植物誘導抗病性及其機理的研究現(xiàn)狀

植物病害對人類的生產和生活影響巨大，植物病害的防治，不論在理論上還是在實踐中都有極其重要的意義。近年來，植物誘導抗病性及其機理的研究十分活躍。植物誘導抗病性利用誘導因子激發(fā)植物自身的抗病性，以達到控制植物病害的目的，既不污染環(huán)境，又有利于農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，因此愈來愈受到人們的重視。其機理著重研究誘導植株相關酶的活性變化、細胞壁的保護反應、植物保衛(wèi)素的積累以及新蛋白的合成等方面。只有將植物誘導抗病性及其機理闡述清楚，才能有效地防治病害并且維持生態(tài)系統(tǒng)的平衡。

1  誘導抗病性的概念

植物體本身存在著抗病基因，現(xiàn)存的野生植物品種就是力證。經過長期栽培的作物，由于人工選擇的結果逐步喪失了抗性，這種抗病的潛在性可以通過適當?shù)姆绞秸T導而表現(xiàn)出來。由誘導物誘導的植株抵御病原物的保護作用，早在1901年即被認識，并被稱為“系統(tǒng)的獲得性抗性”。同時，Beauverie和Ray也認為植物在遭受病原物侵染后可以產生對病原物進一步侵染的抗性。30多年后，Chester報道并詳細描述了植株經誘導而產生抗病性的現(xiàn)象。

20世紀50年代，Gaumann提出了“誘導的侵染保護反應”的概念，他的觀點只局限于植物受病原物侵染刺激后而產生的保護反應。這個概念盡管與目前誘導抗病性的概念有明顯區(qū)別，但它是現(xiàn)在使用的誘導抗病性概念的雛形。對于誘導抗病性現(xiàn)象的描述，還使用過幾個不同的術語，即“獲得性生理免疫”、“抗性位移”、“植物免疫作用”和“誘導系統(tǒng)抗性”等。隨著誘導抗病性研究工作的廣泛開展，誘導抗病性的概念已擴大為：“利用物理的、化學的以及生物的方法預先處理植株，使植物對病害的反應發(fā)生改變，從而產生局部或系統(tǒng)的抗性”。事實上，在很多“病原菌-植物體”互作系統(tǒng)中，常常會同時出現(xiàn)局部抗病性和系統(tǒng)抗病性。

2  植物誘導抗病性的特性

根據(jù)目前的研究成果，普遍認為誘導抗病性具有以下幾個特點：

(1)誘導因子的非特異性：自然界中的植物特別是栽培植物對病害的抗性作用常常表現(xiàn)出明顯的專一性或特異性，而植物誘導抗病性則表現(xiàn)出不同程度的廣譜性。誘導物與病原物之間沒有明顯的特異性。不同的誘導因子能誘導對同一病原的抗性；反之，同一誘導因子也可以誘導出對數(shù)種病害的抗性。用煙草壞死病毒TNV(tobacco necrosis virus)誘導處理黃瓜后，能使黃瓜抵抗十余種病害。瓜類刺盤孢(Colletotrichum)、TNV以及假單胞菌(Pseudomonas lachrymnas)都可誘導出黃瓜對炭疽病的抗性。誘導抗病性的這種非特異性現(xiàn)象使它們對保護植物抵御多種病原的侵染成為可能。

(2)抗病的廣譜性：煙草經誘導后，對7種病原引起的病情有明顯的減輕現(xiàn)象，包括多種真菌性病原，兩種細菌性病原和兩種病毒，但對供試的另外兩種病原已不起作用，表明誘導抗病的廣譜性是相對的，植物獲得誘導抗性后不可能對所有病害都有防御作用。

(3)抗病的相對持久性和穩(wěn)定性，往往具有整體性：Bennet等用綠原酸誘導煙草產生對Phytophthora parasitica和Sclcrotinia selerotorium等病原的系統(tǒng)抗性，這種抗性在誘導8d后的抗病效果與誘導3h后的一樣，在2周后仍明顯。黃瓜經Colletotricham lagenarium弱毒株誘導后，對炭疽病的抗性持續(xù)在4-6周。

(4)遲滯性：誘導抗性有3個時間參數(shù)，即誘導期、最大期和持久期。時間參數(shù)因誘導因子、植物及病害種類而不同。誘導處理到抗病反應的表達需要有一個間隔時期，稱為遲滯期或誘導期。它是植物對誘導刺激發(fā)生“免疫應答”或基因敏感化所需的時間，一般需要幾天即可。最大期是指誘導抗性基因以刺激其活化到獲得最大表型效應所經歷的時間。通常在第7天達到最大效果。持久期是指誘導抗性的持續(xù)時間，它在不同病害體系中有很大差別。如煙草接種TMV后其抗性可持續(xù)20d左右；黃瓜用炭疽菌誘導的系統(tǒng)抗性可維持5-10周，甚至到結果期；松材線蟲病的誘導抗性可持續(xù)180d左右；病菌弱毒株對煙草抗赤星病誘導的持久期為21-28d。

