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马铃薯不同品种感染早疫病菌后防御酶活性变化



全 文 :植物生理学通讯 第 46卷 第 11期, 2010年 11月 1147
收稿 2010-07-11 修定  2010-08-22
资助 黑龙江省科技厅(GB01B20 1)。
* 通讯作者(E-mail: zuoyhu@163.com; Tel: 0459-8997858)。
马铃薯不同品种感染早疫病菌后防御酶活性变化
台莲梅 1, 梁伟伶 2, 左豫虎 1,*, 金光辉 1, 靳学慧 1
1黑龙江八一农垦大学农学院, 黑龙江大庆 163319; 2 黑龙江八五六农场, 黑龙江虎林 158418
提要: 通过测定抗性不同的马铃薯品种接种和未接种情况下叶片内防御酶活性, 研究马铃薯品种对早疫病的抗性机制。结
果表明, 在接种处理后, 各品种植株体内苯丙氨酸解氨酶(PAL)、过氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)和过氧化氢酶(CAT)
活性均提高, 抗病品种酶活性增幅高于感病品种, 说明上述4种酶与品种抗性有一定的关联。
关键词: 马铃薯; 早疫病菌; 防御酶; 抗病性
Changes of Defensive Enzymes Activitiy in Different Resistant Potato Varieties
after Inoculated with Alternaria solani
TAI Lian-Mei1, LIANG Wei-Ling2, ZUO Yu-Hu1,*, JIN Guang-Hui1, JIN Xue-Hui1
1College of Agronomy, Heilongjiang Bayi Agricultural University, Daqing, Heilongjiang 163319, China; 2856 of Farm, Heilongjiang
Province, Hulin, Heilongjiang 158418 , China
Abstract: Activity of defensive enzymes of leaves in different resistant potato varieties after inoculation and
non-inoculation was analyzed. The results showed that the activities of PAL, POD, PPO and CAT increased
in all of varieties after inoculation. The increase of enzyme activities in resistance was higher than those in
susceptible. Significantly PAL, POD, PPO and CAT in potato varieties were correlated with resistance to early
blight.
Key words: potato; Alternaria solani; defensive enzymes; disease resistance
马铃薯早疫病(potato early blight)是由茄链格
孢菌(Alternaria solani)引起的对马铃薯危害比较严
重的病害(Nachmias等 1990)。该病在我国马铃薯
产区均有不同程度发生, 且近年来呈上升趋势。据
调查, 有的地块叶片发病率可达100%, 因植株提早
枯死而导致严重减产。国外在诱导病菌产孢
(Prasad等 1973)、马铃薯抗性筛选(Caligari和
Nachmias 1988)、田间病害防治(Pscheidt 和
Stevenson 1988)以及抗性机制(Shahbazi等2010)等
方面均有报道, 而国内对此病研究在防治早疫病方
面做过一些研究, 在寄主的抗性机制等方面研究较
少(刘洋等2006), 使抗病育种工作及抗性品种资源
合理利用缺少足够的理论基础, 因此深入研究该病
的抗性机制具有重要的实践和理论意义。本文从
不同抗性品种与防御酶系活性变化的相互关系研究
寄主的抗性机制。
材料与方法
试验所用的马铃薯(Solanum tuberosum L.)抗
病品种为 ‘克新 1号 ’、‘克新 12号 ’; 感病品种为
‘东农 303’、 ‘早大白 ’, 由本校实验室接种鉴定。
上述品种脱毒原种一代, 由黑龙江省克山农场马铃
薯研发中心提供。
孢悬液的制备采用如下方法。将PDA平板培
养4 d的茄链格孢菌[Alternaria solani (Ell. et Mart.)
