Fusarium mangiferae对杧果酚类代谢的影响

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  摘 要 为探讨杧果感染畸形病过程中顶芽内酚类代谢的变化规律,以凯特杧为试验材料,测定了接种病菌(Fusarium mangiferae)后顶芽内总酚、类黄酮含量及酚类代谢相关酶(POD、PPO和PAL)活性的变化趋势。结果表明,接种病菌后杧果顶芽内总酚、类黄酮含量出现先上升后下降的变化趋势,其峰值分别出现在接种病菌45 d和30 d,酚类代谢相关酶中PAL活性变化与总酚含量变化趋势相同,POD和PPO活性在接种病菌后直线上升。F. mangiferae侵染对杧果酚类代谢产生显著影响,可干扰杧果顶芽内总酚、类黄酮的含量变化,影响其相关酶活性,降低杧果对病菌的抵抗能力。杧果酚代谢紊乱失衡可能是病菌的重要致病机理之一。
  关键词 杧果畸形病;Fusarium mangiferae;侵染;酚类代谢
  中图分类号 S667.7 文献标识码 A
  Effects of Fusarium mangiferae on Phenolic Metabolism in Mango
  LIU Feng1,2, OU Xiongchang1, ZHAN Rulin1, WEI Jiguang2, CHANG Jinmei1
  1 South Asia Tropical Crop Research Institute, CATAS, Key Laboratory of Tropical Fruit Biology, Ministry of Agriculture,
  Zhanjiang, Guangdong 524091, China
  2 Agricultural Colleges, Guangxi University, Nanning, Guangxi 530004, China
  Abstract In order to study the effect of pathogens causing malformation on phenolic metabolism in mango, we detected the changes of phenolics and flavonoids contents, peroxidase(POD), phenylalanine ammonia-lyase(PAL)and polyphenol oxidase(PPO)activities in mango infected by Fusarium mangiferae. The results showed that, total contents of phenolics and flavonoids and activity of phenylalanine ammonia-lyase(PAL)were significantly increased in 45 days after inoculation,then decreased quickly, the activity of polyphenol oxidase(PPO)and peroxidase(POD)did not change obviously at the beginning after inoculation, then increased continuously. The pathogens could affect the phenolic metabolism in mango significantly, which related to its resistance reducing. The phenolic metabolism disturbances may be one of the important reasons about the disease occurs.
  Key words Mango malformation; Fusarium mangiferae; Infection; Phenolic metabolism
  doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2015.01.025