(5)持續(xù)性：一般認為，合適的誘導物可產生持續(xù)較長時間的抗病性，而且在抗病性表達一段時間后開始減弱時，通過再次誘導可加強并延長其抗病性。         

(6)傳導性：誘導抗性是可以進行傳導的。KUC發(fā)現(xiàn)，黃瓜受誘導后體內可產生一種“免疫信息物質”，并通過韌皮部上、下傳導，使植株產生系統(tǒng)免疫，而

且能通過嫁接傳給接穗。李冠等用瓜類刺盤孢(Colletotrichum lagenarium)接種哈密瓜第1片真葉，2周后發(fā)現(xiàn)，新生出的第2片至第5片葉也有了抗病性。

(7)遺傳性：到目前為止，還沒有發(fā)現(xiàn)經抗性誘導的植株的抗病性可以通過種子遺傳給下一代，但Tuzun和KUC曾報道，誘導對煙草霜霉(Peronospora             tobacina)產生系統(tǒng)抗性的煙草植株可通過組織培養(yǎng)將抗性傳給再生植株，而且這些植株在大田中也有抗性。李冠等人將經免疫誘導的植株進行脫分化形成愈傷組織，并與未經誘導的植株的愈傷組織進行比較，發(fā)現(xiàn)來自免疫誘導植株的愈傷組織仍保持著若干抗生指標，這為誘導抗病性的應用開辟了一個新的領域。

(8)無污染：利用病原弱毒株、非寄主專一性病原或病原的分泌物、細胞壁成分作為激發(fā)植物抗性的誘導物，無污染、易分解、無殘留、對人畜無害；一些化學誘導劑及其衍生物本身作為植物的營養(yǎng)物質或組成成分，顯然是無公害的；一些人工合成誘導劑也是相對無毒或低毒的。

3  植物誘導后產生的抗菌性物質的變化

3.1  誘導處理后酶活性的變化  早在1964年，Staples就研究了菜豆受菜豆單孢銹菌侵染后幾種酶活性的變化。在近三四十年的研究中，已積累了大量的資料，對誘導處理后的過氧化物酶(POD)、多酶氧化酶、苯丙氨酸解氨酶(PAI)、幾丁質酶、過氧化氫酶(CAT)的活性變化進行了研究。

植物在受到病原物侵染或是抗病激發(fā)子誘導后，POD、PAL、多酚氧化酶、幾丁質酶的活性都大大增加。張欣發(fā)現(xiàn)辣椒感染炭疽菌后，3個品種的POD、多酚氧化酶、PAL的酶活性上升。翟彩霞等用低濃度玉米小斑病T毒素處理玉米CMS-T葉片后，再接種高濃度毒素，葉片上的病斑明顯減少，而POD、PAL等值較對照增高。實驗結果表明，經過低濃度毒素預處理的玉米，產生了抗性。吳岳軒用水稻白葉枯病弱毒菌株預處理水稻后，再感染強毒菌株，水稻中POD、PAL活性的變化強度大于對照，抗病性也強于對照。李冠用瓜類刺盤孢Colletotrichum lagenarium對甜瓜進行免疫誘導處理，POD及其同工酶，PAL的活性在誘導免疫植株中明顯增強。畢詠梅等用稻瘟病菌菌絲和培養(yǎng)濾液中提取的誘導物處理水稻幼苗和愈傷組織后PAL活性提高，李冠用瓜類刺盤孢培養(yǎng)濾液和菌絲細胞壁誘導處理哈密瓜也得到相同結果。楊秀屏等用葉銹菌侵染的小麥葉片為材料進行的研究表明，PAL的活性升高。Fuchs和Kotte研究表明，在受疫病侵染的抗病品種馬鈴薯中積累有多酚氧化物。KUC發(fā)現(xiàn)，黃瓜受誘導后體內POD活性明顯提高。李洪蓮等人用誘抗菌處理黃瓜后，也發(fā)現(xiàn)體內POD及其同工酶、多酚氧化酶、PAL活性都顯著增強。誘導物處理寄主后幾種酶活性之所以增加，F(xiàn)reudenberg和Nish的研究表明，POD能催化松柏醇的脫氫氧化，其氧化產物可進一步聚合成木質素，木質素的形成能防御侵入的病原菌進一步擴展，并且過氧化物酶能促進多酚氧化。多酚及其氧化物的抗菌性、抗病性的機制是這些物質能使菌類生長所必需的物質受到抑制，并對病原菌的果膠分解酶和纖維分解酶起強烈的抑制作用。苯丙氨酸解氨酶是植物酚類次生物質合成代謝的關鍵酶，經由該酶催化的苯丙烷途徑能夠合成黃酮、異黃酮、香豆酸酯類和木質素前體等次生酚類物質，其中許多物質具有強烈抑制病原菌生長的活性，在馬鈴薯晚疫病、小麥白粉病、玉米小斑病和大斑病的研究中均有發(fā)現(xiàn)。

