辣椒誘導(dǎo)抗病病研究進(jìn)展

辣椒誘導(dǎo)抗病病研究進(jìn)展

青椒起源于美國(guó)和南美洲。由于其豐富的營(yíng)養(yǎng)成分以及新鮮的味道，它在世界各地種植很受歡迎。其產(chǎn)量是茄子中的一流蔬菜。辣椒在我國(guó)各地均有栽培,并已成為農(nóng)民致富的重要經(jīng)濟(jì)作物之一。我國(guó)辣椒種植面積廣,但由于各地環(huán)境條件相差比較大,辣椒病害種類(lèi)多且為害嚴(yán)重,已成為我國(guó)辣椒生產(chǎn)的主要障礙。開(kāi)發(fā)利用植物抗病性潛能是病蟲(chóng)害綜合防治的一條潛在途徑。近年來(lái),國(guó)內(nèi)外在辣椒誘導(dǎo)抗病性研究方面取得了不少重要成果,其中有些研究成果已在生產(chǎn)上推廣應(yīng)用,為辣椒病害的綜合防治開(kāi)辟了一種新的有效的手段。主要誘抗劑的制備在農(nóng)作物誘導(dǎo)抗病性研究中,以辣椒為對(duì)象的目前還比較少,并且已見(jiàn)報(bào)道的只有病毒病、疫病和炭疽病等,所用的誘抗劑也僅僅局限于少數(shù)幾種,下面就目前對(duì)辣椒誘導(dǎo)抗病性的研究作簡(jiǎn)要回顧。1病毒衛(wèi)星rna誘導(dǎo)的未來(lái)在接種中的抗性病毒病是危害辣椒生產(chǎn)的嚴(yán)重病害。隨著辣椒栽培面積的擴(kuò)大,病毒病的危害日趨嚴(yán)重,流行年份可使椒果減產(chǎn)達(dá)10%以上。辣椒病毒病雖一直是育種學(xué)家致力解決的重要病害之一,但由于其寄主范圍極廣,又容易發(fā)生突變,故至今仍沒(méi)有選育出抗病毒病的辣椒品種,也沒(méi)有形成任何能有效控制該病的方法。引起辣椒病毒病的病原有黃瓜花葉病毒(CMV)、煙草花葉病毒(TMV)和馬鈴薯X病毒(PVX),田間多為混合侵染,即幾種病原同時(shí)侵染同一株寄主植物,這種情形比單一病原侵染的防治難度更大。目前利用外源誘抗劑誘導(dǎo)辣椒抗病毒病已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)步,雖然尚未真正應(yīng)用到生產(chǎn)上,但已顯示出其廣闊的發(fā)展前景。用TMV的弱突變株系預(yù)先在辣椒上接種,誘導(dǎo)辣椒獲得對(duì)TMV強(qiáng)毒株系侵染的抗性。如Murata等從TMV弱毒株系C-1421感染的甜椒葉片中提取2%粗提液,噴灑于1～2葉的甜椒幼苗上,結(jié)果表明幼苗最初顯示輕微的花葉癥狀,幾天后,癥狀逐漸消失;再接種TMV強(qiáng)毒株系,該預(yù)接種的甜椒植株比未經(jīng)預(yù)接種的表現(xiàn)高度抗病性,而且果實(shí)上不表現(xiàn)病癥,產(chǎn)量未受影響。然而,在已進(jìn)行的田間試驗(yàn)中,這類(lèi)預(yù)接種還沒(méi)有獲得成功的報(bào)道,因?yàn)橐訲MV弱突變株系預(yù)接種的辣椒植株接種強(qiáng)毒株系,其產(chǎn)量雖然比只接種強(qiáng)毒株系的高,但比未經(jīng)接種的植株卻明顯降低。Tanzi以辣椒花葉病毒進(jìn)行試驗(yàn)也獲得了相似的結(jié)果:即在溫室內(nèi)用辣椒花葉病毒的弱毒系M-1誘導(dǎo)辣椒抵御強(qiáng)毒株系pepMV9的侵染時(shí),經(jīng)此處理的辣椒植株只表現(xiàn)輕微的花葉癥狀,而未經(jīng)預(yù)接種但感染pepMV9的辣椒,卻顯示嚴(yán)重的花葉癥狀;從產(chǎn)量上分析,兩者分別是未經(jīng)接種的對(duì)照植株的76.3%和48.8%。