嫁接辣椒根腐病抗性及其与苯丙烷类物质代谢的关系

姜 飞 刘业霞 刘 伟 郑 楠 王洪涛 艾希珍*

（1山东农业大学园艺科学与工程学院，作物生物学国家重点实验室，园艺作物生物学农业部重点开放实验室，山东泰安 271018；2山东省枣庄市农业示范园区，山东枣庄 277300）

嫁接辣椒根腐病抗性及其与苯丙烷类物质代谢的关系

姜 飞1刘业霞1刘 伟1郑 楠1王洪涛2艾希珍1*

（1山东农业大学园艺科学与工程学院，作物生物学国家重点实验室，园艺作物生物学农业部重点开放实验室，山东泰安 271018；2山东省枣庄市农业示范园区，山东枣庄 277300）

通过人工接种根腐病菌，观察不同品种辣椒砧木的发病率和病情指数变化，发现卫士发病晚，发病率低，病情指数最小，说明卫士的抗病性最强。以卫士为砧木，以赤峰特选甜椒（Capsicum annuum L.var.grossum Bailey）为接穗，自根辣椒为对照，研究嫁接对辣椒根腐病抗性及苯丙烷类代谢的影响，结果表明，嫁接植株的发病率和病情指数显著低于对照，高于砧木。接种前砧木与嫁接辣椒根系中的可溶性糖、苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性显著高于对照，而叶片中的显著低于对照；酚类物质和木质素含量与对照差别不大。接种后辣椒根系中的可溶性糖含量逐渐降低，PAL活性、酚类物质和木质素含量先逐渐升高，10d后趋于平稳或有所下降。与对照相比，砧木和嫁接植株根系中的PAL活性、可溶性糖、酚类物质和木质素含量均显著增加，叶片中除可溶性糖含量显著降低外，其他指标也有不同程度的增加。说明嫁接可显著提高辣椒的根腐病抗性，其抗病机理与苯丙烷类物质代谢增强密切相关。

辣椒；嫁接；根腐病；苯丙烷类；次生代谢

辣椒（Capsicum annuum L.）是设施栽培的主要蔬菜之一，由于生产种类单一和多年连作重茬，近年来设施中的生态环境逐渐恶化，连作障碍日趋严重，土传病害逐年加重，成为限制其高产栽培和安全生产的重要障碍。辣椒根腐病是一种典型的土传病害，一般年份发病率在10 %左右，严重时可达20 %～30 %，重病地块高达50 %以上（刘丽云 等，2007），是近年来影响设施辣椒生产的重要病害之一。引起辣椒根腐病的病原菌有多种，如腐皮镰孢菌〔Fusarium solani（Mart.）App. et Wollenw.〕（吕佩珂 等，1998）、大丽轮枝菌（Verticilliumdahliae Kleb.）（陆家云 等，1984）、疫霉菌（Phytophthora capsici Leonion）（van Steekelenburg，1980；朱辉 等，2007）等。笔者从山东枣庄采集的根腐病病株中分离到两种病菌，并经DNA测序鉴定发现一种为常见的腐皮镰孢菌，另一种为辣椒核盘菌〔Sclerotinia sclerotriorum（Lib）de Bary〕。由这些病原菌引起的根腐病症状相似，均表现为地上部萎蔫，根和茎基部腐烂，木质部变褐。

嫁接作为防止土传病害、克服连作障碍的一项重要栽培措施，已被广泛应用于黄瓜、西瓜、茄子、番茄等蔬菜作物上（周宝利 等，1998；何莉莉 等，2001；徐敬华 等，2004；张凤丽 等，2005；冯春梅 等，2006；陈绍莉 等，2008；王绍辉 等，2008），而在辣椒中应用较少。近年来研究发现，根系发达的半野生类型辣椒砧木高抗根结线虫病，且具有发芽快，嫁接成活率高等优点，对克服辣椒连作障碍，提高抗逆性有良好的效果（Morra & Bilotto，2003；Santos &goto，2004）。本试验对不同来源的4个辣椒砧木材料的根腐病抗性进行比较和鉴定，并利用抗病性强的砧木材料，研究嫁接辣椒体内莽草酸-苯丙烷类代谢途径的前体可溶性糖、关键酶 PAL、中间产物酚类物质、终产物木质素等指标的变化特点，旨在探讨嫁接辣椒根腐病抗性与莽草酸-苯丙烷类代谢的关系，为明确嫁接辣椒的抗病机理提供理论依据，也为减轻根腐病为害，增强设施辣椒的抗病性提供技术指导。

