水稻纹枯病菌毒素研究进展

李 路，王 玲，刘连盟，孙 磊，黄世文

(1.中国水稻研究所，浙江杭州 310006;2.广西大学农学院，广西南宁 530003)

水稻纹枯病在全球普遍发生，是我国水稻3大病害之一，严重时可致水稻减产50%［1］。水稻纹枯病的发生主要与品种耐病性、形态特征、种植制度、氮肥用量以及气象要素等有关［2］。

真菌毒素由植物病原真菌产生，在植物病害的发生、发展过程中具有明显的致病、致毒作用，对植物组织也有明显的损害作用［3-4］。水稻纹枯病是一种真菌性病害，它的致病菌为立枯丝核菌，具有强腐生性和较宽的寄主范围［5］。本文对纹枯病菌毒素的提纯方法、组分分析、毒害和致病机理等方面进行综述。

1 纹枯菌毒素的提纯

可供立枯丝核菌产毒的培养基较多。改良的Richard 培养基使真菌产毒最多［6］。徐敬友等［7］在此基础上优化了产毒的培养条件:pH值为7.0的改良Richard培养基，于黑暗下培养15～20 d，温度25～3 0℃，每天人工振荡2～4次。

陈夕军等［8］比较了活性炭吸附法、酸度调节萃取法、活性炭吸附萃取法和乙醚萃取法提纯纹枯病菌毒素的优劣，经生物活性检测，乙醚萃取法和活性炭吸附萃取法所得的纹枯病菌毒素毒性最强。Vidhyasekaran等［9］将水稻纹枯病菌培养滤液浓缩，加甲醇去沉淀、用活性炭吸附，过滤后的滤液用有机溶剂萃取，得到了粗毒素，再经SephadexG-75硅胶柱两次层析，也可得到较纯的毒素。

2 纹枯菌精毒素的组分分析

真菌毒素的化学成分一般包括多糖、糖肽、酚类、杂环化合物、氨基酸衍生物、肽、类萜化合物以及脂类化合物等［10］。国内说法不一，推测纹枯病菌毒素可能含有多种成分［5，8，10］。

1963年初次用色谱法推测纹枯病菌毒素的成分为苯乙酸及其衍生物［11］。其组分是间位羟基苯乙酸和间位甲氧基苯乙酸［9］。用高效液相色谱法检测发现，水稻纹枯病菌毒素可能含有4种成分，红外光谱分析显示毒素组分中可能含有O—H或N—H，C—O，C—N或C O等基团;薄层色谱分析显示毒素的Rf值与葡萄糖、半乳糖、甘露糖相近，表明毒素中很可能含有这3种糖类;气质联用分析表明毒素组分中不含苯乙酸和苯甲酸等含苯环类物质，主要含有蔗糖、葡萄糖和N-乙酰氨基甘露糖［5］，这与陈夕军等的研究结果一致［8］。通常这些单糖不会对植物产生毒性，但它们可能作为某种组分参与构成毒性物质。至于毒素含有的具体是哪一种糖，含有什么活性基团，尚待进一步研究证实。

3 纹枯菌粗毒素对水稻的毒害作用

用针刺接种法将纹枯病菌粗毒素接种到水稻叶鞘，接种部位出现了纹枯病典型的“云纹”症状［8］。粗毒素对水稻种子的发芽率、胚根和胚芽的生长也有明显的抑制作用，且抑制率随毒素浓度提高而增大，毒素浓度达1%时完全抑制了种子发芽，以及胚根和胚芽的生长［7］。

纹枯病菌毒素对水稻叶鞘和叶片的细胞膜都有显著的损伤作用，它能导致细胞膜通透性的改变和细胞内电解质外漏［7，10，12］。将毒素稀释 5 ～ 10 倍，细胞膜的损伤率在80%以上，而且水稻抗、感病品种的叶鞘与叶片细胞膜对毒素的敏感性并无明显差异。毒素还能使水稻组织中磷素外渗，并且叶鞘的磷素外渗率要远远大于叶片［13］。用稀释10倍的毒素处理，水稻叶绿素含量比对照减少85%，36 h后，叶绿体解体，其他细胞器也消解［10］。水稻叶绿素的含量与纹枯病菌毒素的浓度呈反比，且抗、感品种间无显著差异［12］。

