第二章病原生物的致病因子

19植物病理生理学 第二章 病原生物的致病因子第二章 病原生物的致病因子在适宜环境条件下，病原物对寄主植物致病能力大小取决于它们所具有致病因子多少和活性大小。病菌致病因子：酶、毒素、激素。近年来，人们试图利用生物工程和基因工程手段研制各种酶、毒素的抑制因子或进行病菌致病基因改良、抗病突变体筛选等工作，探索防病、治病新途径。目前，从许多病原细菌中克隆出来的hrp基因，是病原菌对寄主的致病性和诱导非寄主植物产生过敏性反应（HR）必须的基因，具有病菌与植物互作的核心功能。病原菌的致病因子的致病机理甚为复杂，首先要有对致病因子的性质的了解，才能考虑与寄主植物间的互作关系。所以必须建立在对病菌产生的酶、毒素、激素的本质及其作用机制的了解的基础上才能有效、有目的的提供分子生物学、分子遗传学的研究理论依据。因此，本章将系统介绍病原物产生的酶、毒素、激素的主要种类及其在病程中的作用机理。第一节 酶病原菌侵入寄主植物表皮和细胞需要各种酶，其中最主要的是：角质酶和细胞壁降解酶（果胶酶、半纤维素酶、纤维素酶、木质素降解酶和蛋白酶等）。一、角质酶植物体地上部分表皮的最外层是角质层，它主要是由直链的C16和C18羟基脂肪酸衍生出的难溶性多脂类化合物构成的角质组成。病原真菌直接侵入时用以突破这第一道屏障的酶就是角质酶。主要从病原真菌分离得到，表2-1列出检测到的7属12种真菌产生角质酶。表2-1 有角质酶活性的病原菌及其病害（7属12种）病菌寄主病害豌豆根腐镰孢（Fusarium solani pisi）豌豆豌豆根腐病南瓜粉红镰孢（F. roseum sambucinum）南瓜南瓜赤霉病小麦黄色镰孢（F. roseum culmorum）小麦小麦赤霉病大麦根腐长蠕孢（Helminthosporium sativum）大麦大麦根腐病马铃薯疮痂菌（Streptomyces scabies）马铃薯马铃薯疮痂病盘长孢状刺盘孢（Colletotrichum gloeosporioides）番木瓜番木瓜炭疽病辣椒刺盘孢（C. capsici）辣椒辣椒炭疽病禾生刺盘孢（C. graminicolum）玉米玉米炭疽病恶疫霉（Phytophthora cactorum）苹果苹果疫病灰葡萄孢霉（Botrytis cinerea）苹果苹果灰霉病灰葡萄孢霉（B. cinerea）番茄番茄灰霉病苹果黑星菌（Venturia inequalis）苹果苹果黑星病（一）角质酶分子特性1、一般特性 酯酶 具同工酶（同工酶是指催化相同的化学反应,而酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。），如F. solani pisi 有2个同工酶。 不同病菌角质酶氨基酸组成基本相同：均含有1个蛋氨酸（Met）、1个组氨酸（His）、1个色氨酸（Trp）； 分子量：2226kDa 角质酶：C端游离，N端不是游离（N端氨基酸通过酰胺键与葡萄糖醛酸连结，助于酶在胞外稳定）2、催化特性 水解角质多聚体寡聚体单体 活性中心：三分体结构（三个基团）：丝氨酸残基上（羟基、羧基）和组氨酸（咪唑基） 实验设计：可通过抑制酶活性中心，来抑制酶的活性（二）角质酶在病菌直接侵入中的作用实验设计前提：已证实病菌可在离体下诱导产生角质酶。科研工作者从诱导或抑制角质酶的产生来证实病菌角质酶对寄主植物的作用。1、侵入位点的确定（实验设计）利用免疫技术和电镜观察：病菌孢子接种寄主；侵入后用角质酶抗血清处理侵入部位；电镜观察：侵入部位电子密集（抗原-抗体复合体：角质酶与抗血清结合）；证明角质酶存在。如利用茄腐皮镰孢豌豆专化型菌(Fusarium solani f.sp.pisi)和胶孢炭疽菌(Colletotrichum gloeosporioides)分别侵入豌豆和番木瓜的侵入位点都已发现了角质酶。2、钝化角质酶阻止病菌侵入实验设计：角质酶抗血清和酶抑制因子与病菌孢子悬液混合，病菌角质酶活性被钝化，说明病菌产生角质酶。例子：克瘟散、苯来特杀菌剂在离体条件下抑制角质酶活性，阻止病菌侵染。3、角质酶缺失突变株的产生实验设计：病原菌（用紫外线/化学药剂处理）角质酶缺失突变菌株（接种）表皮完整植株不发病 （接种）表皮损伤植株发病，产生病斑说明：病菌是依靠角质酶进行侵染的。4、角质酶缺失突变株致病力的恢复如果病菌是依靠角质酶侵染植物表皮的，那么在病菌角质酶缺失突变株中加入外源角质酶应该能恢复其致病力。例子：F. solani pisi：T-8对豌豆完整/损伤茎表皮的致病力均高、萌发孢子产生角质酶多； 突变株：T-30仅对表皮损伤豌豆茎致病、产生角质酶少。 突变株T-30：+角质酶致病力不如T-8； +角质酶&纤维素酶、果胶酶、果胶甲脂酶与T-8致病力一致。说明：突变株T-30缺少一套完整的侵入酶系：角质酶、细胞壁降解酶。二、果胶降解酶（属于细胞壁降解酶类）（一）果胶酶（pectinase）的种类和一般特性果胶酶是一组复合酶，主要作用于果胶类物质，降解植物细胞壁果胶成分所引起的病害有软腐、干腐、枯萎、叶斑等。