全 文 ：林业科学研究　2005 ,18 (4) :436～440
Forest Research
　　文章编号 :100121498 (2005) 0420436205
杨树冰核细菌溃疡病寄主内源激素含量变化研究
毛得奖1 , 张爱霞2 , 朱亚玲3 , 项存悌4
(1. 山东轻工业学院食品与生物工程学院 ,山东 济南　250100 ;2. 济南出入境检验检疫局 ,山东 济南　250014 ;3. 山东轻工业
学院化学工程学院 ,山东 济南　250100 ;4. 东北林业大学森林资源与环境学院 ,黑龙江 哈尔滨　150040)
摘要 :感染冰核细菌溃疡病的杨树树皮内源生长素 ( IAA)和玉米素 (ZR) 含量要高于未被感染的健壮杨树 ,而感染冰
核细菌溃疡病的杨树树皮内源赤霉素 ( GA4 )和脱落酸 (ABA) 含量要低于未被感染的健壮杨树。内源激素的变化最
终导致感染杨树患病部位肿茎形态结构的形成、略变活跃的生理状态以及抗寒能力的降低。
关键词 :冰核细菌 ;杨树冰核细菌溃疡病 ;植物内源激素
中图分类号 :S76311 　　　文献标识码 :A
收稿日期 : 2004206218
基金项目 : 国家“九五”攻关项目子专题“杨树溃疡病持续控制技术”(962005204201203)
作者简介 : 毛得奖 (1971 —) ,男 ,山东高密人 ,博士。现主要从事工业微生物培育与应用方面的研究.
Study on Endogenous Phytohormone Changes in Poplar Hosts
Infected by Ice Nucleation Active Bacterial Canker Disease
MAO De2jiang1 , ZHANG Ai2xia2 , ZHU Ya2ling3 , XIANG Cun2ti4
(1. Department of Food and Bioengineering , Shandong Institute of Light Industry ,Jinan 　250100 ,Shandong ,China ;
2.Jinan Entry2Exit Inspection and Quarantine Bureau , Jinan 　250014 ,Shandong ,China ;3. Department of Chemistry ,
Shandong Institute of Light Industry ,Jinan 　250100 ,Shandong ,China ;4. Department of Forest Resource
and Environment , Northeast Forestry University , Harbin 　150040 , Heilongjiang ,China)
Abstract :The content of endogenous phytohormone like auxin and zeatin (a kind of cytokinesin) was higher in infected bark than
that of in healthy bark , while the content of endogenous giberellin and abscisic acid droped in the diseased bark. The changes of
endogenous phytohormone finally resulted in the development of swollen stem , slightly more active physiological state and decrease
of the resistance to cold.
Key words : INA bacterium;poplar ice nucleation active bacterial canker ;endogenous phytohormone
植物内源激素的含量变化与其抗病性有一定的
关系。生长素 ( IAA) 在感染抗性组织中积累 ,它与体
内 Ca2 + 结合可诱导细胞壁可溶性果胶的形成 ,以抵
抗病原物产生的果胶酶的降解作用。吲哚丁酸
( IBA) 、乙烯、IBA + 乙烯对马尾松 ( Pinus massoniana
Lamb. ) 的诱抗松材线虫病的效果达 60 % ,而 IBA + 乙
烯对黑松 ( Pinus thunbergii Parl . ) 苗的诱抗效果却为
12. 5 %[1 ] ,抗榆树枯萎病的榆树 ( Ulmus pumila Linn. )
受侵染后比感病榆树更快地形成导管侵填体 ,可能与
生长素 IAA 浓度提高有利于抗病障碍形成有关[2 ] 。
但是 IAA 的含量也可能预示感病性强。IAA 含量越