在許多植物中已觀察到幾丁質酶和β-1，3-葡聚糖酶被真菌及其細胞壁成份誘導累積，并在體外抑制真菌的生長。真菌侵染能誘導幾丁質酶活力，Pegg和Mauch分別在番茄和豌豆莢上發(fā)現(xiàn)，病原菌的感染會引起植株幾丁質酶和β-1，3-葡聚糖酶的平行提高。滅菌失活的黑白輪枝菌孢子能誘導番茄中JET質酶和β-1，3-葡聚糖酶活力。國內杜良成等曾用稻瘟病菌孢子和菌絲培養(yǎng)液分別處理抗病水稻和感病水稻，結果表明，幾丁酶和β-1，3-葡聚糖酶活性都被誘導提高，誘導的幾丁酶在體外可以降解稻瘟病菌細胞壁和抑制孢子萌發(fā)。Hedrick等用炭疽病菌Colletotrichum lindemuthianum感染菜豆時，抗病品種幾丁酶誘導速度快于感病品種。但是在有些病原菌寄生互作中，也有酶活性下降的現(xiàn)象。翟彩霞等用低濃度玉米小斑病T毒素處理玉米CMS-T葉片后，再接種高濃度毒素，CAT活性下降。         

一些植物酶活性及同工酶與抗病性的關系有一定的規(guī)律，可以作為抗病性鑒別的早期指標。Loverkovich早在1968年就報道，健康馬鈴薯塊中，POD活性與抗馬鈴薯晚疫病呈正相關。Reuveni等發(fā)現(xiàn)，在健康甜瓜中的過氧化物酶活性可以用來預測257株健康甜瓜對甜瓜霜霉病的抗性。

另外，酶活性增加有時與抗病性呈負相關。張建軍在研究小麥品種對梭條斑病抗病特性時，發(fā)現(xiàn)小麥接種后，感病品種POD活性的升高率明顯大于抗病品種。沈其益發(fā)現(xiàn)，棉花感染枯萎病后，感病品種產生的新的過氧化物酶活性比抗病品種多。

3.2  病程相關蛋白(pathogenesis-relatedproteins)的形成

病程相關蛋白是指植物在病理或病理相關的環(huán)境下誘導產生的一類低分子量蛋白。PRP最初由VanLoon等人用多聚腺苷酸(PA)和弱毒株系誘導煙草抗病過程中發(fā)現(xiàn)，并稱之為b蛋白。以后在越來越多的植物中發(fā)現(xiàn)了PRP，因而人們開始推測它們在植物抗病性中可能具有重要作用。然而，直到1987年Legrand首先報道了煙草中的4個PRP的生物學功能開始，人們才對PRP有了突破性認識。植物被病原菌等因子誘導后，產生PRP的量與誘導物的劑量呈正相關。在某些植物中，PR蛋白誘導表達被看作植物抗病反應的生化指標。

對煙草、黃瓜、棉花及其它一些雙子葉植物的研究發(fā)現(xiàn)，在抗病性產生前后，植物細胞會積累大量PR蛋白。如用不同誘導劑處理的煙草中、用番茄斑枯萎病(Tomato spotted wilt virus)、角斑病(Pseudomonas lachrums)誘導的黃瓜中、瓜類刺盤孢誘導的哈密瓜中都可分離到PRP。江山等用7種植物抗病毒劑在煙草上進行了PRP的誘導試驗，結果表明，所有參試的抗病毒劑均在煙草和甜菜上誘導產生一些PRP。孫風成等于1995年報道了一種新研制的耐病毒誘導劑88-D，將其注射于珊西煙下部葉片，上部葉片接種TMV，結果表明，88-D可系統(tǒng)地誘導珊西煙產生9種健康植物中沒有的PRP。此外，國外也有許多報道表明，誘導因子誘導植物對病毒、細菌、真菌的抗性與PRP的形成有關。蔡新忠等用水楊酸處理或用Pyrieularia oryzae接種水稻幼苗，檢測到4種PRP。吳健勝等選用水稻——白葉枯菌不親和互作系統(tǒng)，通過高分辨的雙向電泳分析發(fā)現(xiàn)3種PRP。曾富華、易克用水稻白葉枯菌等誘導因子誘導水稻葉片及懸浮細胞，均發(fā)現(xiàn)多條新增蛋白質譜帶，并顯示PRP的產生與誘導抗性呈正相關。王勇剛用IEF、SDS-PAGE和雙向電泳檢測水稻PRP，發(fā)現(xiàn)水稻PRP在誘導48h后大量產生。