根据分解糖苷键反应性质分以下5种：1、果胶甲基酯酶（pectin methylesterase，PME/PE） PME催化功能：将果胶或果胶酯酸的甲氧基脱掉产生胶酸； PME具同工酶：从灰葡萄孢（Botrytis cinerea）分离到PE、PE； PME能被金属离子激活：如Na+、Ca2+。2、果胶酸酯裂解酶（pectate lyase，PL）和果胶裂解酶（pectin lyase，PML）这两种酶均属裂解酶：能裂解果胶分子中连接半乳糖醛酸的-1，4糖苷键，称为反式消除酶（transeliminase），它作用于酸性多聚糖残基从而生成不饱和（C4、C5间形成不饱和键）的酸性寡糖。同时这两种酶易被二价阳离子激活，如Ca2+。3、多聚半乳糖醛酸酶（polygalacturonase，PG）和果胶甲基半乳糖醛酸酶（pectin methyl-galacturonase，PMG）PG和PMG都是水解作用分解果胶物质-1，4糖苷键，释放出还原基团。两种酶均有同工酶。（二）果胶酶的致病作用1、果胶酶引起的病害症状（软腐、基腐、维管束枯萎等）软腐：被侵染的新鲜薄壁组织变软，呈水渍状，无色或变褐。 苹果灰星病菌（褐腐）：引起褐腐，PG降解寄主细胞壁的同时，病组织多酚氧化酶活性提高，寄主酚类物质被氧化成醌类物质而产生褐腐症状，接着酚类氧化产物又钝化病菌的PG，阻止细胞壁的进一步降解。 扩展青霉（白腐）：由于寄主多酚氧化酶的活性受抑。维管束病害：维管束纹孔膜板初生细胞壁中胶层复合体被酶解后，释放凝胶堵塞导管造成枯萎；而酚类物质有时与凝胶交联，使维管束变褐。果胶酶能引起维管束枯萎，但并不意味果胶酶是导致枯萎的唯一因素，UV也可以引起维管束病害。2、专性寄生菌产生的细胞壁降解酶腐生和专性寄生菌降解寄主细胞壁的程度不同：一般专性寄生菌降解细胞壁程度较弱，因为专性寄生菌产生细胞壁降解酶的种类、数量、时间受到更为严格的控制，所以专性寄生菌侵染的寄主组织不能很快消解与崩溃。3、果胶酶引起的组织浸解和原生质体死亡组织浸解和原生质体死亡的酶学基础是揭示软腐病菌侵染机制的关键。 浸解作用：病原菌产生的果胶酶将粘连植物细胞间的果胶多糖物质降解，使寄主组织细胞彼此分离，组织软化呈水渍状。 原生质体死亡原因： 果胶酶中有毒素； 果胶酶中含磷脂酶、蛋白酶、核糖核酸酶等，能使细胞死亡； 果胶酶除有酶活作用外，还有毒杀作用； 细胞壁经果胶酶分解后，细胞壁降解产物对细胞有毒； 细胞壁经果胶酶作用释放某些酶（主要是酚类氧化酶）及其酶解产物对原生质体有毒； 果胶酶可以和细胞膜或原生质体的糖醛酸起作用；渗透效应假说：细胞壁因胞间中胶层及多糖组分受果胶酶降解，使初生壁松弛，壁压下降，原生质膜在低渗中改变了弹性伸长结构，透性增大，随着质膜超过弹性极限而导致原生质体死亡。（三）果胶酶和其他因子的协同作用1、果胶酶与其他细胞壁降解酶的协同作用 病菌产生降解寄主细胞壁的酶有时间顺序：果胶酶半纤维素酶纤维素酶如黄萎轮枝菌（Verticillium albo-atrum）侵染番茄茎部，其受降解酶降解的时间顺序：PG（多聚半乳糖醛酸酶）PGTE（PG反式消除酶）阿拉伯聚糖苷酶（半纤维素酶）木聚糖酶（半纤维素酶）Cx（纤维素酶）。所以细胞壁完全降解需要这些酶在时间上相互配合。 研究表明：细胞壁降解酶产生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。 细胞壁中的主要成份鼠李糖半乳糖苷部分降解，能促进其他酶对底物的降解作用。如endo PG（内切PG，随机作用于底物）和endo PGTE首先进攻植物细胞壁，松弛其结构，使细胞壁其他成分暴露于其他降解酶作用之下，常称他们为“壁修饰酶”或“细胞壁改性酶”实验验证：桐叶槭离体细胞壁：真菌内切葡聚糖酶（纤维素酶）+endo PG释放1%壁多糖; 桐叶槭离体细胞壁：endo PG+内切葡聚糖酶释放10-15%多糖。2、果胶酶与蛋白酶的协同作用 蛋白酶可把细胞壁中蛋白质成分降解。 如瓜枝孢霉产生的蛋白酶与降解黄瓜下胚轴的果胶酶协同降解细胞壁。 endo PG+蛋白酶粗提液在30-60min内浸解组织； 果胶酶+纤维素酶需2-3h； 蛋白酶+纤维素酶在24h内未能浸解组织。 酶液处理桐叶槭细胞壁：蛋白酶处理：溶解细胞壁物质0.3%； endo PG处理细胞壁蛋白酶溶解物质达2%。3、果胶酶活性与寄主组织酸度变化的关系病菌的一些代谢产物不仅本身对寄主有破坏作用，而且在浸解过程中与endo PG协同作用。如核盘菌（Sclerotinia sclerotiorum）侵染向日葵过程中，病菌代谢产物草酸促进了endo PG降解细胞壁，原因： 草酸螯合了寄主细胞内的钙离子，增强果胶物质的可溶性，使更易降解； 草酸降低了被侵染组织的pH，使寄主组织酸度更适合于果胶水解酶的活性。4、果胶酶活性与诱导寄主保卫反应的关系果胶酶不仅是病菌侵袭植物的手段，而且还能诱导寄主发生保卫反应。