水杨酸诱导水稻抗病性及其机制研究

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中文摘要：水杨酸(salicylic acid，SA)是诱发植物SAR的有效诱导物。本研究在实验室已有工作的基础上，以CO39近等基因系的2个品系(含抗病基因pi-2的品系C101A51和不含已知抗病基因的CO39)为材料，对水稻经SA处理后对2种细菌病害的诱导抗病性及其相关的生理生化指标进行了系统的研究，并进一步深入对SA诱导后所产生的小分子抗菌物质进行了分析，取得如下结果。 SA对白叶枯病菌和细条病菌的生长没有直接的抑制作用。SA对白叶枯病的诱抗效果最高可达48.3％，诱导水稻幼苗抗白叶枯病的最佳间隔期是2d；SA对细条病的诱抗效果最高可达57.1％，诱导水稻幼苗抗细条病的最佳间隔期是1d，SA对两种病害的诱导抗性持效期均在7d以上。可以看出，SA诱导水稻产生的抗病性，可以同时抵御对真菌病害和细菌病害的侵染。运用比较生理学方法，测定SA处理后水稻幼苗体内与抗病代谢密切相关的过氧化物酶(POD)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)、多酚氧化酶(PPO)、β-1，3葡聚糖酶(GLU)和几丁质酶(CHT)、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)的酶活性动态变化。结果表明：1.水稻叶片内的POD比活性都有升高，含抗病基因的品系C101A51的POD比活性比对照升高幅度大，持续时间长；CO39的POD比活性比对照升高幅度小，且持续时间短。2.水稻叶片内的PPO比活性都有升高。CO39的PPO比活性在Oh、6h时略低于C101A51，但在12h、24h、48h高于C101A51，且与水处理相比，SA处理后PPO活性分别增加48％、57％、76％；与水处理相比，含抗病基因的品系C101A51在12h、24h、48h时分别增加14％、54％、51％，CO39比C101A51的PPO比活性增高幅度大。但在48h后CO39的PPO比活性迅速下降，而C101A51的PPO比活性一直呈上升趋势。3.水稻叶片内的PAL比活性都有升高。含抗病基因的品系C101A51的PAL比活性比CO39的PAL比活性升高快，6h的酶活性比清水对照增加23％;CO39的PAL比活性也有上升，比清水对照增加11％，增幅较小，且在24h就降至清水对照水平，而C101A51的PAL比活性可以持续至48 h然后下降。4.SA处理后，含抗病基因的品系C101A51与不含已知抗病基因的品系CO39的GLU活性变化趋势一致，但C101A51的GLU活性比清水对照升高幅度大。推测GLU可能参与SA诱导抗性的表达。5.水稻叶片内的CHT活性都有升高。C101A51的CHT活性峰比CO39的CHT活性峰出现得早，且持续时间长。6.CO39的CAT活性始终低于对照的CAT活性，C101A51的CAT活性小幅下降后一直高于对照的CAT活性。从两个品系来看，CO39的CAT活性低于C101A51的CAT活性。可见SA处理后明显影响水稻的CAT活性。7.C101A51的SOD活性始终低于对照的活性，CO39的SOD活性先低于对照的SOD活性，之后升高，一直高于对照的酶活性，可见SA处理后明显影响水稻的SOD活性。总体来讲，C101A51(含Pi-2抗稻瘟病基因)比C039(不含已知抗稻瘟病基因)对SA诱导的防卫信号反应更迅速，诱导抗性幅度也更大。同工酶与植物病害存在着密切的关系，同工酶类型的变化是寄主植物对病原物侵染的重要反应之一。进行POD及PPO同工酶的变化的研究结果表明：水稻经SA处理和处理后24h再用孢子悬浮液接种的C101A51比C039酶带颜色加深，POD表达量增强。SA处理水稻植株后POD活性增强，C101A51(含Pi-2抗稻瘟病基因)比CO39(不含已知抗稻瘟病基因)增加快，挑战接种植株比清水对照POD表达量增强。SA诱导水稻叶片48h之前CO39比C101A51的PPO酶带颜色深，酶表达量增强，之后C101A51比CO39的酶带颜色深，PPO酶表达量增强；本研究证明SA诱导后水稻中PPO活力的高低、以及某些同工酶的种类与水稻和稻瘟病菌互作的关系十分密切。总体来讲，水稻幼苗POD、PPO活力的高低、以及一些同工酶种类与SA诱导抗性机制关系密切。在以上研究结果基础上，最后采用GC-MS的方法，研究SA诱导水稻后产生的小分子的抗菌物质，以及它们对真菌和细菌的抑制作用。结果表明：SA诱导水稻后的提取物质对稻瘟菌孢子萌发且对细菌也有较强的抑制作用；与水处理相比，SA诱导水稻的两个品系CO39和CA101A51后产生分支酸、丁子香酚、稻壳酮A(Momilactone A，MA)、稻壳酮B(Momilactone B，MB)四种化合物；且水杨酸甲酯，苯酚，豆甾醇和β-谷甾醇，两种酯类物质，十一碳烷等化合物含量发生变化。 SA诱导水稻后启动了次生代谢莽草酸途径，合成了抗病相关的物质，从而提高水稻对细菌和真菌病害侵染的抗性。本研究的结果表明，SA处理后，水稻产生的抗病性具有较广的抗病谱，可以抵抗细菌和真菌病害的侵染，SA处理可以诱导水稻体内防御酶的表达量的增加，提高酶活性，调动抗病相关的次生代谢过程，合成植保素及其它抗菌物质，从而提高植物的抗病性。本研究结果为SA诱导植物抗病性机制提供理论参考，为SA在实践中的应用提供重要依据。

作者：

王瑞霞

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关键词：

水杨酸水稻诱导抗病性生理生化指标白叶枯病菌细条病菌

授予学位：

博士

学科专业：

植物病理学

导师：

王振中

学位年度：

2008

学位授予单位：

华南农业大学

语种：

中文

中图分类号：