全 文 ：中国生态农业学报 2011年 1月 第 19卷 第 1期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Jan. 2011, 19(1): 141145


* 高等学校博士学科点专项科研基金(20095302110003)资助
** 通讯作者: 黄琼(1963~), 教授, 博士生导师, 主要从事植物病理学研究, E-mail: huangqiong88hs@yahoo.com.cn; 陈海如(1944~), 教授,
博士生导师, 主要从事植物病理学研究, E-mail: hrchen44@yahoo.cn
余磊(1981~), 男, 博士研究生, 研究方向为植物抗病生理。E-mail: yulei0425@yahoo.cn
收稿日期: 2010-03-29 接受日期: 2010-08-13
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2011.00141
甘薯长喙壳侵染对甘薯块根抗氧化酶活性的影响*
余 磊 1,2 高玲玲 2 郭建伟 2 陈小龙 2 李秀芬 2 黄 琼 2** 陈海如 2**
(1. 昆明学院农学院 昆明 650214;
2. 云南农业大学植物病理重点实验室 教育部农业生物多样性与病害控制重点实验室 昆明 650201)
摘 要 以易感黑斑病甘薯品种“徐薯 18”为试验材料, 分别接种分离自石榴、甘薯和芋头的甘薯长喙壳
(Ceratocystis fimbriata), 研究其保护酶活性及丙二醛(MDA)含量变化。结果显示, 非亲和性菌株[分离自石榴的
甘薯长喙壳(CQS2)和分离自芋头的甘薯长喙壳(YP1)]和亲和性菌株[分离自甘薯的甘薯长喙壳(SP1)]接种的甘
薯块根苯丙氨酸解氨酶(PAL)、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性, 与对照处
理相比均有升高, 且接种 CQS2 和 YP1 的处理始终高于接种 SP1 的处理; 非亲和性菌株和亲和性菌株接种的
甘薯块根 MDA含量均呈先上升后下降趋势, 且接种 CQS2 和 YP1 的处理在接种 25 h时 MDA含量明显高于
接种 SP1的处理, 接种 SP1的处理在接种后期(50 h)的 MDA含量降至与对照相当水平。由此表明: 不同寄主
的甘薯长喙壳侵染甘薯块根后, 非亲和性接种菌株(CQS2 和 YP1)比亲和性接种菌株(SP1)能增强 POD、SOD
和 CAT酶活性及诱导较多的 MDA, 从而增强病原菌侵染的抗性。
关键词 甘薯长喙壳 甘薯 石榴 芋头 抗氧化酶 亲和性菌株 非亲和性菌株
中图分类号: S435.311 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2011)01-0141-05
Effect of Ceratocystis fimbriata infection on antioxidant enzyme
activity of sweet potato root
YU Lei1,2, GAO Ling-Ling2, GUO Jian-Wei2, CHEN Xiao-Long2, LI Xiu-Fen2,
HUANG Qiong2, CHEN Hai-Ru2
(1. College of Agronomy, Kunming University, Kunming 650214, China; 2. Key Laboratory for Agriculture Biodiversity and Plant Disease
Management, Ministry of Education; Key Laboratory of Plant Pathology, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201, China)
Abstract Three strains of Ceratocystis fimbriata isolated from sweet potato (Ipomoea batatas), pomegranate (Punica granatum)
and taro (Colocasia esculenta) were respectively inoculated on sweet potato to study the changes of protective enzyme activity and
MDA content. Results showed that the activities of sweet potato PAL, POD, SOD and CAT increased after infection with both in-
compatible (taro strain, pomegranate strain) and compatible (sweet potato strain) strains. The effect was more significant for incom-
patible strains than compatible strains. When once infected by three trains, sweet potato MDA content increased first and then de-
creased. MDA content was higher at 25 h after infected incompatible strains than compatible strains. At late stage inoculation (50 h),
sweet potato MDA content infected compatible strains dropped to lower levels close to control. Compared with compatible strains,
incompatible strains improved POD, SOD and CAT activity and increased MDA content, which enhanced resistance against C. fim-
briata infection.