  酚类是植物抗病反应的主要生化物质,是一类苯环上含有一个或多个羟基的芳香族衍生物,能够被逆境的生物和非生物因子诱导合成[1-2]。植物体内的酚类物质代谢网是一个错综复杂的过程,酚类物质可转化为醌类和木质素等其他抗性更强的物质,间接提高植物的抗病性[3-4]。许多研究结果表明,酚类代谢在植物与病原生物互作过程中参与许多生理过程,如木质化形成、氧化还原反应、对毒素活性的反应和刺激反应等[5-6]。杧果畸形病是一种危害杧果正常生长的世界性病害,植株感病后嫩叶变细而脆,嫩芽、花序簇生,最后干枯,因此杧果染病后几乎不座果。国内该病主要分布在云南、四川海拔较高的杧果晚熟地区[7-8]。国内外关于该病的研究主要集中在病原菌的生物学和分子生物学、地理分布、流行学、病原菌侵染寄主过程等方面,而有关病害的致病机理方面研究并不多。有研究报道病组织的形成与病原菌的毒素分泌和杧果内源激素的失调有十分密切的关系[9],但关于病原菌对杧果酚代谢影响目前还无人探讨。本研究以我国杧果晚熟地区主栽品种“凯特”杧为材料,通过比较人工接种F. mangiferae后,健康与接种杧果内酚类代谢的差异,旨在阐明F. mangiferae侵染对杧果酚类代谢的影响,丰富杧果畸形病病理的基础理论,为进一步研究病害发生的内在机制以及杧果畸形病的防控提供理论依据。
  1 材料与方法
  1.1 试验材料和设计
  供试MG06菌株为杧果畸形病病原菌。以健康的一年生凯特杧实生苗为材料,采用组织块接种法接种。将病菌在PDA培养基上培养7 d后,菌落边缘打孔,取直径0.8 cm的菌饼作为接种体。利用解剖刀在顶芽下1~2 cm处刺伤,将菌饼菌丝面贴于刺伤处,保湿培养。每间隔5 d接种1次,共接种5次。接种后0、15、30、45、60、75、90、105 d后取样。每处理每次取15个芽,在液氮冷冻中磨成粉状进行混匀,分开包装后置于-80 ℃冰箱中保存。   1.2 方法
  1.2.1 杧果体内总酚含量测定 总酚的提取和含量参照林植芳等[10]的方法略作修改,具体如下:取0.5 g杧果顶芽粉状物,立刻以含1% HCl的甲醇溶液提取,定容10 mL后,280 nm下测定吸光度值,以没食子酸作标准曲线加以计算,标准曲线y=0.356 2x-0.004 1(R2=0.995 4)。
  1.2.2 杧果体内类黄酮含量测定 取2 g顶芽粉状物,加入20 mL 60%的乙醇,25 kHz、800 W和40 ℃超声波条件下提取1 h,过滤得滤液,残渣经超声波再次浸提,过滤。合并两次滤液,减压蒸发浓缩使体积减半,用等量石油醚萃取,去除石油醚部分,将乙醇部分继续减压浓缩蒸干后,用10 mL甲醇定容,作为样品提取液。取1 mL提取液,加入1 mL 1%三氯化铝甲醇溶液,2 mL甲醇溶液,摇均静止放置20 min,以甲醇作为空白,于274 nm下测定吸光度值。每个样品设置3个平行样。以芦丁为标准物,具体测定方法同提取液,得到回归方程为y=0.842 1x-0.005 2(R2=0.988 7)。
  1.2.3 杧果体内酚类代谢相关酶活性测定 POD、PAL和PPO活性测定参照张志良、李合生和高俊凤等[11-13]的方法。
  1.2.4 杧果顶芽内主要酚类含量测定
  (1)色谱条件。色谱仪为岛津(Shimadzu)高效液相色谱仪,包括LC-10ATvp高压泵,SPD-10Avp检测器,CTO-10ASvp柱温箱,C-R8A积分仪;色谱柱:Agilent ZORBAX SB-C18(4.6×250 mm,5 μm);流动相:乙腈-甲醇-0.6%乙酸(50 ∶ 500 ∶ 450);柱温35 ℃;检测波长:280 nm;进样量10 μL。流动相为1%冰乙酸水溶液(A液)和乙腈(B液),流速为1 mL/min,梯度洗脱程序:0~20 min(90%~65% A液,10%~35% B液),20~30 min(65% A液,35% B液),30~40 min(65%~90% A液,35%~10% B液),40~45 min(90% A液,10% B液)。
  (2)酚含量测定。利用甲醇配制供试9种酚的标准液,适当比例混合后得9种标准品混合液,按上述液相条件进行检测,采用峰面积外标法定量测定,以浓度为纵坐标,峰面积为横坐标,计算得到各标样的曲线方程和相关系数,具体见表1。取样品总酚提取液2 mL,0.45 μm滤膜过滤后检测供试9种酚的含量。
  1.3 试验数据的统计分析
  数据的处理和分析均采用Microsoft Excel 2003 软件及SPSS10.0 for Windows统计软件进行统计分析和Duncan’s(邓肯氏)多重差异比较,p<0.05为差异具有显著性。
  2 结果与分析
  2.1 接种病原菌后杧果畸形病发病情况
  将病原菌回接到杧果嫩梢上结果显示, 45 d之后接种顶芽处形成大量凸起小芽包,75 d后凸起的芽包大量萌发,后期150 d萌发大量新芽,约是空白对照的7~9倍,且新叶细小生长缓慢,与对照相比节间偏短,与典型的枝叶畸形相同(图1)。
  2.2 接种病原菌后杧果体内总酚含量变化测定
  杧果正常生长期总酚含量保持在一个稳定水平,约为1.35 mg/g FW。接种病原菌后杧果顶芽内总酚含量呈现先上升后下降的趋势,如图2所示。接种病原菌0~15 d内,总酚含量直线上升,15~45 d处于顶峰状态,约为2.45 mg/g FW,是相同时期对照处理的1.67倍。接种病原菌45 d后,总酚含量急剧降低,60 d后显著低于对照处理,且随着接种时间的延长,总酚含量一直处于较低的水平,105 d时其含量仅仅为对照处理的27.2%。
