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第28卷 第3期 作　物　学　报 V ol. 28, N o. 3
2002 年5月　 355～ 358页 A CTA A GRONOM ICA S IN ICA pp. 355～ 358　M ay, 2002
抗锈小麦新品系与感病品种甘麦8号的水杨酸含量和相关酶类活性的变
化Ξ
邢更妹　李　杉　崔凯荣　王根轩3
(兰州大学干旱农业生态国家重点实验室, 甘肃兰州 730070)
摘　要　抗锈小麦新品系89144接种锈菌后 SA 含量升高, 同时CA T 活性降低, H 2O 2含量升高, SOD 活性升高, 在不
抗锈品种甘麦8号接种锈菌后 SA 含量也有升高, 但并不伴随有CA T 活性下降和 SOD 活性升高以及H 2O 2含量的升高。
推测 SA 为 CA T 过氧化活性提供一个电子的过程中 SA 的量必须达到一定的阈值, 并且与 CA T 的时序调节相配合。
据 SA 结合态和游离态含量的变化动态, 推测 SA 信号传导途径的上游应该还有一些机制在起作用, 同时89144具有 SA
信号传导途径。
关键词　水扬酸; 过氧化氢酶; 过氧化氢; 超氧化物歧化酶; 过氧化物酶
中图分类号: S512　　　文献标识码: A
Change in SA Con ten t and Rela tive Enzymes Activ ities in Two W hea t Var ieties
D iffer ing in Rust-resistance af ter the Inocula tion of Puccin ia str iif orm is f. sp.
tr itici
X IN G Geng2M ei　L I Shan　CU I Kai2Rong　WAN G Gen2Xuan
(T he S tate K ey L aboratory of A rid A g roecology , L anzhou U niversity , L anzhou 730000, China)
Abstract　Changes in SA con ten t and relative enzym es activities w ere investigated after the inoculation of
P uccinia striif orm is f. sp. tritici. in leaves of two sp ring w heat (T riticum aestivum ) varieties that differ in rust2
resistance: 89144 ( rust2resistan t) and Ganm ai 8 ( rust2sensitive). In 89144, the increase in SA con ten t w as
accompan ied w ith the decrease in CA T activity and increase in H 2O 2 con ten t and SOD activity. W h ile in Ganm ai
8, the increase in SA con ten t w as no t accompan ied w ith the above changes observed in 89144. It w as deduced
that on ly w hen the con ten t SA reached a certain level, could it give e- to CA T and coordinate w ith the
regulation of CA T. A ccording to the dynam ic changes of the con ten t of free and com bine SA , it w as concluded
that o ther regulation m echan ism s m igh t be ex isted in the up stream of the signaling transduction pathw ay and
SA signaling transduction pathw ay m igh t be emp loyed in 89144.
Key words　SA ; CA T; H 2O 2; SOD; POD
　　小麦条锈病是小麦条锈菌 (P uccinia striif orm is
f. sp. tritici) 引起的在我国小麦生产区危害最严重
的小麦病害之一, 防治方法主要以培养抗病品种为
主, 然而由于条锈菌的毒性进化导致抗病品种的抗
性迅速丧失, 以致造成小麦条锈病周期性爆发, 为
了进一步控制小麦条锈病, 对于抗病机理, 以及条
锈菌克服寄主抗病性的机制的研究是十分必要的。
水杨酸 (salicylic acid SA ) 是近年来研究证明与植物
抗病反应有重要关系的信号分子, 它可以激活某种
与植物抗病相关的防御机制, 涉及并参与植物的过
敏性反应 (H ypersensitive response, HR )和系统获得
性抗性 (System ic acquired resistance, SA R ) 反应,Ξ 基金项目: 甘肃省自然科学基金资助 (250012A 2120322N ) , 国家重大基础研究发展规划项目 (G1999011705) , 中科院沙坡头站开放基金