Key words Ceratocystis fimbriata, Sweet potato, Pomegranate, Taro, Antioxidant enzyme, Compatible strain, Incompatible strain
(Received March 29, 2010; accepted Aug. 13, 2010)
石榴枯萎病是我国近几年新发生的一种石榴栽
培种毁灭性病害, Huang等[1]首次报道这种病害发生
在云南省红河州地区 , 其病原菌为甘薯长喙壳
(Ceratocystis fimbriata Ellis & Halsted, 简称 Cf)。病
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原菌对植物的伤害大多与植物体内的活性氧代谢失
调有关[2], PAL、POD、SOD、CAT与抗病反应的关
系已有较多报道[3]。甘薯长喙壳是一种非常重要的
植物病原菌, 常造成重要经济林木的毁灭性枯萎病
害, 目前研究认为甘薯长喙壳菌株多数具有明显的
寄主专化性, 尤其是甘薯的 Cf 菌株[4], 但关于甘薯
长喙壳寄主专化性的株系数量以及这些株系间的界
定还没有完全清楚, 相关报道较少。分离自中国石
榴和芋头上的 Cf 菌株的寄主专化性相关研究目前
尚未见报道。本研究采用分离自芋头、石榴、甘薯
的 Cf 菌株分别接种甘薯块根组织, 同期测定抗性
相关物质及酶活性的变化, 旨在探讨具有不同寄主
专化性的甘薯长喙壳菌株与同种植物组织的互作关
系, 为进一步揭示不同寄主专化性的甘薯长喙壳之
间的致病机理提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 供试菌株及悬浮液制备
供试的甘薯长喙壳菌株分别为石榴 (Punica
granatum)枯萎病菌株 (CQS2)、芋头 (Colocasia es-
culenta)黑腐病菌株(YP1)、甘薯(Ipomoea batatas)黑
斑病菌株(SP1), 各菌株均由云南农业大学教育部植
物病理重点实验室提供。
菌株孢子悬浮液的制备: 经单孢分离的各供试
菌株病原菌被活化后在 PDA 培养基上 26 ℃ 富集
培养 7 d, 然后将纯培养的病原菌用灭菌去离子水洗
脱, 稀释至浓度为 1.0×106个·mL的孢子悬浮液。
1.2 供试材料及试验方法
供试甘薯材料为易感病品种“徐薯 l8”, 由云
南农业大学植物保护学院植物真菌病害教研室提
供。接种方法参照文献[5]: 选取大小均匀、表面光
洁无病斑的甘薯块根, 先用清水洗净, 再放入 0.2%
的次氯酸溶液中表面消毒 10 min, 然后用灭菌蒸馏
水洗 3次。将块根切成 3~4 cm厚的圆片, 将 3种病
原菌孢子悬液均匀涂于块根圆片的两侧, 每个菌株
均重复接种 3 次以上, 于 28 ℃培养箱中培养(湿度
为 60%~70%), 以未接种的切伤块根圆片作为伤害
组织对照。
1.3 测定指标及方法
在甘薯块根圆片接种后的 0 h、10 h、20 h、25 h、
30 h、40 h、50 h, 分别取接种组织进行指标测定, 并
同时取未接种的组织作为对照。PAL 活性测定参照
薛应龙[5]和吕秀兰等[6]方法, POD 活性测定采用愈创
木酚法[7], SOD活性测定参照 Giannopolitis等[8]、林河
通等[9]蓝四唑法, CAT 活性测定采用紫外吸收法[10],
MDA含量测定采用硫代巴比妥酸(Thiobarbituric acid,
TBA)法[11], 每个测定样品重复测定 3次。
1.4 数据处理
利用 SPSS软件进行相关性分析和显著性测验。
2 结果与分析
2.1 致病性测定结果
试验结果表明: 分离自 3 种不同寄主(石榴、芋
头和甘薯)的甘薯长喙壳(Cf)菌株在接种甘薯块根 50 h
