抗、感白粉病春小麥感染白粉菌后抗病特性的細胞學觀察
2014-05-23 22:41:17王怡彭永康
天津農業科學 2014年4期
王怡+彭永康
摘 要：以白粉菌15號生理小種感染抗、感白粉病春小麥為對象，通過細胞學觀察發現，白粉菌在抗病春小麥上發育畸形，有分瓣型和纖細型附著胞出現，并發現細胞質凝集和過敏性壞死等現象。研究結果為從細胞學角度分析小麥抗白粉特性提供了一種有用方法。
關鍵詞：小麥白粉病；抗白粉病春小麥；白粉病敏感春小麥；抗性；白粉菌
中圖分類號：S512 文獻標識碼：A DOI編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.04.001
小麥白粉病（Powdery mildew）是由專性寄生真菌禾布氏白粉菌Blumeria graminis （DC）Speer f . sp. tritici Emend Marshal（Bgt）引起的一種真菌性病害，屬世界性分布，嚴重影響了世界小麥的產量[1]。作為世界上第一大糧食作物，小麥在種植面積、產量、庫存量及貿易額等方面居多種主要糧食作物之首，全世界大約有35%～40%的人口以小麥為主食[2]。我國小麥種植以冬小麥為主，占小麥總面積的84%，春小麥占16%，春小麥主要分布在長城以北，主產省有黑龍江、內蒙古、甘肅、新疆、寧夏等。白粉病是我國小麥產區最重要的病害之一，對小麥產量影響較大[3]。因此，深入地開展對小麥白粉病的防治研究，尋找有效的、穩定的抗源對小麥進行抗病育種有重大意義。近年來，一些研究者在不同小麥品種對白粉病的抗性鑒定方面做了大量工作[4-14]。但對春小麥白粉病抗性鑒定，春麥抗病的細胞、遺傳及分子研究的工作還相對滯后。本研究對抗、感白粉病的2種春小麥進行了抗性鑒別， 從細胞學即2種春小麥在感染白粉病后的白粉菌生長狀況進行了比較分析，為春小麥抗病機理研究提供基礎性資料，以便為抗病春小麥的培育及推廣提供依據。
1 材料和方法
1.1 供試小麥品種與病原菌
供試品種：對白粉病具抗性和敏感的兩種春小麥品種由天津市農業科學院作物研究所王繼忠先生提供，將上述兩個品種的種子進行催芽后種入提前滅過菌的花盆中，置于25 ℃恒溫環境中培養至第一片葉完全長出，待用。
白粉菌15號生理小種 （Blumeria graminis f.sp tritici） 由中國農業科學院植物保護研究所提供。
1.2 接種及白粉菌的抗性鑒定
1.2.1 接種 接種前輕輕抖動待傳菌用的小麥葉片，抖掉葉片上的老孢子，以保證白粉菌的孢子在接種時新鮮一致。用毛筆蘸取白粉菌孢子后用相同的力度均勻刷在葉片背面。
1.2.2 試驗設計 將兩種參試品種，每個品種種5盆，每盆種15粒完全萌發的種子，以相同的間隔排開，待第一片葉完全長出后接種，放置于人工氣候培養箱中培養（白天溫度25 ℃，濕度60%，光照強度80 lx，16 h；夜間溫度22 ℃，濕度60%，黑暗，8 h）。
1.2.3 調查方法 待葉片染菌兩周后， 分別對兩個小麥品種進行取樣， 每盆取5個幼苗，每個幼苗取一片未枯死的葉，按病葉分級標準分級記錄[15]。標準如下。
1級：病斑占葉面積的10%以下；2級：病斑占葉面積的10%～25%；3級：病斑占葉面積的26%～50%；4級：病斑占葉面積的51%～80%；5級：病斑占葉面積的80%以上。
1.3 供試品種接種白粉菌后的細胞學觀察