病毒衛(wèi)星RNA是依賴(lài)于病毒才能復(fù)制的一類(lèi)低分子量RNA,它可以減輕或增強(qiáng)由病毒引起的病害的發(fā)生。1981年田波等首先證明了CMV衛(wèi)星RNA能夠有效地防治由CMV強(qiáng)毒株系引起的嚴(yán)重病害。之后,Montasser-MS用一種減輕病害的病毒衛(wèi)星RNA與CMV弱毒株系CMV-S結(jié)合作為誘抗劑,預(yù)接種于辣椒和甜瓜,然后再用CMV的強(qiáng)毒株系CMV-D和CMV-16挑戰(zhàn)接種,通過(guò)四a的溫室和田間試驗(yàn)證明病毒衛(wèi)星RNA能有效地誘導(dǎo)植株對(duì)CMV的強(qiáng)毒株系產(chǎn)生抗病性。但在田間試驗(yàn)中,也出現(xiàn)了上面提及的現(xiàn)象:即經(jīng)預(yù)接種和挑戰(zhàn)接種的辣椒植株雖比只接種強(qiáng)毒株系的辣椒植株產(chǎn)量高,但比對(duì)照植株低,為對(duì)照的80%。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是因?yàn)閷?duì)照植株的生長(zhǎng)季節(jié)發(fā)病較晚,產(chǎn)量未受病害的影響或影響較小;而經(jīng)預(yù)接種的植株雖然比只接種強(qiáng)毒株系的植株產(chǎn)量高,但由于其癥狀表現(xiàn)較早,依然影響了植株的產(chǎn)量,導(dǎo)致最終產(chǎn)量低于對(duì)照。病毒弱毒株系和病毒衛(wèi)星RNA誘導(dǎo)作物產(chǎn)生的這類(lèi)抗性,其作用機(jī)制可能是由于它們與病毒強(qiáng)毒株系之間存在相同的作用位點(diǎn)或相同的酶系,病毒弱毒株系和病毒衛(wèi)星RNA既預(yù)先占據(jù)了這些作用位點(diǎn)或酶系,強(qiáng)毒株系的大量表達(dá)受到抑制,故起到了抗病作用。也有人認(rèn)為衛(wèi)星RNA的作用機(jī)制是衛(wèi)星RNA與病毒基因組RNA爭(zhēng)奪病毒復(fù)制酶。因?yàn)樾l(wèi)星RNA分子小,分子周期短,隨著復(fù)制循環(huán)的增加,衛(wèi)星RNA的復(fù)制量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于基因組RNA的復(fù)制量,大量的衛(wèi)星RNA占據(jù)復(fù)制酶,必然使病毒基因組RNA的復(fù)制減少,故預(yù)接種植株表現(xiàn)出抗病毒的特性。2自然生物及其誘抗劑對(duì)辣椒病的影響辣椒疫病是辣椒生產(chǎn)上另一種毀滅性病害,其發(fā)病迅猛,在流行年份可造成很大損失。多年來(lái),病理學(xué)家和育種學(xué)家一直致力于研究這種重要病害,并已育出多種抗疫病的辣椒品種。此外,研究表明,一些生物或非生物誘抗劑也表現(xiàn)對(duì)辣椒疫病的誘抗效果,可以作為一種輔助手段幫助消滅疫病的發(fā)生。目前已見(jiàn)報(bào)道的這種誘抗劑有β-氨基丁酸(BABA)、木霉菌等。