后, 即可观察到从甘薯分离出的 Cf菌株在甘薯块根
上产生大量灰色菌丝体(未产生子囊壳), 并能在病
害组织分离到相应的病原菌菌株, 最终引起组织黑
色腐烂(120 h), 说明甘薯 Cf 菌株对甘薯块根具有强
烈的致病性, 表现出亲和反应。而分离自芋头和石榴
的 Cf 菌株在接种到甘薯块根后, 没有观察到菌丝生
长或子囊壳产生, 并难以在接种组织内部分离到 Cf,
说明它们对甘薯无致病性, 表现出非亲和反应。
2.2 接种 Cf对甘薯块根 PAL活性的影响
从图 1a可以看出, 3个 Cf菌株接种处理的甘薯
块根组织中 PAL活性均迅速增高, 并在 20 h时 PAL
活性均达到高峰, 石榴菌株(CQS2)与芋头菌株(YP1)
处理分别比对照(CK)高 144%和 138%, 同期甘薯菌
株(SP1)处理比对照高 94%, 均达到显著水平差异
(P<0.05), 但是CQS2与YP1处理间并未产生显著差
异。非亲和性菌株接种甘薯块根中的 PAL活性峰值
显著高于亲和性菌株接种处理, CQS2和 YP1接种甘
薯块根中的 PAL活性与 SP1接种处理相比分别提高
了 26%和 22%。
2.3 接种 Cf对甘薯块根 POD活性的影响
如图 1b所示, 3种不同寄主的 Cf菌接种后, 甘
薯块根中的 POD活性均明显高于同期对照处理。除
40 h外, 非亲和性菌株(CQS2和 YP1)接种甘薯块根
中 POD活性的峰值及持续时间均高于同期亲和性菌
株(SP1)接种处理, 且 POD 活性上升快, 净增加值
大。非亲和性菌株接种后 30 h均达到最大值, 分别
比对照高 149%和 155%, 且差异达到显著水平(P<
0.05), 非亲和性菌株 CQS2 与 YP1 处理间未产生显
著差异。SP1 接种后甘薯块根在 40 h 达峰值, 非亲
和性菌株(CQS2和 YP1)接种处理比亲和性菌株(SP1)
接种处理的 POD 活性提高幅度分别达 17%和 19%,
且差异达显著水平(P<0.05)。50 h时, 接种亲和性菌
株(SP1)的甘薯块根中 POD 活性开始下降, 但接种
非亲和性菌株(CQS2 和 YP1)的甘薯块根中 POD 活
性基本维持在一定水平。
2.4 接种 Cf对甘薯块根 SOD活性的影响
试验结果表明(图 1c): 在接种 Cf 后甘薯块根中
SOD活性的变化趋势与 POD一致, 均表现为先升高
第 1期 余 磊等: 甘薯长喙壳侵染对甘薯块根抗氧化酶活性的影响 143


后降低; 且除 25 h 外, 接种非亲和性菌株(CQS2 和
YP1)后组织的 SOD 活性峰值及持续时间均高于同
期接种亲和性菌株(SP1)处理。对照(CK)甘薯块根中
的 SOD活性均较 3个接种 Cf处理低, 且所有菌株接
种后块根组织内 SOD活性均随时间推移而升高, 并
在 30 h时 SOD活性均达到最高值。30 h时, CQS2
和 YP1 处理分别比对照高 98%和 94%, SP1 处理比
对照高 69%, 差异均达到显著水平(P<0.05); CQS2
和 YP1 处理间差异未达显著水平; 非亲和性菌株
(CQS2 和 YP1)接种甘薯块根中的 SOD 活性较亲和
性菌株(SP1)接种处理分别提高了 17%和 15%。30 h
后, 3个接种处理的 SOD活性开始下降, 50 h时接种
亲和性菌株(SP1)的甘薯块根中 SOD 活性降至对照
值以下。


图 1 不同 C. fimbriata菌株侵染对甘薯块根 PAL(a)、POD(b)、SOD(c)和 CAT(d)活性的影响
Fig. 1 Effects of different C. fimbriata strains infection on PAL (a), POD (b), SOD (c), CAT (d) activities of sweet potato roots

