串珠鐮刀菌毒素對玉米幼苗根系保護(hù)性酶活的影響

田雪亮　孔凡彬　郎劍鋒　劉鳴韜　陳錫嶺

摘要：研究串珠鐮刀菌（Fusarium moniliform）毒素誘導(dǎo)玉米保護(hù)性酶活性變化與品種抗性的關(guān)系，為利用串珠鐮刀菌毒素快速篩選抗病品種奠定基礎(chǔ)。以串珠鐮刀菌毒素處理玉米幼苗，測定玉米根系POD、PAL和PPO活性的變化。結(jié)果表明，抗病、感病品種玉米根系的保護(hù)性酶對串珠鐮刀菌毒素的誘導(dǎo)反應(yīng)不同。抗病、感病品種玉米幼苗用串珠鐮刀菌毒素處理后，POD、PAL、PPO活性均有所提高，且隨處理時(shí)間延長，其活性變化呈先升高、后降低趨勢。在處理期間，抗病品種的酶活性高峰高于感病品種，表明抗病品種保護(hù)性酶對毒素敏感性高于感病品種；抗病品種的POD和PPO相關(guān)性強(qiáng)于感病品種。

關(guān)鍵詞：串珠鐮刀菌；苯丙氨酸解氨酶；多酚氧化酶；過氧化物酶；玉米

中圖分類號：S432.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號：0439-8114（2012）20-4517-03

玉米苗枯病是世界各玉米產(chǎn)地廣泛發(fā)生、危害嚴(yán)重的玉米苗期病害之一。近幾年，由于大量種植感病品種、種子帶菌、生長前期不良?xì)夂蛞约按址诺脑耘喙芾淼仍颍摬『Τ尸F(xiàn)出發(fā)病范圍、發(fā)病面積、危害程度均增大的趨勢，已經(jīng)成為玉米生產(chǎn)上亟待解決的問題。玉米苗枯病的主要病原菌為串珠鐮刀菌（Fusarium moniliform），它可以聯(lián)合多種病原菌復(fù)合侵染玉米根系，抑制玉米根系生長，造成玉米根系死亡[1]。串珠鐮刀菌為兼性寄生菌，且寄主范圍廣泛[2]。在侵染過程中，串珠鐮刀菌先將寄主細(xì)胞殺死，從死亡組織中獲取營養(yǎng)，然后侵染擴(kuò)展至其他組織，能夠引起玉米秧苗枯萎，造成莖、穗、根及種子腐爛。玉米病株根部生長受抑制是串珠鐮刀菌所產(chǎn)生的毒素作用的結(jié)果[3]，串珠鐮刀菌毒素在病菌的侵染過程中起著重要作用。

病原物侵染可引起植物一些與酚類代謝相關(guān)的酶的活性變化，其中最常見的是苯丙氨酸解氨酶（PAL）、過氧化物酶（POD）、多酚氧化酶（PPO）活性發(fā)生變化，這些酶活性的變化與植物的抗病機(jī)制有密切關(guān)系[4]。串珠鐮刀菌毒素是導(dǎo)致玉米發(fā)病的重要致病或致毒因子，能夠抑制玉米根系生長，造成玉米根系細(xì)胞膜破壞[5]，關(guān)于該毒素造成玉米根系保護(hù)性酶變化情況鮮有研究報(bào)道。

為了明確串珠鐮刀菌毒素對玉米根系保護(hù)性酶的影響，試驗(yàn)以經(jīng)毒素處理后的玉米根系POD、PAL和PPO活性變化為研究對象，以期揭示毒素誘導(dǎo)抗病和感病品種防御酶系活性變化與品種抗性的相互關(guān)系，為利用毒素篩選抗病基因、加速抗病育種奠定基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1供試玉米品種

鄭單958、浚單32，其中浚單32為抗病品種，鄭單958為感病品種。

1.2串珠鐮刀菌毒素制備

供試串珠鐮刀菌接種于液體培養(yǎng)基（50 g馬鈴薯加水1 000 mL煮汁過濾，濾液加20 g蔗糖） 中，25 ℃振蕩培養(yǎng)5 d后，用2層無菌紗布過濾，濾液3 000 r/min離心15 min，取上清液過濾滅菌后稀釋至10%作為毒素。

1.3測定和數(shù)據(jù)分析

將在無菌土中培養(yǎng)至2～3葉期的玉米幼苗連根拔起，沖洗干凈，浸入盛有毒素的燒杯里，每燒杯處理20棵幼苗，以10%液體培養(yǎng)基處理為對照（CK）。3次重復(fù)。處理時(shí)間分別為2、4、6、12、24、36 h，分別測定POD、PAL和PPO活性。POD活性測定采用愈創(chuàng)木酚法[6]，PAL活性測定采用苯丙氨酸法[7]，PPO活性測定采用鄰苯三酚法[8]。用SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2結(jié)果與分析

