全 文 ：紫外线 (UV)照射禾顶囊壳
生物学效应的研究 3
袁红旭　商鸿生
(西北农业大学植物保护系　杨陵　712100)
紫外线照射禾谷顶囊壳 ( Gaeum annom yces gram i nis var. Tritici)的子囊孢子 ,孢
子存活率随照射剂量的增加而呈指数下降 ,剂量效应关系式符合 S = e - λD ( S 为存
活率 ; D 为照射剂量) 。受 UV 照射后 ,孢子萌发率也随照射时间增加呈指数下降 ,
处理孢子可产生各种畸形芽管 ;形态正常的芽管也较对照生长缓慢。研究结果还表
明 ,紫外照射后 ,病菌出现细胞壁破裂和细胞质外渗现象 ,这种现象随着照射剂量增
加而增加。紫外线处理使一些孢子致病性下降。在一定剂量范围内 ,延长照射时间
可增加弱致病性突变体出现的几率 ,但过大剂量的辐射则降低了这一几率。照射时
间为 110～115min ,即存活率为 0115～0110 时 ,弱致病突变体出现的几率最大。
关键词 :紫外线 　禾顶囊壳 　生物效应
此文于 1997 年 11 月 23 日收到3 陕西省科技攻关项目
紫外线是波长 124nm～380nm 的非可见光 ,对生物有显著的致突变和致死效应 ,因而受
到广泛关注。对于原核生物和结构简单的病毒来说 ,紫外线主要作用于 DNA 上 ,在 DNA 链
上形成嘧啶双聚体 ,使被照射生物死亡。对结构复杂的真核生物的研究发现 ,紫外线可以引起
形态学、生理学、生物化学等一系列变化 ,有更为广泛的生物学效应[1 ,3 ,4 ,6 ,7 ,8 ] 。目前关于紫外
线照射的生物学效应在高等植物和高等动物中已有较多报道[4 ,6 ] 。尽管紫外线经常用于真菌
诱变育种 ,但其对真菌作用的生物学效应的研究报道却很少。
禾顶囊壳是重要的植物病原真菌 ,能引起农作物全蚀病 ,造成极大的经济损失。目前国内
外关于紫外线对植物病原真菌的生物学效应研究报道极少。为此 ,我们利用人工紫外灯照射 ,
对紫外线辐照后小麦全蚀病菌的存活、孢子萌发、致病性等特性的变化进行了研究。
1 　材料和方法
111 　供试材料
供试菌种为本室 1996 年在宁夏采集的小麦全蚀病菌致病力强菌株 G80 ,经鉴定为禾谷顶
囊壳小麦变种[ Gaeum annom yces gram i nis (Sacc. ) Arx. & Olivier var. t ritici J . Walker ] ;供试
小麦品种为小偃 6 号 ;供试紫外灯管为 ZWS30W (上海金光灯具厂生产) 。
112 　照射剂量及处理方法
紫外灯管功率为 30W ,灯管与孢子间距 40cm ,电压 220V ,以不照射为对照。处理前 015h
49 　核 农 学 报　1999 ,13 (2) :94～99Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
打开紫外灯 ,处理时将子囊孢子配制成 110 ×105 个/ ml 的孢子悬浮液 ,将 10ml 孢子悬浮液放
入 500ml 烧杯中 ,照射同时用磁力搅拌器不断搅拌 ,于不同照射时间吸取孢子悬浮液 ,均匀涂
抹在 PDA 平板上或涂在 1 %蔗糖琼脂培养基的载玻片上 ,25 ℃黑暗条件下培养。
113 　生物学效应测量方法
以处理每 ml 孢子悬浮液可在 PDA 培养基上产生的菌落数与对照每 ml 孢子悬浮液可产
生菌落数之比 ,作为子囊孢子的相对存活率。处理后 25 ℃培养 48h ,芽管长度超过子囊孢子长
度的 1/ 4 计为孢子萌发。每处理计 200 个孢子。处理孢子萌发率与对照孢子萌发率之比为子
囊孢子相对萌发率。芽管长度和分枝数均以 48h 后未表现明显畸形的芽管最长分枝的长度及
其上的分枝数为记载标准。
114 　致病性测定
参照Blanch 的方法[11 ] ,每处理取 30 个存活的子囊孢子 ,分别在 PDA 上扩大培养 ,并制成
直径 1cm 的菌饼。于直径 10cm 的花盆中 ,装入灭菌土 ,接入菌饼 ,将小麦播在菌饼上 ,每盆 10
株 ,每个孢子重复 2 盆 ,同时以未经照射的 30 个子囊孢子为致病性对照 ;以不接种的为空白对
照。播种小麦后 ,放在 20 ℃自然光下培养。4wk 后称取地上部干重 ,以接种后平均每株的干
重损失代表孢子致病性。将处理孢子致病性与对照孢子平均致病性进行差异显著性测验 (置
信度为 0101) ,差异达到极显著水平的 ,认为其致病性发生变异。
2 　结果与分析
211 　子囊孢子存活曲线
禾顶囊壳子囊孢子的存活率与紫外线照射时间呈指数关系 ,其效应曲线 (图 12a)在半对数
