植物免疫学课件.doc

第二章 植物免疫性的概念和分类 第一节 植物抗病性的概念及特点 一、植物抗病性的定义 广义的免疫性是指有机体对病原微生物及其有毒产物的不感染性或抵抗性。植物免疫性是植物在一定条件下，对一感病原物及其有毒产物的抵抗性或不感受性或少感受性。 二、特点 1植物抗病性是植物与微生物共同进化的产物。 2植物抗病性是相对的广泛存在。 3抗病性与感病性是同一事物两个方面。 第二节 植物抗病性的性质 一、植物抗性是进化的结果 二、植物抗性的生理生化本质 1已有；2诱发 三、植物抗性的遗传本质 植物抗病基因志植物病菌致病共同产物之间互作。 1免疫性与抗病性 免疫性可以看作“绝对”抗病的一种遗传潜能。实际并非“绝对”，只不过是一种高度的抗病潜能。抗病性也是一种抗病的遗传潜能，在一定程度上通常比免疫性差一些，所以两者无明显的界限。 2植物免疫性或抗病性与感病性关系 在自然界中，植物免疫性或抗病性是相对的、连续的，可与感病性共存于一体。 3亲合和不亲合 从生理生化角度或在细胞及分子水平上植物表现出对病菌和其有物质的感受性叫亲合性。反之叫不亲合性。 4抗病与抗病性 抗病是形容其表现，可能是基因型决定的，也许是环境造成的，也许是药剂诱导的。 抗病性：一般是指植物本身的遗传特性，指的是基因型决定的抗病潜能，至于其具体表现，则还要看病原物、环境条件而定。习惯上我们常把抗病性和“抗病性表现”混淆一起。例如：“高温削弱了植物的抗病性”，这里的抗病性实际上是指“抗病性的表现程度”或“抗病性现象”，品种的遗传本性并未改变。 抗病性有广义和狭义之分。广义的抗病性包括了：避病（抗接触），抗侵入、抗扩展、抗繁殖、耐病以及诱导抗病性。狭义的则只指抗侵入、抗扩展、抗繁殖。 5经济抗病性与代谢抗性 经济抗性是指植物因抗病保证其商品价值能力，代谢抗病性是指植物未因病菌侵染而丧失繁殖力的能力。经济抗性包括代谢抗性，但后者不能包括前者。 6先天免疫与后天免疫 先天免疫性：是植物在长期演化和系统发育过程中所获得的免疫性。 被免疫性：是指植物在受病原物侵染前已存在的免疫性。如气孔数量等。 主动免疫性：是指仅在植物受到病原物侵染以后产生的免疫性，如过敏性反应、植保素等。 后天免疫性（获得免疫性）：是指植物个体发育中受到某些因素的刺激所产生的免疫性。 非侵染性获得免疫性：是指非病原物侵染而获得的免疫性，如理化免疫、栽培免疫 侵染性获得免疫：是指由病原物侵染而获得的免疫性，如交叉保护等。 7个体免疫性 在植物的属、种、品种的个体之间免疫性差异。 8全生长期抗病性与阶段抗病性 全生长期抗病性：是指从苗期到成株期各个阶段都具有抗病性。 阶段抗病性：是指植物在生长发育过程中，有的阶段抗病，有的阶段感病。 9整株抗病性与器官抗病性 整株抗病性：是指植物在整个生长期中的各个部位都有抗病性。 器官抗病性：是指植物的某些器官抗病，某些器官则感病。 10个体抗病性与群体抗病性 个体抗病性（定性抗病性）：在个体水平上就能明显观察的抗病性，如过敏性反应。 群体抗病性（定量抗病性）：在个体水平上仅有微小的数量差异的抗病性，在群体的病害流行过程中，能显示出很大的定量差异，如侵入机率、潜育期、产孢量方面的抗病性。 按抗性鉴定方法分类 （1）个体抗病性 （2）群体抗病性 11垂直抗性与水平抗性 垂直抗性：主效基因控制，显性、抗初侵染，易被克服。 水平抗性：多基因控制，阻止病菌扩展和繁殖、延长潜育期，稳定。 12既存抗病性及侵染诱发的抗病性 既存抗病性：是指植物在爱病菌侵染前，已存在的免疫性。 侵染诱发的抗病性：植物受到病菌侵染或机械损伤后，其生理代谢和细胞壁结构要发生一系列变化，构成了阻止病菌侵染的化学和物理障碍。 13寄主抗病性与非寄主抗病性 寄主抗病性：植物对其寄生物的抗病性。 非寄主抗病性：寄主范围以外的植物对病菌产生的抗性。 第三节 植物抗病性的本质 一、抗病性是进化的产物 1单源进化 2多源进化 3抗病性是动态的 二、抗病性是以生理生化反应实现的 1兼性寄生菌产生侵袭力 2专性寄生菌活体营养 3寄主防御反应 三、抗病性是遗传的潜能 1寄主病原结合体（aegricopul）决定表型 2寄主抗病基因型和病原物致病基因型相互选择的进行产物。第三章 植物病原菌的致病机制 第一节 致病性的概念 一、致病性 二、毒力 在垂直病害体系中，小品品种水平上的致病力 三、侵袭力 在水平病害体系中，在相同发病强度的条件下，某小种对某一品种在孢子萌发速度、侵入后定植速度产孢速度等方面的表现出来侵染能力。 第二节 植物病原物的侵袭手段 为了探索植物如何抵抗病原物，首先要知道病原物如何侵染植物和植物发生怎样的病变。实际上，病原物的侵袭，植物的病变和抵抗是发生在同一空间，同一时期内，是同一场斗争的不同侧面观，尤其是在消极的病变和积极抵抗之间，有时很难截然区分。 一、植物病原物的侵袭手段 病原物主要靠机械压力突破植物表皮蜡质层，依靠化学力量突破植物表皮角质和细胞壁，主要化学力量有酶、毒素、激素。 （一）酶（角质酶，细胞壁降解酶） 1角质酶类 在介绍角质酶之前，首先介绍角质酶作用的底物植物表皮的结构。