如：甘薯软腐病菌（Rhizopus stolonifer）的PG可诱导蓖麻幼苗产生蓖麻素； 核盘菌产生的PG和草酸能激发大豆胚轴产生大豆素I。（四）果胶酶活性与病菌致病力的关系国内外学者对果胶酶与致病力的关系大致有三种观点：1、病原菌致病力与病原体外产生的果胶酶的能力相关。实验证据：Friedman & Ceponis用UV诱导马铃薯软腐病菌（E. carotovora）产生弱毒株系突变体，u 培养液（有毒株系）处理组织片段：32min后组织崩解；u 培养液（无毒株系）处理组织：需要72min。u 有毒株系培养液处理的组织内累积的半乳糖醛酸单体是弱毒株系的4.5倍，说明有毒株系的培养液具有较强断裂果胶链的活性。2、活体外产生的果胶酶能力与病菌致病力无关如P. aphanidermatum侵染的黄瓜腐烂组织中分离的果胶酶才能使黄瓜组织软化。只有在活体条件下，病菌的细胞壁降解酶（果胶酶为主）综合作用与病菌致病力正相关。3、活体内产生的果胶酶活性也不一定与致病力相关，原因如下： 因为病菌产生的机械压力在侵入过程中相当重要； 寄主体外产生果胶酶实验与自然发病条件相差甚远，在植物体内不一定能产生果胶酶； 活体内实验产生果胶酶比较接近自然，但不同致病力菌株在寄主内产生果胶酶能力也受外界和植株本身因素的影响； 另外有些病害中果胶酶与致病力无关，果胶酶只是病害复合致病因素之一。（五）影响病菌果胶酶活性的因子影响果胶酶活性的因素与寄主抗性机制密切相关，所以它是世界科学家感兴趣的课题。1、草酸的影响许多叶斑、根茎腐烂病菌能够产生草酸。草酸能激活果胶酶活性的原因： 草酸降低寄主pH，使寄主的pH有利于果胶酶活动；如核盘菌侵染向日葵，茎的酸度由pH6.0下降到pH4.0，这与果胶水解酶类（PG，PMG）酶活最适pH5.5最接近。 草酸能螯合植物细胞壁中Ca2+，使细胞壁内不易分解的不溶性果胶钙转变成易水解的可溶性果胶酸； 草酸能抑制多酚氧化酶活性，限制氧化的酚类物质形成，使果胶酶活性加强，加重病害。2、寄主外渗物的影响 寄主植物器官分泌化学物质（如半胱氨酸、亮氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸等）促进病菌生长，诱导病菌果胶酶产生； 如对棉花黄萎病菌敏感的棉花品种，根部外渗物含大量丙氨酸能诱导轮枝菌产生多聚半乳糖醛酸内切酶 有时氨基酸不是直接诱导病菌产生果胶酶，而是通过抵消酚类物（醌）对果胶酶产生的抑制作用而发挥诱导作用； 外渗物中多糖类物质也能诱导病菌产生果胶酶。 如棉花下胚轴和种子外渗物含大量多聚半乳糖醛酸，能增强诱导R.solani产生果胶酶的作用。3、酚类物质和单宁酸的影响 酚类氧化产物醌能抑制果胶酶活性；氧化的酚类物质对病菌果胶酶的钝化作用主要是氧化酶的巯基（-SH）。如马铃薯、菜豆、苹果和梨汁液中有醌能抑制番茄枯萎菌果胶酶活性。香草醛、间苯三酚、邻苯二酚都能抑制尖镰孢和串珠镰孢产生的果胶酶（PG和PMG）及纤维素酶（Cx）的合成。寄主酚类物质代谢可能是限制叶斑面积的因素之一。 B. fabae 的果胶酶和纤维素酶降解细胞壁多糖，释放低分子量细胞壁成分激活潜在寄主酚类氧化酶从而使寄主细胞内酚类物质氧化，氧化的酚类能钝化病菌细胞壁降解酶，限制果胶酶在寄主组织内的扩展。4、二价阳离子的影响Ca2+、Ba2+可以抑制PG的活性，由于寄主植物细胞壁内含有可溶性果胶酸，能和Ca2+或Ba2+形成不溶性的果胶酸盐类的多聚体，具有抗病菌侵染的功能。如菜豆下胚轴随苗龄增加而不溶性果胶酸钙也增加，抗R. solani PG浸解能力增强。在Ca2+充足条件下生长的番茄植株Ca2+含量增加，可溶性果胶减少，抗病性也增强。生长调节剂（IAA）和Ca2+协同作用时才能诱导植物的抗性，因IAA可以使细胞壁果胶脱甲基形成果胶酸，果胶酸则易和Ca2+形成抗降解的果胶酸钙。二价阳离子在较低浓度（Ca2+1.5%mmol/L）下可激活PG，植物感病性也增加。5、木质素的影响 木质素是由酚类化合物的聚合物和一些醇酸组成，在细胞壁多糖分子和蛋白分子外侧形成一层膜，使之免受病菌细胞壁降解酶分解，从而抵抗病菌侵入。6、寄主抑制因子的影响在许多寄主（菜豆、黄瓜、辣椒、番茄、苹果、梨）组织和细胞壁内有果胶酶抑制因子，经鉴定是一种糖蛋白，它以共价键、离子键或其他化学力与细胞壁结合。对果胶酶（endo PG、PGTE）有抑制作用，并具专化性。如在梨果实中发现PG抑制因子，果实未成熟时该因子含量高，成熟时由于细胞壁上抑制因子结合位点消失，导致抑制因子大大减少，所以果实发育后期抗病能力也下降。可见，抑制因子对酶的抑制作用需要达到一定的数量才行。（六）胞壁成分和结构对果胶酶亲和性的影响1、胞壁多糖成分单、双子叶植物细胞壁对细胞壁降解酶的亲和性不同。如：endo PGTE降解菜豆细胞壁比降解水稻细胞壁有效；木糖苷酶降解玉米细胞壁比降解菜豆细胞壁有效；不同品种的植物对细胞壁降解酶抗性的强弱要取决于细胞壁多糖的成分和类型，还涉及细胞壁其他成分及其结构。