2.5 接种 Cf对甘薯块根 CAT活性的影响
从图 1d可知, 3个 Cf接种后的甘薯块根 CAT活
性表现为“轻微上升—迅速升高—逐渐下降”的总
体趋势。接种非亲和性菌株(CQS2和 YP1)后甘薯块
根的 CAT活性在 25~30 h时均上升至最大值, 分别
比对照高 79%和 90%, 且达到显著差异(P<0.05), 随
后维持在一个相对较高的活性水平。接种亲和性菌
株(SP1)的甘薯块根CAT活性在 25 h达到最大值, 并
较对照高 43%, 差异达到显著水平, 而后迅速降低。
由此可以看出: 在接种早期(0~25 h), 接种非亲和性
菌株(CQS2 和 YP1)与亲和性菌株(SP1)的甘薯块根
CAT活性的变化趋势及数值相似, 但在 30 h及以后
接种非亲和性菌株的甘薯块根中 CAT 活性表现为
上下轻微波动, 并维持了较高的酶活水平, 且显著
高于对照和接种亲和性菌株的处理; 而接种亲和性
菌株 25 h后, 随着接种病斑的扩展和组织细胞的死
亡, 染病组织中活性氧积累 O和膜脂过氧化加强,
导致 CAT活性逐渐下降, 在 50 h时降至对照水平。
由图 1 可见, 对照处理的 PAL、POD、SOD 和
CAT 酶活性在整个测定期间均维持在相对较低且稳
定的水平。
2.6 接种 Cf对甘薯块根 MDA含量的影响
从图 2可以看出, 在接种后 10 h时即可检测到
膜脂过氧化产物 MDA 有明显升高, 且各 Cf 接种处
理均高于对照。说明在接种后早期的互作中, 甘薯
块根发生了较为剧烈的膜脂过氧化反应。接种非亲
和性菌株(CQS2和 YP1)的甘薯块根中 MDA含量均
在 25 h达到最大值, 分别比对照高 107%和 94%, 差
异达到显著水平(P<0.05), CQS2和 YP1处理间差异
未达显著; 25~30 h逐渐下降, 之后维持较高的水平。
亲和性菌株(SP1)接种后甘薯块根的MDA含量在 30 h
达到最大值, 较对照值高 45%, 并在 50 h 时降至与
对照值相当。对照处理在整个测定期间维持在一个
较低且相对稳定的水平。
3 结论与讨论
在病原菌侵染寄主植物的互作中, 一个显著而
普遍的病理现象是植物呼吸速率的升高。植物的抗
病机制是多种多样的, 在病原物与寄主植物之间存
在的基因对基因关系中, 病原物无毒基因产物与寄
144 中国生态农业学报 2011 第 19卷



图 2 不同 C. fimbriata菌株侵染对甘薯块根 MDA
含量的影响
Fig. 2 Effects of different C. fimbriata strains infection on
MDA contents of sweet potato roots

主中相应抗病基因产物互作从而导致不亲和反应 ,
使病原物在植物中的定殖和扩展受到抑制, 甚至在
侵染初期就破坏了亲和关系。寄主防卫反应的作用
和表现特点因寄主病原物的组合不同而有所差异,
其对病原物侵入的生化反应是以酶的催化活动来实
现的; 而且抗病防卫反应(抵御病原菌)的有效性取
决于与这些反应相关的抗病基因是否在特定的部位
和较早的时间达到较高的表达水平[12]。
POD、SOD和 CAT是植物体内担负清除 O和
H2O2 的重要防御酶系统, 参与了植物抗病次生物质
如木质素、酚类化合物、植保素和活性氧的代谢, 在
植物抗病防卫反应中起重要作用。据郭绍东等[13]报
道, 对甘薯黑斑病菌抗性差异显著的 2 个甘薯品种
块根接种黑斑病菌后, 接种初期抗病品种相对感病
品种发生了较强的脂质过氧化作用, 认为脂质过氧
化作用是甘薯对黑斑病菌的抗性机制之一。Meagher
等[14]使用分离自甘薯、杏树(Prunus amygdalus B.)、
樱桃(P. avium L.)、扁桃(P. armeniaca L.)和欧洲李(P.