资助项目 (200018)。
作者简介: 邢更妹, 女 (19632 ) , 副教授。　　3 通讯联系人。
Received on (收稿日期) : 2000212226, A ccep ted on (接受日期) : 2001204212
在植物 SA R 信号传导和 HR 反应中起着关键作
用[ 1, 2 ]。此外, 发现植物体中的 SA 受体具有过氧化
氢酶 (catalase, CA T ) 活性, 而 SA 抑制其活性, 提
高植物叶片内源 H 2O 2水平, 而 H 2O 2或它的衍生物
活性氧, 进一步激活抗病反应途径中与抗病相关基
因的表达[ 3, 4 ]。并有报道 SA 处理植物叶片可提高植
物中超氧化物歧化酶 ( supo rox ide dism utase, SOD )
和过氧化物酶 (perox idase, POD ) 的活性, 这些酶都
与H 2O 2代谢有关[ 5 ]。为此, 我们通过花粉管通道法
将高粱DNA 导入丰产而对锈病亲合的小麦品种甘
麦8号的后代中并对大量变异系进行筛选, 选育出
对锈病不亲合的小麦新品系89144, 并进行了抗病
性鉴定、生物学特性和胚乳蛋白的研究和光合特
性[ 6, 7 ] , 蛋白质双向电泳[ 8 ] 以及 RA PD 的分子验
证[ 9 ]等, 不仅证明该新品系抗锈性强, 且稳定, 同
时表明属转基因新品系。本研究正是在原有的工作
基础上探讨89144的抗锈机理。
1　材料和方法
1. 1　小麦新品系89144与其受体品种甘麦8号进行
回交选择
用89144作非轮回亲本, 甘麦8号作轮回亲本在
一定的条锈菌侵染压力场下进行回交, 选择表现型
除抗锈性状外其它性状与甘麦8号相似的单株, 穗
行种植回交。进行株行种植。自交2代选择抗锈性
状不分离的株行进行如下实验。
1. 2　水杨酸含量的测定
小麦种子浸种后, 播种于装有蛭石的塑料钵
内, 在一叶展叶期利用涂抹法接种小麦条锈菌混合
菌种, 接种后培养在13～ 19℃, 光照12 höd, 湿度
保持100% , 接种后24小时、32小时、40小时、48小
时、56小时取材。参照李兆亮的方法[ 10 ] , 用硅胶板
纯化粗提液, 然后用H PL C 检测样品中 (SA ) 含量,
H PL C 仪器型号为W atersTM 600E C218柱, 检测温
度为40℃, 流速为0. 6 mL öm in, 检测波长为310
nm , 保留时间4. 05分钟。
1. 3　蛋白质含量的测定
用考马斯亮蓝按B radfo rd [ 11 ]法进行测定。
1. 4　CAT 活性的测定
0. 5 g 叶片加1. 8 mL 预冷的提取缓冲液 (10
mmolöL T ris2HC l pH 7. 5, 0. 25 molöL 蔗糖, 1
mmolöL ED TA , 10. 5 mmolöL D T T , 0. 1 mmolöL
PM SF ) 研磨或匀浆后在4℃条件下27000 g 离心15
分钟, 上清液按崔凯荣的[ 12 ]方法测定酶活。
1. 5　H2O 2含量的测定
参考 Patterson 等[ 13 ]的方法, 1 g 叶片加3 mL
冷丙酮磨成匀浆, 16000 g 离心10 m in, 上清液定
容, 反应液中含0. 1 mL 20% (vöv) T iC l4的浓盐酸,
0. 2 mL 浓氨水和1 mL 上清液。生成的过氧化物2
T i复合物用丙酮洗5次, 丙酮挥发后溶于3 mL 硫酸
(1 molöL )中, 测410 nm 光吸收值, 按同样程序制
H 2O 2标准曲线。
1. 6　SOD 活性的测定
0. 5 g 叶片加1. 8 mL 预冷的提取缓冲液 (50
mmolöL pH 7. 8 磷酸缓冲液, 0. 1 mmolöL ED TA ,
0. 3% (w öv) T ritonX2100; 4% (w öv) 聚乙烯聚吡咯
烷酮 (PV PP po lyvinylpo lyrro lidone)研磨后以纱布过
滤, 并以10500 g 离心20 m in, 上清液为粗酶液。
SOD 活性按照 EL 2moshaty [ 14 ]等的方法, 根据 SOD
抑制NBT 光化学还原的量计算酶活性。
1. 7　POD 活性的测定
参考崔凯荣[ 12 ]等的方法, 取0. 5 g 叶片加1. 8
mL 预冷的提取缓冲液 (100 mmolöL PBS, pH 6. 0,
内含0. 1% (vöv) T riton X2100和0. 04% (w öv) 的偏
重亚硫酸钠。冰浴研磨, 14000 g 离心15 m in。以愈
创木酚作底物, 在470 nm 处测 OD 值, 以△OD ö
m in m g 蛋白为酶活单位。
2　结果
2. 1　SA 含量变化
在接种锈菌后, 通过H PL C 测定结合态与游离
态 SA 含量变化结果如图1、2。89144游离态水扬酸
从32小时开始逐渐升高, 40小时达到峰值, 然
后开绐缓慢下降到48小时急剧下降 , 甘麦8号从
图1　游离态水扬酸含量的变化
F ig. 1　Changes on free SA content
△甘麦8号 uninoculated　○89144 uninoculated
▲甘麦8号 inoculated　●89144 inoculated
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图2　结合态水杨酸含量变化
