杨树响应腐烂病菌侵染后抗性酶变化规律

李春艳　朱宗财　张王斌

摘要：  测定新疆杨受到杨树腐烂病菌侵染后相关抗性酶的变化规律的结果表明，试验苗接种腐烂病菌后均在2～3天后出现褐色病斑，接种杨树腐烂病菌的处理与对照组相比6种抗性酶均达到显著性水平。β-1， 3-葡聚糖酶在第3天出现最高峰，其次为过氧化氢酶、多酚氧化酶、超氧化物歧化酶、苯丙氨酸解氨酶在第4天出现最高峰，过氧化物酶在第4～5天出现最高峰。新疆杨受到杨树腐烂病菌侵染后会影响其防御酶的变化，6种抗性酶在1～3天达到显著性水平，1～3天新疆杨正处于杨树腐烂病菌的侵入期和潜育期。

关键词：  新疆杨;  腐烂病;  防御酶;  抗病性

中图分类号：   S 763. 7; S 792. 11               文獻标识码：   A                文章编号：1001 - 9499（2022）03 - 0031 - 05

杨树是新疆主要防护林树种之一，在绿洲农业生产中起着极其重要的作用。近年来，杨树腐烂病发生蔓延迅速，造成大面积防护林带死亡，给脆弱的绿洲生态农业带来极大的威胁。杨树腐烂病由壳囊孢属金黄壳囊孢菌（Cytospora.chrysosperma）侵染引起[ 1 ]，主要对树体主干、侧枝的韧皮部进行危害，危害初期树皮变色、凹陷;后期在受害枝条上形成不规则的病斑，病斑处可见明显的黑色子实体，在潮湿的环境下，长出橘黄色卷须状分生孢子角。吴俊江[ 2 ]等研究发现大豆接种疫霉根腐病菌后不同部位的过氧化氢酶的活性不同;宋培玲[ 3 ]等研究抗性不同的油菜品种接种黑胫病菌防御酶活性变化，表明受黑胫病侵染后，不同抗性品种间的过氧化氢酶、多酚氧化酶、过氧化物酶、苯丙氨酸解氨酶和超氧化物歧化酶五种防御酶酶活性存在明显的差异。植物体内抗性酶与植物体抗病性具有相关性，寄主植物通过调节SOD、PPO、CAT等抗性酶活性，反应寄主植物的抗病性强弱。新疆杨（Populus bolleana）受到腐烂病菌侵染后其相关抗性酶的变化国内尚未见报道，本研究将通过测定新疆杨受到杨树腐烂病菌侵染后6种抗性酶活性来为抗病品种选育提供可靠的理论依据。

1 材料与方法

1. 1 材料

1. 1. 1 供试菌株

由塔里木大学南疆农业有害生物综合治理重点实验室提供。

1. 1. 2 试剂盒

由苏州科铭生物技术有限公司提供过氧化物酶（POD）试剂盒、过氧化氢酶（CAT）试剂盒、超氧化物歧化酶（SOD）试剂盒、β-1，3-葡聚糖酶（β-1，3-glucanase）试剂盒、苯丙氨酸解氨酶（PAL）试剂盒、多酚氧化酶（PPO）试剂盒。

1. 2 试验方法

在塔里木大学南疆农业有害生物综合治理重点实验室后的树林中选取100根健康的1～2年生枝条扦插在大花盆中，待其长到20片左右叶时选取长势一致的树体进行接种。接种时首先将试验苗接种部位进行清洗和消毒，用无菌的5 mm打孔器在接种处进行烫伤打孔，然后将5 mm的菌饼接种在打孔处，灭菌的脱脂棉在无菌水中润湿后盖在菌饼上，并用保鲜膜缠紧，以免菌饼掉落[ 4 ]。

在接种的新疆杨中间部位取新鲜叶片，分别于接种后0、1、2、3、4、5、6、7天的每天19：00～19：30取样保存在超低温冰箱中待测，未接种杨树腐烂病菌的新疆杨相同部位的叶片作为对照。采用试剂盒法对6种抗性酶活性进行测定。