高 ,寄主的感病性就越强[3 ] 。在感病植株尤其可见到
乙烯的大量合成。细胞分裂素可以激活过氧化氢酶
(CAT) 和过氧化物酶 ( POD) 的活性 ,抵抗不饱和酸氧
化时产生的“活性氧”的毒害作用。许多病原也能引
起植物内源激素含量的变化 ,如赤霉素就是首先从水
稻恶苗病菌藤仓赤霉 ( Gibberella fujikuroi ( Saw. ) Wolle2
nw. ) 的研究中发现的。早在 1935 年美国加州大学
Thimann 证明 Rhizopus siunus 菌的培养液中含有 IAA ,
不久又发现根癌细菌分泌 IAA ,并与植物肿瘤的冠瘿
病有关。迄今研究的病害中 , IAA 代谢失调与植物的
感病性相关。IAA 含量越高 ,寄主感病性越强。另
外 ,多数感病植物其细胞分裂素含量有所提高 ,感病
组织中脱落酸 (ABA) 的量也增多。
植物内源激素不仅影响植物的抗病性 ,而且也影
响植物的形态发育和形态建成。生长素是调节木质部
分化的主要因子 ;细胞分裂素诱导分生组织发端和分
生细胞分化 ;赤霉素促进纤维的形成 ,赤霉素和生长素
结合使用 ,可以有效地促进次生木质部中纤维分化 ;乙
烯能促进树木韧皮部和木质部分化。生长素含量的多
少直接控制了沿树轴木质部导管、管胞的大小和密
度[4 ] 。植物受到病原物侵染之后 ,会产生许多由于激
素失调而引起的症状。激素可由植物本身和Π或病原
物所产生 ,含量的变化是二者相互作用的结果。根癌
土壤杆菌 ( Agrobacterium tumefaciens (Smith and Townsend)
Conn. ) 侵染植物引起冠瘿肿瘤的形成是由于根癌土壤
杆菌中的 Ti 质粒的 T2DNA 上带有编码与生长素和细
胞分裂素合成有关的酶的基因 (分别为 iaaM ,iaaH 和
ipt) ,当 T2DNA 整合进植物的基因组中并表达时 ,细胞
过量、自主地合成生长素和细胞分裂素 ,导致不正常的
细胞分裂 ,形成肿瘤[5～9] 。Bayer 综述了遗传瘤与冠瘿
瘤发生过程中植物激素的研究情况[10] 。病原微生物
侵染寄主植物后引起植物内源激素失调的研究报道虽
然较多 ,但是杨树 ( Poplus spp . ) 被冰核细菌 ( Ice nucle2
ation active bacteria ,简称 INA 细菌 , Pseudomonas syringae
van Hall . ) 感染后其内源激素的变化情况尚未见报道。
由于杨树感染冰核细菌之后产生溃疡症状的同时还伴
生有枝干肿大增生成瘤状的形态特征[11 ,12] ,所以本文
试图研究冰核细菌侵染杨树寄主之后引起植物内源激
素变化的情况及与肿茎形态特征形成的关系。
1 　材料和方法
111 　实验材料
从黑龙江省肇东市五站镇苗圃实验地采回健康和
患病的小黑杨 14( Poplus simonii ×P. nigra 14) 2 年生枝
条(去掉大部分叶片以减少携带途中过多的水分蒸腾
散失) 。
112 　实验方法
将病健枝条同时分别在 30、25、20、15、10 ℃光照恒
温培养箱中水培。自培养之日起每隔 5 d 取枝条剥取
树皮 ,准确称取 1 g ,迅速放入夹链标本袋中 - 40 ℃以
下低温冷冻保存 ,等所有样品取完后一起处理。将所
取样品加 6 mL 样品提取液 (80 %甲醇 ,内含 1 mmol·L - 1
BHT(二叔丁基对甲苯酚 ,为抗氧化剂) ) 在冰浴下研磨
成匀浆 ,完全转移至 10 mL 试管中 ,摇匀 ,放置提取 4 h。
4 000 r·min - 1离心 15 min ,取上清液 ;沉淀中加 1 mL 提
取液 ,搅匀 ,置 4 ℃下再浸提 1 h。离心 ,合并上清液并
记录体积 ,残渣弃去。将上清液转入 5 mL 塑料离心管
中 ,40 ℃氮气吹干。用样品稀释液 (100 mL 磷酸盐缓冲
液(8. 0 g NaCl ,0. 2 g KH2 PO4 ,9. 6 g Na2 HPO4·12H2O ,溶
解定容至 1 000 mL ,pH值 7. 5) 中加 0. 1 mL Tween220 和
0. 1 g 白明胶) 定容至 1. 5 mL ,10 000 r·min - 1冷冻离心
10 min 除去沉淀 ,上清液用于间接酶联免疫吸附分析
( ELISA) 测定 ,具体参见何钟佩方法[13] 。
2 　结果和分析
植物内源激素虽然种类不多 ,含量极微 ,但是它们
却参与从生长到衰老的几乎所有的生理生化反应和过
程 ,起着十分重要的调控作用。鉴于杨树冰核细菌溃
疡病产生肿茎的特点和前人研究关于无机元素 K与细
胞分裂素之间关系的猜测[14] ,测定杨树患病后组织中
的各种内源激素水平 ,对于推测和研究病原细菌的致
病机制有着重要的意义。本次实验测定了生长素
( IAA) 、赤霉素 ( GA4 ) 、玉米素 ( ZR) (细胞分裂素的一
