课件：植物病原菌的致病性第三章.ppt

植物病原物的致病性,第三章,孟颢光 2011.09,2019,-,1,第一节：致病性的概念 第二节：植物病原物的侵袭手段 第三节：植物病原物的寄生专化性 第四节：植物病原菌致病性的遗传 第五节：植物病原物致病性的变异,2019,-,2,第一节 致病性的概念,一、致病性,致病性是病原物所具有的破坏寄主而后引起病害的能力。 病原物的致病性是一个种或一个属的病原物的属性，是较为固定的特性。 致病性是指一种病原物对不同种类寄主植物的致病能力。,2019,-,3,病原物对寄主植物的破坏作用表现,从寄主的细胞和组织中掠夺大量的养分和水分，影响寄主植物正常生长和发育需要； 产生对寄主的正常生理活动有害的代谢产物，如酶、毒素、和生长调节物质等，使寄主植物细胞的正常生理功能遭到破坏，发生一系列的内部组织和外部形态病变，而表现出各式各样的症状。,2019,-,4,二、毒性（毒力）（virulence）,菌物的分类单元,英文 拉丁固定词尾 界 Kingdom 无 门 Phylum (-mycota) 亚门 Sub- (-mycotina) 纲 Class (-mycetes) 亚纲 Subclass (-mycetidea) 目 Order (-ales) 科 Family (-aceae) 属 Genus 无 种 Species 无,2019,-,5,1.种（species）：是菌物分类的基本单元，多采用生物学种的概念，即以形态特征为基础，种与种之间在主要形态上应该具有显著而稳定的差异。但有些菌物种的建立，有时还应辅助以生态、生理、生化及遗传等方面的差异。对于某些寄生性菌物，有时也根据寄主范围的不同而分为不同的种。 近年，分子生物学技术应用于菌物学分类，出现了根据DNA序列同源性来划分的系统发育种的概念（phylogenetic species）。,2019,-,6,2.变种（Variety，Var.)、亚种（subspecies，subsp.） ：种下根据形态差异和对不同属的寄主植物的致病力的差异而划分的类群。 3.专化型（Forma specialis，f. sp.)：根据植物病原菌物种对不同科、属的寄主植物的寄生专化性，在种的下面划分为专化型。不同转化型间在形态上没有差别。如禾柄锈菌可根据寄生麦类情况划分为6个专化型。危害小麦的是其中一个专化型：Puccinia graminis f.sp.tritici。,2019,-,7,4.小种（race）、生理小种（Physiological race）：根据对不同种或品种（一般是一套鉴别寄主品种）的致病能力差异而划分的生物类群。,2019,-,8,二、毒性（毒力）（virulence）,毒性是指病原物小种对寄主植物品种的专化性致病能力，或者说实质上是病原菌小种的毒性基因“克服”品种抗病性的能力。 病原物小种对品种的毒性是相对的， 有强的有弱的，所谓的强是指小种对品种诱发的病害强度大。,2019,-,9,三、侵袭力（aggresiveness）,区别小种的毒性强弱，主要是根据不同小种对同一品种诱发病害的强度的大小和毒性谱的宽窄来衡量。但不同小种在同一品种上的发病强度相同，但小种孢子萌发速度、侵入后定殖速度、产孢速度等存在的差异，这便是侵袭力的差异； 侵袭力强表示孢子萌发速度、侵入后定殖速度、产孢速度快；弱表示孢子萌发速度、侵入后定殖速度、产孢速度慢； 小种间侵袭力的差异是在对品种有毒力的条件下比较的，小种品种间无特异性相互关系。,2019,-,10,第二节 植物病原物的 侵袭手段,2019,-,11,第二节 植物病原物的侵袭手段,机械力量 在侵入阶段一般是机械力量和化学力量相结合起作用，在某些情况下，如突破蜡质层则主要靠机械力量。,2019,-,12,化学力量 植物病原物的化学侵袭手段主要有酶、毒素和生长调节物质，此外还有多糖和抗生素。