全 文 ：核 农 学 报 2011，25(2):0382 ～ 0390
Journal of Nuclear Agricultural Sciences
文章编号:1000-8551(2011)02-0382-09
核盘菌侵染拟南芥的过程及其芥子油苷的变化
刘 娜 蔡丛希 孙 勃 张志明 汪俏梅
(浙江大学园艺系 /农业部园艺植物生长发育与品质调控重点开放实验室，浙江 杭州 310029)
摘 要:研究了核盘菌侵染拟南芥哥伦比亚生态型(Col-0)过程中，拟南芥的发病症状、活性氧和芥子油
苷组分和含量的变化，及其抗性相关基因和芥子油苷生物合成相关基因表达的变化。结果表明，在侵染
过程中，拟南芥的受侵染部位出现黄色水渍状病斑，随发病时间的延长病斑逐渐扩大到整株，其相对含
水量逐渐下降，相对电导率不断上升，活性氧(过氧化氢和超氧阴离子)大量累积，植物细胞大量死亡;4-
甲基硫氧丁基芥子油苷、总脂肪类芥子油苷和总芥子油苷含量逐渐下降，吲哚-3-甲基芥子油苷、4-甲氧
基-吲哚-3-甲基芥子油苷和总吲哚类芥子油苷含量先上升后下降;抗性相关基因 PR1 和 PDF1. 2，以及
吲哚类芥子油苷生物合成相关基因的表达都大幅度增强;抗性的诱导存在一定的系统性。研究表明芥
子油苷，特别是吲哚类芥子油苷很可能参与了拟南芥对核盘菌侵染的防卫反应。
关键词:芥子油苷;拟南芥;核盘菌;侵染;活性氧;基因表达
GLUCOSINOLATE CHANGES IN Arabidopsis thaliana
Infected By Sclerotinia sclerotiorum
LIU Na CAI Cong-xi SUN Bo ZHANG Zhi-ming WANG Qiao-mei
(Department of Horticulture，Zhejiang University / Key Laboratory of Horticultural Plant Growth，Development and
Quality Improvement，Ministry of Agriculture，Hangzhou，Zhejiang 310029)
Abstract:The symptoms and changes in the levels of reactive oxygen species (ROS)and glucosinolates，were studied in
the course of Sclerotinia sclerotiorum infection of Arabidopsis thaliana Columbia (Col-0)ecotype as well as the expression
of resistance-related genes and glucosinolate biosynthesis-related genes. Results showed that during the infection，yellow
lesions appeared from the infection sites，and gradually expanded to the entire plant，causing lethal damage. The
relative water content decreased gradually，while the relative electric conductivity increased，and ROS (hydrogen
peroxide and superoxide anion)accumulated steadily，leading to plant cell death. The contents of glucoraphanin，total
aliphatic glucosinolates，and total glucosinolates declined，but the contents of glucobrassicin，4-methoxyglucobrassicin
and total indole glucosinolates increased at the beginning and then decreased. The expression of resistance-related genes
and indole glucosinolates-related genes were greatly enhanced. The induction of resistance was partially systemic. These
results suggest that glucosinolates，especially indole glucosinolates might be involved in the defense of Arabidopsis against
