张 鑫,段军娜,翟 枫,罗 晶,成巨龙,安天赐,安德荣
(1 西北农林科技大学 旱区作物逆境生物学国家重点实验室 植物保护学院,陕西 杨凌 712100;2 陕西省烟草研究所,陕西 西安 710002)
云芝葡聚糖对烟草马铃薯Y病毒的抗性研究
张 鑫1,段军娜1,翟 枫1,罗 晶1,成巨龙2,安天赐1,安德荣1
(1 西北农林科技大学 旱区作物逆境生物学国家重点实验室 植物保护学院,陕西 杨凌 712100;2 陕西省烟草研究所,陕西 西安 710002)
【目的】 研究云芝葡聚糖对烟草马铃薯Y病毒(PVY)的抑制作用,为新型杀菌剂云芝葡聚糖水剂的开发应用提供依据。【方法】 以PVY枯斑寄主苋色藜(Chenopodiumamaranticolor)、系统寄主心叶烟(Nicotianaglutinosa)为材料,采用枯斑法、叶圆片法及室内盆栽试验,测定云芝葡聚糖的抗PVY活性及其诱导抗病性,同时测定其对烟草防御酶POD、PAL活性的影响。【结果】 云芝葡聚糖对PVY具有很强的预防作用和诱导抗性,700 μg/mL 云芝葡聚糖的预防效果达73.98%,诱导抗性达59.84%;对PVY有一定的钝化和抑制增殖作用,其中700 μg/mL云芝葡聚糖对PVY的钝化效果为28.79%,对PVY的增殖抑制率达40.25%;云芝葡聚糖处理能提高烟草叶片POD和PAL活性;室内盆栽试验结果表明,云芝葡聚糖对PVY寄主表现出很强的保护活性,保护效果优于治疗效果,接种病毒14 d后1.1%云芝葡聚糖水剂300倍液的保护、治疗效果分别为73.33%和38.46%。【结论】 云芝葡聚糖是一种很强的免疫增强剂,对PVY的抑制作用显著,提前施用对寄主可起到很好的保护作用。
云芝葡聚糖;烟草马铃薯Y病毒;抑制作用;防御酶活性
马铃薯Y病毒(Potato virus Y,PVY)是Y病毒科(Potyviridae)Y病毒属(Potyvirus)的代表种,主要侵染包括烟草在内的多种茄科植物,是重要的世界性植物病毒[1],可严重危害烟草(Nicotianatabacum)、马铃薯(Solanumtuberosum)、辣椒(Capsicumspp.)、番茄(S.lycopersicum)等作物,引起植株花叶、斑驳、畸形、矮化、坏死[2]。烟草马铃薯Y病毒病是由PVY侵染烟草引起的一种系统性侵染病害,又称烟草脉坏死病、烟草脉带病[3],是世界烟草产区的重要病害之一,该病防治困难,对烟叶的产量和质量有很大影响。
云芝葡聚糖(Trametesversicolorpolysaccharides)是从担子菌纲多孔菌科(Polyporaceae)云芝属(Polystictus)真菌云芝或培养菌丝中提取的具有多种生物活性的葡聚糖物质。作为一种免疫增强因子,云芝葡聚糖具有的抗病毒、抗肿瘤以及免疫增强作用,在医学上已被普遍接受[4],但有关云芝葡聚糖对植物病毒的抑制作用研究报道很少。近年来,国内外大量研究表明,真菌葡聚糖对烟草花叶病毒(TMV)、黄瓜花叶病毒(CMV)等植物病毒的侵染和增殖有抑制作用[5-9],能诱导烟草防御酶活性,显著提高烟草叶片多酚氧化酶(PPO)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)的活性[10-12],同时真菌葡聚糖能诱导烟草体内水杨酸(Salicylic acid,SA)含量提高[13],对植物抗病基因介导的抗性产生有重要作用,能激活防御反应和调控植物生长抑制病害的形成[14-15],这些发现开辟了防治植物病毒病的新途径。云芝葡聚糖作为一种真菌源葡聚糖,将其应用于农业病毒病防治具有重要的研究价值。