1. 3 数据分析

用OriginPro8和SPSS软件对试验数据进行分析。

2 结果与分析

2. 1 接种腐烂病菌后新疆杨6种抗性酶的变化

由图1可以看出，接种杨树腐烂病菌后新疆杨均能够诱导过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、多酚氧化酶（PPO）、β-1，3-葡聚糖酶（β-1，3- glucanase）、超氧化物歧化酶（SOD）、苯丙氨酸解氨酶（PAL）、多酚氧化酶（PPO）活性升高，并且会在达到最高值后下降。接种的腐烂病处理组在第3天出现褐色病斑，而峰值均出现在3天之后，这与病害侵入的变化相呼应。杨树体内相关抗性酶在侵入期、潜伏期、发病期最活跃，进而触发自我防御机制。新疆杨在发病前期6种抗性酶非常活跃，酶活性不断升高。β-1，3-葡聚糖酶（β-1，3-glucanase）在第3天较敏感;过氧化氢酶（CAT）、多酚氧化酶（PPO）、超氧化物歧化酶（SOD）、苯丙氨酸解氨酶（PAL）在第4天较敏感;过氧化物酶在第5天较敏感。

2. 2 接种腐烂病菌后新疆杨POD活性的变化

由表1可以看出，POD在2天的增长率达到24%，是1天的2倍，并且在2天时与对照相比达到显著性水平（P<0.05）;3天的增长率达到37%，是1 天的3倍，并且在3天时的POD酶活性与对照相比达到极显著性水平（P<0.01）;4天的增长率是32%，是1天的2.67倍，并且在4天时的POD酶活与对照相比达到极显著性水平（P<0.01）。其中2天的处理组酶活性显著（P<0.05）高于CK组，3～5天的处理组酶活性极显著（P<0.01）高于CK组，5～7天酶活性开始下降，由此可以看出杨树腐烂病在发病前期新疆杨POD非常活跃，酶活性不断升高，达到峰值后开始下降。0～1天为杨树腐烂病菌的侵入期，1～3天为潜伏期，3天为发病期，酶活性变化病害侵入的变化相呼应。在外界条件未发生较大变化时若新疆杨POD酶活性达到126.43±16.79～173.26± 16.79，可以认为此时新疆杨树体可能存在腐烂病的侵染。

注：*表示接种腐烂病菌与未接种腐烂病菌的新疆杨存在显著性差异（P<0.05），**表示接种腐烂病菌与未接种腐烂菌的新疆杨存在极显著差异（P<0.01），下同

2. 3 接种腐烂病菌后新疆杨CAT活性变化

由表2可以看出，CAT在2天的增长率达到85%，是1天的5倍，并且在2天时的CAT酶活性与对照相比达到极显著性水平（P<0.01）;3天的增长率达到45%，是1天的2.6倍，并且在3天时的CAT酶活性与对照相比达到极显著性水平（P<0.01）;4天的增长率达到56%，是1天的3.29倍，并且在4天时的CAT酶活性与对照相比达到极显著性水平（P<0.01）。由此可以看出杨树腐烂病在发病前期新疆杨CAT非常活跃，酶活性不断升高，而且在2天时酶活性增長率最大;2～6天的处理组酶活性极显著（P<0.01）高于CK组;4～7天酶活性开始下降，说明杨树腐烂病在发病前期新疆杨CAT非常活跃，酶活性不断升高，达到峰值后开始下降。0～1天为杨树腐烂病菌的侵入期，1～3天为潜伏期，3天为发病期，酶活性变化病害侵入的变化相呼应。在外界条件未发生较大变化时若新疆杨CAT酶活性达到576.48±18.07～837.61±67.76，可以认为此时新疆杨树体可能存在腐烂病的侵染。

