楊樹響應腐爛病菌侵染后抗性酶變化規(guī)律

李春艷　朱宗財　張王斌

摘要：? 測定新疆楊受到楊樹腐爛病菌侵染后相關抗性酶的變化規(guī)律的結果表明，試驗苗接種腐爛病菌后均在2～3天后出現褐色病斑，接種楊樹腐爛病菌的處理與對照組相比6種抗性酶均達到顯著性水平。β-1， 3-葡聚糖酶在第3天出現最高峰，其次為過氧化氫酶、多酚氧化酶、超氧化物歧化酶、苯丙氨酸解氨酶在第4天出現最高峰，過氧化物酶在第4～5天出現最高峰。新疆楊受到楊樹腐爛病菌侵染后會影響其防御酶的變化，6種抗性酶在1～3天達到顯著性水平，1～3天新疆楊正處于楊樹腐爛病菌的侵入期和潛育期。

關鍵詞：? 新疆楊;? 腐爛病;? 防御酶;? 抗病性

中圖分類號：? ?S 763. 7; S 792. 11? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：? ?A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1001 - 9499（2022）03 - 0031 - 05

楊樹是新疆主要防護林樹種之一，在綠洲農業(yè)生產中起著極其重要的作用。近年來，楊樹腐爛病發(fā)生蔓延迅速，造成大面積防護林帶死亡，給脆弱的綠洲生態(tài)農業(yè)帶來極大的威脅。楊樹腐爛病由殼囊孢屬金黃殼囊孢菌（Cytospora.chrysosperma）侵染引起[ 1 ]，主要對樹體主干、側枝的韌皮部進行危害，危害初期樹皮變色、凹陷;后期在受害枝條上形成不規(guī)則的病斑，病斑處可見明顯的黑色子實體，在潮濕的環(huán)境下，長出橘黃色卷須狀分生孢子角。吳俊江[ 2 ]等研究發(fā)現大豆接種疫霉根腐病菌后不同部位的過氧化氫酶的活性不同;宋培玲[ 3 ]等研究抗性不同的油菜品種接種黑脛病菌防御酶活性變化，表明受黑脛病侵染后，不同抗性品種間的過氧化氫酶、多酚氧化酶、過氧化物酶、苯丙氨酸解氨酶和超氧化物歧化酶五種防御酶酶活性存在明顯的差異。植物體內抗性酶與植物體抗病性具有相關性，寄主植物通過調節(jié)SOD、PPO、CAT等抗性酶活性，反應寄主植物的抗病性強弱。新疆楊（Populus bolleana）受到腐爛病菌侵染后其相關抗性酶的變化國內尚未見報道，本研究將通過測定新疆楊受到楊樹腐爛病菌侵染后6種抗性酶活性來為抗病品種選育提供可靠的理論依據。

1 材料與方法

1. 1 材料

1. 1. 1 供試菌株

由塔里木大學南疆農業(yè)有害生物綜合治理重點實驗室提供。

1. 1. 2 試劑盒

由蘇州科銘生物技術有限公司提供過氧化物酶（POD）試劑盒、過氧化氫酶（CAT）試劑盒、超氧化物歧化酶（SOD）試劑盒、β-1，3-葡聚糖酶（β-1，3-glucanase）試劑盒、苯丙氨酸解氨酶（PAL）試劑盒、多酚氧化酶（PPO）試劑盒。

1. 2 試驗方法

在塔里木大學南疆農業(yè)有害生物綜合治理重點實驗室后的樹林中選取100根健康的1～2年生枝條扦插在大花盆中，待其長到20片左右葉時選取長勢一致的樹體進行接種。接種時首先將試驗苗接種部位進行清洗和消毒，用無菌的5 mm打孔器在接種處進行燙傷打孔，然后將5 mm的菌餅接種在打孔處，滅菌的脫脂棉在無菌水中潤濕后蓋在菌餅上，并用保鮮膜纏緊，以免菌餅掉落[ 4 ]。

在接種的新疆楊中間部位取新鮮葉片，分別于接種后0、1、2、3、4、5、6、7天的每天19：00～19：30取樣保存在超低溫冰箱中待測，未接種楊樹腐爛病菌的新疆楊相同部位的葉片作為對照。采用試劑盒法對6種抗性酶活性進行測定。