西北农林科技大学旱区作物逆境生物学国家重点实验室前期对12种真菌葡聚糖的抗病毒作用进行系统筛选[9],发现云芝葡聚糖对TMV、CMV具有很强的预防作用,且经葡聚糖处理后能提高烟草产量和质量。为此,本研究采用酶、超声波联用方法提取云芝葡聚糖,以PVY枯斑寄主苋色藜(Chenopodiumamaranticolor)、系统寄主心叶烟(Nicotianaglutinosa)为材料,测定云芝葡聚糖的抗PVY活性及其诱导抗病性,同时测定其对烟草防御酶POD、PAL活性的影响,旨在为新型杀菌剂 1.1% 云芝葡聚糖水剂的应用提供依据。
1.1 材 料
供试菌株:云芝(Trametesversicolor)YZ-3,由西北农林科技大学旱区作物逆境生物学国家重点实验室保存。
供试植物:苋色藜、心叶烟,其种子由中国农业科学院烟草研究所提供。
供试病毒:提纯的PVY病毒,由西北农林科技大学旱区作物逆境生物学国家重点实验室分离保存,于接种前30 d左右在健康的心叶烟上繁殖备用。制备病毒接种液时,取1 g PVY感病叶片,加少量石英砂,于10 mL PBS 溶液中研磨成匀浆,纱布过滤,无菌水稀释至100 mL备用。
供试药剂:1.1%云芝葡聚糖水剂,西北农林科技大学旱区作物逆境生物学国家重点实验室制备;0.5%香菇多糖水剂,北京燕化永乐农药有限公司生产;5.5%氨基寡糖素水剂,由西大华特科技实业公司生产。
1.2 方 法
1.2.1 云芝葡聚糖的提取 用6 mm打孔器取已培养7 d的云芝菌饼,放入装有100 mL发酵培养基[16]的三角瓶中,每瓶放入3个菌饼,于28 ℃、160 r/min振荡培养7~10 d,待外观菌球多、菌液厚时停止培养,于10 000 r/min离心8 min,获得菌丝体和上清液;将菌丝体洗涤2次,采用酶、超声波联用方法[17]提取胞内糖肽,过滤得滤液;再将滤液与上清液合并,减压浓缩至原体积的1/5,加入4倍体积体积分数95%乙醇,4 ℃下静置12 h,离心获沉淀物,干燥得云芝葡聚糖[18]。向蒸馏水中加入云芝葡聚糖、表面活性剂烷基糖苷,搅拌至原药完全溶解后加入防分解剂1,2-丁二醇、防冻剂甘油,再次搅拌混合均匀,即得1.1%云芝葡聚糖水剂,现用现配。
1.2.2 云芝葡聚糖对PVY的预防作用 采用枯斑法测定云芝葡聚糖对PVY的预防作用。选取长势一致的苋色藜,将配制好的100,200,300,500和700 μg/mL云芝葡聚糖溶液先涂抹在叶片上,24 h后立即将禁食4 h的烟蚜转移到PVY的毒源植物心叶烟上饲毒3~5 min,然后转移至涂抹过云芝葡聚糖的苋色藜叶片上进行2 h传毒试验,每植株接虫10头,以喷清水为对照。于温室中培养,每处理5株,重复3次。接毒3~4 d后统计枯斑数,计算抑制率。抑制率=(对照枯斑数-处理枯斑数)/对照枯斑数×100%。
1.2.3 云芝葡聚糖对PVY的钝化作用 采用半叶枯斑法[19]测定云芝葡聚糖对PVY的体外钝化作用。选取长势一致的苋色藜,将配制好的100,200,300,500,700 μg/mL云芝葡聚糖溶液分别与PVY接种液等体积混合钝化15 min[20],然后用半叶法[19]摩擦接种到苋色藜的左半叶上,右半叶接种PVY接种液作为对照。于温室中培养,每处理5片叶,重复3次。接毒3~4 d后统计枯斑数,计算抑制率。抑制率=(对照半叶枯斑数-处理半叶枯斑数)/对照半叶枯斑数×100%。
1.2.4 云芝葡聚糖对PVY的诱导抗性 采用枯斑法[19]测定云芝葡聚糖的诱导抗性。选取长势一致的苋色藜,将配制好的300,500,700 μg/mL云芝葡聚糖溶液先涂抹在植株下部叶片上,48 h后于上部叶片摩擦接种PVY,对照株下部叶清水处理48 h后于上部叶片接种PVY。于温室中培养,每处理5株,重复3次,接毒3~4 d后统计枯斑数,计算枯斑抑制率,以观察云芝葡聚糖的诱导抗性。抑制率=(对照枯斑数-处理枯斑数)/对照枯斑数×100%。