2.1baba誘導(dǎo)辣椒植株的抗疫機(jī)理β-氨基丁酸(BABA)是一種植物體內(nèi)次生代謝的非蛋白氨基酸,用它做為誘抗劑處理辣椒,可以誘導(dǎo)辣椒對(duì)隨后接種的疫霉菌產(chǎn)生抗性,降低甚至抑制疫病的發(fā)生。例如:Sunwoo-JiYoon等以1000和2000μg/mL的氨基丁酸的三種同分異構(gòu)體α、β、γ-氨基丁酸(AABA、BABA、GABA)的水溶液噴灑辣椒植株,以清水做對(duì)照,4d后挑戰(zhàn)接種疫霉菌。試驗(yàn)結(jié)果顯示GABA與對(duì)照病情指數(shù)相似,表明其沒(méi)有誘抗活性;二種濃度的AABA誘抗效果分別是30%和40%,而B(niǎo)ABA在二種濃度的誘抗效果均可達(dá)到100%,只是在2000μg/mL時(shí),處于分枝期的辣椒葉片變黃且出現(xiàn)棕色斑點(diǎn)。而在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的抑菌活性實(shí)驗(yàn)中,1000μg/mL的AABA、BABA、GABA均不能抑制疫霉菌菌絲的生長(zhǎng)和游動(dòng)孢子的萌發(fā)。此外,經(jīng)BABA處理的植株上接種疫霉菌的壞死病斑,其擴(kuò)展速度明顯慢于AABA、GABA處理的植株。用1000μg/mL的BABA處理辣椒,1、4、7d后挑戰(zhàn)接種疫霉病,其誘抗效果分別達(dá)到47%、85%、100%。這表明BABA的保護(hù)效果隨著時(shí)間的推移而逐漸增強(qiáng),這種抗性是由多基因控制的數(shù)量抗性,且誘導(dǎo)處理與挑戰(zhàn)接種的時(shí)間間隔至少在4d以上。但也有報(bào)道認(rèn)為,間隔時(shí)間有3d即可,且抗性可持續(xù)20d以上。Lee-YeonKyeong等在電子顯微鏡下觀察了經(jīng)BABA誘導(dǎo)處理后挑戰(zhàn)接種疫霉菌的辣椒的組織與超微結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)BABA處理的植株,其隨后侵染的病原菌菌絲生長(zhǎng)和孢子形成明顯受到抑制。其中一個(gè)很顯著的超微結(jié)構(gòu)特征是BABA處理的植株形成了細(xì)胞壁乳突,而病原菌的吸器被包裹在這些又厚又密的乳突中難以發(fā)展,致使侵入植物組織中的病原菌難以進(jìn)一步入侵;另一個(gè)特征是被侵入菌絲的細(xì)胞質(zhì)中,其線粒體結(jié)構(gòu)退化,變得沒(méi)有可區(qū)分的雙層膜層和完整的嵴。這些結(jié)果表明BABA誘導(dǎo)了辣椒枝干組織超微結(jié)構(gòu)的變化,達(dá)到了抑制病菌侵染的目的。關(guān)于BABA的誘抗機(jī)理,這方面的研究是BABA可誘導(dǎo)辣椒枝干合成β-1.3-葡聚糖酶和幾丁質(zhì)酶,特別是BABA處理后挑戰(zhàn)接種疫霉菌,枝干上的這兩種酶積累更加顯著,用變性蛋白免疫印跡分析發(fā)現(xiàn)同時(shí)有β-1.3-葡聚糖酶和幾丁質(zhì)酶的幾種同工酶同時(shí)出現(xiàn)BABA處理后,β-1.3-葡聚糖酶的同工酶Ga1被誘導(dǎo)和積累,幾丁質(zhì)酶的兩種同工酶Ga1和Ga3都不積累,但挑戰(zhàn)接種后,幾種酶的積累非常顯著。這些結(jié)果似乎表明β-1.3-葡聚糖酶和幾丁質(zhì)酶這兩類(lèi)物質(zhì)可能參與了植株的抗病反應(yīng)。