葡萄根瘤蚜侵染对葡萄新根次生代谢物质含量及相关酶活性的影响

2018-05-26赵青杜远鹏翟衡

中外葡萄与葡萄酒 2018年3期

赵青，杜远鹏，翟衡*

（1. 山东省林业监测规划院，山东济南 250014；2. 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，山东泰安 271018）

葡萄根瘤蚜（Daktulosphaira vitifoliae Fitch）是世界上第一个检疫性有害生物，曾对欧洲葡萄园造成毁灭性危害。近年来葡萄根瘤蚜在我国多地区出现，在我国苗木法规尚不健全的形势下，将对我国葡萄资源构成严重的威胁[1]。

植物受到外部病菌或害虫的侵染后，细胞中的防御酶和控制物质代谢的关键酶很快做出保护性反应，被侵染部位合成并积累抗性次生代谢物质[2]。葡萄抗性砧木嫁接是应对葡萄根瘤蚜侵染的根本途径，本文研究了抗性砧木‘140Ru’及栽培品种被根瘤蚜侵染后次生代谢相关酶及含量变化，并与抗根瘤蚜能力进行相关性分析，明确不同抗性水平的葡萄品种对根瘤蚜侵染后的次生代谢机制，为完善砧木抗根瘤蚜机制提供理论依据。

1 材料与方法

用直径30 cm的无孔瓦盆沙培抗性砧木‘140Ru’和3个栽培品种‘巨峰’‘达米娜’和‘克瑞森’的一年生苗。待新根大量发生时，每株接种400粒2～3 d根瘤蚜虫卵，分别于接种后7 d、12 d、15 d、20 d和25 d取根结，洗净擦干，液氮速冻后保存，以不接种虫卵的新根做对照，每处理10株植株。测定葡萄新根中苯丙氨酸解氨酶（PAL）、多酚氧化酶（PPO）和超氧化物歧化酶（SOD）的活性与总酚和木质素的含量。

PAL活性测定参考欧阳光察（1998）的方法；PPO活性测定采用邻苯二酚比色法；SOD活性测定参照王爱国（1983）的方法；总酚含量的测定，采用Folin-酚试剂法；木质素含量的测定采用Sancho半定量法。

本试验所得数据用DPS 7.55软件进行方差分析，并将重复测定的平均值进行相关性分析。

2 结果与分析

2.1 根瘤蚜侵染对葡萄新根酶活性的影响

2.1.1 PAL活性的影响

PAL是催化植物体内苯丙烷类物质代谢和酚类、类黄酮、木质素合成的关键酶[3]。图1中可以看出，4个品种的新根在接种后25 d之内都呈先升高后下降的趋势，且都在接种15 d时达到活性最大值，其中‘140Ru’接种后PAL活性迅速上升，之后一直持续在较高的水平，5个时期的PAL活性均大于其他3个敏感品种，‘140Ru’的对照PAL活性水平均高于3个敏感品种。7 d时‘140Ru’增幅比同时期‘巨峰’‘达米娜’和‘克瑞森’的增幅分别高122.70%、102.96%和42.10%；25 d时‘140Ru’新根PAL的活性依然保持在较高的水平，比对照高46.17%，而3个敏感品种的PAL活性降低到和对照相当的水平。根据本实验室测定的各品种抗根瘤蚜能力[4]，进行相关性比较发现，葡萄新根被根瘤蚜侵染后PAL活性的增加幅度与其根瘤蚜抗性正相关，r＝0.965。

图1 根瘤蚜侵染对葡萄新根PAL活性影响Figure 1 Effects of phylloxera infestation on the PAL activity in grapevine primary roots

图2 葡萄新根PPO活性变化Figure 2 Effects of phylloxera infestation on the PPO activity in grapevine primary roots

2.1.2 根瘤蚜侵染对葡萄新根PPO活性的影响

PPO在植物体内主要有三方面的作用：一方面，PPO可以催化酚类物质形成醌类，醌类物质在一定程度上可抑制害虫的取食；另一方面，醌类物质的过多积累，导致寄主细胞自身的褐化加速，使病虫害加重；另外PPO催化酚类物质氧化形成咖啡酸可参与木质素的合成，其活性变化对植物组织木质化过程起重要作用[5-6]。

供试的4种葡萄新根被根瘤蚜侵染后PPO活性均呈先升高后下降趋势（图2），3个栽培品种都在接种后15 d达到活性最大值随后迅速下降，25 d时PPO活性基本与对照相当。抗性砧木‘140Ru’在接种后20 d达到最高值，并且25 d时PPO活性仍为16.45 U/(g·h)，比同时期‘巨峰’‘达米娜’和‘克瑞森’的增幅分别高266.27%、169.13%和73.40%。PPO活性增加幅度与葡萄的根瘤蚜抗性显著相关，r＝0.909。