domestica L.)等寄主的甘薯长喙壳菌株分别接种甘
薯块根组织, 测定 POD、CAT等酶活性的结果表明:
在接种后, 对甘薯块根非亲和(不致病)的甘薯长喙
壳菌株(杏树、樱桃、扁桃和欧洲李等寄主)与对亲和
(致病)的甘薯长喙壳菌株(甘薯寄主)相比具有更高
的 POD 和 CAT 活性。本文的研究结果与前人的研
究一致, 亲和性甘薯长喙壳在入侵甘薯块根后, 随
着病斑的扩展和组织细胞的死亡, 成功侵入甘薯块
根组织的病原菌株( SP1)不断破坏植物体内的保护
酶系统, 表现为 SOD和CAT活性在病原菌侵染早期
升高 , 后期迅速下降 , 从而产生致病症状; 非亲和
甘薯长喙壳菌株(CQS2和 YP1)可诱导甘薯块根产生
较高的 SOD和CAT活性, 并在一定时间内维持一个
较高的水平, 诱导甘薯增强对该菌株的抗性。
PAL 是次生代谢物质合成过程中的关键酶, 能
促使植物体产生次生代谢物质抵抗病原菌的侵染 ,
从而起到抗病作用, 被认为是植物的防御酶之一。
很多研究者认为 PAL 活性与植物的抗病性呈正相
关[1516]。本研究结果也表明, PAL在甘薯对侵染病原
菌(CQS2 和 YP1)的抗性中起着重要的作用, 其原因
可能是病原菌的侵染可以快速促进酚类化合物和木
质素的合成与积累 , 以抵御病原菌的侵染和扩展 ,
从而提高寄主抗病能力。
近年来发现 H2O2、水杨酸等在植物抗病反应中
可能作为信号分子参与抗病反应信息传递, 进而激
发植物细胞内的各种防卫反应和系统获得性抗性。
水稻与稻瘟病菌、马铃薯与晚疫病菌等病害互作中
的活性氧及其代谢酶的产生和含量变化研究结果表
明, H2O2 在植物抗病反应中起重要作用。病菌侵染
后植物体内活性氧的产生与积累是启动膜脂过氧化
的主要原因之一, 而 MDA 含量的变化是衡量膜脂
过氧化程度的一个重要指标[17]。Masui 和 Kojima[18]
利用甘薯菌株(不亲和)和芋头菌株(亲和)分别接种
芋头组织, 比较了芋头块茎在接种 2 种病原菌后的
MDA含量及相关酶活性变化, 认为这些抗性酶物质
的产生是在寄主植物系统内寄主与病原菌互作早期
的结果。本研究也表明, 在接种后 10 h检测到膜脂
过氧化产物 MDA 含量有明显升高, 且均高于未接
种对照, 并总体表现为非亲和性接种高于亲和性接
种。说明在接种早期的互作中, 甘薯块根即发生了
较为强烈的膜脂过氧化反应。
综上所述, 本论文采用分离自不同寄主的甘薯
长喙壳菌株接种于甘薯块根 , 系统研究了 POD、
CAT、PAL活性及 MDA含量在病原菌与甘薯互作过
程中的变化, 进一步验证了甘薯长喙壳的寄主专化
性, 并揭示了非亲和性与亲和性互作中相关酶活性
的差异反应。本实验室的前期研究结果显示, 来自
芋头寄主和石榴寄主的甘薯长喙壳分离菌可以对芋
头或石榴寄主互相侵染, 未表现出寄主专化性(相关
结果尚未发表)[19]。本次研究结果也表明芋头和石榴
之间在非亲和性互作上的抗性反应也具有较一致的
变化趋势。
在甘薯长喙壳菌的侵染早期, 甘薯块根组织中
相关酶活性大幅度上升, 这与寄主在病程早期阶段
限制病斑扩展的能力有关。说明生物体在受到亲和
性病原菌和非亲和性病原菌侵染时, 生物体本身具
有一定的适应和抵御能力, 但这种能力是有限度的,
超过一定的限度细胞保护酶系统的平衡就会遭到破
坏, 进而形成病斑或其他类似的病症表现, 为病原
菌的进一步入侵提供条件。
第 1期 余 磊等: 甘薯长喙壳侵染对甘薯块根抗氧化酶活性的影响 145


参考文献
[1] Huang Q, Zhu Y Y, Chen H R, et al. First report of pome-
granate wilt caused by Ceratocystis fimbriata in Yunnan,
China[J]. Plant Disease, 2003, 87(9): 1150
[2] 李兰真, 赵会杰, 杨会武, 等. 小麦锈病与活性氧代谢的关
系[J]. 植物生理学通讯, 1999, 35(2): 115117
[3] 宋瑞芳, 丁永乐, 宫长荣, 等. 烟草抗病性与防御酶活性间
的关系研究进展[J]. 中国农学通报, 2007, 23(5): 309313
