植物抗根結(jié)線蟲病機制研究進展

植物抗根結(jié)線蟲病機制研究進展

根結(jié)線蟲（meloidold.）是植物最重要的致病性之一。根結(jié)線蟲病的發(fā)生與危害給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成巨大的經(jīng)濟損失,可使世界農(nóng)業(yè)年平均減產(chǎn)24.5%。利用抗病品種是防治根結(jié)線蟲經(jīng)濟有效的方法之一。目前,國內(nèi)外對植物抗根結(jié)線蟲研究報道很多,本文對抗病機制研究進展作一綜述。1對南方根結(jié)線蟲的抑制作用根結(jié)線蟲能夠侵染植物并引起植物發(fā)病,首先必須突破植物根的外層保護。很多研究報道證明了根的特殊結(jié)構(gòu)能夠有效地阻止根結(jié)線蟲的侵入。20世紀90年代,Davis等人發(fā)現(xiàn)雜交玉米對花生根結(jié)線蟲(Meloidogynearenaria)的繁殖力有一定的抑制作用,而且雜交玉米對花生根結(jié)線蟲的繁殖力比對南方根結(jié)線蟲(M.incognita)的繁殖力抑制作用大。直到2003年,Rodger等人報道玉米的根存在一層可隔離的細胞,這層細胞可以用來引誘根結(jié)線蟲,一旦根結(jié)線蟲將要到達這層可隔離細胞的邊緣,根結(jié)線蟲移向這層可隔離細胞的速度明顯增加,這層可隔離的細胞使根結(jié)線蟲不能直接到達里層細胞,從而減少了根結(jié)線蟲對根的損害。Bendezu等人發(fā)現(xiàn)北方根結(jié)線蟲(M.hapla)2齡幼蟲被限制在抗病花生栽培種(COAN)根部皮層組織中,只有1/90的2齡幼蟲能夠侵入維管束組織;而在感病的花生栽培種(Florunner)中超過70%的2齡幼蟲侵入到維管束組織,由于COAN拮抗北方根結(jié)線蟲不會引起過敏性壞死反應(yīng),他們認為COAN的拮抗作用是由于根的結(jié)構(gòu)限制了根結(jié)線蟲的侵入。2抗或抗性根結(jié)線蟲通過利用植物抗根結(jié)線蟲的基因及DNA片斷進行抗病育種,能有效地控制根結(jié)線蟲。在國內(nèi)外研究比較多的是抗番茄根結(jié)線蟲的Mi基因。Mi基因是20世紀40年代在秘魯番茄野生種Lycopersiconperuvianum中發(fā)現(xiàn)的抗番茄根結(jié)線蟲基因,是目前惟一被鑒定和利用的抗性基因,抗性特征表現(xiàn)為在寄主中引起過敏反應(yīng),使2齡幼蟲頭部周圍的植物細胞局部壞死,阻止侵染,且抗性表現(xiàn)持久。同時,Mi基因?qū)︸R鈴薯蚜蟲(Macrosiphumeuphorbiae)也存在抗性,Mi是首例對親緣關(guān)系很遠的兩種生物都表現(xiàn)抗性的基因。雖然Mi基因首次發(fā)現(xiàn)是在番茄中,但是它還存在于其他多種植物中,都表現(xiàn)抗根結(jié)線蟲病。Lu等人首次報道了桃抗根結(jié)線蟲的兩個基因(Mi和Mij);在2000年報道洋李(Nemared)拮抗南方根結(jié)線蟲的基因(Mi和Mij),拮抗爪哇根結(jié)線蟲(M.javanica)的基因(Mij)。除了Mi、Mij基因以外,還發(fā)現(xiàn)了其他的拮抗基因。Judy等人發(fā)現(xiàn)利用N基因選育拮抗南方根結(jié)線蟲的甜椒品種:CharlestonBelle和CarolinaWonder能夠拮抗花生根結(jié)線蟲1號、2號小種和爪哇根結(jié)線蟲,但不能拮抗北方根結(jié)線蟲。Yu等人報道在野生甜菜株系Betavulgarisssp.maritima(L.)Arcang中發(fā)現(xiàn)有拮抗根結(jié)線蟲的品種,并從這些拮抗根結(jié)線蟲的品種Betagermplasm中發(fā)現(xiàn)兩個拮抗根結(jié)線蟲的基因:Mi-1和M66。Sandra等人報道甜菜(BetavulgarisL.)拮抗根結(jié)線蟲的基因(R基因),并把R基因鑒定為47R基因群(RGAs)。McPherson等人報道了棉花品種(M-315RNR)含有兩個抗根結(jié)線蟲的基因(Mi1,Mi2)。Anthonya等人報道咖啡品種(Iapar59)存在拮抗短小根結(jié)線蟲(M.exigua)的基因:Mex-1。在研究抗病機制的過程中,通常對抗病品種與感病品種的DNA進行擴增,發(fā)現(xiàn)抗病品種與感病品種的DNA序列不同,并找出抗或感根結(jié)線蟲病的DNA片段。