3.3  木質素的合成和積累

植物受病原物侵染時，常在侵染部位形成木質素沉積，抗病反應中形成的量比感病反應中形成的量高。黃瓜經誘導后，其葉片上瓜類刺盤孢(Colletotrichum             lagenarium)的分生孢子通過附著孢的穿透明顯減少。Dean和李洪蓮都認為，這是因為黃瓜葉表組織迅速加強了木質化程度，使病菌難以侵入的結果。近幾年來，誘導植物木質化作為抗病反應因子的報道還有許多。這是因為疏水的木質素進入細胞壁內，與纖維素、半纖維素相互交叉形成網狀結構，加強寄主細胞壁的抗侵染能力，同時木質素作為一種機械屏障，可以保護寄主細胞免受病原物酶的降解。

3.4  植物保衛(wèi)素的合成和積累

植物保衛(wèi)素是植物受侵染后產生的低分子量的抗菌物質，一般出現(xiàn)在侵染部位附近，它的積累是一種抗病反應，來抑制或延緩病原菌的生長。許多研究表明，植物受致病菌和非致病菌侵染或受非生物因子(紫外線等)、真菌的培養(yǎng)濾液和菌絲提取液誘導后均能產生植保素。Keen等用非親和小種接種大豆24-48h后，植保素在受侵染組織的積累量由原來的檢測不出到變?yōu)楦晌镔|的10％以上。Peng等人在進行稻瘟菌侵染稻葉的研究時發(fā)現(xiàn)，一種脂類植保素在非親和性菌侵染稻葉中開始積累的時間與菌絲受抑和死亡相一致。Flores于1981年研究發(fā)現(xiàn)由Hypoxylon mammatum引起的楊樹潰瘍病，病原菌侵染寄主后寄主體內產生了植保素。Sekizawa等曾用稻瘟病菌處理水稻后，抗病品種植保素的累積都高于感病品種。對植保素研究比較系統(tǒng)的是榆樹抗荷蘭榆病，榆樹受病原菌侵染誘導后在體內積累一種叫做曼森酮的植保素，該物質抑制病原菌的進一步侵入。

除病原菌侵染可造成植保素的積累外，其它誘導因子也可以引起植保素的積累�？傊�，植物誘導抗病機理的研究方興未艾，它不僅具有重要的理論價值，更有廣泛的實際意義。研究植物誘導抗病機理，有利于闡明植物抗病機制，并有利于弄清植物抗病反應中抗病性物質的作用，從而為利用這些物質提供一定的理論基礎。

4  植物誘導抗病性的應用前景

植物誘導抗病性的研究不僅可以揭示植物和微生物之間復雜的相互關系，具有十分重要的理論價值，而且對于植物病害的防治工作也具有重要的應用價值和現(xiàn)實意義。越來越多的研究證明，植物具有抵抗各種病害的潛在能力，人們可以采用適當?shù)恼T導處理使這種潛能表達出來，從而抵抗多種病害，這是利用植物自身的防衛(wèi)體系進行病害防治的一種新思維。它克服以往一些防治措施存在的不足，如抗病育種年限太長，抗病品種的產量往往不如感病品種，化學防治易造成環(huán)境污染和病菌的抗藥性。

有關植物誘導抗病性的研究及應用已引起人們的重視，國內外已有將誘導因子應用于大田作物的嘗試，并取得了良好的防治效果。國際上，美國、日本、荷蘭等國做了一些田間工作。國內在蘋果、哈密瓜、黃瓜、煙草水稻和小麥等多種作物人工誘導免疫研究上亦取得了可喜的成果。一切研究成果均表明，篩選出廣譜、高效、無毒的誘導抗病劑是植物病害防治的一條可行途徑。隨著研究的深入和拓展，人們對植物誘導抗病性的認識不斷深化，它在植物病害防治中將有十分廣闊和美好的前景。

不過，植物誘導抗病性在目前實際應用中也存在一些局限性，今后，就植物誘導抗病性的研究仍需注意以下幾方面：(1)誘導抗病的作物對象和病害種類、范圍仍需擴大。(2)在實驗工作的基礎上，進一步進行小田和大田實驗。(3)誘導劑的選擇應進一步拓寬，誘導方法、條件還需進一步探索。(4)對植物誘導抗病機理的研究仍需進一步深入，特別是從植物誘導抗病的信號轉尋和分子機制方面進行深入研究。

這些比較深奧啊，哈哈   學習一下