1 材料与方法

1.1 供试材料与试验设计

1.1.1 不同砧木品种对辣椒根腐病的抗性比较 试验于2008～2009年在山东农业大学园艺试验站进行。供试砧木品种为富根卫士（简称卫士，日本）、铁木砧（荷兰）、格拉夫特（国家蔬菜工程技术研究中心）、部野丁（寿光新世纪种苗有限公司），以甜椒（Capsicum annuum L. var.grossum Bailey）赤峰特选（内蒙古赤峰田园种艺有限公司）为对照。7月20日播种，基质经160℃高温杀菌2 h，用54孔穴盘育苗，9月5日定植于20cm×20cm的塑料盆中，日光温室条件下常规管理。9月28日将植株轻轻拔起，剪去部分根尖，将根系置于孢子浓度5×106个·mL-1的辣椒镰孢菌〔Fusarium solani（Mart.）App. et Wollenw.〕（从枣庄市农业示范园区辣椒田中分离获得）菌液中浸泡10min，然后重新栽到塑料盆中，每品种接种150株，分3次重复，每重复50株。

1.1.2 嫁接对辣椒根腐病抗性的影响 以抗病性最强的卫士为砧木，以赤峰特选甜椒为接穗，分别于10月27日和11月7日播种，用54孔穴盘育苗，日光温室条件下常规管理。砧木苗7～8叶时（12月7日）采用劈接法嫁接。为减小生长误差，同时将接穗进行自根嫁接作为对照。30d后（1月6日）在砧木、嫁接和自根植株根系上分别接种辣椒镰孢菌，方法同1.1.1。

1.2 测定项目

发病率与病情指数：砧木筛选分别于接种后7、14、21、30d调查发病率；参照李林等（2001）的方法分级，计算病情指数；嫁接植株抗病效果于接种后5、10、15、20d调查和测定。

可溶性糖含量采用李合生（2000）的蒽酮比色法测定；酚类物质含量按周宝利等（1998）的Folin试剂比色法测定；木质素含量按Sancho等（1996）的半定量法测定。

苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性参照李合生（2000）的方法，作以下修改：分别取0.5g功能叶和根，加入5mL提取液〔内含0.05g吡咯烷酮（PVP）、5mmol·L-1巯基乙醇和0.05mol·L-1硼酸缓冲液（pH8.8）〕，冰浴匀浆，4℃下10000×g离心20min，上清液为酶粗提液。取4mL反应液（内含0.02mmol·L-1的苯丙氨酸1mL，蒸馏水2mL和酶液1mL），用日本岛津公司生产的UV-2450型分光光度计测定290 nm吸光度（A290），以A290每小时变化0.01所需酶量为一单位，用U·g-1表示。

1.3 数据处理

采用microsoft excel软件处理数据和作图，DPS软件对数据进行单因素方差分析，并运用Duncan检验法对显著性差异进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同砧木品种对辣椒根腐病的抗性比较

对不同品种辣椒砧木和对照的根腐病发病率和病情指数进行调查（表1），人工接种7d后，格拉夫特、铁木砧和对照均已发病，卫士和部野丁没有发现病株。格拉夫特和铁木砧的发病率与病情指数均与对照差异不显著。14d后卫士仍未发病，部野丁、格拉夫特、铁木砧和对照的发病率分别达到30 %、35 %、45 %和40 %，病情指数为12.3、21.5、25.7和20.3，部野丁的病情指数显著低于对照，格拉夫特和铁木砧的病情指数与对照差异不显著。接种21d和30d后分别调查，发现卫士发病最轻，部野丁其次，格拉夫特和铁木砧最重，卫士和部野丁的病情指数显著小于对照，而格拉夫特和铁木砧与对照差异不显著。表明卫士对辣椒根腐病的抗性最强，在下一步试验中选择卫士作砧木研究嫁接辣椒的抗病效果。

表1 辣椒不同砧木品种的根腐病发病率与病情指数

2.2 嫁接对辣椒根腐病发病率和病情指数的影响

本试验所用植株较砧木筛选试验的植株略小，因此从接种后5d开始调查砧木、嫁接和自根植株的发病率和病情指数，以后每隔5d调查1次。从表2看出，人工接种后，自根辣椒发病最早（5d），嫁接辣椒其次（10d），砧木最晚（15d）。接种20d后调查，砧木、嫁接和自根植株的发病率分别为22 %、42 %和66 %，病情指数为13.75、28.76和47.88，三者差异显著。