病毒自身没有独立的代谢系统，而是直接以核酸影响和诱导寄主原生质代谢作用的发生改变，从而诱发寄主原由物质数量的增减和新物质的产生。,第二节 植物病原物的侵袭手段,2019,-,13,第二节 植物病原物的侵袭手段,一、酶,1.分解细胞壁物质的酶 细胞壁的成分：植物体表面为蜡质层，下为角 质层，再下依次为纤维素、半纤维素和果胶质 等。体内细胞壁由果胶、纤维素、半纤维素、 木质素和少量蛋白质组成。,2019,-,14,第二节 植物病原物的侵袭手段,角质酶 分解角质层 果胶酶 分解果胶质 半纤维素酶类 分解半纤维素，分解后纤维素和木质素裸露出来 纤维素酶 分解纤维素 木质素酶 分解木质素,2019,-,15,第二节 植物病原物的侵袭手段,一、酶,2. 分解细胞内物质的酶 蛋白质酶 淀粉酶 脂类酶 核酸酶 已在若干种真菌中发现有分解核酸的酶。,2019,-,16,第二节 植物病原物的侵袭手段,二、毒素,毒素(toxins)是病原物分泌的一种在很低浓度下能对植物造成病害的非蛋白类次生代谢物质。 其损害作用主要： 作用于原生质膜，使原生质膨大，引起质膜的透性和电势的改变，使细胞内的电解质外渗； 抑制光合磷酸化过程中ATP合成的一些步骤，引起能量缺乏，导致体内合成破坏； 对鸟氨酸转氨甲酰酶起竞争性抑制作用，导致精氨酸的缺乏，影响叶绿素的合成； 与原生膜蛋白结合，导致寄主感染。,2019,-,17,第二节 植物病原物的侵袭手段,毒素的种类,与植物病害发生关系较大的毒素有两大类： 致病毒素（pathotoxin）：病原物不在时仍能引起病害; 活体毒素（vivotoxin）： 病原物、植物两者作用后，在被感染的植物体内所产生的毒素，此类毒素并非最先引致病害的因子，它的存在可促进病害的发展。,2019,-,18,根据毒素的作用范围特点可以分为：,选择性致病毒素：这种毒素只对该病菌（毒素产生者）的寄主植物的感病品种才发生低浓度的致毒作用，而对非寄主植物或抗病品种无上述作用或需高的多的浓度才发生作用。 非选择性致病毒素：也称非寄主专化性毒素，这类毒素没有严格的寄主专化性和选择性，不仅对寄主植物对一些非寄主植物都有一定的生理活性，使之发生全部或部分症状。,2019,-,19,选择性毒素主要有： 维多利亚素：毒素可与感病品种细胞膜上的受体分子结合引起致病作用，从而破坏原生质膜的渗透性，使电解质渗漏。 HS-毒素：有受体，破坏渗透性 HMT-毒素：抑制氧化磷酸化，改变电子传递频率 HC-毒素：改变渗透性 PM毒素：破坏氧化磷酸化的偶联 火疫素：引起质壁分离，导致萎蔫,2019,-,20,非选择性毒素主要有：,烟野火毒素：烟草野火病菌产生。破坏寄主的氨基酸和蛋白质代谢 黑斑毒素：链格孢菌产生，抑制ATP合成的最后步骤 番茄致萎毒素和镰刀菌素：镰刀菌产生，鳌合Fe3+和Cu2+，改变离子平衡。,2019,-,21,第二节 植物病原物的侵袭手段,三、生长调节物质,病原菌产生的生长调节物质有： 生长素 赤霉素 细胞激动素 乙烯等,2019,-,22,（一）生长素（Auxina）,天然生长素为吲哚乙酸（IAA）. 果树根癌病菌（Agrobacterium tumefacience）是研究生长素与致病作用关系的一个病例。果树根癌病菌在致癌过程中产生IAA，由伤口接种在27下保持4-5天，再移至32高温下，病株即可产生癌瘤。在这一过程中，病菌产生的IAA能使寄主细胞非正常的生长，形成癌瘤。,2019,-,23,（二）赤霉素类物质,赤霉素是一类化学结构上相似物质，现已发现有50种以上，很多真菌、细菌、链丝菌均可产生。其中最熟知的是水稻恶苗菌产生的赤霉酸GA3，它是水稻出现徒长的原因。由于受赤霉素的刺激作用，一些受类病毒和病毒引起的矮化植株症状消失。用以处理感染酸樱桃黄花病毒（SCYV）的樱桃植株和感染卷叶病毒的烟草植株，可使原来受遏止的叶芽恢复生长，可增加产量。