1. 3 數據分析

用OriginPro8和SPSS軟件對試驗數據進行分析。

2 結果與分析

2. 1 接種腐爛病菌后新疆楊6種抗性酶的變化

由圖1可以看出，接種楊樹腐爛病菌后新疆楊均能夠誘導過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）、多酚氧化酶（PPO）、β-1，3-葡聚糖酶（β-1，3- glucanase）、超氧化物歧化酶（SOD）、苯丙氨酸解氨酶（PAL）、多酚氧化酶（PPO）活性升高，并且會在達到最高值后下降。接種的腐爛病處理組在第3天出現褐色病斑，而峰值均出現在3天之后，這與病害侵入的變化相呼應。楊樹體內相關抗性酶在侵入期、潛伏期、發(fā)病期最活躍，進而觸發(fā)自我防御機制。新疆楊在發(fā)病前期6種抗性酶非?；钴S，酶活性不斷升高。β-1，3-葡聚糖酶（β-1，3-glucanase）在第3天較敏感;過氧化氫酶（CAT）、多酚氧化酶（PPO）、超氧化物歧化酶（SOD）、苯丙氨酸解氨酶（PAL）在第4天較敏感;過氧化物酶在第5天較敏感。

2. 2 接種腐爛病菌后新疆楊POD活性的變化

由表1可以看出，POD在2天的增長率達到24%，是1天的2倍，并且在2天時與對照相比達到顯著性水平（P<0.05）;3天的增長率達到37%，是1 天的3倍，并且在3天時的POD酶活性與對照相比達到極顯著性水平（P<0.01）;4天的增長率是32%，是1天的2.67倍，并且在4天時的POD酶活與對照相比達到極顯著性水平（P<0.01）。其中2天的處理組酶活性顯著（P<0.05）高于CK組，3～5天的處理組酶活性極顯著（P<0.01）高于CK組，5～7天酶活性開始下降，由此可以看出楊樹腐爛病在發(fā)病前期新疆楊POD非?；钴S，酶活性不斷升高，達到峰值后開始下降。0～1天為楊樹腐爛病菌的侵入期，1～3天為潛伏期，3天為發(fā)病期，酶活性變化病害侵入的變化相呼應。在外界條件未發(fā)生較大變化時若新疆楊POD酶活性達到126.43±16.79～173.26± 16.79，可以認為此時新疆楊樹體可能存在腐爛病的侵染。

注：*表示接種腐爛病菌與未接種腐爛病菌的新疆楊存在顯著性差異（P<0.05），**表示接種腐爛病菌與未接種腐爛菌的新疆楊存在極顯著差異（P<0.01），下同

2. 3 接種腐爛病菌后新疆楊CAT活性變化

由表2可以看出，CAT在2天的增長率達到85%，是1天的5倍，并且在2天時的CAT酶活性與對照相比達到極顯著性水平（P<0.01）;3天的增長率達到45%，是1天的2.6倍，并且在3天時的CAT酶活性與對照相比達到極顯著性水平（P<0.01）;4天的增長率達到56%，是1天的3.29倍，并且在4天時的CAT酶活性與對照相比達到極顯著性水平（P<0.01）。由此可以看出楊樹腐爛病在發(fā)病前期新疆楊CAT非?；钴S，酶活性不斷升高，而且在2天時酶活性增長率最大;2～6天的處理組酶活性極顯著（P<0.01）高于CK組;4～7天酶活性開始下降，說明楊樹腐爛病在發(fā)病前期新疆楊CAT非常活躍，酶活性不斷升高，達到峰值后開始下降。0～1天為楊樹腐爛病菌的侵入期，1～3天為潛伏期，3天為發(fā)病期，酶活性變化病害侵入的變化相呼應。在外界條件未發(fā)生較大變化時若新疆楊CAT酶活性達到576.48±18.07～837.61±67.76，可以認為此時新疆楊樹體可能存在腐爛病的侵染。