S. sclerotiorum.
Key words:glucosinolate;Arabidopsis thaliana L.;Sclerotinia sclerotiorum Libert.;infection;reactive oxygen species;
gene expression
收稿日期:2010-07-01 接受日期:2010-10-11
基金项目:国家自然科学基金(30970244)，国家863计划(2008AA10Z111)，新世纪优秀人才支持计划(NECT － 05 － 0516)，霍英东基金优选资
助课题(104034)
作者简介:刘 娜(1984-)，女，河北邯郸人，在读硕士研究生，研究方向为蔬菜生理。E － mail:lanhei17998@ 163. com
通讯作者:汪俏梅(1969-)，女，浙江松阳人，教授，博士生导师，研究方向为次生代谢物质与激素。E － mail:qiaomeiw@ zju. edu. cn
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2 期 核盘菌侵染拟南芥的过程及其芥子油苷的变化
核盘菌(Sclerotinia sclerotiorum Libert.)是一种宿
主广泛的死体型病原真菌，它引起的菌核病在世界范
围均有分布，是世界油料作物、蔬菜等分布最广、危害
最为严重的病害之一［1，2］。一直以来很多学者致力于
对核盘菌致病机理的研究，力求筛选出抗病作物品种
或有效药剂来预防控制核盘菌引起的菌核病及其他病
害的发生。
芥子油苷(glucosinolate)是一类含氮、含硫的植物
次生代谢产物，广泛存在于十字花科植物中，它由 β-
D-硫葡萄糖基、硫化肟基团以及来源于氨基酸的侧链
R 组成［3］。芥子油苷及其水解产物具有多种生物学功
能，如参与植物对病原菌和昆虫侵害的防卫反应、癌症
预防等［4，5］。研究表明，当白菜黑斑病菌侵染拟南芥
和胡萝卜软腐欧文菌侵染油菜时，吲哚类芥子油苷均
会通过增加自身含量来参与植物与病原菌的互作反
应;而吲哚类芥子油苷的降解产物吲哚-3-乙腈对油菜
黑胫 病 菌 也 表 现 出 拮 抗 作 用［6］。 2009 年 1 月
《science》杂志同时发表 2 篇关于芥子油苷代谢产物
对真菌抗性的研究性文章，研究发现芥子油苷代谢产
物是植物防御病原微生物侵害和植物先天性免疫反应
重要组成部分［7］，同时也发现植物存在一条由活体细
胞本身所激活的芥子油苷代谢途径，这条代谢途径产
生的产物介导对真菌广谱的抗性［8］。近年来由于在
抗真菌和抗癌等方面的研究进展，芥子油苷已成为植
物次生代谢物质领域的一个研究热点［9］。
目前对核盘菌的致病机制以及各种作物对核盘菌
的抗性机制已有一些研究，芥子油苷在植物病虫害抗
性中的生物学功能的研究也有不少报道，但其在植物
对核盘菌抗性中的作用机制研究却鲜有报道。本试验
以模式植物拟南芥为材料，通过研究核盘菌侵染的生
物性胁迫条件下，拟南芥中次生代谢物质芥子油苷组
分和含量以及生物合成相关基因表达的变化，以期阐
明芥子油苷在拟南芥对核盘菌抗性中的作用机理，为
通过化学调控和代谢工程方法改善作物中芥子油苷的
组分与含量以提高作物对核盘菌的抗性提供理论依
据。
1 材料与方法
1. 1 材料
供试植物材料为拟南芥 Col-0，菌种为本实验室从
田间分离纯化得到的核盘菌。
1. 2 处理方法
1. 2. 1 播种与菌丝培养 拟南芥播种于穴盘，置于培
养室，温度 22℃，光照 /黑暗 10h /14h。核盘菌侵染拟
南芥前 4d，将适量生长势强的核盘菌菌丝接种在马铃
薯葡萄糖琼脂培养基(PDA)平板上，于生化培养箱
25℃暗培养 4d。
1. 2. 2 菌侵染和发病率统计 参照 Wang 等［10］的方
法并加以改进。用孔径为 3mm 的打孔器在培养 4d 核
盘菌的 PDA 培养基上打孔，菌丝面朝下贴在苗龄为 7
周的拟南芥莲座叶上。对照植株接种不含菌丝的
PDA 培养基。接种后置于光照培养箱中培养，光暗交
替(10h /14h;温度 22℃;相对湿度 95%)，24h 后相对
湿度降为 85%。
发病率 =发病株数 /受侵染总株数 × 100%。统计
数量 n = 25。统计时间为 6、24、48、72 和 96h。植株发
病率统计针对 3 种类型的叶片，分别为:接菌株上的接
