BTH处理对甜瓜苗期抗蔓枯病相关POD和PPO酶活性的影响

2013-04-29 00:44郭勤卫王红英李季等
中国瓜菜 2013年6期
关键词:甜瓜

郭勤卫 王红英 李季等

摘 要: 研究了BTH处理和蔓枯病病原菌接种对甜瓜抗蔓枯病相关的POD和PPO的影响,结果表明,BTH处理能有效提高不同甜瓜品种对蔓枯病的抗性。BTH处理第1、2和4天,抗蔓枯病品系‘PI420145和蔓枯病感病品种‘伊丽莎白的第3叶和第5叶的POD和PPO酶活性均高于对照;BTH和蔓枯病病原共同处理第1、3、5、7天,‘PI420145和‘伊丽莎白的第3叶和第5叶的POD和PPO酶活性高于蔓枯病病原菌处理;所有的处理中‘PI420145的POD和PPO的酶活性均高于‘伊丽莎白。表明POD和PPO酶活性与甜瓜对蔓枯病的抗性呈正相关。

关键词: 甜瓜; 蔓枯病抗性; BTH处理; POD; PPO

甜瓜是一种世界性的蔬菜作物[1]。蔓枯病是一种危害十分严重的土传真菌病害,在田间、温室和日光温室都有发生,能够对甜瓜的生产造成严重的经济损失[2-7]。中国是世界首要的甜瓜生产和消费国,目前甜瓜的生产也受到蔓枯病的危害。

BTH是一种广谱的抗真菌防护剂[8-9],能够诱导植物产生系统获得抗性,已在烟草[10]、棉花[11]、小麦[12]、水稻[13]、西瓜[14]、黄瓜[15]和甜瓜[16]等作物上广泛应用,并取得了良好的效果。

植物系统获得抗性是一种广谱的生物防护体系,能对特定的真菌和外界其他环境的刺激使植物产生相应的抗性[17]。其调节机制之一是对防护相关的酶活性的调节[18]。POD是细胞壁主要成分木质素合成途径中的一种关键酶,POD酶活性与植物抗性相关物质的合成和植物系统性诱导抗性呈正相关[19]。PPO是多酚化合物氧化过程的关键酶,通常被作为细胞的氧化指标[20]。罗婵娟等[21]用BTH 处理橡树古铜期叶片,发现POD酶活性显著高于对照,橡树对白粉病的抗性也有显著的增强。张俊华等[22]通过测定接种Phytophthora capsici的南瓜属不同作物的POD和PPO活性,发现POD和PPO酶活性与其抗病能力紧密相关。王红英等[23]通过测定不同抗性的甜瓜,发现感病品种PPO酶的活性显著高于抗性品种。

本研究是在前人研究BTH在诱导甜瓜产生蔓枯病抗性的基础上,测定与抗病相关的氧化酶活性,明确BTH诱导甜瓜产生蔓枯病抗性与其抗氧化酶活性的关系,并试图说明其诱导抗性产生的生理生化机制。

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料:‘PI420145为抗蔓枯病甜瓜自交系,由美国康乃尔大学Molly John教授提供;‘伊丽莎白为感蔓枯病甜瓜品种,由新疆农业科学院哈密瓜研究中心提供。抗病和感病材料均经过本课题组多代自交。

供试菌种:蔓枯病菌为本实验室分离纯化并保存的A型菌株,菌株的分生孢子在仅含磷酸二氢铵的马铃薯平板培养基上,经7 d暗培养和4 d间歇紫外灯(12 h紫外灯/12 h黑暗)处理的光照条件下产生[24]。

供试试剂:BTH由日本株式会社生产,其他试剂均为国内分析级试剂。

1.2 方法

选取大小一致的甜瓜种子,温汤浸种,种植在装有蛭石、珍珠岩为3 ∶ 1 基质的营养钵中,苗期,每隔1 d浇 1/2-Hoagland营养液,土壤持水量保持在75%。