植物表皮结构分成三个区，蜡质层、网状区、片层区。 C18：9,10,18三羟基十八烷酸；9,10环氧18羧基十八烷酸 C16：16羧基十六烷酸；16二羧基十六烷酸；10,16二羟基十六烷酸。 催化特性 角质酶是一种糖蛋白，是诱导产生的，它具有酶活中心，酶活中心由三个基因组成，丝氨酸残基上的羧基，羧基和组氨酸的咪唑基，催化机理属于亲核反应，符合酸碱催化理论。 ORO角质酶ORO多角体COCH2(CH2)nCO多聚体 多聚体COHHOCH2(CH2)nCOH 角质酶在病菌侵入中的作用 a.侵入位点角质酶的确定 角质酶是否存在于侵入位点是证实是否有致病作用的先决条件，对于角质酶的定位，目前主要是应用免疫技术和电镜观察技术。 首先，将病菌孢子悬液接种寄主。病菌侵入后用兔子角质酶抗血清处理侵入部位，然后用电镜观察。如在侵入部位有电子密集颗粒，就说明有抗源抗体复合体存在，即角质酶与抗血清发生了结合，也就证明了角质酶的存在。 b.钝化角质酶阻止病菌侵入 如果病菌需要产生角质酶才能侵入寄主，那么对角质酶的专化性抑制效应应该能阻止病菌侵入。利用角质抗血清和酶抑制因子与病菌孢子悬液混合，然后接种寄主植物，如果不能引起侵染，说明角质酶活性被钝化，也就说明病菌产生了角质酶。众所周知，有机磷杀虫剂能够作用于昆虫的胆碱酯酶，而胆碱酯酶和角质酶一样均是丝氨酸水解酶，因此有机磷杀虫剂的抑制机制，可能是控制了酶活中心的丝氨酸三分体结构。 c.角质酶缺失变株致病性减弱或无致病力 利用紫外光线或化学药剂处理，使病菌产生突变，即丧失了利用角质做碳源的能力，在培养基中没有角质酶产生，将角质酶缺失突变株接种表皮完整的和损伤的植株，观察其发病情况，如表皮完整植株接种后未发病，而突变株接种后表皮受伤的植株能发病，产生病斑，说明病菌是依靠角质酶进行侵染的。 d.向角质酶缺失突变株加入角质酶恢复致病力 如果病菌是依靠角质酶侵染植物表皮的，那么向病菌角质酶缺失突变株加入角质酶应该能恢复致病力。Koller等（1982）发现F.solanipisi T-8菌株对整豌豆茎表皮或受伤茎表皮的致病力高，萌发的孢子产生的角质酶也较多，而突变的T-30菌株仅对表皮受伤的茎致病力较高，它产生的角质酶相当少。然而，向T-30的孢子补充角质酶还不足以使该菌株致病性达到T-8的水平。如果同时还补充纤维素酶、果胶酶和果胶甲酯酶，就能使T-30菌株达到与T-8菌株同样的致病力。因T-30菌株缺少一套完整侵入酶系，不仅包括角质酶，还有些细胞壁降解酶。 2果胶酶类 （1）果胶酶的种类 果胶酶是一组复合酶，属于诱导酶，主要包括果胶甲基酯酶（Pectin methylesterase, PME或PE），果胶酸酯裂解酶（Pectate lyase, PL, PGTE），果胶裂解酶（Pectin lyase PML, PMTE），多聚半乳糖醛酸酶（Polygalactuconase, PG），果胶甲基半乳糖醛酸酶（Pectin methylgalactuionase, -消除反应类似，即反应产物的一个糖醛苷非还原端Cb-1,4糖苷键，除PME外，水解酶最适pH偏酸性，在4.55.5之间；pI偏低，在6.08.0之间，PME最适pH近中性。PL和PML属于裂解酶，能够裂解果胶分子中连接半乳糖醛酸的d-1,4糖苷键，一般称为反式消除酶（Transdiminase），它们作用于多聚糖残基生成不饱和的酸性寡糖，其裂解糖苷键的作用机制与果胶在碱性溶液中的aPMG）。其中PME、PG和PMG属于水解酶，PE可将果胶或果胶酯酸的甲氧基脱掉产生果胶酸，PG和PMG能够水解果胶物质5上的质子被消除，同时在C4和C5之间形成了不饱和键。这类型解酶最适pH偏碱性，在9.09.8之间；pI偏高，在8.09.0之间。上述果胶酶，除PME之外，都有两种形式“内切”（endo-）和“外切”（exo-）。凡以随机方式作用于底物的酶属于“endo-”，而以末端方式作用于底物释放出二聚体的酶属于“exo-”。 （2）果胶酶的作用 病菌产生的果胶酶引起的病害症状有软腐、茎斑和维管束枯萎。所谓软腐就是被侵染的新鲜薄壁组织变软，呈水渍状，无色或变褐。软腐症状概括起来有以下几个特点：1）病斑常常迅速扩展到大部或全部的现成组织；2）腐烂组织很少或没有粘着力；3）腐烂组织的细胞沿着胞间层分离；4）细胞分离后细胞壁和细胞在一定时间内保持原状；5）腐烂组织呈水渍状；6）在细胞分离前，原生质体同时对电解质渗透性迅速增加；7）腐烂组织在一些病害中变色，但在另一些病害中不变色；8）腐烂组织原生质体死亡，关于果胶酶在维管束枯萎病中的作用研究颇多，一般认为维管束纹孔膜或板的初生细胞壁中胶层复合体经酶解后，释放出的凝胶堵塞导管造成枯萎。关于果胶酶引起的叶斑和茎斑主要限于立枯丝核菌引起的病害。在R-solani引起的菜豆病害中，endo PG和果胶甲酯酶是侵染菜豆的主要酶。果胶酶引起寄主组织发生软腐的主要机制是寄主组织发生了浸解和原生质的死亡。植物细胞间主要是由果胶多糖物质粘在一起的。由于病原菌产生的果胶酶将这些果胶多聚体降解，使组织细胞间失去粘合，即所谓浸解作用。