Cell壁成熟过程中伴随细胞壁的变化：果胶转变为多聚半乳糖醛酸钙，单糖按比例变化（半乳糖减少，木糖增加）和发生木质化、木栓化等；所以成熟组织抗病性表现为细胞壁对细胞壁降解酶的抗性，如菜豆对R. solani的抗性。但果实细胞壁多糖的变化与上述过程相反，随着年龄的增加，可溶性果胶增加，对病菌侵染愈加敏感。2、酶的抑制和细胞壁的螯合细胞壁中的蛋白质有很强的能力以离子键与病菌PG结合，通常病菌PG易与亲和寄主细胞壁专化性结合，而不能与非寄主细胞壁结合，意味着对PG活性的限制有利于植物抗病。在离子强度和pH适宜时，果胶酶易被细胞壁束缚（如pH4.0，尖镰孢PGTE被豌豆细胞壁束缚98%），从而限制了侵入菌丝附近细胞壁的降解。3、胞壁多孔性酶体积大小决定于它在寄主体的位置（胞间、胞壁束缚或胞外）及在寄主细胞壁内的活性。纤维素酶主要降解次生壁，因为多数真菌的纤维素酶（=60）比次生壁毛细管（d40 ）大。总结：病菌果胶酶需协同其他酶系综合影响植物达到植物发病。展望：影响果胶酶活性的因子很复杂，需要深入研究酶与植物细胞间的识别才能明确它的致病机理。三、半纤维素降解酶半纤维素酶（hemicellulase）是代表专一性降解半纤维素的一组酶类，属于聚糖水解酶。1. 典型半纤维素酶包括：L-阿拉伯聚糖酶 D-半乳聚糖酶 D-甘露糖酶 D-木聚糖酶：按水解糖苷键不同分：（13）-D-木聚糖酶 （14）-D-木聚糖酶2. 半纤维素酶在病程中的作用：主要对寄主植物胞壁多糖的中性糖即甘露糖进行降解。许多半纤维素的完全降解需要复合酶系统。四、纤维素酶（cellulase）1、纤维素酶是一组复合酶，至今发现4种纤维素酶：C1酶（1,4-D葡聚糖内切酶）：作用于分子链间键，天然结晶纤维素非结晶纤维素（葡聚糖链）；C2酶：天然纤维素短纤维。 Cx（-1,4-内切-葡聚糖酶）：裂解氢键和糖苷键，使葡聚糖链、纤维素短链纤维二糖；-葡萄糖苷酶（纤维二糖酶）：纤维二糖葡萄糖；单一种酶对天然纤维素均无作用，需要几种酶构成一个协同系统。上述4种酶一旦结合在一起，便可把天然纤维素降解成葡萄糖。2、纤维素酶的抑制剂：重金属去垢剂、巯基试剂、纤维二糖等。关于纤维素酶在病程中作用研究较少，一般纤维素酶的活性常出现在侵染后期。五、蛋白酶（proteinase）植物细胞次生壁、中胶层、细胞膜中含有蛋白质，许多植物病原微生物能产生蛋白酶，并已在病组织中分离到。1、水解酶：水解肽键 2、分类（根据活性部位的催化机制）： 丝氨酸蛋白酶：活性位点上含丝氨酸； 硫醇蛋白酶：活性位点上含半胱氨酸； 金属蛋白酶：活性位点上结合有金属离子，如Mg2+、Mn2+、Zn2+、Fe2+； 酸性蛋白酶：活性位点上含羟基。3、蛋白酶与果胶酶协同起作用：如胡萝卜软腐欧氏杆菌引起软腐病中，果胶酶降解植物细胞壁中果胶物质，蛋白酶降解植物细胞壁和膜内的蛋白质。展望：目前对蛋白酶在病程中作用研究仅以活体外研究为基础，因此必须进一步研究活体内产生蛋白酶与病程的关系。第二节 毒 素一、毒素概念及特性（一）概念：毒素(toxin)是植物病原物在生长代谢过程中产生的，能在非常低的浓度范围内干扰植物正常生理功能并引起明显损伤，对植物病害有诱导作用的非酶类化合物。（二）毒素特性：毒素是病原物的代谢产物，但不属于酶类物质；不仅在植物体内产生，也可在人工培养条件下产生；是一种非常高效的致病物质，能在很低的浓度下干扰植物正常生理功能，诱发植物产生各种病状：褪色、坏死、萎蔫等。（三）毒素是寄主的致病因子或毒力因子：致病因子（pathogenicity factor）：对植物发病起决定作用；植物毒力因子（virulence factor）：在植物病程中与增加病程速度和加重病害症状的作用有关，但对病害的发生不具有决定性作用。二、毒素命名1、真菌毒素命名：一般以病原物的种、属学名的第一个拉丁字母加毒素（英文字母）即为某一病原物产生的毒素。如玉米小斑病菌（Bipolaris maydis）T小种毒素名为：BMT-toxin，有时可简称T毒素；又如大丽轮枝菌（Verticillium dahliae）产生毒素称VD-toxin。2、细菌毒素命名：一般以病原菌寄生的寄主植物的名称定名或以产生毒素的病原菌来称呼。如菜豆毒素、烟草毒素、丁香菌毒素、根瘤菌毒素、火疫菌毒素等。三、植物病原细菌毒素及作用机理（一）植物病原细菌毒素植物病原细菌毒素的研究较早，至今已报道的细菌毒素有10多种，但没有明确哪些具有寄主专化性。1、棒杆菌（Clavibacter michiganesis）毒素及其致萎机理这类毒素都是致萎毒素，已发现3个亚种产生毒素。（1）马铃薯环腐病菌（C. m. subsp. sepedonicus）毒素 致萎毒素：致萎糖肽 分子量：2.1104Da 组 分：葡萄糖、甘露糖、少量鼠李糖、半乳糖、核糖、阿拉伯糖，10%2-酮-3-脱氧葡萄糖酸、5%肽； 活性中心:糖组分 非专化性毒素：细胞电镜观察呈永久性损伤，但萎蔫幼苗移至蒸馏水后可恢复。