1.3 试验处理

参照代春燕等[25]试验处理方法并稍作修改。在甜瓜5叶1心期,对第3叶喷施含有50 mg·L-1 的BTH溶液,以喷施不含BTH的溶剂为对照,7 d后,进行蔓枯病菌接种,蔓枯病孢子悬浮液的接种浓度为1×105个·mL-1,并覆膜在相对湿度为92%~95% 的条件下保湿,然后在处理后第1、2、4、7、9、11、13天,每个处理分别取第3和5叶作为样品,液氮保存,每重复5株,相同样品混合组成混样池,3次生物学重复。

1.4 生理指标测定

参照Mu[n][~]oz-Mu[n][~]oz 等[26]测定POD的方法,并稍作修改。酶液提取:称取2 g样品液氮研磨成粉末,加入6 mL 50 mmol·L-1预冷的磷酸缓冲液(pH 7.8)在4 ℃ 条件下,提取20 min,转入离心管中在4 ℃、12 000 × g下离心20 min,上清夜即为酶粗提液。反应混合液的配制:取50 mL PBS(pH6.0,0.2 mol·L-1)缓冲液于烧杯中,加入28 μL愈创木酚(2-甲氧基酚)于磁力搅拌器上加热搅拌,直至溶解愈创木酚溶解,待溶液冷却后加入19 μL 30% 的H2O2,混匀后保存于冰箱中备用。参照孔祥生和易现峰[27]测定PPO的方法。

2 结果与分析

2.1 BTH和蔓枯病接种对甜瓜叶片POD酶活性的影响

从表1可以看出,经BTH处理后,‘伊丽莎白和‘PI420145第3叶POD酶活性逐渐升高,处理4 d后,分别为相应对照的1.43和1.26倍;经蔓枯病病原菌接种处理后,‘伊丽莎白和‘PI420145第3叶POD酶活性同样呈上升趋势,处理7 d后,分别为相应接种第1天的1.49和1.83倍;经BTH+蔓枯病病原菌接种处理后,‘伊丽莎白第3叶POD酶活性的变化趋势与接种蔓枯病病原菌处理的变化趋势相同,处理7 d后,活性为BTH+接种蔓枯病病原菌处理1 d后的2.41倍,为接种蔓枯病病原菌接种7 d后的1.67倍,‘PI420145第3叶POD酶活性呈现先升高,处理第5天达到峰值,约为相应病原菌接种处理的2.62倍,而后下降。

经BTH处理后,‘伊丽莎白第5叶POD酶活性略有下降,而后逐渐升高,处理4 d后,为对照的1.29倍,‘PI420145第5叶POD酶活性的变化趋势和BTH处理第3叶的变化趋势相同,处理4 d后,为对照的1.34倍;,经蔓枯病病原菌接种处理后和BTH+蔓枯病病原菌接种时,‘伊丽莎白和‘PI420145第5叶POD酶活性的变化趋势和相应处理第3叶的酶活性变化趋势相同。

所有处理中,‘PI420145第3和5叶的POD酶活性均高于相应处理的‘伊丽莎白的。

2.2 BTH和蔓枯病接种对甜瓜叶片PPO酶活性的影响

从表2可以看出,经BTH处理后,‘伊丽莎白和‘PI420145第3叶PPO酶活性略有升高;经蔓枯病病原菌接种处理后,‘伊丽莎白第3叶PPO酶活性先下降,而后上升趋势,处理7 d后,约为病原菌接种处理第1天的1.81倍,‘PI420145第3叶PPO酶活性逐渐升高,处理7 d后,约为病原菌接种处理第1天的1.57倍;经BTH+蔓枯病病原菌接种处理后,‘伊丽莎白第3叶PPO酶活性的变化趋势与接种蔓枯病病原菌处理的变化趋势相同,处理7 d后,约为BTH+接种蔓枯病病原菌处理1 d后的1.26倍,为接种蔓枯病病原菌接种7 d后的1.42倍。经BTH+蔓枯病病原菌接种处理后,‘PI420145第3叶PPO酶活性大体呈上升趋势,处理后7 d,约为BTH+蔓枯病病原菌接种处理第1 d的2.5倍,约为相应病原菌接种处理的1.83倍。