除浸解作用外，果胶酶还能引起原生质体死亡。目前认为，细胞壁因胞间中胶层及多糖组分受果胶酶降解，使初生壁松驰，壁压下降，原生质膜在低渗溶液中改变了弹性伸长结构，透性增大，质膜因超过弹性极限而破裂，最后导致原生质体死亡，这就是著名的渗透效应假说。 3半纤维素降解酶 -木糖苷酶）又将寡聚体（木聚二糖）分解成木糖。甘露聚糖，半乳糖甘露聚糖等完全水解都需要复合酶系统。b-D-木聚糖酶（b-1,4连接的木聚糖水解成木聚糖寡聚体，外切型(14)-b-D-木聚糖可将b半纤维素酶（hemicellulases）这个词，代表专一性降解半纤维素的一组酶类，属于聚糖水解酶。典型的半纤维素酶只包括：L阿拉伯聚糖酶、D半乳聚糖酶、D甘露聚糖酶和D木聚糖酶。许多半纤维素的完全降解需要复合酶系统。内切型(14)- 4纤维素酶 早在本世纪50年代，Rees提出了纤维素酶C1Cx的概念，认为天然的结晶纤维素先与C1酶作用生成葡聚糖链，然后在Cx-葡萄糖苷酶（纤维二糖酶）最后将纤维二糖分解成葡萄糖。70年代在康宁木霉（T.koningii）纤维素酶复合体中发现了Cb-1,4-内切-葡聚糖酶)作用下，将氢键和糖苷键裂解生成纤维二糖。b(2酶，该酶可将纤维素温和降解成短纤维。 病菌产生的细胞壁降解酶降解寄主细胞壁具有时间顺序，其顺序为果胶酶半纤维素酶纤维素酶。细胞壁降解酶的产生之所以有这样的顺序与寄主细胞壁内各种多糖的分布有一定关系。一种果胶酶的作用可以促进另一种或一些细胞壁降解酶的作用。Endo-PG和endo PGTE首先进攻植物细胞壁，松驰其结构，使其它植物细胞壁成分暴露于其它降解酶作用之下，这两种内切果胶酶常称作“壁修饰酶”或细胞壁改性酶。除细胞壁降解酶以外，病菌产生的某些蛋白酶能降解中胶一层和细胞膜中的蛋白质。在胡萝卜软腐欧氏杆菌（E.carotovora var. cacotovora）中引起的软腐病中，蛋白酶和果胶酶是协同作用的，即果胶酶降解了植物细胞壁中的果胶物质，而蛋白酶则降解了植物细胞壁和膜内蛋白。 （4）毒素诱导抗性中的作用 无论是寄主专化性毒素还是非寄主专化性毒素都具有激发子的功能。用HV-toxin处理感冠锈病的PC-2基因燕麦品种，发现可诱导出比原来激发子所诱导出高达10倍量的植保素。 （5）其它方面 毒素还可用于微生物分类、病害诊断、测报等方面。一、酶 （一）角质酶 1化学特性 2致病作用 3证病的方法 a.侵入位点角质酶的确定 b.钝化角质酶阻止病菌侵入 c.角质酶缺失突变株致病性减弱或无致病力 d.向角质酶缺失突变株加入角质酶恢复致病力 （二）果胶酶 1果胶酶种类 果胶甲基酯酶（PME），果胶酸酯裂解酶（PGTE、PL），果胶裂解酶（PMTE、PML），多聚半乳糖醛酸酶（PG），果胶甲基半乳糖醛酸酶（PMG）。 2果胶酶的作用 病菌果胶酶引起的病害症状有软腐、茎斑和维管束枯萎。 果胶酶致病机制 原生质体死亡，渗透效应假说。 二、植物病原菌毒素 （一）毒素的定义和分类 植物病原菌毒素是植物病原菌代谢过程中产生的，在生理浓度范围内，便干扰植物的正常生理功能的非酶类化合物。目前真菌可产生110种毒素，细菌可产生21种毒素。毒素可按病原分为真菌毒素、细菌毒素和线虫毒素、病毒毒素等；但按毒素对寄主的选择性分类较为常见。即分为寄主专化性毒素（Host-specific toxin, HST）和非寄主专化性毒素（Non-host-specific toxin, NHST）。 1寄主专化性毒素 寄主专化性毒素是由病原菌产生的一类对其寄主植物种或栽培品种具有特异性生理活性和高度专化性作用位点的代谢物，亦称为寄主选择性毒素（Host-selective-toxin），该类毒素具有以下几个特征：病菌和它所产生的毒素有类似的寄主的专化性，寄主植物对该病菌的抗性和感病性与对该毒素的敏感性相互平行，即控制寄主植物对病菌抗性的基因就是控制对毒素敏感性的基因；病菌的致病随该病菌产生的毒素的能力而变化；该毒素能够在寄病寄主中产生典型的症状；对寄主植物作用位点具有高度的专化性。因此寄主专化性毒素在病菌与寄主建立寄主关系中起重要作用，是寄主植物的致病因子（pathogenicity factor），一般浓度为110ug/ml。目前已明确了18种HST毒素。寄主专化性毒素及产毒菌 HST产毒菌1十字花科植物黑斑病菌毒素(AB）Aternaria brassica2粗皮柠檬橘黑斑病菌毒素（ACR）A. citri lemon race3宽皮橘子黑腐病菌毒素（ACT）A. citri tangenine race4草莓黑斑病菌毒素（AF）A. fragigariae5梨黑斑病菌毒素（AK）A. kikuchiana6番茄茎枯病菌毒素（AL，AAL）A. alternata f.sp. lycopersici7苹果轮斑病菌毒素（AM）A. mali8烟草赤星病菌毒素（AT，ALO）A. longipes9玉米圆斑病菌毒素（HC/BC）Helminthosporium carbonum (Bipolaris