核盤菌侵染對煙草葉片光合機構(gòu)的傷害機理.pdf

1、核盤菌(Sclerotinia sclerotiorum(Lid.) de Bary）又稱為菌核病菌，屬于子囊菌亞門，其寄主范圍與地理分布非常廣泛，是一種世界性的十分嚴重的植物真菌病害。核盤菌導(dǎo)致的光合機構(gòu)破壞，光合速率下降是核盤菌侵染導(dǎo)致作物產(chǎn)量下降的直接原因。雖然核盤菌與植物的互作關(guān)系已經(jīng)有不少研究，但是大多集中在核盤菌致病的生化和分子機制，抗性品種的篩選鑒定，抗病基因克隆，以及核盤菌病害的的防治等方面。迄今為止，核盤菌侵染對寄主光

2、合機構(gòu)的傷害機制仍然是個尚未闡明的問題。
　　本文以煙草品種NC89為實驗材料，首先確定了核盤菌侵染過程中對光合機構(gòu)的傷害主要由草酸(H2C2O4)的C2O42-引起，然后通過測定光下煙草葉片光合氣體交換，放氧速率，葉綠素?zé)晒饪焖僬T導(dǎo)動力學(xué)曲線，葉片820nm光的反射(MR)，過氧化氫(H2O2)含量及過氧化氫酶(CAT)等抗氧化酶活性的變化等，著重研究了C2O42-對煙草葉片光合電子傳遞，碳同化，光抑制的影響，分析了C2O42-

3、導(dǎo)致煙草葉片光抑制加重的原因并討論了核盤菌侵染過程中對光合作用的抑制與其侵染過程的關(guān)系。
　　主要研究結(jié)果如下:
　　(1)核盤菌侵染后導(dǎo)致煙草葉片光合放氧速率和最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）的顯著下降，說明核盤菌侵染嚴重傷害了光合機構(gòu)。
　　(2)通過分析比較核盤菌代謝產(chǎn)物H2C2O4和相同pH的H3PO4，HCl對煙草葉片熒光動力學(xué)曲線的及熒光參數(shù)的影響，發(fā)現(xiàn)H2C2O4對光合機構(gòu)的傷害程度顯著大于酸性相同(pH4.

4、0)的H3PO4和HCl，而用相同濃度的中性的K2C2O4溶液處理葉片，發(fā)現(xiàn)其對光合機構(gòu)的傷害程度達到了H2C2O4傷害程度的70％，由此證明核盤菌分泌的C2O42-是導(dǎo)致光合機構(gòu)傷害的主要原因。
　　(3)比較了不同濃度的K2C2O4溶液(20，40，60mM)對煙草葉片光抑制的影響，并用120mM的KCl作為對照，排除了K+和滲透脅迫的影響。結(jié)果表明，處理后Fv/Fm，QA捕獲的電子傳遞到QA以后的效率（Ψo），單位面積有活性

5、反應(yīng)中心數(shù)目(RC/CSm)與對照相比都顯著下降，而且隨濃度增加下降程度增大，但是對Wk沒有影響，同時發(fā)現(xiàn)K2C2O4處理后的葉片QA不能還原(non-QA)和QB不能還原(non-QB)的反應(yīng)中心與對照相比都顯著增高。證明C2O42-主要傷害了光系統(tǒng)Ⅱ反應(yīng)中心和受體側(cè)，而對PSⅡ供體測沒有影響。
　　(4)當(dāng)煙草葉片先在強光（800μmol m-2 s-1）下進行處理2小時，待發(fā)生光抑制后分別用H2O，KCl和K2C2O4處理并