经BTH处理后,‘伊丽莎白和‘PI420145第5叶的PPO酶活性均逐渐升高,处理4 d后,分别约为相应对照的1.35和1.63倍;经蔓枯病病原菌接种处理后和BTH+蔓枯病病原菌接种时,‘伊丽莎白和‘PI420145第5叶PPO酶活性变化趋势均为先升高,处理后5 d达到峰值,而后出现不同程度的下降。

在所有的处理中,‘PI420145第3和第5叶的PPO酶活性均高于相应处理‘伊丽莎白的。

3 讨 论

前人研究表明,植物的抗病能力与抗病基因的有无、表达的快慢、表达的程度和表达产物的积累数量有密切的关系[28]。本研究发现,在BTH处理后抗病品系‘PI40145的POD和PPO酶活性显著高于感病品种‘伊丽莎白,可能是由于抗病品系‘PI420145存在抗病基因或是其抗病基因的表达速度快或表达量多于感病品种‘伊丽莎白。

本研究证明BTH处理以后,‘PI40145和‘伊丽莎白叶片的POD和PPO酶活性显著高于相应对照,与BTH处理橡胶树观察到的结果类似[21],由此推测 POD和PPO酶在BTH处理提高甜瓜对蔓枯病抗性的过程中起到关键性的作用。

植物系统获得性抗性能通过SA的积累途径,使植物对真菌病害产生抗性[17],BTH与SA的作用效果类似[8-9],并且其保护作用能够传到整个植物体[29],因此,这也可能是BTH处理甜瓜品种第3叶后,第5叶的POD和PPO酶活性也得到提高的原因。

4 结 论

BTH通过增加POD和PPO酶活性使甜瓜获得对蔓枯病的抗性。BTH处理能够诱导植物未处理部分产生抗性,表明其能够为整个植株提供抗病性。试验中还发现,‘PI420145和‘伊丽莎白的POD和PPO酶活性变化,在BTH和蔓枯病接种处理中有些不同,抗病品系‘PI420145的酶活性提高程度要高于感病品种‘伊丽莎白的。

参考文献

[1] Gomez-Guillamon M L,Moriones E,Luis-Artega M,et al. Morphological and disease resistance evaluation in Cucumis melo and its wild relatives[M]. Alexandra Va: American Society of Horticultural Science,1998.

[2] Frantz J D,John M M. Five independent loci each control monogenic resistance to gummy stem blight in melon(Cucumis melo L.)[J]. Theor Appl Genet,2004,108: 1033-1038.

[3] Crosby K M,Miller M E,Wolff D W. Screening plant introductions of Cucumis melo for resistance to Monosporascus cannonballus[M]. Alexandra Va: American Society of Horticultural Science,2002.

[4] McCreight J D. Reactions of 20 melon cultigens to powdery mildew race 2 U.S.[M] Alexandra Va: American Society of Horticultural Science,2002.

[5] Wako T,Sakata Y,Sugiyama M. et al. Identification of melon accessions resistant to gummy stem blight and genetic analysis of the resistance using an efficient technique for seedling test[J]. Acta Hort,2002,588: 161-164.

[6] Bruton B D. Soil borne diseases in Cucurbitaceae: Pathogen virulence and host resistance[M]. Alexandra Va: American Society of Horticultural Science,1998.

[7] Tsutsumi C Y,Silva N D. Screening of melon populations for resistance to Didymella bryoniae in greenhouse and plastic tunnel conditions[J]. Braz Arch Biol Technol,2004,47(2): 171-177.

[8] Gorlach J,Volrath S,Knauf-Beiter G,et al. Benzothiadiazole,a novel class of inducers of systemic acquired resistance,activates gene expression and disease resistance in wheat[J]. Plant Cell,1996,8 : 629-643.

[9] Kunz W,Schurter R,Maetzke T. The chemistry of benzothiadiazole plant activators[J]. Pestic Sci,1997,50: 275-282.