植物材料接種后，分別于不同染菌時間點（4，8，12，24，48，72 h）取2 cm左右葉段4段，置于固定透明液（無水乙醇∶冰乙酸∶1，0.15%三氯乙酸）中固定72 h，再用染色液（0.6%考馬斯亮藍R-250甲醇溶液∶15%三氯乙酸=1∶1）染色24 h[10]，沖洗葉片表面的染色液后于保存液（冰乙酸∶甘油∶水=1∶4∶15）中保存待用。取葉段于載玻片上，用保存液作浮載液制成臨時裝片，于顯微鏡下觀察附著胞形態及宿主抗性反應等互作位點情況。
2 結果與分析
2.1 白粉病抗性鑒定結果
對白粉病具抗性和敏感的兩種春小麥在接種白粉菌兩周后，對其進行苗期白粉病抗性鑒定。抗性春麥葉片上有極少數零星病斑、無壞死葉片；而感性春麥接種后發病快，葉片上有連成片的病斑，且有孢子堆。抗性鑒定結果如表1和表2，抗性品種白粉菌占葉片面積的6.99%，表現為白粉病高抗型，敏感品種白粉菌占葉片面積 97.06%，表現為白粉病高感型。
2.2 抗、感白粉病春小麥接種白粉菌后的細胞學觀察
2.2.1 感病春小麥白粉菌發育情況 本試驗在接種白粉菌后不同時間點取材，將材料固定透明后采用考馬斯亮藍R250染色24 h，在顯微鏡下記錄白粉菌孢子在敏感品種上的發育情況。圖l分別為接種后不同時間點敏感品種上白粉菌的發育形態。其中a為接種后4 h，分生孢子萌發出初生芽管；b為8 h，附著胞芽管；c為24 h，附著胞形成吸器；d為48～72 h，形成次級菌絲。
顯微觀察結果表明，白粉菌15號生理小種在感病品種上萌發較早，孢子在4 h就開始萌發。新產生的芽管不會立刻侵入寄主細胞，而是先在寄主表面生長擴展。在8～12 h，芽管末端逐漸膨大形成附著胞，隨后在24 h附著胞中間產生一個細的侵染釘侵入寄主表皮細胞，并且隨后產生吸器吸收營養，這意味著侵染成功。48～72 h開始產生次生菌絲。
2.2.2 抗病春小麥葉片上白粉菌附著胞畸形情況 成熟的附著胞一般呈鐮刀狀，但是也常會存在一些畸形的附著胞，尤其是在抗性材料上，這些畸形附著胞因為不能從植物細胞正常吸收營養，所以不能繼續生長發育。常見的畸形形態包括：分瓣型附著胞（其頂端具有2～3個分瓣）、纖細型附著胞（芽管極度延伸變得纖細），分瓣型和纖細型附著胞均不能形成正常附著胞，不能吸收寄主營養。
本試驗中，在抗性材料上觀察到了白粉菌附著胞的畸形，如圖2， 其中a是分瓣型附著胞畸形；b所示為芽管纖細型畸形；c為細胞質凝聚；d表示過敏性壞死。分析產生這一原因可能是由于免疫材料葉片細胞壁較厚，白粉菌不易附著并成功侵染，所以只能使芽管繼續伸長尋找可附著的位點，這就產生了附著胞畸形。形成分瓣型附著胞和纖細型附著胞，如圖2的a，b。而在抗性材料上由于有較強的防御反應，能夠抑制白粉菌繼續侵染，從而出現細胞質凝聚、過敏性壞死等防御反應。本試驗中，在抗病材料上出現了這種防御反應。圖2的c所示為抗病品種葉片上寄主對白粉菌侵染的細胞質凝聚反應，圖中在互作位點處，寄主有明顯的一片圓形細胞質凝聚，而該處白粉菌芽管伸長，末端附著胞細而小，未呈現正常的喙形，可能是由于寄主與白粉菌互作中，寄主細胞質凝聚，使得白粉菌無法有效入侵吸收營養，有效抑制了白粉菌附著胞的發育。圖2的d是細胞過敏性壞死。其細胞壁發生沉積，細胞質凝聚，尤其是在侵染點周圍，有較深的細胞質凝聚，整個細胞壞死后，病原菌不能從中吸取營養，從而抑制了病原菌的生長擴張。
3 討論與結論