然而,Mauch等的抑菌活性試驗(yàn)表明β-1.3-葡聚糖酶和幾丁質(zhì)酶具有抗鐮孢菌活性而對(duì)卵菌無(wú)效。眾所周知,疫霉菌屬于卵菌,其細(xì)胞壁成分由纖維素而非幾丁質(zhì)組成;Cohen等在BABA誘導(dǎo)番茄的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)β-1.3-葡聚糖酶只在預(yù)處理葉片積累,在未經(jīng)預(yù)處理的上部葉片并不增加,因而Cohen等認(rèn)為β-1.3-葡聚糖酶和幾丁質(zhì)酶可能與對(duì)疫霉的誘導(dǎo)抗性無(wú)關(guān)。綜合上述觀點(diǎn),β-1.3-葡聚糖酶和幾丁質(zhì)酶在誘導(dǎo)辣椒抗疫病中的作用還有待進(jìn)一步研究證實(shí),但可以肯定的是這二種酶并不是直接抑制疫霉菌的入侵,而可能是通過(guò)間接方式參與誘導(dǎo)抗疫病的。辣椒植株單獨(dú)接種疫霉菌,水楊酸含量水平是對(duì)照的2～4倍,而經(jīng)BABA預(yù)處理后再接種疫霉菌,3d后水楊酸可達(dá)到對(duì)照的12倍,這些結(jié)果表明水楊酸可能是一種重要的內(nèi)源合成化合物,能活化辣椒植株體內(nèi)抗疫霉菌的特殊組分和誘導(dǎo)PR蛋白的表達(dá)。而在最近對(duì)煙草和擬南芥的研究中,已經(jīng)證實(shí)了在導(dǎo)致系統(tǒng)獲得抗性的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中水楊酸的積累,即表明水楊酸是植株獲得系統(tǒng)抗性過(guò)程中的一種重要的信號(hào)分子。其在擬南芥中所誘導(dǎo)的信號(hào)途徑已經(jīng)得到了廣泛的認(rèn)同。還有試驗(yàn)表明,細(xì)菌Pseudominasputida中的nahG基因編碼水楊酸羥化酶(E.C.1.14.13.1)可催化SA轉(zhuǎn)化為兒茶酚。Gaffney等構(gòu)建了結(jié)構(gòu)性表達(dá)nahG基因的煙草植株,這種轉(zhuǎn)基因植株積累了大量酶蛋白,即使受病原物誘導(dǎo)接種,其SA積累量也很低,且植株上部未處理葉片不能積累PR-1,不產(chǎn)生SAR,這表明SA是植物產(chǎn)生系統(tǒng)獲得抗性(SAR)所必需的。在擬南芥中,SA誘導(dǎo)表達(dá)的PR基因主要是PR-1、PR-2和PR-5;在煙草中,SA誘導(dǎo)表達(dá)的主要是酸性PR基因。BABA誘導(dǎo)處理后,植株體內(nèi)過(guò)氧化物酶(POD)、苯丙氨酸裂解酶(PAL)的含量明顯升高,說(shuō)明它們也可能參與了抗性機(jī)制。BABA可以誘導(dǎo)番茄和瓜類(lèi)根部木質(zhì)化和表達(dá)過(guò)氧化物酶,而該酶的一些同工酶可能參與H2O2的產(chǎn)生?，F(xiàn)已證實(shí)H2O2及其產(chǎn)生的活性氧在植物抗病作用中,可能存在如下作用:(1)直接攻擊入侵的病原物,造成病原物細(xì)胞質(zhì)膜過(guò)氧化,膜通透性增大,膜電位下降,從而降低病原物活性,抑制其繁殖,甚至殺死病原物。(2)在非親和互作中,快速交聯(lián)植物細(xì)胞壁中的一些結(jié)構(gòu)蛋白,使細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)加固,從而增強(qiáng)對(duì)病原物釋放的水解酶的抵抗能力。