此外，赤霉素类物质还可诱导IAA的产生，且常与IAA协同作用。,2019,-,24,（三）细胞激动素（cytokinis）,细胞激动素又称细胞分裂素，是促进细胞分裂的植物激素，其化学名称为6-呋喃氨基嘌呤。细胞激动素的作用是多方面的，可使细胞分裂与分化，也能抑制蛋白质与核酸的降解及植株与组织的衰老过程。激动素常与IAA共同起作用。例如在组织培养时必须两者同时加入培养基，细胞才能分裂、生长，形成愈伤组织。 激动素对病毒的治疗作用与使用浓度有关。高浓度的激动素处理可减少烟草的环状病毒，但加入IAA可以抵消起效果。,2019,-,25,（四）乙烯（ethylene）,乙烯（C2H4 ）是简单化合物，在植物组织种普遍存在。乙烯有抑制体细胞分裂、DNA合成、细胞生长，抑制生长素向顶端和侧枝运转，诱发离层形成，落叶落果，也可催熟果实。 许多研究表明，抗病品种产生乙烯比感病品种多。在抗性反应中寄主迅速释放的乙烯能够诱导植物组织中苯丙氨酸解氨酶、多酚氧化酶和过氧化物酶活性的增加，从而刺激植保素和芳香族抗菌物质如绿原酸的形成。,2019,-,26,第三节 植物病原物的寄生专化性,2019,-,27,一、植物病原物寄生专化性的概念,病原物对寄主植物的一定属、种或品种的寄生选择性称为病原物的寄生专化性或生理专化（physiologic specialiation）。通常，寄生性水平越高的病原物，其寄生专化性越强，反之越弱。 寄生专化性越强的病原物往往在种下有变种（variety）缩写为var.、专化型（Formae specialis）(缩写为：f. sp.) 、生理小种（physiological race）或株系（strain）或致病型（pathotype）的分化。,2019,-,28,（一）变种和专化型,两者均是病原菌种下的分类单位。 变种之间在形态上有差异，他们对不同属的植物致病力不同。 专化型间在形态上无明显差异，区别不同的专化型主要根据它们对同科不同属的致病力的差异。,2019,-,29,（二）生理小种,是种、变种或专化型内在形态上无差异，但对不同品种的致病力不同的生物型或生物型群所组成的群体。 死体营养的病原物，除根据对品种的不同致病力差异划分外，也可根据其培养性状和生理生化等特性进行辅助鉴定。细菌的生理小种又称菌系或致病类型。病毒的生理小种称为株系，不过病毒株系之间的差异株要根据他们在一定寄主上的症状的差异，血清反应；彼此是否起交叉保护作用；寄主范围是否相似；传播方式是否相似等来确定。,2019,-,30,（三）生物型,生物型是生理小种内由遗传一致的个体所组成的群体。 在一个生理小种内可有一个生物型，也可有多个生物型。鉴定生理小种的生物型主要根据供试菌系在辅助鉴别品种上的反应和寄主种下的分化情况。,2019,-,31,二、植物病原菌寄生专化性的研究简史,（一）寄生专化性的发现,早在1870年 J. 斯基德特 就提出植物病原菌有寄生专化现象。1879年又发现醋梨锈病菌有寄生专化现象。1894年J. 埃里克松通过实验证实了病原菌确实有寄生专化性。他用相互接种的方法证明小麦杆锈菌不能侵染燕麦，燕麦杆锈菌不能侵染小麦。1896年J. 埃里克松和亨宁进一步查明禾谷秆锈菌（Puccinia graminis）有6个专化型。以后埃里克松和其他学者又补充发现了其它的专化型。,2019,-,32,（二）生理小种的发现,1917年E. C. 斯泰克曼研究发现小麦杆锈菌专化型内有更狭窄的专化型即生理小种，他们对不同品种的致病力不同，品种对不同小种的抗病性也不同。以后许多学者开始了对不同病菌生理小种的研究，先后发现小麦叶锈菌（1926）、条锈（1934）、马铃薯晚疫病菌（1926）、小麦白粉病菌（30年代）、小麦腥黑穗病菌（1948）、稻瘟病菌（1963）、水稻白叶枯病菌（1979）以及许多其它病菌均有生理分化现象。 