坐标系为一直线 ,与 1 次击中模型一致 ,符合公式 S = e - λD ( S :存活率 ;λ:存活指数 , D :照射
时间) 。紫外线对子囊孢子的平均致死照射时间为 0161min ,存活指数λ= 1165min - 1 ,说明该
菌对紫外线较敏感。经卡方检验 , x 2 = 01022 < x 20105 = 14107 ,通过检验 ,表明禾顶囊壳子囊孢
子紫外线剂量效应可以用数学模型 S = e - 1165 D表示。
图 1 　禾顶囊壳子囊孢子存活曲线 (a)及萌发曲线 (b)
Fig. 1 　Survive curve (a) and germination curve (b) of UV radiated ascospores
59　2 期 紫外线 (UV)照射禾顶囊壳生物学效应的研究
212 　子囊孢子的萌发与芽管发育
随着紫外线照射时间的增加 ,子囊孢子的萌发率呈指数下降 (图 12b) 。在相同的照射时
间下 ,子囊孢子相对萌发率均高于存活率。由此可见 ,孢子萌发并不代表孢子存活。试验表
明 ,经紫外照射后 ,部分子囊孢子萌发后出现不正常的芽管 ,这些芽管生长一段时间后 (通常
48h)即停止发育 ,最终不能形成菌落。畸形芽管主要包括 3 种类型 : (1) 芽管卷曲 ; (2) 芽管粗
细不均 ; (3)芽管发育一段时间出现细胞壁破裂 ,原生质泄漏。随着照射时间的增加 ,畸形芽管
数增多。在大剂量照射下 (存活率小于 0105)时 ,可以观察到子囊孢子直接破裂的现象。
紫外线处理后 ,形态正常的芽管生长也较对照缓慢。辐射后保温培养 48h ,处理孢子的芽
管长度和分枝数均低于对照 (表 1) 。在存活率为 110～011 时 ,即照射 0～115min ,随着照射时
间的增加 ,芽管生长受抑制程度也迅速增大 ,但至照射时间为 115min 后 ,再延长照射时间这种
抑制程度增加的趋势不再显著。
表 1 　紫外线照射后保温培养 48h子囊孢子芽管长度和分枝数
Table 1 　The germ tuber length and branch number of UV treated ascospores in 48h
项　目
Item
照射时间
Time of UV radiation
(min)
010 015 110 115 210 215 310 410
芽管平均长度 15116 8513 5711 4516 4610 5012 4618 4215
Average length of germ tuber ±3315 ±2515 ±2913 ±2313 ±2418 ±2013 ±2013 ±1210
芽管平均分枝数 312 116 114 114 114 112 110 110
Average branch number of germ tuber (μm) ±114 ±111 ±013 ±012 ±012 ±012 ±010 ±010
213 　子囊孢子的致病性
紫外线照射小麦全蚀病菌子囊孢子后 ,出现孢子致病性降低的现象。这种致病性降低集
中表现在危害症状减轻 ,受侵小麦黑根面积下降 ,地上部干重损失减少 (表 2) 。
表 2 　受紫外照射禾顶囊壳子囊孢子致病性变化
Table 2 　Changes of pathogenicity in UV treated ascospores of G. gram i nis
项　目
Item
照射时间
Time of UV radiation
(min)
010 015 110 115 210 215 310
平均黑根面积 9015 8213 6015 5615 7211 8215 9013
Average area of black roots( %) ±1017 ±1814 ±2810 ±3118 ±2410 ±2013 ±1618
平均地上部干重损失 7012 6510 4217 3411 5010 6013 6212
Average loss of shoot dry weight ( %) ±518 ±1212 ±2014 ±2010 ±1515 ±1415 ±1215
弱致病力孢子率
Rate of mutant with weak pathogenicity ( %) 010 1617 5010 6617 3010 2010 1617
　　由表 2 可以看出 ,在照射时间 0～115min 范围内 ,随照射量的增加 ,出现弱致病性孢子的
几率也随之增加。如 015min 时 ,出现弱致病性突变的几率约为 1/ 6 ;110min 时约为 1/ 2 ;照射