表2 辣椒砧木、嫁接和自根植株根腐病发病率与病情指数

2.3 嫁接对辣椒可溶性糖含量的影响

图1显示，接种前砧木及嫁接辣椒根系中的可溶性糖含量显著高于自根对照，而叶片中的显著低于对照。接种根腐病菌后根系的可溶性糖含量逐渐降低，而叶片中的先增加后降低。砧木和嫁接植株根系的可溶性糖含量仍显著高于对照，而叶片中的明显低于对照。可见，根系中高糖含量是砧木和嫁接辣椒植株根腐病抗性增强的重要原因之一，感病可显著降低辣椒植株的可溶性糖含量。

图1 嫁接对辣椒根系和叶片可溶性糖含量的影响

2.4 嫁接对辣椒苯丙氨酸解氨酶活性的影响

接种前测定（图2），砧木和嫁接植株根系中的 PAL活性显著高于自根对照，而叶片中的明显低于对照；接种根腐病菌后，砧木、嫁接和自根植株根系和叶片中的PAL活性均逐渐升高，10d后根系中的PAL活性快速降低，叶片中的趋于平稳或略有下降。与对照相比，砧木、嫁接植株根系和叶片中的PAL活性有不同程度的升高。接种15d后测定，砧木和嫁接植株根系中的PAL活性分别比对照增加了30.1 %和3.2 %，叶片中的分别比对照增加了9.3 %和12.5 %，表明PAL活性与辣椒植株的根腐病抗性有一定相关性。

2.5 嫁接对辣椒酚类物质含量的影响

从图3可以看出，接种前砧木、嫁接和对照根系中的酚类物质含量差异不显著，接种后10d内均呈上升趋势，但砧木和嫁接植株的上升幅度显著大于自根对照；10d后砧木和嫁接植株趋于平稳，对照略有下降。接种15d后测定，砧木和嫁接植株根系的酚类物质含量分别比对照高52.4 %和70.8 %。嫁接辣椒叶片中的酚类物质含量变化规律与根系相似，即接种后快速升高，10d后趋于平稳；砧木叶片中的呈缓慢上升趋势，但变化幅度很小；对照则缓慢下降。接种15d后砧木和嫁接植株叶片的酚类物质含量分别比对照高29.1 %和98.3 %。

图2 嫁接对辣椒根系和叶片苯丙氨酸解氨酶活性的影响

2.6 嫁接对辣椒木质素含量的影响

图4显示，接种根腐病菌后砧木、嫁接和自根对照植株根系和叶片中的木质素含量都逐渐升高，根系表现尤其明显。与对照相比，砧木和嫁接植株根系中的木质素含量显著增加；叶片中的木质素含量开始时差异不大，10d后较明显升高。可见，砧木和嫁接植株木质素的含量升高是其根腐病抗性增强的重要原因之一。

图4 嫁接对辣椒根系和叶片木质素含量的影响

3 结论与讨论

前人研究已经证明，嫁接可诱导植物抗病性（Lockwood et al.，1970；Yamakawa，1982；周宝利和姜荷，2001）。嫁接植株的抗病性可能一方面来自于砧木抗病物质的向上传导，另一方面由于嫁接本身诱导刺激作用产生的（周宝利和姜荷，2001）。Zhang等（2008）研究结果表明，番茄砧木可调节茄子接穗的功能基因，如正常代谢基因、信号转导基因、逆境响应基因等的表达。本试验结果表明，利用根腐病抗性强的砧木嫁接辣椒，可显著提高辣椒的抗病性，但与砧木相比，嫁接辣椒的发病率和病情指数明显升高，说明砧木和接穗之间存在互作关系，即砧木增强了接穗的抗病性，而接穗削弱了砧木的抗病性。因此，嫁接植株的抗病性主要来自于砧木抗病物质的向上传导。

接种根腐病菌后，砧木、嫁接和自根对照植株根系的可溶性糖含量逐渐降低，这一方面说明植株生长受抑制，物质积累减少，另一方面可能与糖是病菌的重要碳源有关；而叶片中的可溶性糖含量接种初期增加应归因于渗透调节，即根系感病后，根系吸水功能减弱，为了维持正常的代谢功能，植株通过增加叶片中的可溶性糖等渗透调节物质，提高细胞液的浓度，减少叶片失水。接种前后砧木和嫁接植株根系中的可溶性糖含量显著高于对照，而叶片中的显著低于对照，说明砧木和嫁接植株通过改变糖在根系和叶片中的分配，提高根系的渗透调节能力，从而维持较强的吸收功能。因此，可溶性糖含量与根腐病抗性互为因果关系，即可溶性糖含量高，根系的渗透调节能力强，则抗性强；反之，根系抗病能力强，则发病轻，病菌对碳源的消耗少，可溶性糖含量升高。