菌叶(local (inoculated)leaves)，简称 L;接菌株上的
非接菌叶(systemic (uninoculated)leaves)，简称 S;对
照株上的叶片(mock-inoculated leaves)，简称 M［11］。
本试验所有指标均按这 3 种类型叶片进行取样。
1. 3 指标测定
1. 3. 1 相对含水量和相对电导率的测定 取上述 3
种类型的叶片用吸水纸吸干表面水分，称叶片鲜重
Wf，然后将叶片浸入蒸馏水中浸泡，使叶片吸水成饱
和状态时称其质量 Wt，再将样品烘干至恒重，称得叶
片干重 Wd;相对含水量 = (Wf － Wd)/(Wt － Wd)×
100%。将叶片浸入 20ml 蒸馏水中，室温放置 1h 后用
电导仪(DDS － 11A)测定初电导率 R1;沸水浴 10min，
冷却后测定终电导率 R2;相对电导率 = R1 /R2 ×
100%。前者每处理取 5 片叶，后者每处理取 10 片叶，
3 次重复，取样时间为 0、24、48、72 和 96h。
1. 3. 2 过氧化氢测定 (DAB 染色法)、超氧阴离子测定
(NBT 染色法)和死细胞观察(Trypan blue 染色法) 过
氧化氢测定参照 Christensen 等［12］的方法并加以改进。
取叶片浸泡在 1mg /ml 的 DAB 溶液中，置于 25℃光照
(120μmol·m － 2·s － 1)8h，取出叶片于煮沸的 95%乙醇中
脱色 10 ～ 15min。室温下，将叶片放置在新鲜的 95%乙
醇溶液中浸泡 4h。
超氧阳离子测定参照 Guo 等［11］的方法并加以改
进。取叶片浸泡在 10mmol /L 的 pH7. 5 的磷酸钾缓冲
液(含 10mmol /L NaN3和 0. 1% NBT)中过夜，然后将叶
片于 95%的乙醇中煮沸 10min。
死细胞观察参照 Mani 等［13］的方法并加以改进。
叶片先在 Farmers 溶液中透明，再放置于 0. 05%锥虫蓝
(trypan blue)的乳粉和乙醇(V∶ V = 1∶ 2)混合液中染色
(2h 以上)，然后用饱和水合氯醛漂洗。
383
核 农 学 报 25 卷
每处理均取 5 片叶，取样时间为 48h。
1. 3. 3 芥子油苷组分和含量的分析 参照 Xu 等［5］
的方法并加以改进。取叶片称鲜重后，加 1ml ddH2O
沸水浴 10min;将提取液吸出，再加入 1ml ddH2O 沸水
浴 10min，合并提取液。将提取液通过 DEAE －
Sephadex 柱吸附、洗脱，得到纯化样品。将纯化样品过
滤，进行 HPLC(Waters，USA)分析，以 sinigrin 为内标，
以内标法计算芥子油苷含量［14］。HPLC 条件:检测波
长为 226nm，流速为 1. 0ml /min，色谱柱为 C18反相色
谱柱。每个处理取 3 片叶，3 次重复，取样时间为 0、
24、48、72 和 96h。
图 1 核盘菌侵染 Col-0 后的发病症状
Fig. 1 Symptoms of Col-0 after inoculation with Sclerotinia sclerotiorum
每幅图右边为接种株，左边为对照株
In each figure，the right one was the inoculated plant，and the left one was the mock-inoculated plant
1. 3. 4 拟南芥 RNA 的提取及相关基因表达的分析
采用 Trizol 法［15］提取各个处理叶片的 RNA，逆转录合
成 cDNA，RT － PCR 分析抗性相关基因(PDF1. 2［16］和
PR1［17］)及芥子油苷代谢相关基因 (CYP79B2［18］、
CYP83B1［18］和 CYP81F2［7］)的表达情况，引物序列信
息见表 1。每个处理取 10 片叶，3 次重复，取样时间为
0、6、12、24、48 和 72h。
2 结果与分析
2. 1 发病症状观察
叶片接种核盘菌 6h 后，部分植株即开始出现染病
症状，在接菌部位即紧贴菌丝块下面以及周围出现黄
色水渍状病斑。24h 时病斑相对于 6h 有不同程度扩
大，病斑直径约 5mm;48h 时接菌叶片的病斑扩大到整
个叶片的 50%左右，水渍状明显;72h，接菌叶片整个
腐烂，水渍状严重，变薄且透明;96h 以后，腐烂叶片被