Boiteux等人報道野生的胡蘿卜(Brasilia-1252)能夠拮抗爪哇根結(jié)線蟲,拮抗根結(jié)線蟲是由1個或2個有作用的顯性基因控制,隨機擴增多態(tài)性DNA(RAPD)標記連鎖Mj-1。Weiland等人報道從已經(jīng)表現(xiàn)感病或抗病癥狀的甜菜葉片中提取DNA(混合DNA),用于隨機擴增多態(tài)性DNA技術(shù)抗性標記,得到5個拮抗根結(jié)線蟲DNA標記。Bo-KeunHa等人從48個大豆品系包括野生的、易感南方根結(jié)線蟲和抗南方根結(jié)線蟲,確定拮抗南方根結(jié)線蟲基因的重要片段,結(jié)果發(fā)現(xiàn):拮抗南方根結(jié)線蟲的基因型位于第6簡單重復序列(SSR)上。王揚等人在報道煙草抗根結(jié)線蟲的研究中,對12個煙草品種分別提取DNA,結(jié)果發(fā)現(xiàn)能夠在包括晾曬煙在內(nèi)的所有感病品種中擴增出一條780bp的DNA片段,而在所有抗病品種的擴增產(chǎn)物中均無該片段。3根結(jié)線蟲2齡幼蟲感染根結(jié)線蟲侵入植物根刺激抗病植物體內(nèi)發(fā)生一系列的生理、生化反應(yīng),使根結(jié)線蟲周圍的植物細胞壞死,以致根結(jié)線蟲賴以生存條件被破壞,從而影響其發(fā)育和繁殖。Rodrigues等人報道存在遺傳抗性的咖啡品種Catimor(Coffeaarabicacv.Caturra×TimorHybrid)被根結(jié)線蟲2齡幼蟲侵入以后,取食點周圍的細胞表現(xiàn)出壞死反應(yīng),從而阻止根結(jié)線蟲的損害。Kouassi等人報道:根結(jié)線蟲2齡幼蟲在侵入一種茄屬植物(Solanumsparsipilum)根表皮到逼近維管束的過程中,沒有任何的防衛(wèi)反應(yīng)。但是,2齡幼蟲入侵引起取食位點的幾個細胞膨大為巨型細胞,這些細胞的細胞質(zhì)濃縮、液泡縮小、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)消失,然后維管束周圍的薄壁細胞大量壞死,導致了巨型細胞的崩解,90%以上的2齡幼蟲在根里不能發(fā)育,其余的2齡幼蟲發(fā)育成雄蟲。Chris等人報道在新西蘭三葉草(Trifoliumrepens)輪回選育中,在T.repens的抗病品種和感病品種上分別接種M.trifoliophila(牧草上發(fā)生的主要根結(jié)線蟲)卵,發(fā)現(xiàn)2齡幼蟲在抗病品種中不能進一步發(fā)育,而在感病品種中能夠發(fā)育成成蟲。若在T.repens的抗病品種和感病品種接種M.trifoliophila2齡幼蟲,發(fā)現(xiàn)在抗病品種和感病品種中2齡幼蟲的反應(yīng)是不同的,在抗病品種中表現(xiàn)出過敏性反應(yīng)。4抗病品種的抗菌作用植物體內(nèi)存在許多與抗性有關(guān)的酶類:過氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)等。由于不同植物體內(nèi)這些酶的種類及含量不一樣,從而使植物的抗病能力也不一樣。如楊宇虹等人在報道過氧化物酶與煙草南方根結(jié)線蟲病的抗性關(guān)系中指出:抗根結(jié)線蟲煙草品種NC-95,受南方根結(jié)線蟲侵染后根系的過氧化物酶活性明顯增強,比不受南方根結(jié)線蟲侵染的正常根系增加37個酶活性單位,在相同條件下,易感品種G-140僅增加4個酶活性單位;從同工酶譜看,抗病品種受南方根結(jié)線蟲侵染后酶帶活性明顯高于正常根系的酶帶活性,特別是陽極端的酸性帶更為顯著,并且新添了1條酶帶;而易感品種受侵染后與正常根系差異不明顯。5抗病品種的誘導抗性研究很多研究表明,植物對根結(jié)線蟲抗性機制研究已取得較大進展,從結(jié)構(gòu)抗病、生理生化抗病到基因抗病等均有較深入的研究,特別是抗病Mi基因的成功克隆,標志著植物根結(jié)線蟲病抗病機制研究已達到新的水平。但植物是一個復雜的有機整體,植物對根結(jié)線蟲的抗性可能是由植物的多種性狀、多個基因聯(lián)合作用所決定的,因此,在進行植物抗根結(jié)線蟲病機制的研究,特別是在抗病機制尚不清楚的一些抗病品種中,應(yīng)考慮可能存在多種抗病機制的聯(lián)合作用。利用植物本身的抗性研究植物對根結(jié)線蟲的抗性機制是不夠的,還有很多抗病品種的抗病機制沒有得到闡明。目前,誘導抗性研究正在開展,Chinnasri等人利用濃度為100mg/L甲基苯酚油溶液噴灑菠蘿葉面,能夠誘導菠蘿產(chǎn)生對爪哇根結(jié)線蟲