2.1毒素對玉米根系PAL活性的影響

毒素對玉米根系PAL活性的影響見圖1。由圖1可見，毒素處理后，2個(gè)品種的PAL活性發(fā)生明顯的變化。隨毒素處理時(shí)間的延長，PAL活性呈先升高后降低趨勢；抗病品種浚單32的PAL活性高于感病品種鄭單958；毒素處理2～6 h，2個(gè)品種的PAL活性快速增加，處理6 h時(shí)均達(dá)到最大值，處理6～24 h，2個(gè)品種的PAL活性迅速下降。毒素處理24 h后，鄭單958的PAL活性接近浚單32，處理24 h后2個(gè)品種的PAL活性均降到最低點(diǎn)。對照2個(gè)品種的PAL酶活性變化不大。

2.2毒素對玉米根系POD活性的影響

毒素對玉米根系POD活性的影響見圖2。由圖2可見，毒素處理后，2個(gè)品種根系的POD活性均明顯升高，且隨毒素處理時(shí)間的延長呈先升高后降低的趨勢，處理12 h活性達(dá)到高峰，然后逐漸下降。毒素處理2～6 h，抗病、感病品種的POD活性差異不大。毒素處理12～36 h，抗病品種浚單32的POD活性高于感病品種鄭單958。對照2個(gè)品種的POD活性變化不大。

2.3毒素對玉米根系PPO活性的影響

毒素對玉米根系PPO活性的影響見圖3。由圖3可見，毒素處理后，2個(gè)品種的PPO活性變化趨勢基本一致，均為先升高后降低。毒素處理2～6 h，抗病品種和感病品種的PPO活性無顯著差別。毒素處理12 h，抗病品種和感病品種的PPO活性達(dá)到峰值，抗病品種浚單32的PPO活性高于感病品種鄭單958。毒素處理12～24 h，2個(gè)品種的PPO活性下降，抗病品種的PPO活性總體高于感病品種。

2.4毒素處理后玉米根系PAL、PPO、POD的相關(guān)性分析

毒素處理后玉米根系PAL、PPO、POD的相關(guān)性分析結(jié)果見表1。感病品種的POD和PPO的相關(guān)性較強(qiáng)（相關(guān)系數(shù)為0.82），表明在玉米根系中POD和PPO的活性調(diào)節(jié)存在一定的協(xié)同性，而POD、PPO與PAL的活性之間相關(guān)性較弱，這表明PAL的活性調(diào)節(jié)可能與POD和PPO的活性調(diào)節(jié)途徑不同，因此在時(shí)間上和空間上存在差異。抗病品種的POD和PPO活性相關(guān)性最強(qiáng)（相關(guān)系數(shù)為0.97），表明抗病品種的POD和PPO的活性調(diào)節(jié)時(shí)空一致，有利于充分發(fā)揮多種保護(hù)性酶的協(xié)同作用。抗病品種的PAL活性與另外兩種酶的相關(guān)性較弱，同樣說明了PAL活性調(diào)節(jié)機(jī)制與POD和PPO存在差異。

3小結(jié)與討論

被病原物侵染后植物體內(nèi)的防御酶被激活[9]。植物防御性酶如POD、PPO和PAL與植物的抗病反應(yīng)有關(guān)。過氧化物酶（POD）能增加植株幼嫩組織的木質(zhì)化程度，并催化過氧化氫氧化酚類反應(yīng)，產(chǎn)生醌類化合物，能夠殺死病原菌。多酚氧化酶（PPO）能將酚類物質(zhì)氧化為醌、多酚及其氧化物，能抑制病菌所需的磷酸化酶和轉(zhuǎn)氨酶，同時(shí)對病菌向寄主體內(nèi)蔓延起主要作用的果膠酶和纖維素酶有強(qiáng)烈抑制作用[10]。POD和PPO還能夠催化木質(zhì)素和其他氧化酚類物質(zhì)形成，有利于增強(qiáng)細(xì)胞結(jié)構(gòu)。植物受到病原菌侵染后，這些防御性酶的活性增強(qiáng)。

串珠鐮刀菌毒素處理后，玉米根系的3種酶活性均升高，表明毒素對玉米根系有破壞作用，而玉米為保護(hù)細(xì)胞不受毒素的破壞而促使這些酶活性提高。毒素處理后，抗病品種的3種酶活性均高于感病品種，表明抗病品種抵抗毒素的能力更強(qiáng)。過氧化物酶和多酚氧化酶的活性與植物的抗病性有一定的相關(guān)性[11]，酶活性變化可作為植物抗病性鑒定的生化指標(biāo)之一[12]。

