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文档简介

26卷4期 VoI26No4 草业科学 PRATACULTURAL SCIENCE 8386 42009 松针褐斑病菌毒素诱发紫茎泽兰 矿质元素渗漏的研究 张红玉 。,何月秋 (1云南农业大学植物病理重点实验室,云南昆明650201I 2西南林学院保护生物学学院云南省高校森林灾害预警与控制重点实验室,云南昆明650224) 摘要:采用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)测定了松针褐斑病茵毒素胁迫紫茎泽兰Eupatorium ndenophorum后,叶片及渗漏液中7种矿质元素含量变化。结果表明毒素胁迫离体叶片和植株后Ca和K 元素含量分别减少659 、595和329、539 其他矿质元素Mg、P、Mn、Zn在叶片中的含量有不同 程度增加。渗漏液中Ca、K、Fe元素含量较毒素粗提液中含量增加以Ca元素含量增加最多(近3O倍) Mg、P、Mn、Zn元素含量减少。 关键词:矿质元素;紫茎泽兰;毒素;电解质 中图分类号:$4511 文献标识码:A 文章编号:10010629(2009)04008304 已有的研究表明,植物病原真菌毒素对植物 伤害的一个主要方面是破坏细胞膜,诱发细胞内 电解质渗漏 。研究证实,松针褐斑病菌毒素能 引起紫茎泽兰Eupatorium adenophorum 6种抗 病相关酶活性发生变化,而且该毒素诱发紫茎泽 兰叶片电解质渗漏,渗漏电解质对紫茎泽兰病原 菌(泽兰尾孢Cercospora eupatorii)生长和孢子 萌发有明显促进作用3 。矿质元素是植物细胞 电解质的重要组成部分,渗漏电解质中矿质元素 的种类和含量可能是影响病原微生物侵染和生长 的重要因素。因此,研究对毒素作用后紫茎泽兰 矿质元素变化进行了测定,为进一步阐明松针褐 斑病菌毒素对紫茎泽兰的伤害机理和利用毒素控 制紫茎泽兰的深入研究奠定基础。 1试验材料与方法 11试验材料 植物材料:试验用紫茎泽兰 叶片采自西南林学院校园。病原菌:松针褐斑 病菌Lecanosticta acicola由福建沙县官庄林场严 重感病的湿地松Pinus elliottii松针上分离得到, 经分离、纯化后,菌种保存于西南林学院微生物 室,且于毒素粗提。毒素粗提物:参照杨斌。 的 方法提取获得,用无菌水将毒素粗提物配制成25 mgmL的溶液。试验试剂:HNO。、HCI、氢氟 酸、Hz 02均为分析纯,超纯水配制。10 mgmL K、Na、Ca、Mg、Fe、Zn等准贮备液(由西南林学院 化学实验室提供),介质是质量分数为5 的 HNO。实验仪器:电感耦合等离子体发射光 谱仪(VISTAMPX CCD Simultaneous ICP OES)。 12试验方法 121材料处理 新鲜叶片:采摘紫茎泽兰叶 片若干,用去离子水清洗干净,置于干燥箱中至完 全干燥。毒素胁迫紫茎泽兰离体叶片:采摘紫 茎泽兰叶片若干,置于质量浓度为25 mgmL的 毒素粗提液中处理48 h,滤出叶片,用去离子水 清洗以除去表面毒素物质,置于干燥箱中至完全 干燥。毒素胁迫紫茎泽兰植株:取一定量的紫 茎泽兰植株,插于25 mgmL毒素粗提液中,48 h后,采下叶片,去离子水清洗干净,剪碎,置于干 燥箱中完全干燥。毒素胁迫后的渗漏液:毒素 胁迫紫茎泽兰离体叶片48 h后的溶液。毒素 粗提液:质量浓度为25 mgmL。 前3个材料为固体材料,需硝化处理,采用干 法硝化。向各硝化管中依次加人l mL HNO。、 收稿日期:20081006 基金项目:国家自然科学基金资助项目(30660106) 作者简介t张红玉(1973-)女(彝族)。云南石屏人,副教授,在 读博士生,主要从事植物保护教学与研究工作。 Email:zh169827sinacorn 通信作者,何月秋 hvOO666 一地护一 草保 n66O6 84 PRATACULTURAL SCIENCE(Vo126No4) 1 mL HzOz和05 mL氢氟酸,硝化管置于定氮 仪硝化炉上,保证密封,硝化炉置于通风橱中,调 节硝化电压至3O V,硝化5 h,去除密封装置,缓 缓加热硝化管使溶液蒸发至干,待全干后,向残渣 中缓慢加入2 mL高氯酸(白烟冒出),稍待冷却 后向管中加入2 mL HNO ,缓慢加热溶解残渣, 至溶液颜色变为浅黄或无色即可,向管中加入质 量分数为5 的HNO。溶液,过滤,5 HNO。定 容至5O mL,保存于4冰箱中待用。