菌丝覆盖，菌丝蔓延到整株上，导致植株完全腐烂甚至
死亡(图 1)。
表 1 用于 RT-PCR 分析的引物序列信息
Table 1 The information of primers used in RT-PCR
目标基因
gene target
引物序列
primer sequence (5′-3′)
PDF1. 2
forward，5′-TTTGCTGCTTTCGACGCAC-3′
reverse，5′-CGCAAACCCCTGACCATG-3′
PR1
forward，5′-AAGAGGCAACTGCAG-ACTCA-3′
reverse，5′-TCTCGCTAACCCACATGTTC-3′
CYP79B2
forward，5′-TTTGATGGATTGTCTGGCGC-3′
reverse，5′-CAAAGACGAACAAGGCAACC-3′
CYP83B1
forward，5′-TCCGACCTTTTCCCTTATTTCG-3′
reverse，5′-TTGAGACGTGCACTGAGACCAG-3′
CYP81F2
forward，5′-CTCATGCTCAGTATGATGC-3′
reverse，5′-CTCCAATCTTCTCGTCTATC-3′
2. 2 发病率统计
图 2 表明，接种核盘菌后，随着侵染时间的延长，
叶片发病率不断增加。6h 时 24%的接菌叶开始出现
症状，24h 时发病率为 51%，48h 时达到 96%，此后发
病率不再上升，96h 时仍为 96%，只是发病程度越来越
严重。由于发病蔓延到整株植株，非接菌叶在 72h 开
始发病，96h 时发病率和接菌叶接近。对照则没有发
483
2 期 核盘菌侵染拟南芥的过程及其芥子油苷的变化
病，直到 72h 后才有 5% 左右的植株从叶片边缘开始
出现腐烂症状，这可能是由于植株长期处于高湿环境
造成的。
图 2 核盘菌侵染 Col-0 后发病率统计
Fig. 2 Disease rate statistics of Col-0 after
inoculation with Sclerotinia sclerotiorum
L:接菌叶;S:非接菌叶;M:对照，下同 .
L:local (inoculated)leaves;S:systemic(uninoculated)leaves;
M:mock-inoculated leaves. The same as following figures.
2. 3 活性氧测定与死细胞观察
植物受到病原菌侵害时，自身细胞会启动多种防
御机制，其中最早期的防卫反应是产生活性氧迸发。
活性氧的迸发是加速细胞死亡的一个重要因素，也是
ROS 反应的一个显著标志［19］。
图 3-A 中，褐色沉淀代表 H2O2 的积累，接菌叶
(L)上褐色沉淀明显且较为集中，非接菌叶(S)上有较
淡的褐色沉淀，但分布均匀，而对照(M)几乎无褐色沉
淀。结果表明核盘菌侵染 Col-0 后，在侵染部位诱导
产生大量的 H2O2(叶片接菌部位及其周围呈现褐色，
直径到达叶片横径的 1 /2)，阻止或减缓病斑的进一步
扩大(接菌株上非接菌叶片此时未检测到 H2O2)，这
种诱导和拟南芥对核盘菌的抗性具有一定的系统性。
图 3-B 中，蓝色沉淀表示超氧阴离子大量积累。
接菌叶出现大量蓝色沉淀，颜色最深且分布集中，说明
在接菌叶上菌丝块侵染部位超氧阴离子大量集中，非
接菌叶颜色较淡且分布较为均匀，而对照则最少。
图 3-C 中，蓝色面积越大颜色越深表示细胞死亡
越多。接菌叶发病部位蓝色明显且分布集中，说明细
胞死亡较多，非接菌和对照叶几乎没有呈现蓝色。该
结果表明核盘菌侵染 Col-0 后引发 Col-0 发生细胞程
序化死亡反应。
2. 4 叶片相对含水量和相对电导率的分析
相对含水量是植物水分状况的重要指标，植物组
图 3 核盘菌侵染 Col-0 48h 后活性氧和死细胞测定
Fig. 3 ROS production and dead and dying cells determination of Col-0 48h
after inoculation with Sclerotinia sclerotiorum
A:DAB 染色;B:NBT 染色;C:Trypan blue 染色
A:DAB staining;B:NBT staining;C:Trypan blue staining.