2. 4 接種腐爛病菌后新疆楊SOD活性變化

由表3可以看出，3天的增長率達到15%，是1 天的1.5倍，并且在3天時的SOD酶活性與對照相比達到極顯著性水平（P<0.01）;3～4天的增長率達到12%，是1天的1.22倍;并且在4天時的SOD酶活性與對照相比達到極顯著性水平（P<0.01）。1～2天的處理組酶活性顯著（P<0.05）高于CK組，2～5天的處理組酶活性極顯著（P<0.01）高于CK組，4～7天酶活性開始下降，由此可以看出楊樹腐爛病在發(fā)病前期新疆楊SOD非常活躍，酶活性不斷升高，達到峰值后開始下降。0～1天為楊樹腐爛病菌的侵入期，1～3天為潛伏期，3天為發(fā)病期，酶活性變化病害侵入的變化相呼應。在外界條件未發(fā)生較大變化時，若新疆楊SOD酶活性達到637.94±3.33～ 823.59±53.94，可以認為此時新疆楊樹體可能存在腐爛病的侵染。

2. 5 接種腐爛病菌后新疆楊β-1，3-葡聚糖酶活性變化

由表4可以看出，2天的增長率達到14%，是1 天的0.93倍;并且在2天時的β-1，3-GA酶活性與對照相比達到極顯著性水平（P<0.01）;3天的增長率達到4.4%，是1天的0.30倍，并且在3天時的β-1，3-GA酶活性與對照相比達到極顯著性水平（P<0.01）。而且1天時的酶活性增長率最大;4～7天酶活性開始下降，此時樹體開始出現萎蔫、葉片發(fā)黃。由此可以看出楊樹腐爛病在發(fā)病前期新疆楊β-1，3-GA非?；钴S，酶活性不斷升高，1～3天的處理組酶活性極顯著高（P<0.01）于CK組，3～7天酶活性開始下降，說明楊樹腐爛病在發(fā)病前期新疆楊β-1，3-GA非?；钴S，酶活性不斷升高，達到峰值后開始下降。0～1天為楊樹腐爛病菌的侵入期，1～3天為潛伏期，3天為發(fā)病期，酶活性變化病害侵入的變化相呼應。由此可以看出楊樹腐爛病在發(fā)病前期新疆楊β-1，3-GA非?；钴S，酶活性不斷升高。在外界條件未發(fā)生較大變化時若新疆楊β-1，3-GA酶活性達到74.97±0.48～89.04±1.97，可以認為此時新疆楊樹體可能存在腐爛病的侵染。

2. 6 接種腐爛病菌后新疆楊PAL活性變化

由表5可以看出，PAL在1天時的PAL酶活性與對照相比達到顯著性水平。2天的增長率達到14%，是1天的0.26倍，并且在2天時的PAL酶活性與對照相比達到顯著性水平;3天的增長率達到8.4%，是1天的0.15倍，并且在3天時的PAL酶活性與對照相比達到顯著性水平，而且1天時的酶活性增長率最大。由此可以看出楊樹腐爛病在發(fā)病前期新疆楊PAL非常活躍，酶活性不斷升高。4天的增長率達到10%，是1天的0.18倍，并且在4天時的PAL酶活性與對照相比達到顯著性水平。1～3天的處理組酶活性顯著高于CK組，4～5天的處理組酶活性極顯著（P<0.01）高于CK組，4～7天酶活性開始下降，說明楊樹腐爛病在發(fā)病前期新疆楊PAL非常活躍，酶活性不斷升高，達到峰值后開始下降。0～1天為楊樹腐爛病菌的侵入期，1～3天為潛伏期，3天為發(fā)病期，酶活性變化病害侵入的變化相呼應。在外界條件未發(fā)生較大變化時若新疆楊PAL酶活性達到165.19±14.21～203.79±30.25，可以認為此時新疆楊樹體可能存在腐爛病的侵染。

2. 7 接種腐爛病菌后新疆楊PPO活性變化

由表6可以看出，3天的增長率達到68%，3天時的PPO酶活性與對照相比達到極顯著性水平（P<0.01）;4天的增長率達到182%，4天時的PPO酶活性與對照相比達到極顯著性水平（P<0.01）;4～7天酶活性開始下降，由此可以看出楊樹腐爛病在發(fā)病前期新疆楊PPO非?；钴S，酶活性不斷升高，而且在2天時酶活性增長率最大。0～1天為楊樹腐爛病菌的侵入期，1～3天為潛伏期，3天為發(fā)病期，酶活性變化病害侵入的變化相呼應。