（2）苜蓿萎蔫病菌（C. m. subsp. insidiosus）毒素 致萎毒素：致萎糖肽 分子量：5106Da 组 分：40%果糖、20%葡萄糖、20%半乳糖、脱氧酮糖酸、痕量甘露糖&鼠李糖，2.5%肽；组成复杂，具有多种分子量糖肽及复合物。 致萎机理：病菌毒素干扰水分运输。原因：阻塞导管纹孔膜孔（图2-1），苜蓿茎部纹孔膜的孔大于叶柄接点纹孔膜孔，前者可允许2106Da以上的多糖通过，因而苜蓿萎蔫多糖可在茎部导管传递到叶柄接点处，但这种多糖不能通过叶柄接点，因而苜蓿萎蔫毒素在叶柄接点和小叶处积累，阻止水流，导致萎蔫。 萎蔫多糖三种大小不同的分子：l 5106Da：通过茎导管纹孔膜孔，不能通过叶柄接点纹孔膜孔；l 5106Da与肽复合体：分子量很大，不能通过茎导管纹孔膜孔；l 5106Da：通过所有纹孔膜孔，但可在叶片细胞初生壁上积累而干扰水分向蒸发表面运动。图2-1纹孔的构造和类型（3）番茄溃疡病菌（C. m. subsp. michiganesis）毒素 致萎毒素：致萎糖肽 组 分：多糖95%，RNA 57%； 非专化性：病菌致病力与毒素之间无相关性，毒素以非专化性方式诱导萎蔫症状； 作用机理：不清楚； 作用位点：小叶导管 毒素活性：受RNase（核糖核酸酶）影响，因毒素含5-7%RNA。2、梨火疫病菌（Erwinia amylovora）毒素及作用机理 多糖毒素：amylovorin 分子量：165-168kDa； 组 分：98%半乳聚糖，微量蛋白； 具选择性：引起感病植株萎蔫，抗病植株经较长时间才萎蔫，非寄主植株不萎蔫； 毒素作用方式：amylovorin 通过机械地限制植株中的水流，使木质部水流阻力加大所致，并无寄主专化性。电镜观察处理过的苹果茎组织，木质部薄壁细胞在质壁分离早期，质膜收缩，原生质体与细胞壁分离，而细胞的几股原生质仍附着在胞间连丝上，有时这种连接断裂，胞间连丝从壁中拉出，细胞器膜破裂。梨火疫病菌毒素活性甚为复杂，以哪种糖组分为主组分仍需进一步研究。3、青枯病菌（Pseudomonas solanacearum）毒素及致萎机理 致萎毒素：胞外多糖（EPS），热稳定 组 分：N-乙酰基半乳糖胺，含有葡萄胺和果糖的EPS对植物毒害能力最强。 致萎机理：增大导管液粘度，使水分运输减速；还认为毒素分子量大，可堵塞导管。4、假单胞杆菌（Pseudomonas syringae）毒素及其褪绿机理（1）菜豆晕斑病菌（P. s. pv. phaseolicola）毒素 褪绿毒素：phaseolotoxin 组分：三肽（鸟氨酸、丙氨酸、高精氨酸） 褪绿机理：毒素处理叶片，叶片鸟氨酸积累100倍，鸟氨酸氨基甲酰转移酶（OCT）受毒素抑制，干扰精氨酸合成（瓜氨酸和精氨酸能减轻褪绿症状）。但抑制OCT是怎样导致大量褪绿的机理尚不清楚。用phaseolotoxin处理菜豆植物可造成典型晕斑病症状：叶片褪绿、萎蔫、叶脉透明、植株矮化，晕斑和系统褪绿及鸟氨酸积累使植株中毒。此毒素与病菌毒力有密切关系。（2）丁香菌素和丁香毒素：丁香假单胞菌（P. s. pv. syringae）产生丁香菌素（syringomycin,SR）和丁香毒素(syringotoxin,ST)：SR由核果类、梨和禾本科植物的致病菌产生，ST有柑橘菌系产生。两者都无寄主专化性、分子量较小、都具多肽结构，但在氨基酸组成及某些物理性质上稍有不同。SR可造成桃梢坏死，玉米叶片水渍状，褪绿和坏死；ST也可引发玉米叶水渍，褪绿和坏死。作用机理：引起玉米离体线粒体氧化代谢变化，造成氧化磷酸化解偶联、刺激ATP酶活性而抑制ATP形成、促进线粒体膨胀以及降低线粒体膜电位。据报道丁香菌素还干扰寄主植物RNA合成。（3）烟草野火病菌（P. s. pv. tabaci）毒素 毒素：烟草野火病菌毒素（tabtoxin）烟草野火病菌丝氨毒素(ser2)tabtoxin烟草野火病菌氨酸-内酰胺（tabtoxinine-lactam） tabtoxinine-lactam+苏氨酸tabtoxintabtoxinine-lactam+丝氨酸(ser2)tabtoxin 三种毒素均能导致叶片褪绿。 作用机制：抑制谷氨酰胺合成酶活性，导致氨的积累，引起叶片中毒表现褪绿症状。超微结构观察：毒素处理4h后，烟草叶片细胞的叶绿体基粒片层膨胀，在间质中出现许多泡囊，与氨对质体超微结构的影响相似。5、黄单胞杆菌（Xanthomonas spp.）毒素及其致萎机理（1）胞外多糖（EPS）：Xanthomonas 属有几种产生致萎EPS。稻白叶枯病菌（X. campestris pv. oryzae）EPS 组分：葡萄糖、甘露糖、葡糖醛酸、阿拉伯糖醇、葡糖醛酸内酯。 分子量：106kDa，热稳定。 强致病力菌系EPS中甘露糖和葡糖醛酸含量高于无毒菌株。 致萎机制：与青枯菌EPS相似。