115min (存活率为 011)时 ,近 2/ 3 的孢子致病力明显下降。但当照射时间延长到 210min 以上
时 (存活率约 0101) ,出现弱致病力突变体的几率随照射剂量的增加逐渐减少 ,如照射 210min
69 核　农　学　报 13 卷
时 ,弱致病突变体出现几率约为 1/ 3 ;215min 时为 1/ 5 ;310min 时约为 1/ 6。大剂量照射弱致
病突变体出现几率降低的原因可能是大剂量照射对病菌的致死作用更显著 ,使病菌 DNA 上
具有弱致病突变潜力的损伤得不到表现的结果。
图版 Ⅰ　紫外线照射禾顶囊壳后子囊孢子的不正常表现
11 对照子囊孢子及芽管 ;2131 子囊孢子及芽管产生的原生质泄漏现象 ;415161 孢子萌发产生的畸形芽管
Plate Ⅰ　Abnormal ascosporea and germ tubers of Gaeum annomyces graminis after UV radiation
11Ascospore and germ tubers of control ;2131Leaks of protoplasm in ascopore and
germ tuber ;415161Malformed germ tubers
79　2 期 紫外线 (UV)照射禾顶囊壳生物学效应的研究
3 　讨 　论
紫外线照射小麦全蚀病菌子囊孢子导致孢子失活 ,孢子萌发率降低并产生各种畸形芽管 ;
紫外线对病菌致病性影响显著 ,能导致孢子致病性下降。
紫外辐射小麦全蚀病菌子囊孢子的存活剂量效应曲线符合泊松分布 ,存活 —剂量关系式
为 S = e - 1165 D 。尽管孢子一般有 3～7 个分隔 ,多为细胞 ,但其剂量效应曲线为单击曲线 ,与
小麦冬锈菌的不同 ,而与同属子囊菌的单倍酵母菌的剂量效应曲线相类似[1 ,4 ] 。研究结果表
明 ,紫外线照射能够导致真菌细胞壁溶解。S urganarayanam [10 ]在研究紫外照射后Bot ryod2i2
plod ia theobcom ae 形态变化时 ,也观察到这一现象 ,并由此推测紫外线可以影响真菌细胞壁代
谢。本研究结果表明紫外照射后该菌出现畸形芽管及细胞破裂现象 ,这一现象在大剂量照射
时尤为明显。
紫外线照射强致病菌株 G80 ,可产生弱致病的突变体 ,这一现象在小麦全蚀病的生物防治
中有着积极的作用。笔者发现即使小剂量照射 (照射量为 10s ,存活率 0176) ,仍可诱发弱致病
性菌株产生。紫外线辐射致使病菌致病力降低的效应非常明显 ,如在照射量 115min (存活率
0101)时 ,有 6617 %的孢子致病性下降。试验结果还表明 ,在低剂量照射时 ,随着紫外照射剂
量的增加 ,诱导弱致病突变体的几率增加 ,但在大剂量照射时 ,则表现相反的趋势。在存活率
为 0110～0115 时 ,出现弱致病突变株的几率最大。苏兆众[5 ]在研究紫外线对细小病毒 H - 1
致突变效应中发现 ,在 1 个致死照射剂量下 ,细小病毒 H - 1 出现突变体的几率最高。他认为
虽然病毒的突变频率随照射剂量而增加 ,但高剂量射线对病毒的致死作用更显著 ,使病毒
DNA 上具有致突潜力的损伤不能表现。这一研究结果与笔者对小麦全蚀病菌弱致病突变株
出现几率的研究结果相类似。但井金学等[1 ]研究紫外线对小麦条锈病菌夏孢子作用的结果
表明 ,随着照射剂量的增加出现条锈菌致病力下降的趋势也越明显。植物病原真菌的致病性
是一个相当复杂的性状 ,显著不同于其它性状 ,以上不同的研究结果表明 ,紫外线诱导病菌致
病性变化可能存在几种不同的作用机制。
参 　考 　文 　献
1 　井金学 ,商鸿生 ,李振岐 1 紫外线照射对小麦条锈菌生物学效应的研究 1 植物病理学报 ,1993 ,23 (4) :229～304
2 　郝祥之 ,段剑勇 ,李林 ,等 1 小麦冬蚀病及其防治 ,上海 :上海科学出版社 ,1982. 1～31
3 　章名春 1 工业微生物诱变育种 1 北京 :科学出版社 ,1984. 99～112
4 　朱壬荷 ,刘永 ,罗相玉 1 辐射生物学 1 北京 :科学出版社 ,1987. 332～373
5 　苏兆众 1 紫外线对哺乳类细小病毒 H - 1 的致突效应的分析 ,生物化学与生物物理进展 ,1987 ,14 (1) :42～44
6 　郑瑞伦 ,任洪湘 1 紫外辐射柑桔果汁电阻的变化. 生物化学与生物物理进展 ,1991 ,18 (2) :157～158
7 　马育华 ,等 1 田间试验和统计方法 ,北京 :农业出版社 ,1979. 85～119