1.2.5 云芝葡聚糖对PVY的抑制增殖作用 采用叶圆片法[21]测定云芝葡聚糖对PVY的抑制增殖作用。选取长势一致的心叶烟接种PVY,6 h后从接种叶上打孔取直径12 mm的圆片,分别漂浮于300,500,700 μg/mL云芝葡聚糖溶液、0.5%香菇多糖水剂200倍液、5.5%氨基寡糖素水剂500倍液中,以漂浮于蒸馏水中的叶圆片为阳性对照(CK1),以不接种PVY的叶圆片为阴性对照(CK2)。每处理10个圆片,重复3次[21]。48 h后将叶圆片用0.1 g/mL 磷酸盐缓冲液研磨后离心,上清液采用间接ELISA法检测其OD405值,绘制标准曲线,得到PVY质量浓度(x)与OD405值(y)的回归方程为:y=0.882 4x-1.527 4,根据PVY质量浓度计算抑制率,抑制率=(阳性对照PVY质量浓度-处理PVY质量浓度)/阳性对照PVY质量浓度×100%。
1.2.6 云芝葡聚糖处理后烟草防御酶活性的变化 (1)处理、取样。选取6~7叶期的健康心叶烟作以下4种处理:①于植株叶片上涂抹500 μg/mL的云芝葡聚糖,24 h后不接种病毒;②植株叶片上涂抹500 μg/mL云芝葡聚糖,24 h后接种PVY;③植株叶片上喷清水,24 h后接种PVY;④仅清水喷雾(对照)。处理后将烟草置于室温25~28 ℃下生长。每处理在接种后每隔24 h取样1次,共取5次,用于各项生理指标测定。3次重复。
(2)酶活力测定。取各处理叶圆片2 g冰浴研磨至匀浆,4 ℃、5 000 r/min离心20 min,上清液即为 POD、PAL的提取液,其中POD用10 mL 4 ℃预冷的0.05 mol/L pH 7.0的磷酸缓冲液提取,PAL用2 mL 4 ℃预冷的0.05 mol/L pH 8.8的硼酸缓冲液提取[11]。POD活性测定采用愈创木酚法[22], PAL活性测定采用Koukol等[23]的方法。
1.2.7 室内盆栽防效试验 试验设1.1%云芝葡聚糖水剂300倍液、500倍液、700倍液3个梯度,以5.5%氨基寡糖素水剂500倍液、0.5%香菇多糖水剂200倍液为对照药剂。选取长势一致的心叶烟,分别进行预防处理(最后一次施药后24 h接毒)、治疗处理(接毒24 h后施药3次),以只接种不施药为对照[24]。每4 d施药1次,连续施药3次,每处理10株烟苗,重复3次,采用蚜虫接毒。于接种后14 d以株为单位进行病情调查,计算病情指数及相对防效。
病情指数=∑(各级病株数×相对级数值)/(调查总株数×最高分级数)×100。
防治效果=(对照病情指数-处理病情指数)/ 对照病情指数×100%。
1.3 数据分析
试验数据采用SPSS 12.0软件进行处理,采用Duncan’s多重比较法进行差异显著性检验。
2.1 云芝葡聚糖对PVY的预防作用
由表1可以看出,100,200,300,500,700 μg/mL云芝葡聚糖对PVY的预防效果分别为 61.78%,60.16%,69.11%,72.36%,73.98%,处理后苋色藜叶片枯斑数较对照大幅度减少。说明提前施用云芝葡聚糖对PVY有很强的预防作用,且预防效果与葡聚糖溶液质量浓度呈明显的正相关性。
2.2 云芝葡聚糖对PVY的体外钝化作用
表1表明,100,200,300,500,700 μg/mL云芝葡聚糖对PVY进行钝化处理后,抑制率分别为0,7.25%,5.56%,26.98%,28.79%。钝化作用差异显著性分析结果显示,云芝葡聚糖的钝化处理对PVY的抑制效果不显著,但随着云芝葡聚糖质量浓度的增加,钝化效果逐渐提高。
注:枯斑数、半叶枯斑数试验数据均为3次重复的平均值。表2,3同。
Note:Data of the leaf and the semi-leaf blight spots are the mean of three replicates.The same for table 2 and table 3.