毒素组分苯乙酸可加大水稻叶组织透性，使14C光合产物大量渗漏到水中；另一种含酚类毒素可使水稻秧苗呼吸速率加强。甘蓝黑腐病菌（X. campestris pv. campestris）EPS EPS以纤维素直链为主链，隔1个葡糖分子1条三糖侧链，其末端甘露糖分子上连1个缩丙酮醛基，基部的甘露糖被乙酰化，中间是一个葡糖醛酸。 两种组分，分子量分别为：2.1104kDa、2106kDa EPS生物测定症状：水渍状、萎蔫状。（质膜透性变化）柑橘溃疡病菌（X. c. pv. crtri）EPS 分子量：32000Da 致病机理：堵塞寄主体导管水流，在病菌侵染早期引起寄主体内乙烯生成。（2）其他毒素：稻白叶枯病菌产生的其他毒素：苯乙酸、3-甲硫基丙酸、反式-3-甲硫基丙烯酸等七种氨基酸的衍生物都能引起坏死斑，有的组分还能引起褪色或萎蔫。致萎机制：与棒杆菌EPS机理相似，苯乙酸组分加大水稻叶组织透性，使14C光合产物大量渗漏到水中，可能与卵磷脂酶活性增大有关。（二）病原细菌毒素的作用机理（已融入到以上毒素介绍中） 由于大部分细菌毒素属于非专化性毒素，所以他们对植物的作用是多位点性的，因而其作用机理就不可能从单一角度来阐明某一毒素的专一毒性机制，况且有不少毒素是多组分的（性质属于EPS、有机酸、多肽或糖肽等），其机理更为复杂。四、真菌毒素及其作用机理（一）病原真菌毒素依据对毒素敏感的植物范围和毒素对寄主种或品种有无选择作用可将植物病原菌产生的毒素划分为寄主专化性毒素(host specific toxin，HST)与非寄主专化性毒素(non- host specific toxin，NHST)两大类。1、寄主专化性毒素（HST）host-specific toxin/host-selective toxin 概念：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毒素。又叫寄主选择性毒素(host-selective toxin)。 特点：1）植物的致病因子，低浓度就能引起感病寄主植物产生典型病状；2）在寄主植物上具高度专化的作用位点，具有品种间的高度专化性，即毒素与产生毒素的病原物有相似的寄主选择性；3)能反映寄主植物对产生毒素病原菌的抗性或敏感性的明显差异。HST对植物基因型专化的或对细胞位点专一的，在病程中起致病因子（pathogennicity factor）作用。迄今为止已报道9属21种植物病原真菌可产生HST，其中15种已明确其化学结构。这些HST主要是由长孺孢属（Helminthosporium）和链格孢属（Alternaria）真菌产生的（表2-2）。表2-2 寄主专化性毒素（HST）及产毒素菌HST产毒菌十字花科植物黑斑病菌毒素（AB）Alternaria brassica粗皮柠檬黑斑病菌毒素（ACR）A. citri宽皮橘黑腐病菌毒素（ACT）A. citri草莓黑斑病菌毒素（AF）A. fragariae梨黑斑病菌毒素（AK）A. kikuchiana番茄茎枯病菌毒素（AL）A. alternate f. sp. Lycopersici苹果轮斑病菌毒素（AM）A. mali烟草赤星病菌毒素（AT）A. longipes玉米圆斑病菌毒素（HC/BC）Helminthosporium carbonum（Bipolaris carbonum）玉米小斑病菌T毒素（HMT/BMT）H. maydis （B. maydis）甘蔗眼斑病菌长孺孢苷（HS/BS）H. sacchari (B. sacchari)燕麦疫病菌维多利亚毒素（HV/BV）H. victoriae (B. victoriae)高粱买罗病菌毒素（PC）Periconia circinata玉米黄叶枯病菌毒素（PM）Phyllosticta maydis番茄轮斑病菌毒素（CC）Corynespora cassiicola烟草枯萎病菌毒素（FON）Fusarium oxysporum f. sp. nicotiana小麦褐斑病菌毒素（PTR）Pyrenophora tritici-repentis大麦网斑病菌毒素（PT）Pyrenophora teres（1）链格孢属（Alternaria）的寄主专化性毒素（HST）主要包括：AK、AM、AL、AF、ACT毒素。1）AK毒素：1933年日本田中报道的日本梨黑斑病菌（菊池链格孢）产生的AK毒素是最早报道的寄主专化性毒素。AK毒素对感病品种二十世纪等日本梨毒性极强，但对长十郎等抗病品种以及非寄主植物无毒。现已发现AK毒素是两种毒素主组分（和）和一种毒素次要组分的混合物，AK是高毒组分，浓度低至10-8510-9mol/L仍可引起二十世纪梨特征性的叶脉坏死，但在抗病品种和非寄主苹果和草莓上，浓度高达1.210-4mol/L也不引起任何症状，这是寄主专化性毒素的基本特征之一。AK毒性低于AK，在10-7mol/L时才引发感病梨叶叶脉坏死。2）AM毒素：是由苹果链格孢产生的一种寄主专化性毒素，它是一环状四肽，由3种组分（、）组成，以毒性最强，最弱。