carbonum)10玉米小斑病菌T小种毒素（HMT/BMT）H.maydis (B. maydis)11甘蔗眼斑病菌长蠕孢苷（HS/BS）H.sacchari (B.sacchari)12燕麦疫病菌维多利亚毒素（HV/BV）H.victoriae (B.victoriae)13高粱买罗病菌毒素（PC）Periconia circinata14玉米黄叶枯病菌毒素（PM)Phyllosticta maydis15番茄轮斑病菌毒素（CC）Corynespora cassiicola16烟草枯萎病菌毒素（FON）Fusarium oxysporum f.sp. nicotana17小麦褐斑病菌毒素（PTR）Pyrenophora tritici-repentis18大麦网斑病菌毒素（PT）Pyrenophora teres2非寄主专化性毒素 非寄主专化性毒素是由病原菌产生的一类对其寄主或非寄主植物种或栽培品种具有一定生理活性和非专化性作用位点的代谢物。亦称为非寄主选择性毒素。该毒素具有以下特点：该类毒素对病原物的寄主和非寄主植物都有毒性，因此它侵染的寄主范围广，如菜豆毒素可危害10种以上植物。病原物产生的毒素对其寄主有一定的选择能力，即对其寄主栽培种或品种虽有一定的毒性或致病力，但有时会出现寄主植物对病原物的感病性与对毒素的敏感性不很相似，因此寄主植物抗病基因可能与控制对毒素敏感性基因不是同一基因，该类毒素在一定浓度下能引起寄主植物敏感性反应，这种反应也能区分寄主植物的抗性的差异。寄主植物无高度专性作用位点。因此非寄主专化性毒素在病菌与寄主建立寄主关系中无重要作用。非寄主专化性毒素多为植物病原细菌所产生，只有少数植物病原真菌产生这类毒素，由于它在加重病害严重度中起作用，因此是一种毒力因子。非寄主专化性毒素 NHST 产毒素 1火疫菌毒素（amylovorin） 梨火疫欧氏杆菌（Erwinia amylovora） 2烟草野火毒素（tabtoxin） 丁香假单胞菌烟草野火致病变种（Pseudomonas syringae pv. Tabaci） 3根瘤菌毒素（rhizobiotoxin） 大豆根瘤菌（Rhizobium japonicum） 4菜豆萎蔫毒素（phaseolotoxin） 丁香假单胞菜豆萎蔫致病变种（Pseudomonas syringae pv. phaseolicola) 5腾毒素（tentoxin） 细链格孢菌（Aternaria tenuis） 6壳梭孢素（fusicoccin, FC） 高桃壳梭孢菌（Aternaria tenuis） 7镰刀菌酸（fusaric acid） 镰刀菌（Fusarium spp.） 8尾孢素（cercosporin） 尾孢霉（Cercospora spp.） 9稻瘟菌素（piricularin） 稻梨孢霉（Pyricularia oryzae） 10旋孢腔菌素A（ophiol） 稻胡麻斑病菌（Helminthosporium oryzae）（二）毒素的化学本质 按化学性质毒素大体上可分为8类： 简单化合物，包括氨、氰化氢、乙烯、草酸、延胡索酸等。酚类化合物和杂环化合物，如百日草酚、根酚、醌类和半醌类。多肽类，包括多肽，寡肽，如玉米圆斑病菌炭色长蠕孢毒素HC-toxin、腾毒素（tentoxin）。氨基酸衍生物，如镰刀菌酸等。类萜化合物，包括倍半萜、二倍半萜、双萜，如壳梭孢素（Fusicocin）是双萜，甘蔗长蠕孢毒素（HS-Toxin）为倍半萜。多糖类，绝大多数野生细菌菌株均产生多糖类或糖肽类物质，造成萎蔫。生物碱类，如章鱼碱、冠瘿碱等。蛋白类，如小麦褐斑病菌产生的毒素。 （三）毒素的作用机制 1作用位点 毒素的作用位点主要包括寄主细胞的质膜蛋白、线粒体、叶绿体、酶。一般只有寄主专化性毒素具有识别受体。感病植物细胞膜上具有毒素的植物受体（receptor），在抗病基因型细胞膜上则缺乏毒素受体或所有的毒素受体发生变化。毒素与受体一旦结合后，细胞膜发生损伤、电解质外渗，最后导致受害症状。如AK-toxin。线粒体也是毒素的受体，如HMT-toxin可使T型雄性不育玉米中的线粒体发生解偶联。作用于叶绿体的毒素有ACT-toxin和AM-toxin。作用于酶的毒素有菜豆毒素、烟草毒素和根瘤菌毒素等。菜豆毒素可作用于鸟氨酸氨甲酰基转移酶。 2作用方式 毒素可引起寄主细胞膜透性发生改变，质膜电势去极化和超级化，电解质大量外渗。对呼吸作用的影响主要是抑制氧化磷酸化。对酶的抑制作用，如菜豆毒素可作用于鸟氨酸氨甲酰基转移酶，使精氨酸减少，减少蛋白合成（叶绿素酶合成），引起失绿症状。烟草毒素能抑制谷氨酰氨合成酶的活性，使谷氨酰氨合成减少，氨生积累引起叶片中毒，形成晕圈症状。能抑制RNA的合成，如菜豆毒素处理的叶片，核糖体变成螺旋状，这是一种钝化的结构。对光合磷酸化的抑制，如腾毒素与叶绿体偶联欢因子I（CFI）结合从而抑制了ATP酶和光合磷酸化。对水分代谢的影响，如糖肽类毒素堵塞导管。 （四）植物病原菌毒素的反利用 1鉴定植物对于病害的感病性 由于有些植物病原菌泌的毒素在植物上可以引起与活菌一样的症状和病理变化。