(3)引發(fā)植保素的合成。(4)調(diào)節(jié)防衛(wèi)基因的表達(dá)。(5)誘導(dǎo)寄主發(fā)生過(guò)敏性反應(yīng)與細(xì)胞死亡。番茄14C-β-氨基丁酸同位素示蹤試驗(yàn)也表明,大部分14C-BABA完整地進(jìn)入番茄植物體,而只有一小部分可能直接或者通過(guò)交聯(lián)與細(xì)胞壁聯(lián)結(jié),這些結(jié)果支持了BABA的聯(lián)結(jié)目標(biāo)可能是細(xì)胞壁蛋白這一假說(shuō)。最近一些研究顯示,番茄和煙草細(xì)胞壁共價(jià)聯(lián)結(jié)的14C-BABA能溶于K-蛋白酶、纖維素酶和果膠酶。這些細(xì)胞壁聯(lián)結(jié)蛋白或細(xì)胞壁交聯(lián)蛋白使寄主細(xì)胞壁能抵抗真菌酶類(lèi)的降解。此外,BABA不能誘導(dǎo)辣椒素的積累,但可提高辣椒對(duì)疫霉菌侵染發(fā)生反應(yīng)時(shí)合成辣椒素的能力。2.2木霉菌對(duì)實(shí)生品中樣品中微生物指標(biāo)的影響Ahmed-Sid-Ahmed等以木霉菌的孢子懸浮液處理辣椒種子或灌根,誘導(dǎo)植株獲得了對(duì)疫病的系統(tǒng)抗性。他們的方法是用木霉菌的孢子懸浮液處理辣椒種子,然后在辣椒幼苗長(zhǎng)至5片真葉時(shí)挑戰(zhàn)接種疫霉菌,并于接種后的3、6、9d分別調(diào)查接種和未接種植株上的壞死斑的長(zhǎng)度分別是2.4、14.8、27.7和5.3、22.9、48.6mm;灌根處理的植株也獲得相似的結(jié)果。這些試驗(yàn)結(jié)果清楚地顯示出辣椒枝干經(jīng)木霉菌預(yù)處理后,其壞死斑的擴(kuò)展明顯受到抑制,即疫霉菌的侵染速度顯著降低。而在壞死斑及其周?chē)鷧^(qū)域,只能分離到疫霉菌,卻分離不出木霉菌;只有從處理的根部或根際區(qū),才可以分離到木霉菌。這些結(jié)果證明木霉菌處理辣椒,對(duì)疫病產(chǎn)生的抗性是通過(guò)誘導(dǎo)獲得的,而且這種抗性可能是多個(gè)微效基因控制的數(shù)量抗性。木霉菌處理與挑戰(zhàn)接種植株后,植株體內(nèi)辣椒含量變化差異較大:接種后3d,接種和未接種植株體內(nèi)的辣椒素含量雖相差不大,但6d后,前者是后者的7.4倍,9d后,后者含量明顯增加,而前者則含量下降到與未接種處理植株的含量水平相似。木霉菌預(yù)處理可以誘導(dǎo)辣椒對(duì)相距甚遠(yuǎn)的疫霉菌的侵染產(chǎn)生抗性,這種抗性的部分作用機(jī)制可能是有抑制性的代謝物質(zhì)產(chǎn)生,以及木霉菌在寄主中與疫霉菌爭(zhēng)奪空間和養(yǎng)分,并在競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)了主動(dòng)。木霉菌產(chǎn)生的木聚糖酶可誘導(dǎo)煙草和番茄表達(dá)一種T-Sumo蛋白,而這種蛋白被認(rèn)為參與了防御反應(yīng)機(jī)制?？傊?木霉菌可能通過(guò)多種途徑參與包括誘導(dǎo)抗性在內(nèi)的多種抗性反應(yīng)。