烟草青枯病是一种典型维管束病害,烟草发病后很快枯萎,枯萎时叶片仍保持灰绿色[1]。由于青枯病难以防治,虽然轮作可起到一定防治作用,但受到耕地面积限制,因此培育和应用抗性品种是防治青枯病最有效的途径[2]。已有文章报道[2,3]K326品种表现出较为抗病特征,CB-1号品种表现出感病,而红大表现出高感病特征。虽然对于烟草抗病、感病品种体内的酶活性变化的研究已有一些报道[4,5],但对于抗氧化酶活性与烟草品种抗性关系仍没较系统的报道,本试验通过对3个烤烟品种接种青枯菌后抗氧化酶系统指标的检测,比较不同抗性品种之间的生理差异,为烤烟品种青枯病抗性鉴定提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 供试品种
选择具有代表性的3个不同基因型烤烟品种:对青枯病中抗品种K326、感病品种CB-1号、高感品种红花大金元。3个品种均来源于福建省烟草专卖局烟草农业科学研究所。
1.2 供试菌株
取病组织用稀释分离法在TZC平板上划线,挑取致病性单菌落,移到PSA斜面上繁殖24 h,加无菌水悬浮,在无菌条件下置于装有肉汁胨液的三角瓶中振荡培养48 h后,配成常用浓度为108cfu/L的悬浮液,备用。
1.3 田间栽培接菌处理
烟苗于7片叶龄移栽大田,培养期间按正常肥水管理,待烟株旺长初期采用切根灌菌接种法,每株烟株灌菌30 m L,同时另设切根灌水30 m L作为对照,接菌感染2周后测定各品种各处理功能叶片的光合速率及相关参数,并取叶片分析以下各项生理生化指标。
1.4 生理指标测定方法
细胞膜透性测定采用电导率仪法,参照邹琦方法[6],用细胞膜相对透性%、伤害率%来表示对质膜的伤害程度;MDA含量测定采用硫代巴比妥酸比色法,参照林植芳等方法[7];SOD活性测定参照朱广廉方法[8]。以抑制NBT光化还原的50%为一个SOD活性单位;POD活性测定参照李合生[9]和华东师范大学生物系植物生理教研组[10]的方法并略有改进。以每分钟每毫克蛋白OD值变化0.01为一个酶活性单位;CAT活性测定参照章骏德等方法[11]略加修改,以每分钟每毫克蛋白分解H2O2毫克数表示酶活性;H2O2含量测定采用林植芳等方法[7]。
1.5 数据分析
试验数据使用Microsoft Excel软件和DPS v7.05统计分析软件进行统计分析,以上生理指标均重复测3次。
2 结果与分析
2.1 青枯菌感染对不同烤烟品种叶片细胞膜透性的影响
细胞膜是活细胞与环境之间的界面和屏障,在受到病菌侵染胁迫下,膜的功能受损或结构破坏,使其透性增加,细胞膜透性大小能够反映出细胞质膜受害的程度。从表1可以看出,中抗品种K326烟株接菌后膜相对透性几乎没变化,没受到伤害;而感病品种CB-1号及高感病品种红大烟株接菌处理后膜的相对透性极显著高于对照(P<0.01),且高感病品种红大烟株接菌处理对膜的伤害率高于CB-1号。
注:大写字母不同表示差异极显著,小写字母不同表示差异显著。
2.2 青枯菌感染对不同烤烟品种叶片MDA含量的影响
MDA是膜脂过氧化产物,MDA含量与细胞膜相对电导度成正相关关系,其含量可以反映植物在胁迫下受害程度。从图1可以看出,接种青枯菌后对中抗品种K326烤烟叶片的MDA含量影响不大,接菌烟叶中MDA含量相对于对照没有增加反而略有下降,相比之下,感病品种CB-1号和高感病品种红大接菌后烟叶的MDA含量均显著(P<0.05)、极显著(P<0.01)高于对照。这说明,3种不同基因型烤烟在青枯菌感染后引起膜脂氧化的程度不相同。
2.3 青枯菌感染对不同烤烟品种叶片H2O2含量的影响
H2O2是活性氧重要代表之一,激素等信号以及生物、非生物胁迫刺激均可诱导植物细胞内H2O2的产生和积累[12]。从图2可以看出,3种不同基因型烤烟接种青枯菌后,中抗品种K326的H2O2的含量比对照略有下降,但不显著;而感病品种CB-1号和高感病品种红大接菌后H2O2的含量都比对照显著增加,红大增加的幅度比CB-1高,并且达到极显著水平(P<0.01)。这说明,烟株感染青枯病后,K326品种具有较好清除植物体内H2O2能力,而红大清除植物体内H2O2能力最弱,CB-1居中。