因此可以替代活菌进行品种抗性鉴定，这种方法快速、简便、定量性好，使繁重的田间抗性鉴定工作改为室内完成。例如用Alternaria kikuchiana产生的AK-toxin，接种不同抗性的梨品种，得出的品种间抗性差异结果与用病菌直接接种的结果完全一致。王贺祥等（1988）用镰刀菌酸测定10个陆地棉品种，发现了棉花对于枯萎病菌的抗性与该病菌产生的毒素的抗性是一致的。 2在植物抗病育种上的应用 利用病菌产生的毒素或含毒素的培养物滤液可以筛选抗病植株，例如利用燕麦维多利亚叶斑病菌毒素处理4.5109粒燕麦感病品种的种子，播种后得到3973株苗，然后再接种冠锈菌，进行选择，最终获得了对两个病害均有抗性的株燕麦。美国有人在雄性不育系“Cms-T”愈伤组织的固体培养基中，加入一定浓度0.15玉米小斑病菌T小种毒素，获得了抗毒素的14个愈伤组织。 3利用毒素的抑制因子防治病害 毒素的抑制因子包括毒素的解毒剂或钝化剂、毒素释放的抑制剂和毒素受体的竞争性抑制剂。KH2PO4 K2HPO4甲硫氨酸、胱氨酸、半胱氨酸、酵母浸出液蛋白胨CuSO4均可钝化Alternaia solani产生的毒素。类毒素（Toxoids）或非毒素（Nontoxins）具有与毒素竞争受体位点的作用。 4毒素在诱导抗性中的应用 无论是寄主专化性毒素是非寄主专化性毒素都具有激发子的功能。用HV-toxin处理感病冠锈病具Pc-2基因燕麦品种，发现可诱导出比原来激发子所诱导出高达10倍量的植保素。用玉米弯孢菌叶斑病菌毒素（100ppm）处理感病品种掖单13的叶片（第58叶）可诱导出对该病菌的展局部和系统的抗性，防效达50以上。 5其它方面应用 毒素还可用于微生物分类、病害诊断、测报等方面。 玉米大斑病抗性有两种类型： 1褪绿斑抗性：受显性单基因控制，垂直抗性 2数量抗性：受多基因控制水平抗性 2号小种对Ht1(丹玉13)有毒力 Ht2Ht3HtN/Ht1 2号小麦对Ht2Ht3HtN没有毒力 普遍率：发病的植物体单元数占植物体单元调查总株数百分比。 严重度：是发病的植物单元上发病面积占该单元总面积或总体面积的百分率。 病情指数：是植物群体的平均严重度。 DII（普遍率）S（严重度） 麦类锈病：发病面积5 10 25 40 65 100 其它抗性各同： 寄主抗性和非寄主抗性 基因抗病性，生理抗病性 高效基因，微效基因（正纯方式） 抗性效果，广谱 整株抗病性 器官抗病性关于水抗与垂抗的看法：Chipoid认为自然界不能这样划分；Zodok和Parleliet认为水平抗性品种与病原物小种之间也有特异性相互作用。禾谷类秆锈菌有9个变种 P.g.tritici 寄生小麦、大麦和其它禾本科杂草。 P.g.secalis（黑麦变种） 寄生于黑麦、大麦和某些禾本科杂草 P.g.avenae 则寄生于燕麦和以上两个变种不能侵染的一些禾本科杂草（三）激素 正常植物的天然激素有生长素、细胞分裂素、赤霉素、脱落酸和乙烯等，是植物细胞分裂、长大、休眠、衰老和活化等所必需的。但在病组织中激素的含量往往比健组织多，引起各种异常生长的症状。 1生长素 一般而言病菌侵染的组织内IAA增加，而且在感病品种内增加量比抗病品种高。如小麦感染锈病时，组织内IAA含量增高。导致徒长、增长、畸型。IAA含量增加的原因，主要是由于病菌侵入常使寄主组织形成酚类化合物积累，如咖啡酸、绿原酸的积累，强烈抑制IAA氧化酶。另一方面，有时病菌侵染可导致IAA含量下降，子叶成剑状窄叶，顶端优势丧失，节间不伸长等，IAA含量下降的原因主要有三种：生长素合成和运输受到干扰；病原菌诱导寄主增加IAA氧化酶活性；病原菌在寄主组织内分泌IAA氧化酶。关于IAA来源，目前认为来自病菌和寄主。 2细胞激动素 病菌侵染寄主植物可以引起细胞激素素（6呋喃新嘌呤）的失调。某些病害能使激动素含量下降，多数病害使植物细胞激动素含量异常增加，如烟草野火病假单孢菌Pseudo mmas talaci产生的毒素可引起烟草退绿症状，TMV引起的烟草花叶病，也是细胞激动素含量下降造成的，因此上述病害通过施用外激动素后，病状变得到控制，缠绕棒杆菌Corynebacterium fascians侵染豌豆则能引起激动素的增加，导致“扃化”病的发生，Plasmodiophora braccicae引起甘兰根肿病也是激动素异常增加造成的。锈病和白粉病引起小麦叶的“绿岛”现象也与细胞激动素分布失调有关，一般在侵染点周围的组织，细胞激动素含量增加，使RNA和蛋白质合成受到刺激，叶绿素未受到破坏，而未被侵染的部分的营养物质向绿岛内输入，导致未侵染组织由于营养枯遏而衰老死亡。与IAA协同作用。 尽管病菌在离体培养下可以产生细胞激动素，但目前研究认为病组织中增加激动素主要是寄主植物受病菌刺激后产生的。 3赤霉素 很多病菌产生赤霉素，其中最有名的水稻恶苗病菌产生的GA3是水稻出现徒长的主要原因。Verticillum albu-atoum和V.dahciae也能产生赤霉素。赤霉素异常增加主要造成节间伸长、卷叶、小叶及花序缺少等症状；其中节间伸长是最主要的症状，有时要比健株长4倍之多。