[10] 王 涛,陈泽鹏,万树青,等. 苯丙噻二唑(BTH)诱导烟草康青枯病活性与抗病机理研究[J]. 中国烟草学报,2008,14: 29-32.

[11] Moshe I,Hamed D,Dan G. Induction of systemic acquired resistance in cotton by BTH has a negligible effect on phytophagous insects [J]. Entomologia Experimentalis et Applicata,2001,99(7): 65-70.

[12] 陈 鹏,李振歧. BTH诱导小麦对白粉病的抗性与几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶活性诱导的关系[J]. 西北农林科技大学学报:自然科学版,2007,35(7): 137-140.

[13] 宋凤鸣,葛秀春,郑 重,等. 苯丙噻二唑诱发水稻对白叶枯病的系统获得抗性[J]. 中国水稻科学,2001,15(4): 323-326.

[14] 闫 涛,彭 斌,吴会杰,等. BTH诱导西瓜甜瓜抗病毒病研究[J]. 中国瓜菜,2009(4): 4-7.

[15] 王 莉,黄丽丽,康振生,等. BTH 诱导黄瓜对霜霉病的抗性[J]. 植物病理学报,2005,35 (3): 274-277.

[16] 陈年来,朱振家,代春燕,等. BTH诱导不同抗性水平甜瓜抗白粉病的效应[J]. 果树学报,2010,27(5): 764-769.

[17] Walters D R,Paterson L,Walsh D J. et al. Priming of plant defense in barley provides benefits only under high disease pressure[J]. Physiol Mol Plant Pathol,2009,73: 95-100.

[18] 毛晓英,张玉玲,李茂盛,等. BTH对新疆甜瓜抗病性的诱导研究[J]. 新疆农业科学,2005,42(3): 158-161.

[19] Madge Y G,Terrence L G. Rapid accumulation of anionic peroxidases and phenolic polymers in soybean cotyledon tissues following treatment with Phytophthora megasperma f. sp. Glycinea Wall Glucan[J]. Plant Physiol,1991,97: 1445-1455.

[20] Mayer A M. Polyphenol oxidases in plants and fungi: going places [J]. A Review. Phytochemistry,2006,67: 2318–2331.

[21] 罗婵娟,范志伟,沈奕德,等. BTH诱导橡胶树对白粉病的抗性效果和相关酶活性测定[J]. 热带作物学报,2011,32(3): 475-479.

[22] 张俊华,崔崇士. 不同抗性南瓜品种感染Phytophthora capsici病原菌后集中酶活性测定[J]. 东北农业大学学报,2003,34(2):124-128.

[23] 王红英,钱春桃,张永兵,等. 不同抗性甜瓜接种蔓枯病菌后若干生理指标的变化[J]. 中国瓜菜,2012,25(1): 7-10.

[24] 李 英,张永兵,Wolukau J N,等. 甜瓜蔓枯病菌子实体法分离及A型菌株产孢条件研究[J]. 果树学报,2007,24(1): 84-88.

[25] 代春燕,朱振家,安翠香,等. 诱抗剂BTH诱导甜瓜幼苗抗白粉病相关酶活性的研究[J]. 江苏农业学报,2010,26(2): 286-291.

[26] Mu[n][~]oz-Mu[n][~]oz J L,García-Molina F,García-Ruiz P A. et al. Enzymatic and chemical oxidation of trihydroxylated phenols[J]. Food Chemistry,2009,113(2): 435-444.

[27] 孔祥生,易现峰. 植物生理学实验技术[M]. 北京:中国农业出版社,2008: 125-126.

[28] 胡景江,刘志龙,文建雷. 溃疡病菌低聚糖激发子诱导杨树细胞抗病机制的初步研究[J]. 西北农林科技大学学报:自然科学版,2003,31(4): 146-148.

[29] 毛晓英,吴庆志,李学文,等. BTH对新疆甜瓜过氧化物酶的系统诱导作用[J]. 新疆农业大学学报,2004,27(4): 31-35.

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