2. 4 接种腐烂病菌后新疆杨SOD活性变化

由表3可以看出，3天的增长率达到15%，是1 天的1.5倍，并且在3天时的SOD酶活性与对照相比达到极显著性水平（P<0.01）;3～4天的增长率达到12%，是1天的1.22倍;并且在4天时的SOD酶活性与对照相比达到极显著性水平（P<0.01）。1～2天的处理组酶活性显著（P<0.05）高于CK组，2～5天的处理组酶活性极显著（P<0.01）高于CK组，4～7天酶活性开始下降，由此可以看出杨树腐烂病在发病前期新疆杨SOD非常活跃，酶活性不断升高，达到峰值后开始下降。0～1天为杨树腐烂病菌的侵入期，1～3天为潜伏期，3天为发病期，酶活性变化病害侵入的变化相呼应。在外界条件未发生较大变化时，若新疆杨SOD酶活性达到637.94±3.33～ 823.59±53.94，可以认为此时新疆杨树体可能存在腐烂病的侵染。

2. 5 接种腐烂病菌后新疆杨β-1，3-葡聚糖酶活性变化

由表4可以看出，2天的增长率达到14%，是1 天的0.93倍;并且在2天时的β-1，3-GA酶活性与对照相比达到极显著性水平（P<0.01）;3天的增长率达到4.4%，是1天的0.30倍，并且在3天时的β-1，3-GA酶活性与对照相比达到极显著性水平（P<0.01）。而且1天时的酶活性增长率最大;4～7天酶活性开始下降，此时树体开始出现萎蔫、叶片发黄。由此可以看出杨树腐烂病在发病前期新疆杨β-1，3-GA非常活跃，酶活性不断升高，1～3天的处理组酶活性极显著高（P<0.01）于CK组，3～7天酶活性开始下降，说明杨树腐烂病在发病前期新疆杨β-1，3-GA非常活跃，酶活性不断升高，达到峰值后开始下降。0～1天为杨树腐烂病菌的侵入期，1～3天为潜伏期，3天为发病期，酶活性变化病害侵入的变化相呼应。由此可以看出杨树腐烂病在发病前期新疆杨β-1，3-GA非常活跃，酶活性不断升高。在外界条件未发生较大变化时若新疆杨β-1，3-GA酶活性达到74.97±0.48～89.04±1.97，可以认为此时新疆杨树体可能存在腐烂病的侵染。

2. 6 接种腐烂病菌后新疆杨PAL活性变化

由表5可以看出，PAL在1天时的PAL酶活性与对照相比达到显著性水平。2天的增长率达到14%，是1天的0.26倍，并且在2天时的PAL酶活性与对照相比达到显著性水平;3天的增长率达到8.4%，是1天的0.15倍，并且在3天时的PAL酶活性与对照相比达到显著性水平，而且1天时的酶活性增长率最大。由此可以看出杨树腐烂病在发病前期新疆杨PAL非常活跃，酶活性不断升高。4天的增长率达到10%，是1天的0.18倍，并且在4天时的PAL酶活性与对照相比达到显著性水平。1～3天的处理组酶活性显著高于CK组，4～5天的处理组酶活性极显著（P<0.01）高于CK组，4～7天酶活性开始下降，说明杨树腐烂病在发病前期新疆杨PAL非常活跃，酶活性不断升高，达到峰值后开始下降。0～1天为杨树腐烂病菌的侵入期，1～3天为潜伏期，3天为发病期，酶活性变化病害侵入的变化相呼应。在外界条件未发生较大变化时若新疆杨PAL酶活性达到165.19±14.21～203.79±30.25，可以认为此时新疆杨树体可能存在腐烂病的侵染。

2. 7 接种腐烂病菌后新疆杨PPO活性变化

由表6可以看出，3天的增长率达到68%，3天时的PPO酶活性与对照相比达到极显著性水平（P<0.01）;4天的增长率达到182%，4天时的PPO酶活性与对照相比达到极显著性水平（P<0.01）;4～7天酶活性开始下降，由此可以看出杨树腐烂病在发病前期新疆杨PPO非常活跃，酶活性不断升高，而且在2天时酶活性增长率最大。0～1天为杨树腐烂病菌的侵入期，1～3天为潜伏期，3天为发病期，酶活性变化病害侵入的变化相呼应。