Jones et Grout]切成菌块, 转接入水琼脂培养基平板
内, 25 ℃培养 3 d, 产生分生孢子后, 用无菌水制成
孢子悬浮液。将孢子悬浮液的浓度调整到约 2.5×
104个(孢子)·mL-1。将马铃薯种薯, 经过催芽后播
于直径 17 cm的花盆中, 放在人工气候箱中培养,
待马铃薯植株生长到6叶时, 进行叶面喷雾接种, 以
清水处理作为对照, 接种后保湿 36 h。于接种后
1、2、3、4、5 和 6 d取样, 用于酶活性测定,
每处理测定重复 3次, 取平均值。采用DPS软件
进行方差分析。
酶液的提取采用如下方法。取 1.0 g马铃薯
植物生理学通讯 第 46卷 第 11期, 2010年 11月1148
叶片, 加入 5.0 mL预冷的 50 mmol·L-1磷酸缓冲液
(pH 7.8), 冰浴下用研钵进行研磨, 将研磨后的样品
装入离心管中, 0~4 ℃下用高速冷冻离心机27 530×g
离心 20 min, 取上清液为粗酶液(郭振飞等 1998)。
苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonia lyase, PAL)
活性测定参考薛应龙(1985)书中的方法; 过氧化物
酶(peroxidase, POD)活性测定参考张龙翔(1997)书
中的方法; 多酚氧化酶(polyphenol oxidase, PPO)活
性测定参考朱广廉等(1990)书中方法; 过氧化氢酶
(catalase, CAT)活性测定参考刘萍和李明军(2007)
的方法。
实验结果
1 马铃薯叶片苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性的变化
接种病菌后, 不同品种的马铃薯叶片组织PAL
活性均呈上升趋势, 抗病品种PAL最大峰值高于感
病品种(图 1)。抗病品种 ‘克新 1号 ’和 ‘克新 12
号 ’的 PAL活性均在 2 d达到最高峰, 随后 PAL活
性迅速下降; ‘克新 1号 ’的 PAL活性增幅最大, 峰
值是其对照的 2.11倍, ‘克新 12号 ’的PAL活性最
大峰值是其对照的 1.67倍。感病品种 ‘早大白 ’和
‘东农 303’的 PAL活性在 3 d达到最高峰, 随后下
降。‘早大白 ’的 PAL最大活性值是其对照的 1.65
倍; ‘东农303’的PAL活性峰值是其对照的1.60倍。
未接种处理的抗病品种 ‘克新 1号 ’ 2 d 时的 PAL
活性与 1 d和 6 d时的酶活性差异显著, 与 3、4和
5 d的酶活性差异不显著, 而其他品种 ‘克新12号 ’、
‘早大白 ’和 ‘东农 303’植株体内 PAL活性变化不
大, 不同时间的酶活性差异不显著(图 2)。接种处
理后, 抗病品种 PAL活性在 2~6 d与未接种处理的
酶活性差异显著(数据未显示)。
2 马铃薯叶片过氧化物酶(POD)活性的变化
在未接种情况下, 抗病品种与感病品种酶活变
化没有规律(图 3)。接种后, 不同品种的马铃薯叶
片组织 POD活性均呈上升趋势(图 4), 其中 ‘克新
1号 ’、‘克新 12号 ’和 ‘早大白 ’3个品种的马铃
薯叶片中的 POD活性均在 3 d达到最高峰, ‘东农
303’在 4 d达到最高峰。‘克新 1号 ’的 POD活性
增幅最大, 最大活性值是其对照的 1.41倍; ‘克新
12号 ’的POD最大活性值是其对照的 1.31倍; ‘东
农303’的POD最大活性值是其对照的1.26倍; ‘早
图 1 接种处理后不同马铃薯品种 PAL活性变化
Fig.1 Changes of PAL activity in different varieties
of potato after inoculation
图 2 未接种处理不同马铃薯品种 PAL活性变化
Fig.2 Changes of PAL activity in different varieties
of potato with non-inoculation
图 3 未接种处理不同马铃薯品种 POD活性变化
Fig.3 Changes of POD activity in the different varieties
of potato with non-inoculation
植物生理学通讯 第 46卷 第 11期, 2010年 11月 1149
大白 ’的POD活性增幅最小, 最大活性值是其对照
的 1.18倍。接种后抗病品种的POD活性高于感病
品种, 在 1~4 d经方差分析差异显著(数据未显示)。
3 马铃薯叶片多酚氧化酶(PPO)活性的变化
未接种的 4个供试品种植株体内 PPO活性变
化幅度不大(图 5)。接种后, 不同品种的马铃薯叶
片组织PPO活性均呈上升趋势(图6), 4个品种的马