织含水量和植物的生长状况密切相关。如图 4-A 所
示，处理后的前 2d 接菌叶、非接菌叶和对照三者相对
含水量变化不大，72h 和 96h 时，接菌叶相对含水量急
剧下降，表明其发病急剧恶化，非接菌叶有一定程度的
下降，而对照基本不变。该结果显示，72h 时接菌叶片
的含水量相对于 0h 降低了 10% 左右，96h 时下降了
23%左右，这是由于植株的腐烂萎蔫引起的，表明核盘
菌侵染后期造成了 Col-0 活体组织的急剧减少。
相对电导率是反映植物膜系统状况的一个重要指
标，相对电导率越大表明离子渗透量越大，植物受伤害
程度也越严重。从图 4-B 可以看出，接菌叶、非接菌叶
和对照三者的相对电导率都有不同程度的增加，但接
菌叶的离子渗透量最大，说明其受到核盘菌侵染后植
物细胞死亡或裂解导致电解质大量外渗，植株受损最
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核 农 学 报 25 卷
图 4 核盘菌侵染 Col-0 后生理指标分析
Fig. 4 Physilogical indexes of Col-0 after
inoculation with Sclerotinia sclerotiorum
为严重。非接菌叶在 72h 后有比较明显的上升，这也
和植株的发病症状相对应。而对照在 72h 时上升了
6%，但 96h 时又回落到原来的水平，这可能是由于环
境湿度过高，受到不良环境胁迫造成的。
2. 5 芥子油苷组分与含量
根据侧链氨基酸来源不同可将芥子油苷分为脂肪
族芥子油苷(侧链来源于甲硫氨酸、丙氨酸、缬氨酸、
亮氨酸和异亮氨酸)、芳香族芥子油苷(侧链来源于苯
丙氨酸和酪氨酸)和吲哚族芥子油苷(侧链来源于色
氨酸)3 个类群［20 ～ 22］。本试验中共检测到 9 种芥子油
苷，包括脂肪类芥子油苷:3-甲基硫氧丙基芥子油苷
(glucoiberin )、 4-甲 基 硫 氧 丁 基 芥 子 油 苷
(glucoraphanin )、5-甲 基 硫 氧 戊 基 芥 子 油 苷
(glucoalyssin )、 6-甲 基 硫 氧 己 基 芥 子 油 苷
(glucohesperin )、7-甲 基 硫 氧 庚 基 芥 子 油 苷
(glucoibarin)、4-甲基硫丁基芥子油苷(glucoerucin);
吲 哚 类 芥 子 油 苷:吲 哚-3-甲 基 芥 子 油 苷
(glucobrassicin)、4-甲氧基-吲哚-3-甲基芥子油苷(4-
methoxyglucobrassicin)、1-甲氧基-吲哚-3-甲基芥子油
苷(neoglucobrassicin)。其中，含量较高的为 4-甲基硫
氧丁基芥子油苷、吲哚-3-甲基芥子油苷和 4-甲氧基-
吲哚-3-甲基芥子油苷，其他芥子油苷的含量较低，在
核盘菌侵染过程中变化也不明显(图 5)。
2. 5. 1 吲哚类芥子油苷组分与含量的分析 图 5-D
中，接菌叶总吲哚类芥子油苷含量先上升后下降，非接
菌叶在 72h 有所上升，96h 下降，对照变化不明显。图
5-A 中，接菌叶的吲哚-3-甲基芥子油苷 24h 略有上升，
随后的 72h 里明显下降，非接菌和对照叶也呈下降趋
势，但下降幅度没有接菌叶剧烈。图 5-B 中，接菌叶和
非接菌叶中的 4-甲氧基-吲哚-3-甲基芥子油苷均表现
出先上升后下降的趋势，但变化的速度不同，接菌叶在
24h 即被迅速诱导上升，72h 含量开始下降;而非接菌
叶则较慢，72h 被诱导上升，96h 下降。对照则在 72h
被诱导上升，但上升幅度没有接菌叶大。
2. 5. 2 脂肪类芥子油苷含量与组分 如图 5-E 所示，
接菌叶总脂肪类芥子油苷含量呈下降趋势，非接菌叶