某些病毒或真菌的侵染引起寄主生长迟缓，是与某些赤霉素水平降低有关。某些病菌产生的毒素具有赤霉素的功能，如小麦根腐菌产生的长嚅孢二醛可刺激淀娄酶合成。长蠕孢羟醛能刺激水稻苗茎种的伸长，但对小麦无效。这也就说明，为什么该病菌对小麦侵染未造成茎秆明显伸长的原因。 4脱落酸（ABA） 脱落酸是由三个异戊烯单位组成的倍半萜，其结构与赤霉素类似。不少真菌和细菌引起维管束病害的“矮化”症都是与感染的寄主组织中该生长抑制物含量增加有关。P.solanaceanum侵染的烟草组织中ABA含量明显比健组织高，由于该病菌不能在人工培养基上产生，所以推断这部分增加的ABA是寄主对病菌侵染反应形成的。番茄受黄萎轮枝菌（W.albo-atrum）侵染后ABA含量明显提高，在感病品种顶叶中的含量比抗病品种高4倍。棉花叶片受落叶型黄萎轮枝菌侵染后，脱落酸含量比健康高一倍，但非落叶型黄萎轮枝菌相反。至今尚未发现有植物病原菌产生脱落酸的报道，但已发现有的病物可产生脱落酸类似物。例如，引起烟草矮化的霜霉病菌（Permoposa tabacina）的孢子抽出物中会有能明显抑制烟草生长的物质。 5乙烯 病菌侵染刺激乙烯的增加 很多真菌、细菌病害能够刺激乙烯的增加，引起早熟、脱落、偏上性、不走根形成和各种畸形现象。已经明确乙烯含量的增加实际上是病菌侵染造成寄主细胞损伤的结果。黄萎轮枝菌（Verticillium albo-atrum）的落叶型菌系和非落叶型菌系接种棉花叶片都能提高叶片内乙烯含量，尤其是落叶型菌系刺激作用更为明显。虽然某些细菌在体外可产生乙烯，甚至有时与毒力有一定相关性，但对于多数病菌而言体外不能产生乙烯，因此病组织中乙烯的增加主要是由病菌侵染刺激的结果。例如用细菌产生的酶处理寄主也能刺激乙烯的产生，例如E.carotovora产生的果胶酶裂解酶对乙烯有专化性刺激作用。 乙烯与诱导抗性的关系 -1,3葡萄聚糖酶活性的增加，从而刺激了植保素和芳香市民力物质（如绿原酸）的形成。乙烯增加寄主抗病性的机制还未完全搞清。有人提出寄生物与寄主识别后产生一种信号（乙烯）或信号被乙烯强化，信号传递给接触的细胞和邻近的细胞的细胞核，相继发生DNA转录和RNA转译，产生特定的酶催化植保素的合成。同时寄主也会由于细胞器的破坏，最终导致整个细胞坏死或部分组织的损失，即所谓过敏性反应。根据这一假说乙烯可能是抗病性的诱导因子，即乙烯的产生与抗病性之间存在一定的因果关系。最近Broglie等（1989）发现，乙烯可在转录水平上调节几丁质酶基因的表达。b许多研究结果表明：抗病品种产生的乙烯较感病品种多。在抗性反应中，寄主释放的乙烯能诱导植物组织内苯丙氨酸解氨酶（PAL），多元酚氧化酶，过氧化物酶和脂肪氧合酶，几十质酶和 综上所述，病菌扰乱寄主正常的生理程序主要通过以下二个途径：1）病菌在不恰当的时间、地点和条件下产生激素；2）产生寄主植物本来没有的激素；3）影响寄主植物正常生长所需激素的合成和控制。 应用外源激素可以防治病害。生长调节物质可以改变细胞壁果胶物质的可溶性，提高细胞壁对病菌的抗性。尤其用奈乙酸（NAA）处理番茄植株后，番茄植株的可结果胶减少，与Ca2+离子结合的果胶增多，意味站不溶性果胶增多，对果胶酶的抗性增强。施用外源赤霉素和细胞分裂素可以用来防治各种病害，施用GA可以解除Tilletia controvevia侵染小麦造成的矮化症状。细胞分裂素能够防治二孢白粉菌Erysiphe cichoraceavum对黄瓜叶片的侵染。乙烯预处理黄瓜苗可以提高对C.lagenavium的抗性。 二、感病植物的代谢变化 生理病变主要包括细胞渗透性的改变，水分生理的失调，呼吸作用的失常，光合作用的降低，有机物质运输、贮藏的受阻及蛋白质和核酸代谢的变化。 1细胞膜渗透性的变化 细胞膜的最主要功能是控制水分、离子和其它各种物质的进出。主要有原生质体膜和细胞器膜。病组织发生的渗透性变化是各种致病因素的早期反应。寄主植物受病原物侵染后，因细胞膜的结构受到伤害，导致渗漏性加强，溢出大量水分，漏出大量电解质和其它有机物质。同时也丧失了细胞器收和积累无机盐的能力。引起膜渗透变化的因素中最主要的是果胶酶的毒素。例如马铃薯块茎切片用多聚半乳糖醛酸处理3分钟，可见大量电解质的外渗，1015分钟后组织开始浸解。HV毒素处理燕麦感病品种的组织，立即发生电解质外渗。 2水分生理失调 病植物的水分生理失调主要表现在吸收水分机能减弱，水分转运障碍及气孔功能的失调。降低其根系的吸收；阻碍导管中液流的上升；例如番茄茎内液流上升速度较健康茎内小200倍。多糖机械堵塞可能是影响液流上升的主要原因。影响蒸腾；质膜的渗透性增强，气孔关闲失灵、表皮撒裂等所致。如大麦白粉病侵染后期，寄主表皮蒸腾作用增强；蒸腾作用增加同时使细胞渗透热下降，保水能力降低。 3呼吸失常 （1）呼吸速率改变：几乎所有病害都是病程前期和中期病组织的呼吸作用增强，到末期呼吸作用才下降乃至消失。如白粉病和锈病在产孢盛期呼吸作用最强，以后下降。 （2）呼吸途径的改变：植物感染病菌后由原来的糖酵解TCA途径转向磷酸戊糖途径（HMP）转变。