在本試驗中，通過研究兩種品種小麥與白粉菌的互作情況，發現白粉菌在兩種材料上的發育形態是不同的，而且不同品種對白粉菌侵染的防御反應也是有相當大差別的。在感病材料上白粉菌更容易萌發，而且萌發時間較早。在接種白粉菌4 h后就發現白粉菌孢子開始萌發，隨后產生附著胞等結構，白粉菌在寄主細胞萌發后24 h左右就可觀察到白粉菌的侵入釘。葉片在白粉菌初侵染過程中也會呈現出對白粉菌的防御反應，也會有少量的細胞質凝聚現象，但是幾乎沒有觀察到過敏性壞死現象。
在抗性材料葉片上，白粉菌萌發的稍晚，生長速度較敏感春小麥而言也會相對較遲緩，會表現出較為強烈的防御白粉菌反應。白粉菌因為細胞的過敏性壞死而不能從寄主細胞吸收營養，會耗盡自身的養料而最終死亡，因而阻止了白粉菌的侵染。抗病小麥葉片上也會出現白粉菌畸形，會出現纖細型芽管。防御反應中會有較多的細胞質凝聚，分瓣型附著胞。最后還會觀察到防御反應，如過敏性壞死、細胞質凝聚。分瓣型附著胞說明寄主細胞對白粉菌侵染呈現多層次、多階段的防御反應特點。本研究對兩種春小麥抗白粉病特性作了鑒別，同時從細胞學角度對白粉菌的發育特性作了比較分析，所得結果對于春小麥的生產及抗病育種有參考價值。
參考文獻：
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3 討論與結論
在本試驗中，通過研究兩種品種小麥與白粉菌的互作情況，發現白粉菌在兩種材料上的發育形態是不同的，而且不同品種對白粉菌侵染的防御反應也是有相當大差別的。在感病材料上白粉菌更容易萌發，而且萌發時間較早。在接種白粉菌4 h后就發現白粉菌孢子開始萌發，隨后產生附著胞等結構，白粉菌在寄主細胞萌發后24 h左右就可觀察到白粉菌的侵入釘。葉片在白粉菌初侵染過程中也會呈現出對白粉菌的防御反應，也會有少量的細胞質凝聚現象，但是幾乎沒有觀察到過敏性壞死現象。
在抗性材料葉片上，白粉菌萌發的稍晚，生長速度較敏感春小麥而言也會相對較遲緩，會表現出較為強烈的防御白粉菌反應。白粉菌因為細胞的過敏性壞死而不能從寄主細胞吸收營養，會耗盡自身的養料而最終死亡，因而阻止了白粉菌的侵染。抗病小麥葉片上也會出現白粉菌畸形，會出現纖細型芽管。防御反應中會有較多的細胞質凝聚，分瓣型附著胞。最后還會觀察到防御反應，如過敏性壞死、細胞質凝聚。分瓣型附著胞說明寄主細胞對白粉菌侵染呈現多層次、多階段的防御反應特點。本研究對兩種春小麥抗白粉病特性作了鑒別，同時從細胞學角度對白粉菌的發育特性作了比較分析，所得結果對于春小麥的生產及抗病育種有參考價值。
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在抗性材料葉片上，白粉菌萌發的稍晚，生長速度較敏感春小麥而言也會相對較遲緩，會表現出較為強烈的防御白粉菌反應。白粉菌因為細胞的過敏性壞死而不能從寄主細胞吸收營養，會耗盡自身的養料而最終死亡，因而阻止了白粉菌的侵染。抗病小麥葉片上也會出現白粉菌畸形，會出現纖細型芽管。防御反應中會有較多的細胞質凝聚，分瓣型附著胞。最后還會觀察到防御反應，如過敏性壞死、細胞質凝聚。分瓣型附著胞說明寄主細胞對白粉菌侵染呈現多層次、多階段的防御反應特點。本研究對兩種春小麥抗白粉病特性作了鑒別，同時從細胞學角度對白粉菌的發育特性作了比較分析，所得結果對于春小麥的生產及抗病育種有參考價值。
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