8 　Hadwan HA , Khara HS. Effect of UV radiation on antagonistic activity of Trichoderma pseudokoningii against Rhizoctonia
solani causing damping off of tomato . Plant Disease Research 1992 , 70 :64～66
9 　Rasanayagam MS , Paul ND et al. Variation in responses of spores of seploria t ritici and S . noorum to UV2B irradiation i n
vit ro. Mycologocal Research 1995 , 99 (11) :1371～1377
10 　Suryanarayanam T S , Muruganandam V. Ultraviolet radiation and hyphal morphogenesis. Indian Botanical Reporter 1989 ,8
(2) :115～117
89 核　农　学　报 13 卷
11 　Blanch P A , Asher MJ C , Burnett J H. Inheritance of pathogenicity and cultural characters in Gaeumannomyces graminis var.
t ritici . Trans. Br. Mycol Soc. 1981 ,77 (2) :391～399
THE BIOLOGICAL EFFECTS OF ULTRAVIOL ET RAY ( UV) RADIATION ON
Gaeumannomyces graminis
Yuan Hongxu 　Shang Hongsheng
( Depart ment of Plant Protection , Northwestern A gricult ural U niversity , Yangli ng 　712100)
ABSTRACT
The results of the experiment on the UV radiated ascospores of Gaeumannomyces graminis
var. tritici indicated that the viabil ity of radiated spores decreased markly. The spore ger2
mintion rate and survive rate were exponential reduced with the increase of UV dose. The dose2
viabil ity formula met the model of S = e - λD( S :survival rate , D :UV dose) . The germ tubers of
treated spores grew slowly and were deformed. UV radiation caused the break of the cell wall .
The responses were more obvious with the increase of the radiation time. The f ungus pathogenic2
ity was reduced and mutants with low pathogenicity were induced by UV treatment. With lower
UV dose , the probabil ity of occurences of mutants with low pathogenicity increased as UV radia2
tion was prolonged. When the time of UV radiation was 110～115min( survival rate was 011～
0115) ,the probabil ity was high.
Key words :Ultraviolet ray , Gaeum annom yces gram i nis , biological effects
99Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
1999 ,13 (2) :94～99