淺析大豆抗花葉病毒病的生化機制

【摘要】大豆花葉病毒是大豆生產上的主要病害之一，嚴重影響大豆的產量與品質，而抗病育種是控制其危害的重要途徑。因此利用野生大豆創造新的抗病毒病種質，拓寬大豆育種的遺傳基礎具有重要意義。本文將主要探討大豆抗花葉病毒病的生化機制。

【關鍵詞】大豆；花葉病毒；產量；生化機制

由大豆花葉病毒（soybean mosaic virus，SMV）引起的大豆花葉病毒病是大豆生產上的一種世界性病害，嚴重地影響了大豆的產量和品質。由于它分布廣，危害大，化學藥劑難以防治，培育和種植抗病品種是防治該病害最經濟、安全、有效的途徑。為培育優異的抗 SMV 品種，國內外學者在抗源篩選、抗性遺傳、抗性基因標記定位和輔助選擇、候選抗性基因的克隆和功能分析等方面進行了廣泛的研究。以下對 SMV 的生化機制及抗性研究進行了展望，以期為大豆抗 SMV 的深入研究提供參考。

一、大豆抗SMV生理生化機制

大豆感染SMV后，一些生理生化過程也隨之發生變化，從而影響農藝性狀，最終導致產量降低，外觀品質下降。因此許多學者研究了大豆品種感染SMV后生理生化性狀的變化，并分析了生理生化性狀與抗病性的關系，這在研究品種生化抗性機制、篩選生化抗性指標方面意義重大。目前生化抗性機制研究主要集中在光合系統、酶系統、內源激素、碳氮化合物4個方面。

（1）光合系統。感染SMV后，感病植株各生育階段葉綠素a、a+b、a/b明顯低于對照，葉綠素a下降最多，影響程度因株系致病力、發育時期有關，而抗病品種則無明顯變化。減產原因可能是由于葉片葉綠素a含量減少，葉綠體進行光合作用的原初反應中心受到傷害，光合速率降低，單株可溶性總糖含量明顯低于健株，光合產物累積較少，分配到各器官也少，使干物質日積累速度降低，導致生物產量下降和最終減產。

（2）酶系統。研究者們一致認為POD同工酶活性的增強是植株感病的生化癥狀。品種對SMV的抗性強弱與POD同工酶的變化有關，抗病品種的抗病基因能夠克服SMV的毒性基因，從而維持體內正常的生理生化代謝平衡，因此，葉片POD同工酶比較穩定。感病品種不能克服SMV的毒性基因的作用，SMV能夠在感病植株上復制，干擾了植株正常的代謝平衡，產生了活性氧的積累，從而誘導了POD同工酶活性增強以清除活性氧。

（3）內源激素和碳氮化合物。病毒（SMV 1號小種）浸染條件下，不同抗病類型品種內源激素含量及其平衡產生變化：①所有品種的GA含量都增加。②接種26 d后，感病品種的GA/ABA比值高于自身對照，而抗病品種的比值則低于自身對照，表現出了內源激素的變化和平衡對大豆抗病性的誘導產生起了重大作用。③內源激素的反應，表達了植株體內抗性因子的傳導活動，特別是ipA含量的增加，起到了誘導抗病性的產生。④感病品種接種SMV后出現一條著色深而寬的特有的蛋白譜帶，抗病品種沒有出現此帶。接種SMV后感病品種蛋白亞基增加數目較多，同時也伴隨著一些正常表達的蛋白亞基的降解。

二、大豆對 SMV 抗性基因的標記定位及輔助選擇

野生大豆與栽培大豆抗病品種在接SMV以后PAL活性變化趨勢一致，且高于對照，而感病品種的PAL活性低于對照，說明大豆花葉病毒侵染后抗病品種能產生足量的苯丙烷類代謝產物，從而產生過敏反應，適應抗病的需要，而感病品種的苯丙烷類代謝在一定程度上受到抑制。植物體內重要的活性氧清除酶類POD，是將H2O2降解成為無毒害的H2O和O2，因此這些酶系統就成為植物在逆境中的保護體系，維持體內的活性氧代謝平衡，保護膜結構，從而使植物能在一定程度上忍耐、減緩或抵抗逆境脅迫。大豆感染SMV后，葉片POD活性上升，上升幅度因品種抗性水平而異，抗病品種上升幅度大，感病品種上升幅度小，且抗病品種明顯高于感病品種，野生大豆與栽培大豆POD酶活性變化表現基本一致，說明野生大豆與栽培大豆的抗病過程保持一致，但栽培大豆POD酶活性出現1次高峰，而野生大豆出現2次高峰，表明野生大豆與栽培大豆的POD酶活性存在細微差別。

培育抗病品種是控制 SMV 危害最經濟、有效的手段之一，然而在日本和韓國等地相繼發現一些SMV 毒株使具有單個抗性基因的品種失去了抗性，特別是在加拿大發現的 SMV 分離物 L-RB 能夠克服對美國所有 7 個株系都表現抗性的Rsv4 抗性基因。這種現象對抗 SMV 育種中提出了更高的要求，抗病品種應具有對多個 SMV 株系的抗性。運用分子標記輔助選擇（molecular assisted selection，MAS）技術是將分布在不同品種中的抗性基因聚合到同一個材料中的有效方法。滕衛麗等利用與東北 1 號和 3 號 SMV 株系抗性基因連鎖的 SSR 標記對抗病資源篩選的結果證實，這些標記可用于分子標記輔助抗性的選擇。Ma 等研究表明：單獨使用標記 Satt334 或 Sct_033 對 RSC12和 RSC14Q進行分子標記輔助選擇的準確率均在 85% 以上，同時使用兩個標記的準確率達95% 以上。王大剛將齊黃 1 號（RSC14Q）、科豐 1號（RSC8）和大白麻（RSC4）攜帶的抗性基因利用 MAS的方法聚合到同一個材料中，結果在 F4篩選到 3 個SMV 抗性基因位點已經純合的單株。運用 MAS 的方法，Saghai Maroof 等將 SMV抗性基因 Rsv1、Rsv3 和 Rsv4 通過回交轉育或復合雜交聚合到同一個品種中。對于獲得的含有一個、兩個或三個 Rsv 抗性基因的品系接種 6 個美國 SMV株系后發現具有兩個或三個 Rsv 抗性基因的品系對SMV 抗病的持久性有明顯提高。上述研究為利用分子標記輔助選育抗 SMV 的優異大豆種質打下良好基礎。

三、結論

從抗病機制上講，抗病基因及其產物只是決定抗病系統是否能打開或打開的程度，真正在抗病過程中起作用的是防御系統基因及其表達產物。防御系統基因及其表達非常復雜，而且在抗病基因與防御基因表達過程中，涉及到更復雜的信號轉導系統。花葉病毒的抗性遺傳、抗病基因分子標記，花葉病毒侵染后的生理生化表現上的研究，從不同角度上為解釋抗病復雜機制提供了豐富的信息，但都只單純的從某一方面去分析，往往只能看到抗病過程中的一個反應，卻忽略了復雜的抗病整體過程。隨著研究水平的深入和研究手段的提高，尤其是大規模、高通量技術（如生物芯片、微陣列、基因表達譜繪制與比較等）的應用，將深入地揭示這一復雜的抗病過程。

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