2.4 青枯菌感染对不同烤烟叶片抗氧化酶活性的影响
SOD是植物机体超氧阴离子自由基(O2-·)的清除剂,催化O2-·生成H2O2和O2,而H2O2在POD、CAT和谷胱甘肽过氧化物酶催化下转化成水。因此,SOD活性与植物体抗氧化胁迫能力密切相关。从图3可以看出,接种青枯菌对K326品种叶片的SOD活性影响不大,接菌后叶中SOD活性与对照基本相同,相比之下,CB-1号和红大品种接菌后SOD活性显著增加,增幅分别为10.58%和11.88%,差异均达极显著水平(P<0.01)。这说明,接菌后K326烤烟叶片产生的O2-·含量比较少,SOD表现不活跃,而CB-1号和红大品种接菌后由于受到胁迫,产生较多的O2-·刺激SOD活性,使SOD提高,其中红大烤烟叶片SOD活性比CB-1号高。
POD是植物体内重要保护酶之一,它一方面能够催化植物体内H2O2分解,消除植物的O2-·含量,另一方面能将植物体内的酚氧化成醌用来抑制病菌的活性,因此POD活性对植物抗病性起着重要的作用。从图3看出,3个不同烤烟接种青枯菌后,K326品种烟叶中POD活性与对照相比略有下降,而CB-1号和红大品种烟叶中POD活性都比对照增加,增幅分别为17.02%和36.63%,差异达显著(P<0.05)和极显著(P<0.01)水平。
CAT也是植物体内重要的保护酶,其生理作用是将H2O2还原为H2O和O2。CAT活性升高或H2O2含量降低意味着活性氧对植物细胞伤害程度的降低。从图3也可以看出,当3种不同烤烟品种感染青枯菌后,K326品种烟叶中CAT活性比对照表现出上升趋势,但变化不显著;而其他2个品种烟叶中CAT活性反而低于对照,其降幅分别达显著(P<0.05)和极显著(P<0.01)水平。
3 讨论
植物细胞的质膜是植物细胞与外界环境进行物质代谢的屏障,当烤烟植株受到青枯病的胁迫时,细胞内就产生过量的超氧阴离子自由基而引发或加剧膜脂过氧化作用,膜的透性就会加剧,膜脂氧化产物MDA和H2O2含量相应的增加,继而引发抗氧化酶SOD、POD、CAT活性加强。实验中,接种青枯病菌后K326表现出比对照低的膜透性和MDA含量,以及较高活性CAT,说明中抗青枯病的品种K326具有较好抑制膜脂氧化作用的保护系统;相比之下,感病品种CB-1号以及高感病品种红大接菌后膜透性和MDA的含量显著的增加,CAT活性显著降低,且红大品种表现出比CB-1号品种更加敏感。但在SOD和POD活性上,红大和CB-1号表现出比K326高,这可能由于自由基产生刺激SOD和POD,使植物机体内免受自由基的毒害,这与宋瑞芳[13]关于烟草抗病性与酶的活性变化研究结果是相符合。
摘要：试验以烤烟中抗青枯病品种K326、感病品种CB-1号和高感品种红花大金元(以下简称红大)为材料,通过田间栽培接种青枯菌,并检测感染后烤烟叶片抗氧化酶系统若干生理指标的变化,结果表明:感染青枯菌后,中抗品种K326叶片膜透性、丙二醛(MDA)以及过氧化氢(H2O2)含量变化不显著,而感病品种CB-1号及高感品种红大则极显著增加,红大品种增加幅度大于CB-1号品种;K326品种感染青枯菌后,过氧化氢酶(CAT)活性显著的增强,超氧物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性没有明显变化;相比之下,CB-1号及红大品种的CAT活性显著下降,SOD和POD活性显著增加,红大变幅大于CB-1号。试验结果阐明了不同烤烟品种对青枯菌生理反应不同,这些指标可以作为烤烟抗青枯病品种选育的理论依据。
关键词：烤烟品种,青枯菌感染,抗氧化效应
参考文献
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