2.3 云芝葡聚糖对PVY的诱导抗性
不同质量浓度云芝葡聚糖对PVY的诱导抗性见表2。
表2表明,300,500,700 μg/mL云芝葡聚糖处理对PVY的抑制率分别为45.90%,56.56%,59.84%。说明云芝葡聚糖能诱导苋色藜植株对PVY产生抗性,效果非常显著,且随云芝葡聚糖质量浓度的增加,对PVY抗性明显提高。
2.4 云芝葡聚糖对PVY的抑制增殖作用
表3表明,300,500,700 μg/mL云芝葡聚糖对PVY增殖的抑制率分别为34.00%,32.47%,40.25%,高于对照药剂0.5%香菇多糖水剂200倍液、5.5%氨基寡糖素水剂500倍液。说明云芝葡聚糖对PVY的增殖有一定的抑制作用,低质量浓度云芝葡聚糖的抑制效果并不明显,增殖抑制率与葡聚糖质量浓度呈明显的正相关性。
2.5 云芝葡聚糖对烟草防御酶活性的影响
2.5.1 烟草叶片POD活性 由图1可以看出,云芝葡聚糖诱导处理后,激发和诱导烟草体内POD活性升高,而对照POD活性变化不明显。云芝葡聚糖处理后接种PVY的叶片POD活性在接种后第3天达到最高值,是此时对照的2.67倍,且高于其他处理。涂抹云芝葡聚糖处理以及喷清水后接种PVY处理的叶片POD活性在接种后第3天达到最高值,且云芝葡聚糖处理>喷清水后接种PVY处理,分别为第3天对照的2.41倍和1.62倍,随后POD活性有不同程度的下降。至接种后第5天各处理叶片的POD活性仍高于对照。
2.5.2 烟草叶片PAL活性 由图2可以看出,除了对照,其余处理烟叶PAL活性变化显著,均呈先上升后下降的趋势,且明显高于对照。涂抹云芝葡聚糖后接种PVY处理的PAL活性上升速度最快,其次是涂抹云芝葡聚糖处理,分别于处理后第4天、第3天达到最高值;喷清水后接种PVY处理的PAL活性变化相对较小,其峰值明显低于涂抹云芝葡聚糖处理和涂抹葡聚糖后接种PVY处理。表明云芝葡聚糖可诱导烟草叶片PAL活性的提高。
图1 云芝葡聚糖处理后烟草叶片POD活性的变化
-◆-.云芝葡聚糖处理;-■-.对照处理;-▲-.云芝葡聚糖处理后接种PVY;-●-.清水处理后接种PVY
Fig.1 Change of POD activity afterTrametesversicolorpolysaccharides treatment
-◆-.Trametes versicolor polysaccharides treatment;-■-.Contrast;-▲-.Inoculating PVY after smearing polysaccharides;-●-.Inoculating PVY after spraying fresh water
图2 云芝葡聚糖处理后烟草叶片PAL活性的变化
-◆-.云芝葡聚糖处理;-■-.对照处理;
-▲-.云芝葡聚糖处理后接种PVY;-●-.清水处理后接种PVY
Fig.2 Change of PAL activity afterTrametesversicolorpolysaccharides treatment
-◆-.Trametes versicolor polysaccharides treatment;-■-.Contrast;-▲-.Inoculating PVY after smearing polysaccharides;-●-.Inoculating PVY after spraying fresh water
2.6 云芝葡聚糖对PVY的室内盆栽防治效果
表4表明,1.1%云芝葡聚糖水剂300倍液、500倍液、700倍液的保护效果分别为73.33%,62.85%,44.12%,治疗效果分别为38.46%,36.53%,26.70%。在保护作用中,云芝葡聚糖300倍液的防治效果最高,显著高于2种对照药剂,云芝葡聚糖500倍液防治效果与2种对照药剂差异不显著,云芝葡聚粮700倍液防治效果显著低于2种对照药剂。经云芝葡聚糖处理后的植株烟叶浓绿光滑,长势健壮,株高、叶片面积、茎围都明显高于对照。说明云芝葡聚糖不仅对寄主有很好的保护、治疗作用,保护效果较治疗效果好,而且能促进植株生长。
注:表中数据为3次重复的平均值,以“平均值±标准差”表示。同列数据后标不同小写字母者表示各处理差异显著(P<0.05)。
Note 4:Data are the “mean±SD” of three replicates.Different lowercase letters mean significantly difference (P<0.05).