表现为C6/C1下降；巴斯德效应消失。 （3）呼吸失常的病理学意义 呼吸作用可以提供抗病有关的原料和能量。 4光合作用的失调 （1）光合速率变化 一般而言，病菌侵染初期光合速率和叶绿素含量略有增加，但后期两者均下降。 （2）叶绿体的衰退 叶绿体的数量的减少，叶绿体超微结构变化，叶绿体RNA减少或细胞质RNA刺激增加。光合磷酸化作用受到抑制。 5核酸和蛋白质代谢的失调 DNA和RNA合成在侵染前期合成受到刺激，后期受到抑制。核糖核酸酶活性的提高（RNase）。与抗性相关的酶活性前期提高，后期下降。部分蛋白质合成增加（病毒外壳蛋白），部分蛋白质合成减少，或降解加快。第四章 植物免疫性（抗病性）机制 研究植物免疫机制的目的是为了搞清植物抗病的本质，掌握植物抗病的内在规律，以便在实践中有目的地诱发、培育和利用植物的抗病性，进而还可以以人工合成免疫来用作防治植物病害。植物病原物在侵染寄主植物的过程中，并不是畅行无阻的，都会遇到寄主某些性状的障碍、抵抗、抑制甚至伤害。这就是寄主植物的抗病性。抗病性不是单一因素，也非简单性状，而是由多种手段，多种因素所形成的综合性状。正如Kui和Tuzun等（1983）指出，植物的抗病性不可能完全依赖于一种机制或某种化合物，而是决定于多种机制以不同方式和不同部位而表达的联合作用。因此植物对病原物的抗病机制是复杂多样的。按抗病因素各种手段为性质，可以把抗病性分为形态的、机能的、组织结构的和生理生化的抗性；也可按病程的各个阶段，把抗病性分为避病（抗接触）、抗侵入、抗扩展和耐病等。我们采用后种划分办法叙述。 第一节 避 病 避病是指寄主植物逃避病原物侵染的特征。可分为时间避病和空间避病。 1时间避病 是使植物易受侵染的生育期与病原物大量散布的时期错开。在自然情况下，当病原物的接种体不存在或低于危害的水平，或病原物处于不活动状态时，感病植物常能逃避病原物的为害。有些病害在季节流行过程中需要有个菌量的积累过程或适宜的环境条件，只有菌量积累到一定程度后或遇到适宜的环境条件，才会引起植物病害。对于这类病害我们可以采取以下几种方法实现避病。调整种植日期。选择某一播种时期的环境因子（温度、湿度传毒介体）对寄主植物生长和发病比对病原物的繁殖有利。例如玉米丝黑穗病菌萌发后是从玉米的幼芽或幼根侵入，因此，玉米播种至出苗期间的土壤温度、湿度与发病关系最为密切。一般土温在20左右，土壤含水量在2024时，玉米发芽生长迅速，纳径610天即可出苗。这种条件虽也适于病菌孢子萌发和侵染，但由于玉米出苗快，缩短了易感染的期间，发病常轻；当土温在15左右，土壤含水量低于20，则不利于种子萌发和生长，出苗迟缓，延长了易受侵染的期间，为病菌侵染提供了有利条件，发病常严重。另外早播和播种过深病重。玉米粗缩病在玉米4-5叶期易感病，10叶期以后发病轻。在河北省5月中旬播种发病最重，4月和6月上旬播种的发病较轻，麦收后播种最轻。因为一月中旬播种的，玉米苗期正遇上第一代灰飞虱成虫发生期，所以发病最重。4月中旬播种的到麦收前后玉米已长大，抗病性增强，发病较轻。6月上旬播种的，玉米出土后，第一代成虫已近尾声，故发病轻。由于北方春播季节的气候特点一般气温低、风大、蒸发量高，有利黑穗病发生。所以在生产上我们提出适期晚播，雨后抢墒播种或保水浅播、催芽播种等一系列促苗早出土的措施。改变栽培方法。玉米矮花叶和粗缩症早播转晚播后，调整株行距。如防治玉米茎腐病的一个措施之一就是适当稀植，降低田间温度，增加通风透光，玉米茎腐病发生明显减轻。防除杂草减少传毒蚜虫可减轻玉米矮花叶病。采用无病种苗把无病种苗在无病地区种植。 2空间避病 是植物形态或机能方面的抗接触。如马铃薯株形直立的品种比匍匐优型品种抗晚疫病；小麦叶片上举与茎秆角度小的品种比叶片平伸的品种抗锈病，小麦小穗排列较稀，小穗与穗轴的夹角较大，且花期短的品种较抗赤霉病。玉米果穗包叶长的而且包得紧的品种较抗黑粉病。 应指出，植物的避病特性不受病原物寄生性变异的影响，在生产实践中很有价值。 第二节 抗侵入 病原物战胜了植物的抗接触特性后，在侵入寄主植物组织时，还会遇到各种各样的物理和化学障碍物。 1蜡质与茸毛 植物茎、叶表面蜡质和茸毛的有、无及多少，常成为抗侵入的特性之一。在玉皮、金大4197等小麦品种上，用喷雾法接种条锈菌不发病，而用涂抹法接种则严重发病，因为涂沫可以破坏表皮的蜡质，此外蜡质内有时还含有一些抑菌物质。叶毛主要有三方面作用：作为阻止侵染结构生长的障碍，如叶较多的小麦品种，禾柄锈菌的附着胞形成较少，当接种体浓度低时，叶毛可成为芽管生长的物理障碍，能减少它们到达气孔的数量；叶毛数量增加，可使露水更有效地覆盖叶表，因而成了喜爱干表面的锈菌芽管的有效障碍；叶毛内可能含有一些酚类物质，在受到外界刺激时，便释放出来。如棉花叶叶毛中存在对病菌有毒的棉酚。 2角质层和木栓层 表皮角质层中的角质和木栓层中的栓质是天然存在于植物表面的结构成分。这些聚合物所固有的作用是保护植物免于脱水和免受病原物的侵染。角质层和木栓层和厚度和硬度与抗菌直接侵入关系密切。