后2个材 料为液体材料,直接保存于4冰箱中待用。 122处理材料矿质元素含量测定 采用电感耦 合等离子体发射光谱法(ICPOES)测定矿质元 素含量,重复3次,取平均值,进行矿质元素增减 比例的计算。增减比例一(毒素胁迫后元素含 量一新鲜叶片内元素含量)新鲜叶片内元素含 量100 9,5。工作条件组:射频功率为10 kW,等 离子气流量为150 Lmin;辅助气流量为15O Lmin;雾化器压力为20000 kpa,蠕动泵转速15 rmin;读数时间为10000 S,稳定时间为10 s。 元素的分析线选择:查阅仪器操作软件谱线数据 库,选择谱线间干扰较少、灵敏度适中的待测元素 波长(表1)。试验相对标准偏差(RSD)30 , 符合痕量分析要求。 表1 7种矿质元素分析波长 nm 2结果与分析 21毒素胁迫后紫茎泽兰离体叶片细胞内 矿质元素含量变化 由表2可知,在紫茎泽兰 新鲜叶片中,Ca、K元素的含量较高,受松针褐斑 病菌毒素胁迫后,紫茎泽兰离体叶片细胞内ca、K 元素含量分别减少了659 96和595 9,6。而Mg、 P、Fe、Zn、Mn元素含量则较新鲜叶片含量有所增 加,其中Mn元素含量增加最多,与新鲜叶片含量 相比增加了24倍。 表2 毒素胁迫后紫茎泽兰叶片内7种矿质元素含量 22毒素胁迫后紫茎泽兰植株叶片细胞内 矿质元素含量变化 受毒素胁迫汪体叶片矿 质元素含量增减情况与毒素胁迫离夺叶片情况有 所不同,突出表现为K元素含量减少幅度最大, 约539 96,其次为Ca(减少329 96),Fe元素没有 增加,反而有少量减少(37 );Mg、P、Mn、Zn元 素含量仍表现为增加,以Zn元素含量增加最多 (625 ),Mn元素增加最少(267 96)。表明毒 素的不同胁迫方式对于叶片不同元素的含量变化 有影响,其原因有待进一步探讨。 23毒素胁迫后渗漏液中矿质元素含量变 化 未经胁迫的毒素粗提溶液中(表3),P、K元 素的含量较其它元素高出很多,分别为49541 9、 42733 9 mgL;Fe元素含量最低,仅为0116 mgL,其次为Zn元素(O555 mgL)。经毒素胁 迫离体叶片的渗漏液中,Ca、K、Fe元素的含量较 毒素粗提液中的含量均有不同程度的增加,依次 增加了2929、124、1O9倍;Mg、P、Mn和Zn元 草业科学(第26卷4期) 85 素含量有少量减少。除Fe元素外,毒素胁迫离体 叶片渗漏液中各元素的减增情况与毒素胁迫离体 叶片内矿质元素的增减情况基本上是吻合的。Ca 元素在新鲜叶片中的含量为58279 3 mgL,在 毒素胁迫植株活体叶片中的含量为39078 3 mgL,在毒素胁迫离体叶片中的含量为19830 0 mgL,而在毒素粗提液中的含量仅为1045 0 mgL,表明毒素胁迫造成了紫茎泽兰叶片Ca元 素的大量流失,尤其以毒素胁迫离体叶片当中的 流失量最大。其次为K元素的明显流失,但与Ca 元素不同的是,K元素以在毒素胁迫植株活体叶 片中的流失量为最大。其余5种元素,除Fe元素 在受胁迫植株活体叶片中的含量较新鲜叶片略有 减少外,均表现出在胁迫状态下含量有不同程度 增加。 表3毒素胁迫后渗漏液中矿质元素含量 3讨论和结论 前人的研究表明,引起细胞膜透性改变是毒 素作用于寄主植物后发生的普遍性反应,植物细 胞膜是大部分毒素的最初作用位点Ll 6。松针褐 斑病菌代谢产生的毒素能引起紫茎泽兰叶片细胞 膜透性增大,说明毒素引起细胞膜的伤害,造成膜 功能的紊乱以及细胞内物质代谢和含量的改变。 毒素作用后叶片及渗漏液7种矿质元素含量变化 进一步说明毒素对紫茎泽兰细胞膜系统的伤害作 用。 Ca和K元素是毒素胁迫紫茎泽兰后,2种渗 漏较多的矿质元素,这2种矿质元素的减少对杂 草的抗病性可能有明显影响。通过对参与植物细 胞组成的矿质元素含量的测定,证明了Ca的含量 与品种的抗病性有关。这主要是Ca在胞间层可 以形成多聚半乳糖醛酸钙、果胶酸钙,提高细胞的 稳定性。Ca通过改变植物体结构(细胞膜、细胞 壁等)来抵御病原菌的侵入。如高钙能有效抑制 灰霉菌Botrytis cinerea和青霉菌Penicillium expansum的菌丝生长,能够降低豇豆Vigua“ guiculata立枯病的发生L7。 一般认为,蛋白质、纤维素、果胶、木质素等大 分子物质是在K的酶促作用下完成合成的,K缺 乏,容易导致小分子碳水化合物和可溶性氮含量 增高,不利于抗病8。毒素胁迫后叶片K 含量减 少,也能够部分说明植物叶片处于感病状态,有利 于病原微生物的入侵。另外,矿质元素同时也是 植物生长繁殖不可或缺的营养物质,如缺乏N可 使紫茎泽兰地上生物量明显降低g。