串珠镰刀菌毒素对玉米幼苗根系保护性酶活的影响

田雪亮　孔凡彬　郎剑锋　刘鸣韬　陈锡岭

摘要：研究串珠镰刀菌（Fusarium moniliform）毒素诱导玉米保护性酶活性变化与品种抗性的关系，为利用串珠镰刀菌毒素快速筛选抗病品种奠定基础。以串珠镰刀菌毒素处理玉米幼苗，测定玉米根系POD、PAL和PPO活性的变化。结果表明，抗病、感病品种玉米根系的保护性酶对串珠镰刀菌毒素的诱导反应不同。抗病、感病品种玉米幼苗用串珠镰刀菌毒素处理后，POD、PAL、PPO活性均有所提高，且随处理时间延长，其活性变化呈先升高、后降低趋势。在处理期间，抗病品种的酶活性高峰高于感病品种，表明抗病品种保护性酶对毒素敏感性高于感病品种；抗病品种的POD和PPO相关性强于感病品种。

关键词：串珠镰刀菌；苯丙氨酸解氨酶；多酚氧化酶；过氧化物酶；玉米

中图分类号：S432.1文献标识码：A文章编号：0439-8114（2012）20-4517-03

玉米苗枯病是世界各玉米产地广泛发生、危害严重的玉米苗期病害之一。近几年，由于大量种植感病品种、种子带菌、生长前期不良气候以及粗放的栽培管理等原因，该病害呈现出发病范围、发病面积、危害程度均增大的趋势，已经成为玉米生产上亟待解决的问题。玉米苗枯病的主要病原菌为串珠镰刀菌（Fusarium moniliform），它可以联合多种病原菌复合侵染玉米根系，抑制玉米根系生长，造成玉米根系死亡[1]。串珠镰刀菌为兼性寄生菌，且寄主范围广泛[2]。在侵染过程中，串珠镰刀菌先将寄主细胞杀死，从死亡组织中获取营养，然后侵染扩展至其他组织，能够引起玉米秧苗枯萎，造成茎、穗、根及种子腐烂。玉米病株根部生长受抑制是串珠镰刀菌所产生的毒素作用的结果[3]，串珠镰刀菌毒素在病菌的侵染过程中起着重要作用。

病原物侵染可引起植物一些与酚类代谢相关的酶的活性变化，其中最常见的是苯丙氨酸解氨酶（PAL）、过氧化物酶（POD）、多酚氧化酶（PPO）活性发生变化，这些酶活性的变化与植物的抗病机制有密切关系[4]。串珠镰刀菌毒素是导致玉米发病的重要致病或致毒因子，能够抑制玉米根系生长，造成玉米根系细胞膜破坏[5]，关于该毒素造成玉米根系保护性酶变化情况鲜有研究报道。

为了明确串珠镰刀菌毒素对玉米根系保护性酶的影响，试验以经毒素处理后的玉米根系POD、PAL和PPO活性变化为研究对象，以期揭示毒素诱导抗病和感病品种防御酶系活性变化与品种抗性的相互关系，为利用毒素筛选抗病基因、加速抗病育种奠定基础。

1材料与方法

1.1供试玉米品种

郑单958、浚单32，其中浚单32为抗病品种，郑单958为感病品种。

1.2串珠镰刀菌毒素制备

供试串珠镰刀菌接种于液体培养基（50 g马铃薯加水1 000 mL煮汁过滤，滤液加20 g蔗糖） 中，25 ℃振荡培养5 d后，用2层无菌纱布过滤，滤液3 000 r/min离心15 min，取上清液过滤灭菌后稀释至10%作为毒素。

1.3测定和数据分析

将在无菌土中培养至2～3叶期的玉米幼苗连根拔起，冲洗干净，浸入盛有毒素的烧杯里，每烧杯处理20棵幼苗，以10%液体培养基处理为对照（CK）。3次重复。处理时间分别为2、4、6、12、24、36 h，分别测定POD、PAL和PPO活性。POD活性测定采用愈创木酚法[6]，PAL活性测定采用苯丙氨酸法[7]，PPO活性测定采用邻苯三酚法[8]。用SPSS软件进行数据分析。

2结果与分析

2.1毒素对玉米根系PAL活性的影响

毒素对玉米根系PAL活性的影响见图1。由图1可见，毒素处理后，2个品种的PAL活性发生明显的变化。随毒素处理时间的延长，PAL活性呈先升高后降低趋势；抗病品种浚单32的PAL活性高于感病品种郑单958；毒素处理2～6 h，2个品种的PAL活性快速增加，处理6 h时均达到最大值，处理6～24 h，2个品种的PAL活性迅速下降。毒素处理24 h后，郑单958的PAL活性接近浚单32，处理24 h后2个品种的PAL活性均降到最低点。对照2个品种的PAL酶活性变化不大。