一般是病菌寄生性水平越高，生理小种越多，反之越少。目前生理小种的鉴定工作已经成为许多国家植物病害抗病性研究的一项基本内容。,2019,-,33,三、植物病原菌生理小种的鉴定,（一）生理小种鉴定的意义： 及时分析掌握病原菌的生理小种的组成、分布、消长变化动态。 可提高防治和研究工作的预见性和主动性。 在对病害的流行、品种抗病变异、病菌抗药性等很多研究中均需要以生理小种的分析结果作为依据。 分析鉴定病原菌的生理小种在防治和研究上均具有十分重要的意义。,2019,-,34,（二）生理小种的鉴定方法,根据供试菌系在鉴别寄主上的抗感反应鉴别小种的类型，根据各个小种在总体标样中所占比例，确定主要小种和优势小种。作为鉴别寄主必须应该具备以下4个条件： 鉴别能力强，对致病小种敏感，抗病与感病界限清楚； 稳定性好，在不同的条件下鉴定结果均很稳定； 品种在遗传上为纯系，种子纯，质量好； 代表性强，对生产品种和重要抗原亲本有充分的代表性。,2019,-,35,鉴别寄主的类型,1、应用国际鉴别寄主 （international differentials）又称之为标准鉴别寄主（standard differential）。 优点：各国通用，便于国与国之间彼此交流鉴定结果 缺点：代表性有限，不能反映品种和小种间的相互关系，很难在生产上发挥作用。,2019,-,36,（二）生理小种的鉴定方法,2、在国际鉴别寄主的基础上增加辅助鉴别品种（supplimentary varieties）和筛选品种（screening varieties） 3、采用变动鉴别寄主（dynamic differentials）这一方法是巴西学者席尔瓦等 提出的。 其方法是根据各国生产品种和抗原品种的抗病型变化情况选定鉴别寄主。当其中的某些鉴别寄主失效时可随时更换。目前一些国家鉴定小麦条锈菌的生理小种多采用此法。 4、采用已知基因的品种作为鉴别寄主这一方法是根据Flor的 gene-for gene-假说原理提出的。1953年布莱克斯首先用马铃薯晚疫病菌生理小种鉴别寄主的4个抗病基因鉴定和命名了马铃薯晚疫病菌的16个生理小种。,2019,-,37,（二）生理小种的鉴定方法,为了更好的反映当地菌原的优势小种的变化情况，在采用国际通用的一致的基因的鉴别寄主的基础上，不同国家根据当地的情况及已经有的近等基因系，增加鉴别寄主近等基因系的数量。这样能够更好的监测可能出现的新的小种或毒性基因。 用已知基因的品种作为鉴别寄主既可克服国际鉴别寄主的局限性又可弥补用变动鉴别寄主难以相互交流的缺点，同时，还能在基因的水平上了解病菌群体种的毒性变异动态和小种与品种之间的相互关系，因而是较好的方法。,2019,-,38,近等基因系：除了某一两个基因外，其他基因都相同的两个遗传材料，通常是经过饱和回交形成的除了目标性状有差异，其他遗传背景完全相同的两个遗传材料（品系）。,2019,-,39,（二）生理小种的鉴定方法,5、鉴别病菌的生理小种的方法除此之外，也可根据病菌生理小种的生理生化性状、培养特性、抗血清、荧光反应等方法作辅助鉴定。,2019,-,40,（三）生理小种的命名方法,1顺序编号命名法 按生理小种发现的先后顺序编号命名。用此法命名可以按国际统一编号，如我国发现的小麦秆锈菌小种21号、56号等小种就是用此方法编号的。如果增加辅助品种在国际统一编号小种中又发现了新的生物型，则可在小种号后加地区缩写，如C,代表中国，再编号如21C1、C2等。,2019,-,41,（三）生理小种的命名方法,2 毒性公式命名法 该方法是1965年格林提出的。用对该小种有效的抗病基因作分子，无效的抗病基因作分母。即无毒力（R）/有毒力(S)。 用毒性公式可推断出该小种所具有的毒性基因和无毒基因。根据田间标样鉴定结果可算出小种频率。,2019,-,42,(四)生理小种的鉴定程序,标样采集、登记、保存、标样的繁殖、致病性的鉴定和结果分析。 