本研究结果表明,云芝葡聚糖对PVY具有很好的预防作用,700 μg/mL云芝葡聚糖的预防效果可达73.98%;云芝葡聚糖能诱导植株对PVY产生很高的诱导抗性,700 μg/mL云芝葡聚糖处理的诱导抗性效果可达59.84%;云芝葡聚糖也有一定的钝化和增殖抑制作用,但作用相对较低;云芝葡聚糖处理能提高烟草叶片防御酶活性;室内盆栽试验结果表明,1.1%云芝葡聚糖水剂对PVY寄主表现出很强的保护作用,其300倍液的保护效果可达 73.33%,且经云芝葡聚糖处理后的烟苗生长健壮整齐,表现出较强的促生作用。因此,云芝葡聚糖作为一种免疫增强剂,在植物病毒病防治上具有较好的研究价值和应用前景。
在植株接种病毒前经云芝葡聚糖处理,可以封锁植物病毒的侵染位点,使病毒失去与细胞微伤口感受点结合的能力,因而使病毒的侵入能力被降低或过程被阻止[25]。多糖对病毒在寄主体内的增殖有一定的抑制作用。Grasso等[26]研究认为,喷洒天然抑制剂后,使寄主核糖体上的病毒蛋白合成受阻,病毒不能复制。同时,葡聚糖可以作为激发子诱导活性氧的释放和植保素的合成,活性氧的诱导产生是一类早期的抗病反应,它们能直接攻击病原,从而达到抑制病毒作用[7]。因此推测认为,云芝葡聚糖通过激活植株免疫防御反应调控植物生长,使寄主植株产生诱导抗性,以提高防御酶的活性,在激活主动防御反应中起着重要的作用。
由于云芝葡聚糖具有抗病毒活性、免疫增强作用,高效、没有细胞毒性,应用于生物体毒副作用小,提取也较容易,将其开发为生物农药产品具有重要的市场价值。但目前有关云芝葡聚糖对农业病害防治研究甚少,积累的资料也很贫乏,还有待于对植物病毒病防治研究的加强,并更深一步地了解其抗病毒机理。
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Resistance ofTrametesversicolorpolysaccharides against potato virus Y
ZHANG Xin1,DUAN Jun-na1,ZHAI Feng1,LUO Jing1, CHENG Ju-long2,AN Tian-ci1,AN De-rong1
(1StateKeyLaboratoryofCropStressBiologyforAridAreas,CollegeofPlantProtection,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China;2ShaanxiTobaccoResearchInstituteofChinaNationalTobaccoCorp,Xi’an,Shaanxi710002,China)
【Objective】 To provide basis for development and application of new fungicide-Trametesversicolorpolysaccharides AS,the inhibition ofTrametesversicolorpolysaccharides against PVY was studied.【Method】 Using Chenopodium amaranticolor andNicotianaglutinosaas materials,the anti-PVY activity ofTrametesversicolorpolysaccharides was detected by half-leaf method,leaf-discs method,and potted plant method,and the inducible resistance and effects on activity of defensive enzymes POD and PAL were determined.【Result】 It was confirmed that polysaccharides had strong preventive effect and induced resistance against PVY,and the preventive effect and induced resistance of 700 μg/mLTrametesversicolorpolysaccharides were 73.98% and 59.84%,respectively.Polysaccharides also had inactivating and multiplication inhibiting effects against PVY,and the inactivation effect and multiplication inhibition rate of 700 μg/mLTrametesversicolorpolysaccharides were 28.79% and 40.25%,respectively.Treated by polysaccharides also increased the activity of tobacco POD and PAL.The potted experiment showed thatTrametesversicolorpolysaccharides had strong protective activity to PVY host,which was better than treatment effect.14 days after inoculating PVY,the protective effect and therapeutic effect of 300 times diluent of polysaccharides were 73.33%,and 38.46%,respectively.【Conclusion】 Trametes versicolor polysaccharides were an type of immunopotentiator.They had a strong inhibitory action against PVY and application in advance could achieve better protection effect.
Trametesversicolorpolysaccharides;potato virus Y;inhibitory effect;the activity of defensive enzyme
2013-11-01
教育部高等学校学科创新引智计划项目(B07049);国家烟草专卖局项目“新型生物杀菌剂真菌多糖在烟草病害防治中的研究和应用”(110201002024);国家烟草专卖局烟草有害生物调查和防治研究项目(KJ-2010-14)
张 鑫(1988-),女,山东菏泽人,在读硕士,主要从事微生物资源利用研究。E-mail:zhangxin.fendou@163.com
安德荣(1963-),男,陕西大荔人,教授,博士生导师,主要从事微生物资源利用和植物病理学研究。 E-mail:anderong323@163.com
时间:2015-01-05 08:59
10.13207/j.cnki.jnwafu.2015.02.025
S435.32
A
1671-9387(2015)02-0191-07
网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20150105.0859.025.html