地黄轮纹病发病规律及机制研究

来源 :河南中医药大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangfei0960
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目的:调查统计地黄轮纹病的田间发病规律,明确地黄轮纹病病原菌种类,针对轮纹病主要病原菌建立快速检测方法,探讨病原菌的主要致病因子及病原菌侵染后地黄各生理物质的变化规律,探究其发病机制。方法:(1)在地黄田间种植时,统计不同时期地黄轮纹病发病率及病情指数;基于病原菌分离纯化技术、病原菌形态鉴定及DNA分子测序技术确定地黄轮纹病的主要病原菌。(2)基于草茎点霉(Phoma herbarum)的β-tubulin基因序列设计并合成一对特异性引物PH.F10/PH.R10,并制备该基因的重组质粒标准品。以标准品DNA优化qRT-PCR反应体系且构建qRT-PCR标准曲线,并验证qRT-PCR体系的重复性和稳定性。采用所建立的qRT-PCR体系,对地黄田间种植的轮纹病发病植株进行病原菌检测,并检测地黄接种Phoma herbarum后不同时间叶片中病原菌潜伏侵染量的动态变化。(3)分别采用病原菌体外诱导培养和病原菌回接地黄处理,采用3,5-二硝基水杨酸法(DNS法)和紫外分光光度计法检测病原菌诱导培养及侵染植株过程中细胞壁降解酶活性变化。并使用p H仪检测酶液相应p H值,分析其变化规律。(4)病原菌回接地黄后,采用考马斯亮蓝法、硫酸-苯酚法测不同发病等级叶片中可溶性蛋白及可溶性糖含量变化;HPLC法测不同发病等级叶片中次生代谢物质含量变化;使用傅里叶变换显微红外系统采集叶片在不同发病等级时病健交界处的显微红外光谱。结果:(1)大田种植时地黄轮纹病具有两个爆发期,在7月至8月时,病原菌过冬孢子大量萌发,出现第一个爆发期,形成初侵染。在8月至10月时,病原菌在高温高湿环境中大量繁殖,并于10月至11月采收期时出现第二个爆发期,形成再侵染。地黄轮纹病的病原菌分别为草茎点霉(Phoma herbarum)和茄腐镰孢(Fusarium solani),两种病原菌复合侵染寄主。(2)本研究建立的qRT-PCR检测方法特异性强,重复性和稳定性变异系数均小于2%,地黄叶片中Phoma herbarum DNA的最低检测浓度为2.04×10-4ng·μL-1。地黄大田种植时轮纹病病株的Phoma herbarum qRT-PCR检测率达到93.33%。Phoma herbarum回接地黄叶片后,在24~48 h期间Phoma herbarum开始侵染地黄,但肉眼无法观察到明显病斑,此时发病等级为0级,24 h时叶片含菌量为2.05×10~2 fg·μL-1。病原菌回接48 h后可观察到明显病斑,此时发病等级为1级,叶片中含菌量为2.73×10~2 fg·μL-1。病原菌回接后120 h时,叶片发病等级达到5级,此时叶片含菌量为3.36×10~3 fg·μL-1。(3)病原菌离体诱导培养时,果胶诱导培养基中多聚半乳糖醛酸酶(PG)与果胶甲基半乳糖醛酸酶(PMG)活性较高,羧甲基纤维素(CMC)诱导培养基中羧甲基纤维素酶(Cx)活性较高,且Phoma herbarum的PG、PMG和Cx活性均高于Fusarium solani。病原菌活体接种时,Phoma herbarum的PG、PMG、Cx和β-葡萄糖苷酶活性最大值均大于Fusarium solani,并于回接后第8 d达到峰值。此时,Phoma herbarum的PG活性为7.83 U/mg,PMG活性为16.00 U/mg,Cx活性为13.65U/mg,β-葡萄糖苷酶活性为12.01 U/mg。在地黄叶片发病初期,Phoma herbarum和Fusarium solani的PMG活性均保持较高的水平,在发病后期时酶活性水平逐渐降低。而在地黄叶片发病初期,Phoma herbarum和Fusarium solani的Cx与β-葡萄糖苷酶活性水平较低,在发病后期时Cx与β-葡萄糖苷酶活性才开始逐渐升高。且在病原菌离体诱导培养及活体接种时,随培养时间的增加,环境p H值均呈现由弱酸性缓慢转变成弱碱性的总体趋势。(4)病原菌Phoma herbarum和Fusarium solani侵染地黄叶片后,随发病等级的增加,地黄叶片中可溶性糖、可溶性蛋白及萜类物质含量均呈现出先升后降规律。在发病等级为3级时,Phoma herbarum和Fusarium solani侵染后病叶中可溶性蛋白含量达到峰值,分别为4.58 mg/g和5.33 mg/g。Phoma herbarum侵染后的病叶,在发病等级为2级时,病叶中毛蕊花糖苷、益母草苷和地黄苷D含量达到峰值,分别为0.19%、0.17%和0.12%;在发病等级为3级时,病叶中地黄苷A含量最高,为0.10%。Fusarium solani侵染后的病叶,在发病等级为2级时,病叶中梓醇、益母草苷、地黄苷A和地黄苷D含量达到峰值,分别为1.59%、0.22%、0.08%和0.17%;在发病等级为3级时,病叶中毛蕊花糖苷含量最高,为0.22%。病原菌Phoma herbarum和Fusarium solani侵染地黄叶片后,由发病部位显微红外光谱结合地黄叶片红外特征峰归属可知,发病部位叶片组织中糖类、蛋白质类、脂类、毛蕊花糖苷、益母草苷、地黄苷A和地黄苷D等生理物质含量降低。而发病部位外围健康组织中各生理物质含量随发病等级的增加呈先升后降趋势,并在发病等级为2级时达到最高值,随后各生理物质含量逐渐降低。与地黄叶片中糖类、蛋白质类、脂类、毛蕊花糖苷、益母草苷、地黄苷A和地黄苷D等生理物质总体含量变化规律相似。结论:(1)地黄轮纹病的病原菌分别为草茎点霉(Phoma herbarum)和茄腐镰孢(Fusarium solani)。地黄轮纹病在大田发病时分为初侵染和次侵染两个爆发期。(2)本研究所建立的qRT-PCR方法体系可对地黄病株中Phoma herbarum真菌数量进行快速、动态检测,可以为地黄轮纹病的早期诊断和动态监测提供技术支持。(3)细胞壁降解酶在病原菌侵染过程中起重要作用,Phoma herbarum细胞壁降解酶活性强于Fusarium solani。且PMG在侵染初期分泌并起作用,Cx和β-葡萄糖苷酶致病作用发生在侵染后期。(4)Phoma herbarum和Fusarium solani侵染地黄叶片后,在侵染前期对地黄叶片次生代谢产生诱导,叶片发病部位外围健康组织中糖类、蛋白质类、脂类、毛蕊花糖苷、益母草苷、地黄苷A和地黄苷D等生理物质含量升高。该研究结果可以为地黄轮纹病的防治提供理论指导。
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