植株在壞死區(qū)域產(chǎn)生辣椒素,可以延緩疫霉菌的生長(zhǎng)和減少侵染,并通過(guò)與防御反應(yīng)中的別的因子聯(lián)合,在誘導(dǎo)抗性中起作用。3灌根保護(hù)兩組植株對(duì)炭疽病的抗性JeumKynHong等從AABA、BABA和GABA的抑菌活性實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),1000μg/mL的AABA在培養(yǎng)基中對(duì)炭疽菌絲的抑制率僅有29%,而同濃度的BABA和GABA則沒(méi)有抑制作用;在濃度100μg/mL時(shí),這三種同分異構(gòu)體均不影響炭疽菌絲正常生長(zhǎng)。用BABA噴灑六葉期的辣椒葉部,4d后接種1.5×105個(gè)分子孢子/mL的炭疽病菌,其病斑隨BABA濃度增加而減少,濃度達(dá)1000μg/mL就可完全保護(hù)辣椒免受炭疽病侵染;用AABA處理的椒苗,其炭疽病斑也隨濃度增加而減少,并在1000μg/mL時(shí)達(dá)到75%的最大保護(hù)效果;而GABA處理的效果則很不明顯。改用灌根處理椒苗,也可觀察到BABA比AABA和GABA能更有效誘導(dǎo)植株對(duì)炭疽病的抗性,BABA在濃度100μg/mL和1000μg/mL時(shí),分別可提供73%和85%的保護(hù);而1000μg/mL的AABA和GABA只能分別達(dá)到60%和35%的保護(hù)。用1000μg/mL的BABA對(duì)八葉期的辣椒進(jìn)行灌根,并分別于5、10和15d后接種炭疽病菌,可分別達(dá)到93%、96%和85%的保護(hù);與此相反,如處理后立即接種,則10、100和1000μg/mL的BABA均只能達(dá)到50%左右的保護(hù)。接種后8d調(diào)查病斑大小發(fā)現(xiàn),未處理植株的病斑直徑為2.5mm,而B(niǎo)ABA處理者的病斑直徑介于0.9～2.0mm之間,且隨著B(niǎo)ABA的濃度增加而逐漸減小。這些結(jié)果表明BABA灌根處理后5d再挑戰(zhàn)接種,可有效地降低辣椒葉片上病斑的大小。對(duì)BABA處理下部?jī)善~片所誘導(dǎo)的系統(tǒng)抗性研究發(fā)現(xiàn),雖然下部?jī)善~片單位面積內(nèi)的病斑數(shù)沒(méi)有明顯不同,但BABA處理后7d接種炭疽病菌的植株,其上部葉片的病斑數(shù)明顯比處理后1d接種的要少得多,且病斑直徑減小。這些結(jié)果也反映出植株經(jīng)BABA誘導(dǎo)后需要一段時(shí)間的積累才能產(chǎn)生足夠的抗性物質(zhì)。問(wèn)題和視角的未來(lái)(1)缺乏有效的誘導(dǎo)抗性從對(duì)病毒病的研究我們了解到病毒弱毒株系和衛(wèi)星RNA確實(shí)可以誘導(dǎo)辣椒對(duì)強(qiáng)毒株系的侵染產(chǎn)生抗性,但是由于這些弱毒株系和衛(wèi)星RNA都與其強(qiáng)毒株系有很高的同源序列—有的僅只有幾個(gè)堿基的差異—而病毒又極易發(fā)生突變,它們極有可能由原來(lái)的減弱病情突變?yōu)樵鰪?qiáng)病情,導(dǎo)致更嚴(yán)重的病害發(fā)生。此外,確定合適的預(yù)接種時(shí)間也是至關(guān)重要的,因?yàn)榻臃N過(guò)早,可能適得其反,引起不必要的減產(chǎn);過(guò)晚則不起作用。但要做到適時(shí)接種目前還做不到。因而這一方法在短