4 纹枯菌毒素的致病机理

对水稻纹枯病菌的致病机理有不少研究，但结论不一［11-17］。刘洪涛等［15］研究发现，菌株致病力与其体外产毒能力呈正相关，菌株的体外产毒能力越强，其致病力也越强。植物离体培养会产生一系列的酶，如纤维素酶、苯丙氨酸裂解酶，相关酶的活性越高毒力越高。董国强等［14］也发现，水稻纹枯病菌产生的纤维素酶会分解水稻组织的纤维素，并认为这是造成水稻组织分解的原因。果胶酶是立枯丝核菌的致病因子，它产生的果胶酶活性与该菌的致病力有关［15］。水稻纹枯病菌所产生的纤维素酶和果胶酶含量均与致病性有密切关系，且果胶酶在病原菌侵染植株时起着先导作用，但半纤维素酶的产量与致病性的关系尚不能肯定，仍需进一步的研究证实［16］。Sriram 等［17］却指出，果胶酶的活性与水稻纹枯病菌的致病性是无关的，病菌产生的毒素才是致病因子。而Lakpale等［18］则认为水稻纹枯病菌产生的毒素在病原菌的致病过程中不起主要作用。陈夕军等［13］认为，毒素通过损伤水稻植株的细胞膜、降低叶绿素含量、对叶鞘细胞超微结构造成破坏以及诱导水稻组织磷素外渗使植株表现出发病症状，组成细胞膜的类脂可能是毒素作用的位点，但具体是如何作用于细胞膜的还不清楚［16］。

5 纹枯菌粗毒素对水稻体内代谢酶活性的影响

水稻纹枯病菌毒素侵染植株后会激活寄主体内的防卫系统，使防御相关酶的活性提高，从而增强水稻的抗病能力［12］。在纹枯病菌毒素处理水稻48 h后，水稻叶片内过氧化物酶的活性有较大提高;当毒素稀释20倍时，叶片过氧化物酶的活性达最大值;稀释20～100倍时，水稻植株的多酚氧化酶活性、叶片苯丙氨酸解氨酶的活性以及水稻植株叶片和叶鞘超氧化物歧化酶的活性也都明显升高［10］。用纹枯病菌毒素处理水稻36 h后，植株体内超氧化物歧化酶的活性达到最高，并且1～2 d内能检测到毒素诱导产生的5种新的SOD同工酶［18-19］。水稻植株多酚氧化酶的活性在毒素处理12 h后即超过对照组，在36 h达到最高。随着水稻纹枯病菌毒素处理时间的增加，谷胱甘肽-S-转移酶的活性不断升高，最后在60 h达到最高峰。但是水稻体内的磷酸酯酶活性变化呈峰状，时而增大时而减小［12］。毒素接种到水稻上72 h后，能抑制植株体内过氧化物酶的活性，进而阻止防御蛋白的表达［20］。

6 纹枯病菌毒素抑制物

研究表明，毒素的活性能用黄绿青霉产生的α-葡萄糖苷酶来抑制，灭活后的毒素能有效地减少植物组织电解质的外漏［20］。椰子树叶的蛋白提取物也能减少水稻纹枯病菌毒素的产生，处理30 min后就能观察到植物组织电解质的外漏有所减轻，96～120 h后能有效减轻纹枯病的发病症状［21］。

7 研究展望

目前对纹枯病菌毒素的研究还处于初级阶段，其活性成分和致病机制尚不清楚;虽然陆续有许多真菌的抑制产毒基因被克隆，但在纹枯病菌上的类似研究还很少;还缺乏对纹枯病菌毒素的快速检测技术等。开展的一些抑制纹枯病菌毒素产生研究还多处于实验室阶段，其使用和防效仍有待深入研究。

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