由于病原物不同，鉴定的具体程序可因情况不同而有所改变。一般专性寄生物的标样采集后即可进行记载和保存，兼性寄生物的标样，采后需作分离培养，然后进行其他步骤。关于生理小种鉴定的具体程序可参考方仲达编著的植病研究法第19章中的有关部分。,2019,-,43,四、毒力频率和综合致病性分析,毒力频率：一种病原物群体中的对一定抗病品种有毒力的菌株出现的频率。毒力频率的公式为： 毒力频率（%）=有毒力菌株数/总菌株数100% 联合致病（毒力）性是一种病原物的群体中对2个以上被测定品种（抗病基因）有毒力的菌株（毒性基因）出现的频率（%）。 毒力频率反映的是一个被测品种与一个病原物群体中一系列菌株的相互关系。而联合致病性则反应2个以上的被测品种与一个病原物群体中一系列菌株的相互关系。,2019,-,44,第四节 植物病原菌致病性的遗传,病原真菌的毒性遗传多为单基因的隐性独立遗传，少数情况下有互作，个别情况下有连锁，很少有复等位现象。 进行病原真菌的毒性遗传研究，主要采用传统的有性杂交方法，先获得供测菌系的自交后代或菌系间的杂交F1和F2代孢子群体，然后接种特定的抗病基因品种（已知基因品种），分析毒性基因的分离情况。,2019,-,45,小麦锈菌毒性的遗传,研究小麦锈菌的毒性遗传的方法比较复杂,室内条件下 诱发锈菌纯系,冬孢子,接种到相应的 转主寄主上,性子器,锈孢子,小麦,自交后代或杂交 F1、F2代夏孢子群体,已知抗锈基因 的载体品种,分析毒力基因 的分离情况,产 生,萌 发,产 生,自交 或杂交,建立,接种,接种,2019,-,46,小麦锈菌的毒性遗传研究主要特点,1 杂合性 小麦锈菌的多个位点是杂合的，只要有一个等位基因（无毒性基因A）发生突变，就可使无毒性菌系Aa变为纯合的毒性菌系aa. 2 无毒力基因多为显性 多数情况下，无毒基因表现显性，毒力基因表现隐性。同一基因在不同小种中的显、隐性表现不同。有的测定品种也影响锈菌无毒力基因的显性表现。 3 毒力基因的复等位现象 未见报道 4 基因互作 毒力基因间以及毒力基因与遗传背景间有相互作用。 5 与抗病基因的对应关系 小麦的抗锈基因与锈菌的无毒基因一般是一一对应关系。但也发现有锈菌的两个基因与小麦一个基因相对应的情况。,2019,-,47,第五节 植物病原物致病性变异,研究植物病原物致病性变异的意义 病原物致病性尤其是毒性的变异，是引起品种抗病性丧失的主要原因，因此。只有系统掌握植物病原物致病性变异的规律，才能制定出科学的控制品种抗病性丧失、延长品种使用年限的策略和措施，更好地发挥品种在病害综合治理中的作用。 另外，病原物对杀菌剂发生抗药性，也是药剂防治中的重要的问题之一，研究和掌握病原物致病性的变异规律，也可为这一问题的解决提供科学的依据。,2019,-,48,植物病原物致病性变异的类型,植物病原物致病性变异，有毒性变异，侵袭力变异和致病谱的改变等三个方面。,毒性变异（variation in virulence）病原物小种（菌系菌株）的一定毒性基因与品种的一定抗病型基因互作的结果，毒性增强或减弱；也可由无毒力变为有毒力、有毒力变为无毒力，即毒性谱发生变化。 侵袭力的变异（variation in aggresiveness）病原物的小种在孢子萌发率、侵染率、潜育期、产孢量、侵染期等方面的变异。 致病谱的改变 病原物寄主植物种类的增加或减少。,2019,-,49,三、植物病原物致病型变异的途径,（一）有性杂交（sexual hybridization） 小种内自交； 小种间杂交; 专化型间杂交； 属间、种间杂交。,2019,-,50,三、植物病原物致病型变异的途径,（二） 突变(mutation) 概念：病原物的毒性突变是病原物某一菌系在毒性方面对原有菌系突然偏离，即在毒性方面发生飞跃性质的变异 类型： 按产生方式分为自发突变（自然