禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)毒素对野生大豆幼苗根茎的影响

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镰刀菌是一种分布广泛的土壤习居菌,可侵染多种植物,使植株萎蔫干枯,给农业生产带来损失,其中Fusarium graminearum Schw.(禾谷镰刀菌)不仅可以侵染多种农作物的不同部位引起苗腐、根腐、穗腐等多种病害,造成产量损失,还能在侵染过程中产生真菌毒素,给人和动物的健康带来威胁。随着耕作制度的改革和全球气候的变暖,禾谷镰刀菌侵染范围逐步扩大,对农作物的危害越来越大。有研究报道禾谷镰刀菌是引起大豆根腐病的病原菌之一,其分泌的毒素对大豆的生长发育有一定的抑制作用,而野生大豆又是栽培大豆的野生近缘种,具有良好的抗逆性和抗病性。因此本文以禾谷镰刀菌为材料,比较了不同提取方法提取的禾谷镰刀菌毒素的活性,筛选出提取毒素效果较好的活性炭吸附提取法;研究了禾谷镰刀菌毒素对野生大豆(X11)幼苗的毒害作用;毒素胁迫下野生大豆(X11)幼苗代谢活性变化以及对野生大豆(X11)根尖细胞凋亡的诱导作用,并利用已克隆植物NBS类抗病基因的保守序列设计引物,进行野生大豆抗病基因同源序列的分析检测。主要研究结果如下:F. graminearum在PD和PSC两种培养条件下,其培养滤液、菌丝提取液对大豆品种的胚根生长均有一定的抑制作用,PD培养液对禾谷镰刀菌菌丝的生长和产毒比PSC培养液更有利。F. graminearum PD培养滤液对不同大豆品种胚根生长的抑制率有明显差异,毒素滤液有可能用于大豆品种对根腐病的抗性鉴定。通过对6种不同方法所提取的F. graminearum毒素生物活性比较,表明活性炭吸附法所提取毒素对大豆胚根生长的抑制率较高,可采用活性炭吸附法进行其毒素的提取。毒素具有很强的热稳定性。F. graminearum毒素对野生大豆幼根有很强的毒害作用,处理后对野生大豆胚根生长及恢复生长的能力有明显的抑制作用,可使根部产生类似病菌侵染引起的症状。毒素处理后可降低大豆根系活力,影响根系的正常吸收代谢。F. graminearum毒素处理后,前期24h内野生大豆幼苗根茎经25%和50%毒素处理后蛋白质含量下降,叶片中的蛋白质含量前期变化较平稳,24h后蛋白质含量上升幅度较大,毒素滤液处理的根茎叶都呈现出先升高后下降的现象。毒素处理后幼苗体内MDA含量基本上呈上升-下降趋势。PPO和PAL活性在毒素处理后的野生大豆根茎叶中都有所增加,并且呈双峰型变化趋势,POD活性呈先升高后下降,呈曲折的上升趋势。毒素处理后野生大豆根尖细胞死亡率随着毒素浓度的增加而增加,说明禾谷镰刀菌毒素有诱导野生大豆根冠细胞凋亡的作用。适当浓度的禾谷镰刀菌毒素胁迫可诱导大豆根尖细胞发生程序性细胞死亡,经禾谷镰刀菌毒素处理12h后,DNA出现降解, DNAladder条带的亮度和宽度也随着处理强度的增加逐渐减弱,最终降解为小片段。25%浓度的毒素处理12h是禾谷镰刀菌毒素胁迫诱导野生大豆根尖产生凋亡细胞的最佳时期。通过毒素诱导后,从野生大豆DNA和RNA中均能扩增出NBS抗病基因条带,说明野生大豆中含有潜在的抗病基因。
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