矿质元素外 渗,一方面不利于植物生长,另一方面可为病原微 生物的生长繁殖提供营养物质,有利于病原微生 物的生长。 当然,试验也显示,不是所有矿质离子都外 渗,叶片所含部分元素(如Mg、P、Mn、Zn)不仅没 有减少,反而增加。这可能是由于毒素溶液本身 所含这类矿质离子浓度高于植物叶片,植物细胞 膜破裂引起这些离子不受膜选择吸收的影响而自 由进入细胞的结果,或者毒素激活与离子泵相关 酶活性,在离子泵作用下部分离子泵入细胞的结 果。 86 PRATACULTURAL SCIENCE(VoI-26No4) 42009 紫茎泽兰是一种繁殖能力强,具群居性,生态 适应性广,利用价值低,生长速度快,对数种牧草 发芽势有显著的化感抑制作用,对人和牲畜都有 一定危害的世界公认的恶性毒草1 ,该杂草的 防控非常因难。松针褐斑病菌代谢产生的毒素能 引起紫茎泽兰抗性相关酶活性的改变,并能致使 紫茎泽兰叶片细胞膜受伤害,造成叶片细胞膜透 性的增大,膜功能的紊乱,Ca、K等组成细胞内含 物的矿质元素渗漏,这一系列变化可能影响了紫 茎泽兰的抗病性,这是松针褐斑病菌毒素对紫茎 泽兰的伤害机理之一,同时也预示松针褐斑病菌 毒素可能对紫茎泽兰的防控能够起到积极的促进 作用。 参考文献 1郭新梅,陈耀锋,曹团武禾谷镰刀菌粗毒素对不同 抗性水平小麦品种细胞膜透性的影响J植物遗传 资源学报,20056(2):186-190 2石风梅植物病原真菌毒素的研究进展J黑龙江 农业科学,2006(2):7073 33杨斌,余静,陈勃松针褐斑病菌毒素诱发紫茎泽兰 电解质渗漏对几种真菌的影响J草原与草坪, 2005(3):52-55 4杨斌,余静陈勃松针褐斑病菌毒素对紫茎泽兰抗 病相关酶的影响J草业科学,2005,22(6):8184 5杨斌,刘吉开叶建仁,等松针褐斑病菌毒素LA一 的分离纯化及化学结构J南京林业大学学报(自 然科学版),2001,25(3):2125 6Akamatsu H,Itoh Y,Kodama M,et a1AAL-toxi deficient mutants of Alternaria alternate tomato pathotype by restriction enzyme-mediated integration JPhytopathology199787(9):967972 7 Wisniewski M,Droby S,Chalutz E,et a1Effects of Ca and Mg。 on Botrytis cinerea and Penicillium expansum invitro and on the bio-control activity of Candida dleophiaJPlant Pathology1995,44: 10161024 8 黄满凤钾素营养与作物抗逆性A环境胁迫与植 物营养M北京;北京农业大学出版社,1993:167 173 9赵林,李保平孟玲,等不同氮、磷营养水平下紫茎 泽兰和多年黑麦草苗期的相对竞争力J草业学 报,2008,l7(1):145-I49 1O 尹俊中国西南地区紫茎泽兰防治的现状及对策建 议J草业科学2006,23(6):8285 11钟声段新慧,奎嘉祥紫茎泽兰对16种牧草发芽 及幼苗生长的化感作用J草业学报,200716 (6):8187 Study on the leaking of mineral elements from leaf of Eupatorium adenophorum treated by crude toxins of Lecanosticta acicola ZHANG Hongyu HE Yueqiu (1Key Laboratory of Phyt0pathology,Yunnan Agricultural University,Kunming 650201,China; 2Key Laboratory of Colleges and Universities in Yunnan for Earlywarning and Control of Forest Disaster,Faculty of Conservation Biology,Southwest Forestry College,Kunming 650224,China) Abstract:Contents of 7 mineral eleme

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