如橡胶白粉病菌不能侵染老化叶片是由于老叶的角质层增厚之故。木栓层是块茎、根和茎等抗病菌侵入的重要结构。木栓层中的栓质是不透水、不透光的亲脂性物质，能有效防止病菌侵入。 角质和栓质在抗侵入中除了物理机械障碍外，近年来还发现有化学毒杀作用。角质和栓质的某些羟茎酸单体和环氧酸单体对侵染病原物具有高度毒性。 3气孔和水孔 气孔 对于由气孔侵入的病菌，植物表面气孔的密度、大小、构造及开闭习性等常成为抗侵入的重要因素。某些小麦品种在早晨气孔张开较晚，晚上关闭得较早，往往能抗秆锈菌侵入，柑桔（Citrus nobilis）的气孔较橙（C.sinensis）和柚（C.grandil）的气孔狭窄，开口也小；溃疡细菌不易侵入，因而表现抗病。 水孔 水孔构造不同也可影响作物抗侵入的能力。例如，水稻白叶枯病菌在自然情况下可以侵染鞘糠草（Leersia sayanra），但不能侵入同一场所同属的苇（L.japonica）。这是由于两者的水孔结构不同之故。鞘糖草的水孔保卫细胞无突点，而苇的水孔保卫细胞有突起，可防止细菌侵入。 4木质素 不少植物的组织呈高度木质化。木质化的重要作用在于植物受伤或受病原物侵染的部位迅速产生木质素，大多数植物病原物不能分解木质素。因此，木质素的形成在抗病原物侵入中具有重要作用。 （1）木质素抗侵入中的作用 作为病原物侵入的物理法障碍；防止病原物产生毒素进入寄主内；它的亲脂性使病原物得不到养分；酚类化合物的前体对真菌、细菌有毒；酚类物质的氧化产物可以钝化病原菌产生的脂外毒素和酶；确保护细胞壁和乳头状突起不受病原真菌所产生的酶的消解；可在多糖分子和蛋白质分子外而形成一层膜，使植物组织不易被病原菌水解。例如，小麦品种对白粉病的抗性与感染组织内木质素的增加量呈正相关。 （2）木质化的诱导 用病组织的磨碎液处理健康的组织，就可引起木质化，后来人们发现在某些真菌和植物细胞壁的某些成分是木质化作用的诱导因子，真菌细胞壁中的几丁质及植物细胞壁多聚半孔糖醛酸释放的寡聚半乳糖醛酸，都是木质化的诱导因子。 5胼胝和乳突 胼胝质也称愈创葡聚糖，是吡喃葡萄糖通过1,3键相连而成的聚合物，其上连有许多酚类化合物。当植物受损伤或受病原菌侵染时，在受伤或受侵染的部位可形成胼胝质，阻止病原菌侵入，推迟病原菌侵染过程。 当病原菌的菌丝或吸器侵染抗病品种细胞壁时，寄主通过合成新的碳水化合物，尤其是合成愈创葡聚糖和纤维素，这些碳水化合物位于病菌侵染位点的寄主质膜外侧和细胞壁内侧，构成乳头状突起。乳突出含有上述两种物质还有一些酚类物质、木质素等。因而乳突具有抗侵入的作用，例如大麦感病品种的细胞，经过磷酸钙处理后，可形成乳头状突起，从而提高了对白粉病菌侵入的抵抗性。 6植物外渗物 植物体内的有机酸、糖分、氨基酸、维生素、酶、生物碱酸、核苷酸和无机离子等物质渗到体表时，其中有机成分可阻止病菌孔子萌发和侵入。例如抗病品种水稻叶片的外渗物质碳酸钾能抑制稻瘟病菌菌丝的生长和附着胞的形成，可有效防止侵入。紫皮洋葱品种的外层鳞片中的细胞中含有几苯酚、原儿茶酸，当外层鳞片受潮后可以渗到体表抑制炭疽菌（Colletotrichum circinans）、灰霉病菌（Botrytie allil）等孢子萌发。如果把紫皮洋葱的外层鳞皮剥掉，就象白皮洋葱一样感病。此外根系外渗物还可通过影响拮抗微生物区系来抑制病菌侵入。它将给抗病育种中的亲本选样增加新内容。可以预言，对土传病害的抗病育种将会由此而有新的突破。第六章 病原物的寄生专化性及其变异 第一节 植物病原物的寄生类型 一、植物病原物的寄生类型 植病原物可按寄生性分为专性寄生物、兼性寄生物、兼性腐生物。 专性寄生物：只能从活的植物细胞和组织获取营养，不能腐土。 兼性寄生物：以寄生为主，寄主死后可腐生。 兼性腐生物：以腐生为主，在寄主生活力衰弱条件下，也可寄生，但寄生性很弱。 70年代以后，植物病原物又分为活养生物或活养寄生菌（biotrophs），半活养生物（hemibiotrophs）和死养生物或死体寄生菌（perthotrophs）。 活养生物：在自然条件下，只能在活的植物组织上生长发育，如锈菌、白粉菌、霜霉菌和病毒，大麦黑粉（Usfilago nuda）相当于专性寄生菌。 半活养生物：开始时侵染活的植物组织，但在植物组织死亡后，仍能继续生长、发育并形成孢子。在病斑周围行活体寄生，但在病斑中心附近行死体寄生，如大麦云纹病菌Rhynchosporium secalis，马铃薯晚疫病Phytophthora infestans，菜豆炭疽病Colletotrichum lindemuthianum，水稻稻瘟病Pyricularia oryzae；豌豆褐斑病Ascochyta pisi，向日葵霜霉病Plasmopara halsfedii，甜椒细菌性病Xanthomonas campestris pv. vesicatoria。 死养生物：这类病原菌在侵入前杀死植物组织，然后进行腐生生活，玉米大斑病菌Trichometasphaeria turaica（毛座球腔菌），玉米圆斑病Cochliobolus carbonum，白娟病菌Scleroti