种) 、脱落酸 (ABA) 4 种内源激素 ,结果见图 1～4。
从图 1a～e 可以看出 ,各温度处理下的病、健株在
测定过程中 IAA 含量 (鲜质量比 ,以下同) 都是先上升 ,
10 d 左右达到最大值 ,然后下降 ,在 15～20 d 之后趋向
平缓。每一温度条件下病株的内源 IAA 含量略高于健
株。虽然数值差异不显著 ,但却在整个测定过程中都
呈现这种差异。病、健株之间基本一致的变动规律说
明病害对植株的影响有其相对的独立性 ,与生长条件
改变及温度间的互作用不明显。
从图 2a～e 可看出 ,尽管在差值上并没有达到显著
的程度 ,但各温度处理在整个测定过程中都是患病株
的 ZR 略高于健康株。虽然各温度处理间的 ZR 含量随
时间的变化缺乏比较有规律的一致性 ,但同一温度处
理内病、健株间基本一致的变动规律再次说明病害对
植株的影响有其相对的独立性 ,与生长条件改变及温
度间的互作用不明显。
734第 4 期 毛得奖等 :杨树冰核细菌溃疡病寄主内源激素含量变化研究
图 1 　小黑杨 14 树皮的内源 IAA 含量 (图 1 - a ,b ,c ,d ,e 分别代表 30 ℃, 25 ℃, 20 ℃, 15 ℃, 10 ℃温度处理)
图 2 　小黑杨 14 树皮的内源 ZR 含量 (图 2 - a ,b ,c ,d ,e 分别代表 30 ℃, 25 ℃, 20 ℃, 15 ℃, 10 ℃温度处理)
从图 3a～e 可以看出 ,测定过程中 ,每一温度处理
的小黑杨 14 内源赤霉素 ( GA4 ) 含量波动都比较大。但
是 5 个不同温度处理间在变动规律及数值大小上没有
明显的差异 ,这说明小黑杨 14 内源赤霉素含量在较大
的温度变动幅度内变化不大。尽管在差值上并没有达
到显著的程度 ,但是各温度处理在整个测定过程中都
是患病株的 GA4 略低于健康植株。同一温度处理内
病、健株之间基本一致的变动规律也说明病害对植株
的影响有其相对的独立性 ,与生长条件改变及温度间
的互作用不明显。
834 林 　业 　科 　学 　研 　究 第 18 卷
图 3 　小黑杨 14 树皮的内源 GA4 含量 (图 3 - a ,b ,c ,d ,e 分别代表 30 ℃, 25 ℃, 20 ℃, 15 ℃, 10 ℃温度处理)
从图 4a～e 可看出 ,小黑杨 14 感染冰核细菌溃疡
病初期 ,内源脱落酸含量降低了。在 25 ℃和 30 ℃条件
下 ,病、健小黑杨 14 内源脱落酸含量在前 15 d 经历了
一次较大的波动后 ,逐渐趋向平稳 ,并维持在绝对含量
较低 ( < 300 ng·g - 1 ) 的水平上。而在 20 ℃以下时 ,随
着水培时间的延长 ,病、健株的内源 ABA 含量都在逐渐
上升 ,温度越低 ,上升的幅度越大。如 10 ℃条件下的
健康小黑杨 14 在第 30 天测定时内源 ABA 含量接近于
2 000 ng·g - 1 ,约为开始时的 10 倍。这说明温度对植株
内源 ABA 含量的绝对水平影响比较大。
图 4 　小黑杨 14 树皮的内源 ABA 含量 (图 4 - a ,b ,c ,d ,e 分别代表 30 ℃, 25 ℃, 20 ℃, 15 ℃, 10 ℃温度处理)
3 　讨论
综合病、健小黑杨 14 四种内源激素的含量变化可
知 ,由于病害的影响 ,患病小黑杨 14 的生长素、玉米素
含量比健康植株略微偏高 ,赤霉素和脱落酸含量比健
康小黑杨 14 有了稍微的降低。尽管从数值上看含量
934第 4 期 毛得奖等 :杨树冰核细菌溃疡病寄主内源激素含量变化研究
相差的并不显著 ,但贯穿几乎每一次测定的含量差异
的稳定性说明病害对植株的内源激素水平产生了比较
稳定的影响 ,只是影响的程度不大 ,这可能是病害还只
是处在初期阶段 ,对植物的正常生理功能还未造成严
重的影响。患病后生长素和玉米素的增高 ,可能是寄
主对病害作出的激素生理响应 ,但考虑到杨树冰核细
菌引起杨树产生肿茎的特殊症状 ,这两种激素的这种
变化便也有可能与症状的形成有关系。赤霉素的生理
作用是促进细胞伸长 ,结合在显微解剖时观察到木射
线薄壁细胞变粗变短的结果 ,患病株赤霉素的减少很
可能是这种变化的原因之一。脱落酸的变化结果也与
水培过程中枝条的生根发芽情况相一致 :25 ℃和 30 ℃
条件下的水培条逐渐生根 ,枝上萌出新芽和叶 ;20 ℃条
件下的水培条在后期有少数一部分生出细根 ;而 15 ℃
和 10 ℃条件下的枝条则始终没有生根。低温条件下
的脱落酸的高水平积累很可能是抑制生根的主要因
素。同时 ,患病株的生长素和细胞分裂素水平高 ,脱落
酸水平低 ,会使植株处在一种比健康植株稍微活跃的
生理状态 ,抗寒能力比健康植株减弱了。这种推测与
患病杨树树皮经低温冷冻处理后电解质渗出率比健康
植株高的结果是相符合的。
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