6、在弱光(50μmol m-2 s-1)下進行恢復(fù)，發(fā)現(xiàn)K2C2O4處理的葉片基本不能恢復(fù)。用PSⅡ核心蛋白D1蛋白的抑制劑氯霉素(CM)與K2C2O4共同處理葉片，結(jié)果顯示，在有氯霉素存在的情況下，K2C2O4不能對光系統(tǒng)Ⅱ造成額外的傷害，主要表現(xiàn)為處理后Fv/Fm和Ψo與對照葉片沒有顯著差異。證明C2O42-抑制了PSⅡ的修復(fù)過程，且主要是抑制了D1蛋白的周轉(zhuǎn)。
　　(5)因為有研究表明活性氧是逆境脅迫下抑制D1蛋白周轉(zhuǎn)，加重光

7、抑制程度的關(guān)鍵因素。所以，我們通過組織染色對K2C2O4處理后葉片中活性氧的變化進行了檢測，發(fā)現(xiàn)K2C2O4處理后葉片內(nèi)活性氧含量顯著上升。表明C2O42-使煙草葉片光合機構(gòu)遭受到嚴重的氧化脅迫。這可能是C2O42-造成D1蛋白周轉(zhuǎn)受抑，加重光抑制的主要原因。而通過測定處理后葉片組織內(nèi)超氧化物歧化酶(SOD)、抗壞血酸過氧化物酶(APX)以及過氧化氫酶的活性發(fā)現(xiàn)，SOD活性顯著上升，而APX和CAT活性顯著下降，這可能也是造成C2O42

8、-處理后葉片內(nèi)活性氧積累的原因之一。
　　(6)測定了不同濃度的K2C2O4（20，40，60mM）和KCl(120mM)溶液處理煙草葉片對光合二氧化碳響應(yīng)曲線的影響，結(jié)果表明C2O42-同時導(dǎo)致二氧化碳響應(yīng)曲線的斜率和飽和二氧化碳下的光合速率顯著降低，證明C2O42-同時抑制了卡爾文循環(huán)的羧化過程和RuBP再生過程。而K2C2O4處理的葉片可溶性糖含量和淀粉含量也顯著降低，進一步證明了C2O42-對碳同化的抑制作用。
　　

9、(7)用卡爾文循環(huán)的抑制劑碘乙酰胺（IAM）與K2C2O4同時處理葉片后，與對照相比，F(xiàn)v/Fm與Ψo沒有額外增加，表明C2O42-對PSⅡ光抑制的加重是由其對卡爾文循環(huán)的抑制作用引起的。
　　(8)通過檢測K2C2O4處理后煙草葉片820nm的光反射(MR)，證明C2O42-對PSⅠ活性沒有影響，但是卻對PSⅠ環(huán)式電子傳遞有產(chǎn)生了顯著的抑制作用。這可能也是造成活性氧增加，PSⅡ活性受抑的原因之一。
　　(9)病原菌侵染后會

10、導(dǎo)致寄主植物葉片的褪綠，黃萎。為了驗證色素降解是否是造成光系統(tǒng)活性下降的原因，我們對處理后葉片內(nèi)的色素含量進行了測定，發(fā)現(xiàn)K2C2O4處理的葉片與氯化鉀和對照葉片相比葉綠素a，葉綠素b，類胡蘿卜素含量均沒有顯著改變。這可能是因為在我們的實驗中H2C2O4和K2C2O4對葉片的處理時間較短，只有幾個小時，還不足以引起煙草葉片中色素含量的降解。因此，表明在短時間內(nèi)，C2O42-引起的光合機構(gòu)的損傷和光合活性的下降是和葉綠素含量無關(guān)的。

11、>　　(10)在黑暗中，K2C2O4長時間處理（大于10小時）也能夠造成Fv/Fm，RC/CSm，以及的Ψo下降。這表明，在黑暗中，C2O42-雖然在短期內(nèi)對光合機構(gòu)沒有顯著影響，但是長時間黑暗處理依然能造成光合機構(gòu)的嚴重傷害，這可能與C2O42-誘導(dǎo)的程序化死亡(PCD)有關(guān)。
　　綜上所述，我們的實驗證明，在核盤菌侵染過程中，核盤菌分泌的C2O42-是造成寄主植物光抑制加重，光合機構(gòu)傷害的主要原因。并且主要是通過抑制卡爾文循環(huán)