AM在感病和中抗的苹果品种上引起的叶脉坏死的浓度分别为10-8mol/L和10-5mol/L，但浓度高至10-4mol/L也不能引起抗病品种坏死。3）AL毒素：是由番茄链格菌(番茄茎枯病菌)产生的，由两种组分（TA和TB）组成，在25ng/ml时引起感病番茄品种叶脉坏死，但高达100g/ml（4000倍）时对抗病品种也无毒。AL毒素经碱解成丙三羧酸和氨基戊醇两部分，前者对番茄无毒性，后者则保留了寄主选择性毒性。4）AF毒素：是由草莓黑斑病菌的簇生链格孢产生的一种寄主专化性毒素，该毒素含有3种组分（、），这3种组分结构上相似，但对寄主植物的生物活性不同。AF在3.210-8mol/L时引起感病草莓品种盛冈16号和日本梨二十世纪叶脉坏死，但高浓度10-4mol/L时对抗病品种也无毒；AF在2.810-8mol/L是引起二十世纪梨坏死，高浓度下不引起盛冈16号和抗病品种坏死；AF在3.110-7mol/L只对盛冈16号有毒，1.610-5mol/L时对二十世纪梨有毒。5）ACT毒素：是由柑橘黑腐菌宽皮橘致病型产生。此菌侵染宽皮橘（Citrus reticulata），但不侵染粗皮柠檬（C.jambhiri），产生的毒素对宽皮橘有毒，而对粗皮柠檬无毒。ACT毒素有两种组分，A组分对柑橘有毒，B组分对柑橘无毒却对几个日本梨品种有毒。A组分经粗提纯后浓度为0.1g/ml时处理宽皮橘叶片后24h引起典型叶脉坏死，并使邻近叶肉细胞坏死。B组分浓度为0.1g/ml时也可使日本梨二十世纪叶脉坏死。 6）ACR毒素：由柑橘黑腐菌粗皮柠檬致病型菌株产生。此菌对粗皮柠檬有致病力，但对宽皮橘无致病力。ACR毒素包括多种组分，主毒素ACR对粗皮柠檬高毒，用极微量（10g/ml）毒素液处理粗皮柠檬叶片，24h内即可见叶脉坏死，对宽皮橘和其他非寄主即使用高浓度1000g/ml也无活性。 7）AT毒素：在烟草赤星病菌孢子萌发和菌丝培养中都能产生。AT毒素包括两种组分：AT浓度为25g/ml时在感病品种叶上形成坏死斑，用0.5g/ml可以抑制芽和根伸长，对抗病品种和非寄主植物浓度高至100g/ml也无毒性。 8）AB毒素： 由十字花科植物黑斑病菌产生，是一种环状肽，水解后产生异亮氨酸、脯氨酸和-丙氨酸（比例1:1:1）。当处理不同十字花科植物时，引致叶片严重褪绿、坏死。用AB毒素（12.5g/ml）处理感病品种花粉粒可完全抑制其萌发，当浓度高至100g/ml才能抑制抗病品种花粉萌发。（2）长蠕孢属（Helminthosporium）寄主专化性毒素，主要包括HV、HC、HMT、HS、HMC、HT。因长蠕孢属有新的分类系统，根据分生孢子脐点形态而划分为平脐蠕孢属（Bipolaris）、内脐蠕孢属（Drechglera）、凸脐蠕孢属（Exserohilum），在这里为了顾及新老分类体系，在写明长蠕孢属的同时，又添加了新分类系统的命名法。1）HV毒素（BV毒素）：HV毒素是继AK毒素之后发现的HST。是由燕麦维多利亚叶枯病菌产生的，该毒素对抗病品种和感病品种的毒性差异很大：在浓度低于1.0g/ml时即能显著毒害感病燕麦品种幼苗，而抗病品种可忍受的浓度要高达40万倍以上。HV毒素化学结构是由一个肽基和一个含氮杂环组成，肽部由天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸、缬氨酸、亮氨酸等组成，是毒素的专化性部分；而含氮杂环是维多利亚类萜，无专化性，且毒性很低，仅相当于HV毒素的专化性部分毒性的1/7500。2）HC毒素（BC毒素）：是由玉米圆斑炭色蠕菌1号小种产生，其化学结构为一环状四肽，层析发现HC毒素有4种毒性成分，其中成分为主要组分，毒性最强，若将组分的环氧基分解为二醇，则失去活性。3）HMT毒素（BMT毒素）：是由玉米小斑病菌的T小种产生的，T小种产生的“T毒素”对T型雄性不育细胞质的杂交玉米毒性很强，而对正常胞质玉米品种毒性很弱。现已证明具有T型细胞质的玉米高度感病与其对T毒素的敏感性密切相关。HMT化学成分为聚乙酮醇，是类长链化合物，其毒性很强，浓度低至0.01g/ml也能毒害玉米细胞。T毒素专化性地作用于敏感玉米细胞的线粒体，使之膨胀破裂。T毒素能增加细胞离子渗漏，破坏寄主的氧化磷酸化作用，减少细胞ATP含量，抑制气孔保卫细胞对钾离子的吸收，导致气孔关闭，抑制二氧化碳固定相减弱光合作用。4）HS毒素（BS毒素）：是由甘蔗眼斑病菌产生的，经理化分析，此毒素是一种-羟基环丙基-D-半乳糖吡喃糖苷；该毒素有A、B、C三种异构体，其中C异构体对甘蔗毒性最强，它是一种倍半萜半乳糖呋喃糖苷。用HS毒素处理感病甘蔗无性系叶片后30min内，叶片即出现水渍状透明，并在叶片正反面形成水滴。5）HMC毒素：是由玉米小斑菌C小种产生的，通过柱层析从玉米小斑病菌C小种培养滤液中分离到了4种分离物，并定名为HMC-亚毒素；6）HT毒素：是由玉米大斑菌1号和2号生理小种产生的寄主选择性毒素，通过硅胶层析发现2号小种毒素有3种毒性成分，而1号小种只有2种毒性成分。 