3 讨论与结论

酶活性测定结果表明，接种杨树腐烂病后新疆杨均能够诱导POD、CAT、β-1，3-glucanase、SOD、PAL活性升高，并且都达到显著性差异或极显著差异。过氧化物酶（POD）在植物的生长和抗逆性中起着重要作用保护酶。新疆杨受腐烂病菌的侵染后POD活性增高且与对照达到显著性差异，这与蒋选利[ 5 ]等人研究结果相似。过氧化氢酶（CAT）是植物逆境条件下酶促防御系统中的关键酶之一，主要功能是催化细胞内过氧化氢的分解，从而使细胞免于遭受过氧化氢的毒害。新疆杨受腐烂病菌的侵染后CAT活性增高且与对照达到显著性差异，与南芝润[ 6 ]等研究结果一致。β-1，3-葡聚糖酶（β-1，3-glucanase）作为植物抗真菌病害的重要抗性物质之一，其能够抑制病原菌的扩散[ 7 ]，新疆杨受腐烂病菌的侵染后β-1，3-葡聚糖酶（β-1，3-

glucanase）活性会升高且与对照达到显著性差异。在植物的保护酶系中，超氧化物歧化酶（SOD）是一种重要的保护性酶，能够清除生物体内超氧阴离子自由基，保护机体免受自由基的伤害，广泛存在于动物、植物、微生物体内。马伟荣等[ 8 ]将烟草的一段序列转入苜蓿得到的转基因植株总SOD酶活性是对照植株的2倍，与本试验研究结果相似。苯丙氨酸解氨酶（PAL）是苯丙氨酸类代谢形成多种具有抗菌作用产物的定速酶，邢会琴等[ 9 ]研究了PAL与苜蓿白粉病的抗性关系，与本试验新疆杨受腐烂病菌的侵染后均发现PAL活性会升高一致。多酚氧化酶（PPO）与新疆杨抗病性关联不大。新疆杨受杨树腐烂病菌的侵染后其体内抗性酶会升高来抵御病原菌的侵染[ 10 ]，1～3天6种抗性酶的增长率均达到最大，表明1～3天其酶活性最活跃，从而可以看出在侵入期、潜育期这段时间内酶活性最为活跃，且与CK存在显著性（P<0.05）或极显著差异（P<0.01），后期由于树体衰弱导致其抗性变弱。当新疆杨的几种抗性酶显著高于正常值时可以认为其正在处于病原菌的侵入期和潜育期，可以为预防杨树腐烂病的大面积发生提供理论依据。

参考文献

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第1作者简介：  李春艳（1992-），  女，  硕士研究生，  研究方向为植物病理学。

通讯作者：  张王斌（1974-），  男，  教授，  研究方向为植物病理学。

收稿日期： 2022 - 01 -  20

Changes of Resistant Enzymes in Poplar in Response to Rot Pathogen Infection

LI Chunyan

（Tarim University，  Xinjiang Alar 843300）

Abstract The change rule of related resistance enzymes in Xinjiang poplar after being infected by poplar rot fungus was determined，  Theoretical basis.After the test seedlings were inoculated with P. rot， brown lesions appeared 2～3 days later. Compared with the control group， the six kinds of resistance enzymes reached a significant level in the treatments inoculated with P. rot. β-1， 3-glucanase showed the highest peak on the 3rd day， followed by catalase， polyphenol oxidase， superoxide dismutase， and phenylalanine ammonia lyase showed the highest peak on the 4th day. The oxidase showed the highest peak in the 4 th～5 th.The changes of defense enzymes of Xinjiang poplar were affected by the infection of poplar rot fungus.The six resistant enzymes reached a significant level in 1～3 days， and Xinjiang poplar was in the invasion and incubation period of poplar rot pathogens from 1-3 days， which can provide a theoretical basis for preventing the large-scale occurrence of poplar rot disease in advance.

Key words Populus bolleana; Canker disease; Defense enzyme; Resistance to disease

国家自然基金（31660034）;重点领域科技攻关计划项目（2018AB038）;塔里木大学研究生教育创新计划项目（TDGRI202014）