F ig. 2　Changes on com bine SA content
△甘麦8号 uninoculated　○89144 uninoculated
▲甘麦8号 inoculated　●89144 inoculated
24小时开始缓慢上升, 上升幅度比89144小2倍, 而
在未接种锈菌的对照中89144和甘麦8号的内源游离
SA 含量变化都不大。
图2表明, 在接种后89144、甘麦8号的结合态
SA 含量都有上升, 并且甘麦8号比89144上升幅度
大而时间早, 在对照中, 89144、甘麦8号的结合态
SA 含量变化不大。
2. 2　CAT 活性变化
由图3可以看出, 89144 CA T 活性在接种条锈
菌40小时开始大幅度下降, 48小时后又略有回升,
而甘麦8号变化不大, 在未接种条锈菌的89144、甘
麦8号CA T 活性变化不大。
图3　CA T 活性变化
F ig. 3　Changes on CA T activity
△甘麦8号 uninoculated　○89144 uninoculated
▲甘麦8号 inoculated　●89144 inoculated
2. 3　H2O 2含量变化
图4表明在接种锈菌48小时后, 在89144中
H 2O 2含量达到峰值, 甘麦8号的H 2O 2含量也略有升
高, 而对照89144、甘麦8号H 2O 2含量变化不大。
2. 4　SOD 活性变化
图 5 表明, 在接种菌种后 40 小时 89144 的
SOD活性开始增高 , 到4 8小时达到峰值 , 尔后迅
图4　过氧化氢含量的变化
F ig. 4　Changes on H 2O 2 content
△甘麦8号 uninoculated　○89144 uninoculated
▲甘麦8号 inoculated　●89144 inoculated
速下降。而甘麦8号从32小时开始缓慢增高, 但增
高幅度不大。而在对照中89144和甘麦8号的 SOD
酶活性变化都不明显。
图5　SOD 活性变化
F ig. 5　Changes on SOD activity
△甘麦8号 uninoculated　○89144 uninoculated
▲甘麦8号 inoculated　●89144 inoculated
2. 5　POD 活性变化
图6中的 POD 酶活变化无论在接种条件下还是
在未接种条件下, 变化都不大, 只是在接种56小时
后89144的 POD 活性稍有升高。
图6　POD 活性变化
F ig. 6　Changes on POD activity
△甘麦8号 uninoculated　○89144 uninoculated
▲甘麦8号 inoculated　●89144 inoculated
7533期　　　　　　　　邢更妹等: 抗锈小麦新品系与感病品种甘麦8号的水杨酸含量和相关酶类活性的变化　　　　　　　　
3　讨论
89144接种锈菌40小时后内源游离 SA 含量达
到峰值, 但从40小时至48小时 有一个缓慢下降阶
段, 同时伴随着CA T 活性降低, H 2O 2含量的增加,
SOD 活性的增高, 这些与烟草中的变化相一致[ 15 ]。
Chen 等[ 3, 4, 15 ]已证明在烟草中的 SA 结合蛋白 (SA 2
binding p ro tein, SABP) 具有 CA T 活性, 它可降解
H 2O 2产生O 2和H 2O。SA 阻遏 SABP 的CA T 活性。
SA 为 CA T 的过氧化活性提供一个电子而作为电
子供体, 同时抑制这些酶, 使其处于不活跃状
态[ 16 ] , 从而导致 H 2O 2含量升高。在不抗锈品种甘
麦8号接种锈菌后也有内源游离 SA 含量升高, 但
并不伴随有CA T 活性下降和 SOD、POD 活性的升
高, 也没有H 2O 2含量的上升。从本实验结果可以看
出虽然89144和甘麦8号接种锈菌后, SA 含量都有
升高, 只是甘麦8号 H 2O 2含量达到峰值的时间早,
峰值低, 因此我们推测 SA 为 CA T 过氧化活性提
供一个电子的过程中 SA 的量必须达到一定的阈
值, 并且与 CA T 的时序调节相配合。在我们的实
验中还发现, 甘麦8号, 89144接种锈菌后游离 SA
含量增高, 结合态 SA 含量也升高, 所以游离 SA
在锈导条件下的含量升高不一定来自于结合态 SA
的释放, 而有可能是在植物体内与 SA 合成相关的
基因被启动。如果情况的确如此的话, 在 SA 信号
传导途径的上游应该还有一些机制在起作用,
89144接种锈菌后 SOD 活性也有升高, SOD 可使
O -2 , 通过歧化反应产生H 2O 2, 在正常条件下, 植物
体中的 SOD 活性足以清除体内的O -2 , 使O -2 保持
在正常生理水平。但在逆境条件下, O -2 水平的提高
剌激了 SOD 活性的增加, 这可能与病原物诱导的
氧化喷发有关。多数报道认为植物细胞壁中的 POD
可能与植物氧化喷发有关[ 17 ]。但在我们的实验中并
没有发现 POD 活性的大幅度变化, 也许在检测时
POD 活性已恢复常态, 这也符合氧化喷发的时相。
由此推测在植物体内 H 2O 2含量升高可以通过多种
途径造成, Chen 等的实验也证明 H 2O 2或它的衍生
物活性氧可激活抗病反应途径中相关基因表达。
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