PPO和POD都能增強(qiáng)由植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)形成的防御屏障[13，14]。這兩種酶的作用機(jī)制相似，活性調(diào)節(jié)機(jī)制上可能也存在相同途徑。試驗(yàn)研究表明玉米根系的PPO和POD之間相關(guān)性較強(qiáng)，且抗病品種的相關(guān)性強(qiáng)于感病品種，說明抗病品種能夠充分發(fā)揮這兩種酶的協(xié)同作用，提高自身的保護(hù)，減輕毒素的毒害作用。

苯丙氨酸解氨酶（PAL）是苯丙烷類代謝的關(guān)鍵酶，參與植物合成抗病有關(guān)的生化物質(zhì)，如綠原酸、黃酮類、生物堿、植物保衛(wèi)素和細(xì)胞結(jié)構(gòu)屏障物質(zhì)（木質(zhì)素）等，能有效地阻止病原菌的擴(kuò)展[15]。受到病原菌侵染后，抗病品種PAL活性提高比感病品種的幅度大，激活酶峰值出現(xiàn)的毒素濃度低、峰值高。有研究表明，利用馬鈴薯晚疫病菌侵染或病原菌毒素處理，馬鈴薯的PAL活性與品種抗病性成正相關(guān)[16]。試驗(yàn)中，串珠鐮刀菌毒素能激活PAL，從而有利于木質(zhì)素、植物保衛(wèi)素、酚類和酮類等抑菌物質(zhì)的合成，有利于限制病原菌侵入擴(kuò)展或抵抗毒素的毒害。

串珠鐮刀菌毒素對玉米的抗病、感病品種根系3種酶的作用存在差異，表現(xiàn)出玉米抗病、感病品種對毒素的忍耐能力不同，這為利用毒素篩選玉米抗病基因奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 彭宇，張春蘭，沈其榮，等.鹽脅迫下兩種外源酚酸對玉米種子萌發(fā)及幼苗體內(nèi)某些酶活性的效應(yīng)[J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003， 26（1）：33-36.

[2] NIREBERG H I ， ODONNELL K. New Fusarium species and combination within the Gibberella fujikuroi species complex [J]. Mycologia，1998，90（3）：434-458.

[3] 石曉榕，白建法，白麗.串珠鐮刀菌毒素對玉米胚根抑制作用的研究[J].植物保護(hù)學(xué)報(bào)，1994，21（3）：243-247.

[4] 劉正坪，胡俊.茄子黃萎病菌毒素對茄子體內(nèi)幾種酶活性的影響[J].華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2003，18（2）：70-73.

[5] 田雪亮，陳錫嶺.玉米苗枯病抗性鑒定方法的改進(jìn)[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006，45（5）：599-601.

[6] 陳捷，藺瑞明，高增貴，等.玉米孢葉病菌毒素對寄主防御酶系活性的影響及誘導(dǎo)抗性效應(yīng)[J].植物病理學(xué)報(bào)，2002，32（1）：43-48.

[7] KOUKO L J，CONNE E.The metabolism of aromatic compounds in higher plants[J]. Journal of Biological Chemistry，1996， 236：2692-2698.

[8] 陳捷.植物病理生理學(xué)[M].沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1994.

[9] CHEN C Q，B？魪LANGER R，BENHAMOU N，et al. Defense enzymes induced in cucumber roots by treatment with plant growth-promoting rhizobacteria（PGPR） and Pythium aphanidermatum[J]. Physiological and Molecular Plant Pathology，2000， 56：13-23.

[10] 李穎章.黃萎病菌毒素誘導(dǎo)棉花愈傷組織中POD、SOD活性和PR蛋白的變化[J].中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，5（3）：73-79.

[11] 蔣益虹.百合褐變與多酚氧化酶和過氧化物酶活性關(guān)系的研究[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版），2003，29（2）：518-522.

[12] VANGHN K C.Polyphenol oxidase：the chloroplast oxidase with no established function[J].Physial Plant，1988，72：659-665.

[13] 張福平，李秋紅.溫度對黃皮果實(shí)PAL、POD和PPO活性的影響[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2008，34（11）：69-71.

[14] 張俊華，崔崇士.不同抗性南瓜品種感染Phytophthora capsic病菌后幾種酶活性測定[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，34（2）：124-128.

[15] 翟彩霞，馬春紅，秦君，等.植物誘導(dǎo)抗病性的常規(guī)鑒定——相關(guān)酶活性變化與誘導(dǎo)抗病性的關(guān)系[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2004，20（5）：222-224.

[16] 李惠霞， 王蒂.馬鈴薯晚疫病抗性反應(yīng)中木質(zhì)素及防御酶活性的變化[J]. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，41（3）：52-56.