2.1.3 根瘤蚜侵染对葡萄新根SOD活性的影响

SOD歧化氧自由基为H2O2和水，是清除氧自由基的关键酶。植物体内的活性氧在SOD的作用下生成的H2O2和H2O可以与过氧化物酶（POD）一起参与木质素前体的一些交联和聚合反应，从而提高植物组织木质化的程度[7]。从图3可以看出，接种根瘤蚜后无论抗性品种或敏感品种均呈现先略微下降再升高然后再下降的趋势，但抗性砧木‘140Ru’接种7 d后SOD活性迅速升高，接种12 d时达到最大值，比敏感品种‘巨峰’‘达米娜’和‘克瑞森’的增幅分别高291.1%、65.95%和199.05%；3个敏感品种新根被侵染后SOD活性变化缓慢，变幅也较小。相关性分析表明，葡萄新根SOD活性与其根瘤蚜抗性正相关，r＝0.782。

图3 葡萄新根SOD活性变化Figure 3 Effects of phylloxera infestation on the SOD activity in grapevine primary roots

2.2 根瘤蚜侵染对葡萄根系次生代谢物质的影响

2.2.1 葡萄根瘤蚜侵染对葡萄新根木质素含量的影响

木质素是植物细胞壁的组成成分，可以保护细胞免受病原物的侵害。植物受到侵害后的木质化可以阻碍真菌和害虫的攻击，许多研究表明，木质素含量增加是植物增强抗性的一个重要机制[8-9]，供试4个葡萄品种的新根被根瘤蚜侵染后，木质素的含量有显著的升高，并且均呈持续增加趋势，接种15 d之前增加较为缓慢，后期增幅变大（图4）。砧木‘140Ru’木质素含量增加较其他3个栽培品种显著，接种20 d后木质素含量OD值增幅比对照高114.29%，比‘巨峰’‘达米娜’和‘克瑞森’的增幅高92.00%、41.18%和29.73%，增加幅度最小的是‘巨峰’。相关性分析表明，葡萄被根瘤蚜侵染后木质素含量的增加与抗性正相关，r＝0.841。

2.2.2 葡萄根瘤蚜侵染对葡萄新根总酚含量的影响

酚类物质是植物体内重要的抗虫物质，研究表明植物受到损伤后，最明显的变化就是酚类化合物含量的增加[10-11]。酚类物质对植食性昆虫有胃毒或拒食作用，其含量高低通常与取食的害虫数量呈负相关。4种葡萄被根瘤蚜侵染后总酚含量均有大幅度的升高，随着侵染时间的延长总酚逐渐积累，接种20 d时，‘140Ru’的总酚含量增幅最高，分别比‘巨峰’‘达米娜’和‘克瑞森’增幅高32.99%、40.81%和21.20%。4种葡萄被侵染后总酚含量的增加与其对根瘤蚜的敏感性呈负相关，相关系数r＝-0.987。

3 讨论与结论

图 4 葡萄新根木质素含量变化Figure 4 Effects of phylloxera infestation on the lignin content in grapevine primary roots

植物受到外部病菌或害虫的侵染后，通常会迅速做出防御反应，在被侵染部位合成并积累抗性次生代谢物质。正常条件下，这些次生物质合成所需要的前体物质以无毒的形式存在于细胞的液泡等细胞器中，当细胞遭受侵染或胁迫时，一些酶可以活化这些物质，使其大量合成为抗性次生物质[2]。

刘会宁等[12]用8个葡萄品种为试材研究了生化指标与葡萄抗白粉病的关系，发现PPO与POD的活性与抗病性呈显著或极显著正相关。史娟等[13]的研究表明，不同抗性的葡萄品种感染霜霉病菌后，各品种的POD活性都有一个明显的消长过程，但抗病品种的酶活性升高的幅度大，持续时间长。李宁枫[14]的研究表明，葡萄叶片中SOD活性与霜霉病抗病性存在一定相关性，且感病品种接种霜霉病菌后SOD活性下降，抗病品种接种霜霉病菌后SOD活性升高。许建鹏等[15]的研究表明，不同抗性的黄瓜叶片接种烟粉虱后，PAL、PPO活性均升高，其中对烟粉虱抗性最高的4个品种两种酶的活性均极显著高于不抗烟粉虱的对照。杨辉等[16]发现接种黄瓜花叶病毒后，不同抗性的辣椒品系木质素和总酚的相对含量整体上呈上升趋势，且各品系间的差异显著。

供试的4个葡萄品种新根被根瘤蚜侵染后SOD活性均呈先降低后升高再降低的趋势，并且抗性砧木‘140Ru’的变化最大，增幅显著高于3个敏感品种，说明在抗性品种体内SOD是抵御根瘤蚜侵染的重要防御酶；PAL和PPO活性均呈先上升后下降的趋势，木质素和总酚含量均呈升高趋势，其中以‘140Ru’的整体增幅最高，说明根瘤蚜的取食诱导葡萄新根内PAL和PPO活性增加，使酚类和木质素积累。总酚含量增加，会干扰根瘤蚜的消化作用，酚类物质又可以被PPO催化形成的醌类物质，醌类可以与植物蛋白作用，从而降低根瘤蚜对植物营养的利用，减轻其对葡萄根系的危害。PAL和PPO共同催化木质素的合成，木质素是构成细胞壁的主要成分，木质素的大量合成有利于葡萄修复根瘤蚜刺吸造成的细胞壁损伤并且细胞壁木质化会使根瘤蚜刺吸受到阻碍。试验结果表明，葡萄根瘤蚜侵染导致新根内SOD、PAL和PPO活性变化以及木质素和总酚的积累，并且变化幅度可以反应出抗病性的差异。