[4] Baker E C J, Harrington T C. Intersterility, morphology and
taxonomy of Ceratocystis fimbriata on sweet potato, cacao
and sycamore[J]. Mycologia, 2005, 97(1): 5769
[5] 薛应龙. 植物生理实验手册[M]. 上海: 上海科学技术出版
社, 1985: 194195
[6] 吕秀兰 , 苟琳 , 龚荣高 . 葡萄品种对霜霉病抗性鉴定的生
化指标研究[J]. 植物病理学报, 2004, 34(6): 512517
[7] Kochba J, Lavee S, Spiegel-Roy P. Difference in peroxidase ac-
tivity and isoenzymes in embryogenic and non-embryogenic
‘Shamoufi’ orange ovular callus lines[J]. Plant Cell Physiol,
1977, 18(2): 463467
[8] Giannopolitis C N, Ries S K. Superoxide dismutases. I. Oc-
currence in higher plants[J]. Plant Physiol, 1977, 59(2):
309314
[9] 林河通 , 席芳 , 陈绍军 . 龙眼果实采后失水果皮褐变与活
性氧及酚类代谢的关系[J]. 植物生理与分子生物学学报 ,
2005, 31(3): 287297
[10] 潘汝谦 , 黄旭明 , 古希昕 . 活性氧清除酶类在黄瓜感染霜
霉病过程中的活性变化 [J]. 植物病理学报 , 1999, 29(3):
287288
[11] Dhindsa R S, Dhindsa P P, Thorpe T A. Leaf senescence cor-
related witl increase levels of membrane permeavbihty and
lipid peroxidafion and decrease levels of superoxide dismu-
tase and catalase[J]. J Exp Bot, 1981, 32: 93101
[12] 杨民和 , 郑重 . 水稻受稻瘟病菌侵染后过氧化物酶定位的
超微观察[J]. 中国水稻科学, 2002, 16(1): 5762
[13] 郭绍东 , 李合生 . 甘薯块根组织脂氧合酶及其在抗病生理
中的功能研究[J]. 植物病理学报, 1995, 25(4): 325329
[14] Meagher R B, Devay J E, Kosuge T. Oxidative enzymes of
Ceratocystis fimbriata isolates differing in host specificity[J].
Physiologia Plantarum, 1967, 20(3): 726732
[15] 李靖 , 利容千 , 袁文静 . 黄瓜感染霜霉病菌后叶片中一些
酶活性的变化[J]. 植物病理学报, 1991, 21(4): 277283
[16] 徐建华 , 利容千 , 王建波 . 黄瓜不同抗病品种感染镰刀菌
枯萎病菌后几种酶活性的变化 [J]. 植物病理学报 , 1995,
25(3): 239242
[17] 宋凤鸣 , 郑重 , 葛秀春 . 活性氧及膜脂过氧化在植物病原
物互作中的作用[J]. 植物生理学通讯, 1996, 32(5): 377385
[18] Masui H, Kojima M. Lipid peroxidation and its role in taro
tubers infected by Ceratocystis fimbriata[J]. Agric Biol Chem,
1990, 54(7): 16891695
[19] 黄琼 . 甘薯长喙壳病菌鉴定、致病性与系统发育研究[D].
昆明: 云南农业大学, 2009