酚类是植物重要的次生代谢产物，除本身对病菌有毒外，还与细菌壁相结合，促进细胞壁木质化、木栓化，因而具有植保素的功能（周宝利 等，2000）。各类病原物浸染可引起一些酚类代谢相关酶的活性增强（王茹华 等，2003），其中最常见的有苯丙氨酸解氨酶（PAL）、过氧化物酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶等。木质素是沉积于植物木质化组织细胞壁中的芳香类化合物，可构成保护圈而阻止病菌侵入，其代谢产物对病菌还有毒害作用（周宝利 等，2000）。本试验结果表明，接种根腐病菌后，砧木、嫁接和自根辣椒植株中的PAL活性与酚类物质含量呈现相同的变化趋势，木质素含量显著增加，说明受到病菌侵染后，植株会通过增强PAL活性，加速次生代谢，形成较多的酚类物质和木质素。高抗砧木根系中的PAL活性高，在丰富的苯丙烷类代谢前体糖供应基础上，促进合成大量的酚类化合物及木质素是抗病砧木本身具有抗病性的重要遗传基础；嫁接后根系仍保持着砧木的代谢功能，因此，嫁接植株的PAL活性、酚类物质与木质素含量均显著高于对照。这与周宝利等（2000）在茄子上的研究结果一致，说明苯丙烷类物质代谢增强是嫁接辣椒根腐病抗性增强的重要机理之一。砧木植株的PAL活性明显高于嫁接植株，而其酚类物质含量则显著低于嫁接植株，说明除PAL外，酚类物质代谢还受其他酶调控，PAL在莽草酸-苯丙烷类代谢中的作用及与酚类物质的关系还有待进一步研究。

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Relationship between Root Rot Resistance and Phenylaprapanoidmetabolism ingraft Capsicum

JIANG Fei1，LIU Ye-xia1，LIU Wei1，ZHENG Nan1，WANG Hong-tao2，AI Xi-zhen1*
（1College of Horticulture Science and Engineering，Shandong Agricultural University，State Key Laboratory of Crop Biology，Key Laboratory of Horticultural Crop Biology，Ministry of Agriculture，Tai’an271018，Shandong，China；2Zaozhuang Agriculturedemonstrationgarden，Zaozhuang277300，Shandong，China）

Changes ofdisease incidence anddisease index of root rot indifferent rootstock varieties of capsicum（Capsicum annuum L.）were investigated bymanual inoculation，with ‘Chifengtexuan’（Capsicum annuum L. var.grossum Bailey）as control.The result showed that‘Weishi’was taken sick later，and had the lowestdisease incidence anddisease index.This indicated it possessed strongdisease resistance among the four rootstock varieties and the control.Effect ofgrafting on root rot resistance and phenylaprapanoidmetabolism of capsicum were investigated with‘Chifengtexuan’sciongrafted onto‘Weishi’rootstock.The own-root plant was acting as control.The results showed that thedisease incidence anddisease index ofgrafted plants were lower than those of CK，but higher than those of rootstock plants.Before inoculation，rootstock andgrafted plants showed higher soluble sugar content and PAL activity in roots，but lower soluble sugar content and PAL activity in leaves，compared with the control.Similar phenolic compounds and lignin contents were found in roots and leaves of rootstock，grafted and control plants before inoculation.The soluble sugar content in roots of rootstock，grafted and control plantsdecreasedgradually after inoculation，PAL activity，contents of phenolic compounds and lignin increased at earlier stage，but trended to stabilize ordecrease10days later.Rootstock andgrafted plants showed significantly higher PAL activity and contents of phenolic compounds and lignin in roots and leaves than the control plants.Soluble sugar content in roots of rootstock andgrafted plants were also higher than that of the control plants，but in leaves were lower than the control plants.Thesedata indicated thatgrafting could significantly increase the root rot resistance in capsicum，and itsdisease resistantmechanism is closely related to the increase of phenylaprapanoidmetabolism.

Capsicum；Graft；Root rot；Phenylaprapanoid；Secondmetabolism

S436.418.1+9

A

1000-6346（2010）08-0046-07

2010-01-14；接受日期：2010-03-03

山东省财政支持重大应用技术创新课题资助

姜飞，硕士研究生，专业方向：蔬菜栽培生理，E-mail：dao198231@163.com

* 通讯作者（Corresponding author）：艾希珍，教授，博士生导师，专业方向：蔬菜生理与分子生物学，E-mail：axz@sdau.edu.cn