24h 最高，随后开始下降，96h 明显下降，对照总体看来
呈下降趋势，72h 略有上升。
4-甲基硫氧丁基芥子油苷是 Col-0 中含量最高的
芥子油苷之一。核盘菌侵染后，接菌叶和非接菌叶的
4-甲基硫氧丁基芥子油苷变化趋势和总脂肪类芥子油
苷相似，接菌叶呈明显下降趋势，非接菌叶先略有上
升，随后逐渐下降，而对照则变化不大(图 5-C)。
2. 5. 3 总芥子油苷含量 核盘菌侵染 Col-0 后，接菌
叶总芥子油苷含量逐渐下降，非接菌叶先上升后下降，
对照有轻微波动，96h 明显下降(图 5-F)。
2. 6 抗性相关基因与芥子油苷生物合成相关基因的
表达分析
2. 6. 1 抗性相关基因的表达分析 利用实时定量
RT-PCR 方法分析了 PR1 和 PDF1. 2 抗性相关基因在
拟南芥中对核盘菌的响应。接种 24h，PDF1. 2 基因在
接菌叶和非接菌叶中开始受到明显的诱导，随处理时
间的延长，被诱导的程度不断加强，但非接菌叶被诱导
的程度没有接菌叶那么剧烈;对照在整个过程中，
PDF1. 2 的表达虽有一定程度的上升，但相比接菌叶
和非接菌叶，上升幅度要小得多(图 6-A)。如图 6-B
所示，PR1 基因在 6h 时开始受到诱导，且接菌叶、非接
菌叶和对照均受到一定程度的诱导，但 48h 时接菌叶
和非接菌叶的表达迅速上升，而对照则变化不大。结
果表明 2 个基因都对核盘菌侵染有响应。对照有一定
程度的增强，可能是由于处于相对湿度比较高的环境
对其造成了胁迫所产生的。非接菌叶也有大幅度增强
说明拟南芥抗病性的诱导存在一定的系统性。
2. 6. 2 芥子油苷生物合成相关基因的表达分析 本
试验分析了 3 个重要的芥子油苷生物合成相关基因:
CYPT9B2、CYP81F2 和 CYP83B1。由图 7 可以看出，
接菌叶的 CYP79B2 与 CYP81F2 基因的表达量从核盘
菌侵染 6h 开始上升(图 7-A、C)，48h 时达到最大值，
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2 期 核盘菌侵染拟南芥的过程及其芥子油苷的变化
图 5 核盘菌侵染 Col-0 后芥子油苷的组分和含量变化
Fig. 5 The composition and content of glucosinolates of Col-0 after inoculation with Sclerotinia sclerotiorum
图 6 核盘菌侵染 Col-0 后抗性相关基因的表达
Fig. 6 The expression of resistance-related genes of
Col-0 after inoculation with Sclerotinia sclerotiorum
而 CYP83B1 在 24h 时就达到峰值(图 7-B)，72h 时 3
个基因的表达量均已明显下降;非接菌叶的 CYP79B2
和 CYP81F2 基因的表达量随处理时间持续上升，在
48h 时显著上升，72h 达到最大值。在整个处理过程
中，非接菌叶的 CYP83B1 基因表达量变化不大。对照
的 CYP79B2 和 CYP81F2 基因表达量小幅上升，而
CYP83B1 则基本不变化。3 个基因在核盘菌侵染 Col-
0 后均被诱导，特别是 CYP79B2 和 CYP81F2 基因大量
表达，以生成更多更有效抗病的吲哚类芥子油苷来增
强植物自身的抗病性，从而抵御病害的侵袭。
3 讨论
本试验结果表明拟南芥在受到核盘菌侵染时，其
叶片相对含水量不断下降，相对电导率逐渐上升，过氧
化氢和超氧阴离子等活性氧大量积累，死细胞也大幅