3 討論與結論

酶活性測定結果表明，接種楊樹腐爛病后新疆楊均能夠誘導POD、CAT、β-1，3-glucanase、SOD、PAL活性升高，并且都達到顯著性差異或極顯著差異。過氧化物酶（POD）在植物的生長和抗逆性中起著重要作用保護酶。新疆楊受腐爛病菌的侵染后POD活性增高且與對照達到顯著性差異，這與蔣選利[ 5 ]等人研究結果相似。過氧化氫酶（CAT）是植物逆境條件下酶促防御系統(tǒng)中的關鍵酶之一，主要功能是催化細胞內過氧化氫的分解，從而使細胞免于遭受過氧化氫的毒害。新疆楊受腐爛病菌的侵染后CAT活性增高且與對照達到顯著性差異，與南芝潤[ 6 ]等研究結果一致。β-1，3-葡聚糖酶（β-1，3-glucanase）作為植物抗真菌病害的重要抗性物質之一，其能夠抑制病原菌的擴散[ 7 ]，新疆楊受腐爛病菌的侵染后β-1，3-葡聚糖酶（β-1，3-

glucanase）活性會升高且與對照達到顯著性差異。在植物的保護酶系中，超氧化物歧化酶（SOD）是一種重要的保護性酶，能夠清除生物體內超氧陰離子自由基，保護機體免受自由基的傷害，廣泛存在于動物、植物、微生物體內。馬偉榮等[ 8 ]將煙草的一段序列轉入苜蓿得到的轉基因植株總SOD酶活性是對照植株的2倍，與本試驗研究結果相似。苯丙氨酸解氨酶（PAL）是苯丙氨酸類代謝形成多種具有抗菌作用產物的定速酶，邢會琴等[ 9 ]研究了PAL與苜蓿白粉病的抗性關系，與本試驗新疆楊受腐爛病菌的侵染后均發(fā)現PAL活性會升高一致。多酚氧化酶（PPO）與新疆楊抗病性關聯(lián)不大。新疆楊受楊樹腐爛病菌的侵染后其體內抗性酶會升高來抵御病原菌的侵染[ 10 ]，1～3天6種抗性酶的增長率均達到最大，表明1～3天其酶活性最活躍，從而可以看出在侵入期、潛育期這段時間內酶活性最為活躍，且與CK存在顯著性（P<0.05）或極顯著差異（P<0.01），后期由于樹體衰弱導致其抗性變弱。當新疆楊的幾種抗性酶顯著高于正常值時可以認為其正在處于病原菌的侵入期和潛育期，可以為預防楊樹腐爛病的大面積發(fā)生提供理論依據。

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第1作者簡介：? 李春艷（1992-），? 女，? 碩士研究生，? 研究方向為植物病理學。

通訊作者：? 張王斌（1974-），? 男，? 教授，? 研究方向為植物病理學。

收稿日期： 2022 - 01 -? 20

Changes of Resistant Enzymes in Poplar in Response to Rot Pathogen Infection

LI Chunyan

（Tarim University，? Xinjiang Alar 843300）

Abstract The change rule of related resistance enzymes in Xinjiang poplar after being infected by poplar rot fungus was determined，? Theoretical basis.After the test seedlings were inoculated with P. rot， brown lesions appeared 2～3 days later. Compared with the control group， the six kinds of resistance enzymes reached a significant level in the treatments inoculated with P. rot. β-1， 3-glucanase showed the highest peak on the 3rd day， followed by catalase， polyphenol oxidase， superoxide dismutase， and phenylalanine ammonia lyase showed the highest peak on the 4th day. The oxidase showed the highest peak in the 4 th～5 th.The changes of defense enzymes of Xinjiang poplar were affected by the infection of poplar rot fungus.The six resistant enzymes reached a significant level in 1～3 days， and Xinjiang poplar was in the invasion and incubation period of poplar rot pathogens from 1-3 days， which can provide a theoretical basis for preventing the large-scale occurrence of poplar rot disease in advance.

Key words Populus bolleana; Canker disease; Defense enzyme; Resistance to disease

國家自然基金（31660034）;重點領域科技攻關計劃項目（2018AB038）;塔里木大學研究生教育創(chuàng)新計劃項目（TDGRI202014）