铃薯叶片中的 PPO活性均在 4 d达到最高峰。接
种后, 抗病品种 ‘克新 1号 ’的 PPO活性增幅最大,
最大峰值是其对照的2.10倍; 抗病品种 ‘克新12号 ’
的PPO最大峰值是其对照的2.00倍; 感病品种 ‘东
农 303’的 PPO最大峰值是其对照的 1.88倍; 感病
品种 ‘早大白 ’的 PPO活性增幅最小, 其峰值是对
照的 1.60倍。接种后无论抗病品种还是感病品种
PPO的活性明显高于对照, 方差分析, 在 2~6 d 差
异显著(数据未显示); 接种后抗病品种的酶活性高
于感病品种的酶活性。
4 马铃薯叶片过氧化氢酶(CAT)活性的变化
未接种的 4个供试品种马铃薯植株体内 CAT
活性变化不大, 抗病品种与感病品种之间CAT活性
变化无规律(图 7)。不同品种接种后的早期和后期
均有CAT活性波峰出现(图 8), 抗病品种 ‘克新1号 ’
在 1 d, ‘克新 12号 ’ CAT活性在 2 d出现峰值, 与
其对照的酶活性差异显著(数据未显示)。抗病品
种 ‘克新 1号 ’和 ‘克新 12号 ’ CAT活性在 4 d再
次出现高峰, 并且达到最大值, 与其对照的酶活性
差异显著。感病品种 ‘东农 303’的 CAT活性也在
4 d达到最高峰, 与其对照的酶活性差异显著。感
图 4 接种处理后不同马铃薯品种 POD活性变化
Fig.4 Changes of POD activity in the different
varieties of potato after inoculation
图 6 接种后不同马铃薯品种 PPO活性变化
Fig.6 Changes of PPO activity in the different
varieties of potato after inoculation
图 5 未接种不同马铃薯品种 PPO活性变化
Fig.5 Changes of PPO activity in different varieties
of potato with non-inoculation
图 7 未接种不同马铃薯品种CAT活性变化
Fig.7 Changes of CAT activity in the different
varieties of potato with non-inoculation
植物生理学通讯 第 46卷 第 11期, 2010年 11月1150
病品种 ‘早大白 ’的CAT活性在5 d达到最高峰, 与
其对照的酶活性差异显著。接种后, ‘克新 1号 ’
的 CAT活性峰值最大, CAT最大活性值是其对照
的 1.31倍, ‘克新 12号 ’的CAT最大活性值是其对
照的 1.29倍; ‘早大白 ’的 CAT最大活性值是其对
照的1.19倍; ‘东农303’的CAT活性增幅最小, CAT
最大活性值是其对照的 1.14倍。总之, 抗病品种
的 CAT活性峰值高于感病品种。
讨  论
关于防御酶与植物抗病性的相关性报道不
同。有的研究报道, POD、PPO和 PAL的活性变
化同寄主抗性呈正相关(李淑菊等 2003; 吕秀兰等
2004), 而另一些报道则表明它们的变化同寄主抗性
关系不存在相关性或呈负相关(王敬文和薛应龙
1982)。刘洋等(2006)研究表明, 经草酸、KCl、
FeSO4诱导处理后的马铃薯块茎中, POD、PAL和
PPO的活性明显高于对照, 表明化学物质可能通过
提高这3种酶的活性来发挥其诱导抗早疫病作用。
Shahbazi等(2010)报道, POD的活性和总酚的含量
与马铃薯品种抗性有关联。本试验中, 选取了抗病
品种 ‘克新 1号 ’、‘克新 12号 ’和感病品种 ‘东农
303’、‘早大白 ’ 4个抗性不同的马铃薯品种, 结
果发现 PAL、POD和 PPO的活性变化与马铃薯品
种的抗性有一定的关联, 一般品种在侵染后的2~4 d
内酶活达到最高峰, 且抗病品种高于感病品种。与
陈捷等(2002)对玉米弯孢叶斑病, 李靖等(1991)对黄
瓜霜霉病的研究结果相一致。说明 PAL、POD和
PPO可能在本病害的抗性机制中发挥着重要作用。
CAT是植物体内清除自由基的一个重要酶, 具
有清除活性自由基(ROS)的作用, 可促进一些抗性
反应, 从而最终导致对病原菌的抗性。本试验发
现, 在接种病菌后, 不同抗性的CAT活性均增强, 抗
病品种明显高于感病品种, 并出现2个酶活高峰, 可
能在寄主抗侵入和抗扩展发挥一定的作用。
参考文献
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图 8 接种后不同马铃薯品种CAT活性变化
Fig.8 Changes of CAT activity in the different
varieties of potato after inoculation