度增加，直至植株完全死亡，而植物本身产生的抗性具
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核 农 学 报 25 卷
图 7 核盘菌侵染 Col-0 后芥子油苷生物
合成相关基因的表达
Fig. 7 The expression of glucosinolate
biosynthesis related genes of Col-0 after
inoculation with Sclerotinia sclerotiorum
有一定的系统性，这与 Guo 等［11］的研究结果一致。
芥子油苷及其降解产物具有多种生物学功能，特
别是吲哚类芥子油苷，在植物防御病原菌和昆虫侵害
过程中起着重要作用［6］。Kliebenstein 等［23］研究发现
当灰葡萄孢(Botrytis cinerea)侵染拟南芥时，吲哚类芥
子油苷含量下降，通过转变为对真菌具有毒害作用的
植保素(camalexin)来进行防御。Agerbirk 等［6］认为十
字花科植物受到病原菌侵害时，吲哚类芥子油苷除了
可以通过转变为植保素来参与防卫反应外，还可以降
解为吲哚-3-乙腈(indole-3-acetonitrile)来阻止病原菌
的入侵。本试验系统地研究了核盘菌侵染拟南芥后其
芥子油苷组分和含量的变化情况，结果表明，核盘菌侵
染 Col-0 后，总吲哚类芥子油苷的含量呈现出先上升
后下降的趋势，主要原因是其中 2 种含量较高的芥子
油苷(吲哚-3-甲基芥子油苷和 4-甲氧基-吲哚-3-甲基
芥子油苷)呈现出先上升后下降的趋势，而且这种变
化在植物体内具有一定的系统性。而调节吲哚类芥子
油苷合成酶的相关基因 CYP79B2 和 CYP83B1 可能是
通过某些信号(如激素途径等)先被诱导，表达增强，
使吲哚类芥子油苷合成增加。相比吲哚-3-甲基芥子
油苷，4-甲氧基-吲哚-3-甲基芥子油苷的变化程度要大
的多，而催化吲哚-3-甲基芥子油苷转变为 4-甲氧基-
吲哚-3-甲基芥子油苷的基因 CYP81F2 的表达也明显
增强，其表达量的增 幅 也 明 显 超 过 CYP79B2 和
CYP83B1 基因。Clay 等［7］的研究表明，4-甲氧基-吲
哚-3-甲基芥子油苷和植物的广谱抗病性密切相关。
综合前人的研究和本试验的结果，本研究认为吲哚类
芥子油苷很可能参与了拟南芥对核盘菌的抗性，吲哚-
3-甲基芥子油苷通过自身降解，转变为植保素和吲哚-
3-乙腈等物质来发挥防御作用，也有可能通过转化为
其他抗菌能力更强的芥子油苷(如 4-甲氧基-吲哚-3-
甲基芥子油苷)来发挥抗性。4-甲氧基-吲哚-3-甲基芥
子油苷被明显诱导也是对真菌胁迫的一种应答反应，
它可以水解成毒性更强的降解产物，来抵御核盘菌侵
染。总脂肪类芥子油苷含量呈持续下降趋势，可能是
脂肪类芥子油苷也在一定程度上参与了抵御病原菌侵
染，但抗性机理尚不清楚［25］。Beekwilder 等［4］报道，
脂肪类芥子油苷在拟南芥抗虫方面具有显著作用，也
有学者研究表明，4-甲基亚硫酰丁基芥子油苷在抗菌
方面有一定的作用［26］，我们推测 4-甲基硫氧丁基芥子
油苷作为 Col-0 中一种主要的芥子油苷，可能通过水
解产生有毒的降解产物来参与抵御病原菌侵染。进一
步用芥子油苷组分和含量有明显差异的拟南芥芥子油
苷突变体进行研究将有助于揭示不同芥子油苷组分在
拟南芥对核盘菌抗性中的作用。
植物面对病原菌侵害时，会产生 2 种抗性来进行
防御，一种是依赖于水杨酸(salicylic acid，SA)信号途
径的系统获得性抗性(systemic acquired resistance)，一
般认为它对活体型病原菌有效;另一种是依赖于茉莉