2.2毒素对玉米根系POD活性的影响

毒素对玉米根系POD活性的影响见图2。由图2可见，毒素处理后，2个品种根系的POD活性均明显升高，且随毒素处理时间的延长呈先升高后降低的趋势，处理12 h活性达到高峰，然后逐渐下降。毒素处理2～6 h，抗病、感病品种的POD活性差异不大。毒素处理12～36 h，抗病品种浚单32的POD活性高于感病品种郑单958。对照2个品种的POD活性变化不大。

2.3毒素对玉米根系PPO活性的影响

毒素对玉米根系PPO活性的影响见图3。由图3可见，毒素处理后，2个品种的PPO活性变化趋势基本一致，均为先升高后降低。毒素处理2～6 h，抗病品种和感病品种的PPO活性无显著差别。毒素处理12 h，抗病品种和感病品种的PPO活性达到峰值，抗病品种浚单32的PPO活性高于感病品种郑单958。毒素处理12～24 h，2个品种的PPO活性下降，抗病品种的PPO活性总体高于感病品种。

2.4毒素处理后玉米根系PAL、PPO、POD的相关性分析

毒素处理后玉米根系PAL、PPO、POD的相关性分析结果见表1。感病品种的POD和PPO的相关性较强（相关系数为0.82），表明在玉米根系中POD和PPO的活性调节存在一定的协同性，而POD、PPO与PAL的活性之间相关性较弱，这表明PAL的活性调节可能与POD和PPO的活性调节途径不同，因此在时间上和空间上存在差异。抗病品种的POD和PPO活性相关性最强（相关系数为0.97），表明抗病品种的POD和PPO的活性调节时空一致，有利于充分发挥多种保护性酶的协同作用。抗病品种的PAL活性与另外两种酶的相关性较弱，同样说明了PAL活性调节机制与POD和PPO存在差异。

3小结与讨论

被病原物侵染后植物体内的防御酶被激活[9]。植物防御性酶如POD、PPO和PAL与植物的抗病反应有关。过氧化物酶（POD）能增加植株幼嫩组织的木质化程度，并催化过氧化氢氧化酚类反应，产生醌类化合物，能够杀死病原菌。多酚氧化酶（PPO）能将酚类物质氧化为醌、多酚及其氧化物，能抑制病菌所需的磷酸化酶和转氨酶，同时对病菌向寄主体内蔓延起主要作用的果胶酶和纤维素酶有强烈抑制作用[10]。POD和PPO还能够催化木质素和其他氧化酚类物质形成，有利于增强细胞结构。植物受到病原菌侵染后，这些防御性酶的活性增强。

串珠镰刀菌毒素处理后，玉米根系的3种酶活性均升高，表明毒素对玉米根系有破坏作用，而玉米为保护细胞不受毒素的破坏而促使这些酶活性提高。毒素处理后，抗病品种的3种酶活性均高于感病品种，表明抗病品种抵抗毒素的能力更强。过氧化物酶和多酚氧化酶的活性与植物的抗病性有一定的相关性[11]，酶活性变化可作为植物抗病性鉴定的生化指标之一[12]。

PPO和POD都能增强由植物细胞结构形成的防御屏障[13，14]。这两种酶的作用机制相似，活性调节机制上可能也存在相同途径。试验研究表明玉米根系的PPO和POD之间相关性较强，且抗病品种的相关性强于感病品种，说明抗病品种能够充分发挥这两种酶的协同作用，提高自身的保护，减轻毒素的毒害作用。

苯丙氨酸解氨酶（PAL）是苯丙烷类代谢的关键酶，参与植物合成抗病有关的生化物质，如绿原酸、黄酮类、生物碱、植物保卫素和细胞结构屏障物质（木质素）等，能有效地阻止病原菌的扩展[15]。受到病原菌侵染后，抗病品种PAL活性提高比感病品种的幅度大，激活酶峰值出现的毒素浓度低、峰值高。有研究表明，利用马铃薯晚疫病菌侵染或病原菌毒素处理，马铃薯的PAL活性与品种抗病性成正相关[16]。试验中，串珠镰刀菌毒素能激活PAL，从而有利于木质素、植物保卫素、酚类和酮类等抑菌物质的合成，有利于限制病原菌侵入扩展或抵抗毒素的毒害。

串珠镰刀菌毒素对玉米的抗病、感病品种根系3种酶的作用存在差异，表现出玉米抗病、感病品种对毒素的忍耐能力不同，这为利用毒素筛选玉米抗病基因奠定了基础。

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