明这些物理因素处理
后的马铃薯块茎可能具有一定的广谱抗病性 [ 2 ]。
3 非生物因子直接控制马铃薯真菌病害
非生物因子除诱导马铃薯增强对真菌病害的抗
性外, 还可直接用于控制马铃薯真菌病害, 如热处
理、化学物质浸种等。将种薯 45 预浸 1m in, 再
放入 60 温水浸 15m in[ 23]对晚疫有一定抑制作用。
化学物质进行种薯浸种, 可减少田间中心病株, 使
病害发生期明显推迟。 Errampalli等用 500ppm 次
氯酸钠浸泡马铃薯种薯 8m in, 能杀死块茎表面大
部分的立枯丝核菌 [ 24]。Tw edde ll等将接种茄长蠕
孢 (H elm inthosp oium solani) 的马铃薯块茎置于密
闭气室中, 用氯气 20mg /L ) 处理 2d可有效控制银
腐病 ( silver scurf) 的发生 [ 25 ]。A fek等研究发现在
马铃薯贮藏期喷洒 10%过氧化氢也可控制银腐病
的发生 [ 26]。
4 结束语
迄今为止, 马铃薯真菌病害的防治手段仍然以
化学杀菌剂为主。非生物因素尤其是非生物诱抗剂
的研究还非常有限, 一方面真正能用于生产有效防
治马铃薯真菌病害的诱导物还很少, 另一方面对诱
导马铃薯 SAR中的信号分子及其作用方式还不明
确。因此极大的限制了生物及非生物诱抗剂诱导马
铃薯抗真菌病害的应用。今后应注重以下几个方面
的研究: ( 1) 筛选更多有实际应用效果的诱导物;
( 2) 明确 SA在诱导马铃薯局部抗病和系统抗病中
的具体作用; ( 3) 除 SA以外的信号分子种类及作
用方式的阐明; ( 4) 非生物诱抗剂和生物诱抗剂
在诱导马铃薯抗病性中的相互关系; ( 5) 非生物
诱抗剂在诱导马铃薯抗病中对马铃薯自身的毒害作
用等。随着对马铃薯诱导抗病性中诱导因子的筛
选、作用机理、及信号传导途径的深入了解, 相信
在未来的马铃薯真菌病害的防治中, 非生物诱导因
子的应用潜力会得到进一步挖掘, 并在更大范围内
得到相应的利用, 最终达到逐步减少或完全杜绝化
学杀菌剂的使用, 为马铃薯生产的可持续发展发挥
应有的作用。
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(上接第 78页 )
材料的筛选, 通过与实力雄厚的育种单位合作, 及
时掌握杂交棉研究最新动态, 尽可能选用最新最优
良的超高产杂交棉的恢复系和保持系进行遗传转
化, 以确保获得的转基因恢复系和不育系能在生产
上直接发挥重要作用, 而不仅仅是中间材料。另一
方面, 常规育种科技人员也应该高度重视现代基因
工程在解决常规育种面临的重大难题方面的强大威
力, 主动将配合力突出的恢复系和保持系用于基因
工程改良, 以使培育的杂交棉新组合更加符合
高产、优质、多抗 育种目标。只有 团结协
作, 联合攻关, 才能加快我国杂交棉基因工程产
业化的进程, 也才能加快包括育种研究在内的整个
杂交棉产业升级。
参 考 文 献
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