酸 /乙烯(jasmonic acid / ethylene，JA /ET)信号途径的
诱导系统性抗性(induced systemic resistance)，一般认
为它对死体型病原菌有效。但最近的研究发现，这种
关系并非绝对，植物面对某些病原菌侵害时，两条信号
途径有可能同时起效，发挥协同作用［11］。本试验结果
表明，当核盘菌侵染拟南芥时，代表 JA /ET 信号途径
的 PDF1. 2 基因和代表 SA 信号途径的 PR1 基因均受
到明显诱导。对于 PDF1. 2 基因的变化，本试验结果
和前人报道的一致［11，27，28］。但对于 PR1 基因的研究
结果，各方的报道却不尽相同，Dai 等［28］和王爱荣［27］
883
2 期 核盘菌侵染拟南芥的过程及其芥子油苷的变化
认为在此过程中 PR1 没有被诱导，核盘菌侵染只是激
活 JA /ET 途径来进行防卫反应，SA 途径没有参与，而
本试验结果证明 PR1 基因在核盘菌侵染 48h 后也被
强烈诱导，只是比 PDF1. 2 基因表达相对滞后，与 Guo
等［11］的结论相同，本研究认为拟南芥对核盘菌的抗性
同时依赖于 JA /ET 信号途径和 SA 信号途径。
植物与病原体间的相互作用涉及到控制各种不同
防御机制的复杂信号途径网络，病原体侵染可诱导植
物产生 JA、ET、SA，三者不仅可以直接地参与植物对
抗逆境的防御反应，而且还可以通过调节次生物质
(芥子油苷)的生物合成间接影响防御反应［29］。研究
表明，JA 可以诱导吲哚-3-甲基芥子油苷的含量特异性
地增加，而外源茉莉酸甲酯(methyljasmonate，MeJA)
处理同样能引起吲哚类芥子油苷的积累［30］。Agerbirk
等［6］发现外源 SA 处理可以诱导 4-甲氧基-吲哚-3-甲
基芥子油苷的积累。Mikkelsen 等［31］的研究发现 JA、
SA、ET 与芥子油苷生物合成中关键酶的表达以及芥
子油苷种类和含量的调节中具有一定的相互作用，本
试验的结果也验证了这一点。本研究认为，核盘菌侵
染拟南芥时，内源 JA 很可能一方面强烈诱导防卫基因
PDF1. 2 的表达来参与抗性，另一方面诱导了吲哚类
芥子油苷生物合成相关基因的表达，从而导致吲哚类
芥子油苷含量增加，来抵御病原菌的侵害;而 SA 则很
可能一方面通过诱导 PR1 发挥作用，另一方面还有可
能通过诱导 4-甲氧基-吲哚-3-甲基芥子油苷的积累来
进行防御。拟南芥对核盘菌的防卫反应是由 JA /ET
信号途径、SA 信号途径和芥子油苷途径等相互交叉作
用而形成的一个立体复杂的网络系统。
4 结论
植物在受到病原菌侵害时，植物细胞会启动多种
防御机制来降低对自身的损害。本研究中，核盘菌引
发的菌核病发病非常迅速并且十分严重，只要条件适
合，就可以在比较短的时间内对 Col-0 造成致死性危
害。在拟南芥发病过程中，其叶片相对含水量不断下
降，相对电导率逐渐上升，活性氧大量积累，死细胞也
大幅度增加，直至植株完全死亡;吲哚类芥子油苷含量
先上升后下降，脂肪类芥子油苷含量逐渐下降，吲哚类
芥子油苷生物合成相关基因、调节病程相关蛋白
(PR1)和植物防御素(PDF1. 2)基因的表达受到强烈
诱导，抗性的诱导也存在一定的系统性。拟南芥对核
盘菌的抗性同时依赖于 JA /ET 信号途径和 SA 信号途
径;芥子油苷，特别是吲哚类芥子油苷可能参与了拟南
芥对核盘菌侵染的抗性。
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(责任编辑 邱爱枝
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