表2-3 列出链格孢属和长蠕孢属病菌产生的几种重要寄主专化性毒素。表2-3几种重要的寄主专化性（选择性）毒素毒素名称产毒病原菌化学成分主要作用菊池链格孢毒素AK-toxin菊池链格孢A.kikurchiana（梨黑孢病菌）环氧十三烯酸脂作用于细胞膜蛋白，改变膜透性，引起电解质外渗，抑制mRNA和蛋白质合成苹果链格孢毒素AM-toxin苹果链格孢A.mali环四肽作用于质膜蛋白和叶绿体基粒片层，引起电解质外渗，影响ATP酶活性炭色长蠕孢毒素HC-toxin炭色长蠕孢H.carbonum（玉米圆斑炭色蠕菌）环四肽影响植物呼吸作用、二氧化碳暗固定以及其他生理过程。玉米长蠕孢毒素HMT-toxin,T-toxin玉米长蠕孢H.maydis聚乙酮醇作用于线粒体，破坏氧化磷酸化作用，减少细胞ATP含量甘蔗长蠕孢毒素HS-toxin甘蔗长蠕孢H.sacchari倍半萜糖苷主要作用于细胞膜，使膜去极化，离子平衡失调，原生质胀裂维多利亚长蠕孢毒素Victorin,HV-toxin维多利亚长蠕孢H.victoriae（燕麦维多利亚病菌）多肽和倍半萜复合物诱发细胞膜透性改变和电解质外渗等一系列代谢变化2、非寄主专化性毒素（NHST）non-host-specific toxin/non-host-selective toxin 概念：指由病原菌产生的一类对其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毒素。又叫非寄主选择性毒素(non-host-selective toxin)。 特点：1）在病程中具次生决定因子或毒力因子（virules factor）作用，使寄主植物发生全部或部分症状；2）没有高度专化的作用位点，没有严格的寄生专化性和选择性，不仅对寄主植物，而且对一些非寄主植物都有一定的生理活性；3）植物对这类毒素的敏感性与其抗病性可能不一致，但有的在一定浓度下也能引起植物敏感性的差异。近年来，有关非寄主专化性的植物病原真菌毒素的研究报道很多，但大多都限于镰孢菌属（Fusarium spp.）、长蠕孢菌(Helminthosporium spp.)、链格孢菌(Alternaria spp.)、轮枝孢菌(Verticillium)、尾孢菌(Cercospora)等产生的毒素研究。（1）镰孢菌（Fusarium spp.）产生的NHST： 单端孢霉烯类毒素：常见的单端孢霉烯类毒素有雪腐镰刀菌烯醇（nivalenol,NIV），脱氧雪腐镰刀菌烯醇（deoxynivalenol,DON），乙酰脱氧雪腐镰刀菌烯醇（acetydeoxynivalenol,AcDON），木霉毒素（trichodermin）等。这类毒素都是倍半萜。DON毒素可残留在谷类作物种子上，人畜食用后容易中毒甚至死亡，故DON亦称致呕毒素（vomitoxin），被人畜摄入后会产生呕吐、眩晕等急性中毒症。6ppm的DON可杀死鼠胚胎，但无致畸效应。 玉米赤霉烯酮类毒素：包括玉米赤霉烯酮（zearalenone，ZEA），玉米赤霉烯醇（zearalenol，ZEN），4-乙酰基玉米赤霉烯酮（4-acetylzearalenol, 4-AcZEA）等。 镰刀菌酸(fusaric acid，FA)类毒素：多种镰孢菌可产生FA，如棉花枯萎病菌（F. oxysporum f. sp. vasinfectum）。它是一种致萎毒素，可导致植物萎蔫、褪绿和坏死，主要效应是抑制植物呼吸作用，改变细胞渗透性，引起电解质渗漏，干扰离子平衡以及降低多酚氧化酶活性。（2）长蠕孢菌(Helminthosporium spp.)产生的NHST： 蛇孢腔毒素（ophiobolins）：是一种二倍半萜类毒素，在水稻胡麻斑病菌及玉米小斑病菌中发现。 麦根腐长蠕孢（H.sativum）毒素：是一类倍半萜毒素。 玉米长蠕孢毒素等。（3）链格孢菌(Alternaria spp.)产生的NHST： 细链格孢毒素（腾毒素，tentoxin）：是一种环四肽，它能干扰叶绿体功能膜某些关键成分的合成，破坏其片层结构，抑制光合磷酸化作用，影响叶绿素的正常积累，引起植物幼苗褪绿； 细链格孢酮酸（tenuazonic acid， TA）：是一种四酰胺醇类化合物。 链格孢酸（alternaric acid， AA）：是一种酮酸，可由马铃薯早疫病菌（A. solani）和葱黑斑病菌（A. porri）产生，对真菌和植物都有活性，可引起植物叶片严重坏死，寄主植物反应非常敏感，而多种非寄主植物也受其毒害。（4）轮枝孢菌（Verticillium）毒素(VD-toxin)：由引起棉花、番茄、马铃薯黄萎病的大丽轮枝孢菌（V. dahliae）产生，可使棉花、番茄和马铃薯等植物致萎。国内外的研究表明，这类毒素实际上是蛋白质、多糖和脂类的混合物，而以蛋白质组分最为重要。（5）尾孢菌（Cercospor