臭氧抑制Fusarium sulphureum生长及麦角固醇和DAS毒素合成机理研究

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Fusarium sulphureum是侵染马铃薯块茎产生干腐病的重要病原菌,该菌不仅导致马铃薯块茎干腐病,降低其产量,重要的是,会在块茎体内积累大量的真菌毒素,严重威胁人类的健康。已有研究表明,臭氧处理可通过抑制病原菌生长,控制果蔬病害的发生。然而,目前关于臭氧处理对F.sulphureum的抑制及具体作用机理鲜见报道。本研究拟以F.sulphureum及马铃薯块茎为试材,采用2 mg/L臭氧处理F.sulphureum,体外条件下研究了臭氧处理对F.sulphureum生长、细胞膜完整性、麦角固醇合成及(diacetoxyscirpenol,DAS)毒素积累的影响;体内条件下,分析了臭氧处理F.sulphureum后,接种于马铃薯块茎的干腐病的发展,块茎体内活性氧(reactive oxygen species,ROS)代谢,及干腐病块茎组织中DAS毒素合成的影响。结果表明:(1)2 mg/L臭氧处理2 min,显著抑制了F.sulphureum孢子萌发、芽管长度、菌落直径和菌丝生物量;同时,臭氧处理破坏F.sulphureum菌丝显微和超微结构;光学显微镜观察表明:菌落边缘的菌丝变得细密粗糙,更多分支出现交织;扫描电镜观察表明,臭氧处理改变了菌丝的形态结构,菌丝变短、皱缩、变粗糙;透射电镜观察表明,细胞器降解加剧,细胞质分布变得不均匀,细胞膜完整性被破坏。(2)2 mg/L臭氧处理破坏了F.sulphureum细胞膜的完整性,细胞膜透性、电导率、丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量和总蛋白羰基含量均较对照组明显升高。同时,臭氧处理通过下调F.sulphureum麦角固醇合成途径相关基因的表达,降低麦角固醇的含量。DAS毒素的积累量由于毒素合成途径相关基因表达量的下调而降低;(3)体内条件下,臭氧处理F.sulphureum后接种马铃薯块茎,显著抑制了块茎干腐病的发生,块茎体内DAS毒素积累量随着DAS毒素合成途径基因表达的下调而显著降低。体内细胞膜透率降低,ROS积累量明显升高,ROS代谢相关酶活性如:NADPH氧化酶(NADPH oxidase,NOX)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(peroxidase,POD)、过氧化氢酶(catalase,CAT)和编码该蛋白的基因表达量也被显著上调。同时,臭氧处理也激活了抗坏血酸-谷胱甘肽循环(ASA-GSH)途径,增强抗坏血酸过氧化物酶(ascorbic peroxidase,APX)、单脱氢抗坏血酸还原酶(monodehydroascorbate reductase,MDHAR)、脱氢抗坏血酸还原酶(dehydroascorbate reductase,DHAR)、谷胱甘肽还原酶(glutathione reductase,GR)的活性,抑制块茎体内ROS的大量积累,避免块茎受到氧化损伤;综上,2 mg/L臭氧处理显著抑制了F.sulphureum的孢子萌发、芽管长度及菌丝生长,细胞膜完整性破坏,通过下调合成途径相关基因表达,降低麦角固醇和DAS毒素合成。通过提高ROS代谢及A-G循环相关酶的活性,抑制F.sulphureum损伤接种后马铃薯干腐病的发生和DAS毒素的积累。本研究为臭氧处理抑制F.sulphureum生长及马铃薯干腐病发生提供理论依据。
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