  2.3 接种病原菌后杧果体内类黄酮含量测定
  病原菌侵染后杧果顶芽内类黄酮的含量与总酚呈现相同的变化趋势,均为先上升后下降,但类黄酮的峰值出现在接种病原菌30 d时,类黄酮量为0.84 mg/g FW,是对照处理的1.74倍,接种病原菌30 d后其含量不断降低,接种病原菌90 d后达到最低(图3)。
  2.4 接种病原菌后杧果体内酚类代谢相关酶活性测定
  POD可以催化松柏醇等木质素前体的形成以及许多单酚、多酚和芳香烃的过氧化形成高毒性的酮等。PAL是苯丙烷类代谢途径中的关键酶和限速酶,PPO能催化酚氧化生成醌以及聚合形成的单宁类物质。杧果感染病原菌后三者活性变化如图4所示。POD活性在接种0~45 d内快速上升,酶活力顶峰出现的时间是接种后第60天,后期酶活力略下降,但仍维持在较高的活性水平。PAL活性与类黄酮含量的变化趋势基本一致,呈先上升后下降的趋势,接种病原菌30 d时处于顶峰;PPO在接种病原菌45 d内变化不明显,随后不断上升,接种病原菌105 d后仍处于较高水平,约是对照处理的2.14倍。
  2.5 病健杧果顶芽主要酚类含量差异分析
  以没食子酸、肉桂酸等9种酚为检测对象,比较接种病原菌后杧果顶芽内酚含量的差异情况,结果如表2所示。供试的9种酚中杨梅酸和白藜芦醇在试验阶段无明显变化;没食子酸、芦丁、槲皮素、肉桂酸和反肉桂酸在接种病原菌45 d时均有不同程度的升高,但接种病原菌105 d时均显著低于对照处理。其中绿原酸、肉桂酸和反肉桂酸变化量最大,接种病原菌45 d时分别是对照处理的2.84、2.12和2.44倍。
  3 讨论与结论
  植物体内的酚类物质通过抑菌和杀菌作用、钝化毒素、去除自由基和抗脂质过氧化作用等方式参与植物的抗病反应[1]。反之,病原菌侵染植物时,必然也在一定程度上影响到植物体内原有的酚类代谢平衡[8]。在有关病原物与植物互作的研究中,植物能否抵抗住病原菌的侵染在一定程度上取决于酚类物质的合成速度和保持高浓度的时间[4,14]。研究结果表明,抗病品种受植物侵染后组织内酚类物质迅速积累且较长时间内维持在高峰状态,而感病品种在感病初期酚类物质积累慢进而不能有效地阻止病原菌的侵入。Prats等[15]研究发现向日葵体内酚类物质的含量与其抗性水平、接种时间和取样部位存在一定的相关性,抗病品种内酚类物质总量显著高于感病品种和未接种处理,且提取的酚类物质对核盘菌(Sclerotinia sclerotiorum)的生长具有明显的抑制作用。因此可以认为只有当酚类物质的浓度达到足够的量并长久维持,才能对病原菌有明显的抑制和阻碍作用[16-17]。PAL是苯丙烷代谢途径中酚类、植保素和木质素等抗菌物质合成的关键酶,一般认为PAL活性的增强对植物抗病是有利的。PPO能够使酚类物质转变为具有高毒性的醌类物质,对病原物果胶分解酶等活性具有强烈的抑制作用[18]。郭红莲等[19]研究了玉米灰斑病菌(Cercosporazeae maydis)侵染4个玉米品种前后PAL、POD、PPO及木质素含量的变化,3种酶的活性在抗感病品种中码,随着病原菌的侵染都发生了明显的变化。Mikulic-Petkovsek等[20]利用HPLC-MS分析了辣椒受炭疽菌感染后其体内酚类物质的种类与及其含量变化的情况,并评估了酚类物质在寄主防御机制中的作用,研究发现,在健康组织、感病组织和病健交界区共检测到21种酚类物质,其中芹菜素、槲皮素、藤黄菌素、绿原酸和金圣草素等含量较多。在病健交界区,槲皮素、藤黄菌素、绿原酸和金圣草素的含量显著高于健康组织,而芹菜素含量与健康组织无明显差异,由此推断,芹菜素在辣椒的防御体制中作用不明显,病健交界区强烈的酚类物质合成能力促进了其体内酚类物质总量不断上升,进而阻碍了病原菌的进一步蔓延[20]。本试验研究结果表明,酚类物质与杧果抗畸形病有着较密切的关系,接种病原菌45 d后,总酚含量和PAL活性迅速提高是相同时期对照处理的2倍左右,表明酚类代谢参与杧果的抗病反应,是杧果对病原菌侵染的应激反应之一。接种病原菌后期,F. mangiferae成功侵染杧果,顶芽内的正常代谢途径发生紊乱,杧果体内总酚含量及PAL活性急速下降,失去了对病原菌的阻碍和抑制作用,因而引发了病害的产生。本研究只是初步探讨了POD、PAL、PPO及酚类物质与抗病性的相关性,对其他抗病因子如植保素和一些抗原蛋白及诱发抗菌物质的其他酶类如ATPase等也应进行广泛和深入的探讨。由研究结果可以推测,PAL和酚类含量可能是杧果抗畸形病的鉴定指标,因而充分利用这些生化因子来进行下一步的研究工作,探索不同品种的杧果对F. mangiferae抗性机制的差异,可以为以后的抗病育种工作打下理论基础。   参考文献
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