香蕉幼苗三類有機小分子溶質對尖孢鐮刀菌侵染的生理響應

董 鮮，鄭青松，王 敏，周金燕，沈其榮，郭世偉

南京農業大學資源與環境科學學院, 南京 210095

香蕉幼苗三類有機小分子溶質對尖孢鐮刀菌侵染的生理響應

董 鮮，鄭青松，王 敏，周金燕，沈其榮，郭世偉*

南京農業大學資源與環境科學學院, 南京 210095

為闡明香蕉枯萎病發病機制，研究了尖孢鐮刀菌侵染后，香蕉植株中幾種對尖孢鐮刀菌生長有顯著作用的物質(氨基酸、有機羧酸、酚酸)種類和含量的變化。結果表明：(1)病原菌侵染后，傷害逐漸加劇，株高和生物量顯著下降。(2)病原菌侵染后，葉片氨基酸總量顯著升高，其中絲氨酸、纈氨酸、組氨酸、異亮氨酸和亮氨酸增幅較大，病原菌侵染16 d，其含量分別為侵染前的7.1、6.2、4.4、3.5和2.3倍；而根氨基酸總量開始顯著降低，差異逐漸變小。(3)葉片有機羧酸酸含量在病原菌侵染后顯著增加，而在根中顯著降低。侵染植株葉片中草酸、檸檬酸、蘋果酸、琥珀酸和延胡索酸含量分別是未侵染植株葉片的2.6、1.6、1.9、1.8和2.3倍；根中草酸、檸檬酸、蘋果酸、琥珀酸和延胡索酸含量分別是未侵染植株的81%、42%、44%、28%和59%。(4)病原菌侵染后，植株葉片和根中酚酸含量都顯著升高。葉片中阿魏酸、肉桂酸和水楊酸含量分別是未侵染葉片的2.9、1.7和2.9倍；而根中對羥基苯甲酸和丁香酸含量分別是未侵染根的4.3和1.5倍。研究結果表明，尖孢鐮刀菌侵染后，植物與病原菌的相互作用使得植物體內抑菌物質和促菌物質都會相應的增加，植株對病害有一定的抗性，但促菌物質種類和含量較高最終使得感病植株發病。

尖孢鐮刀菌; 香蕉; 氨基酸; 有機羧酸; 有機酚酸

香蕉枯萎病又稱香蕉巴拿馬病、香蕉黃葉病，是一種毀滅性的土傳病害[1- 2]，其病原菌為尖孢鐮刀菌古巴專化型[Fusariumoxysporumf. sp.Cubense(FOC)]。根據其對不同香蕉栽培種的致病性差異，該病原菌分為4個生理小種[3]，其中生理小種4號致病力最強，幾乎可以侵染所有的香蕉種類。該病原菌能夠在土壤中以厚垣孢子的形式存活較長時間，高溫多濕天氣有利于病害侵染和擴展。香蕉枯萎病發病機制，一直存在兩個學說，分別是導管阻塞學說和毒素學說。導管阻塞學說認為病原菌侵染植物之后，在維管束組織中會形成胼胝質、侵填體、膠質等物質阻塞導管，最終使得地上部缺水死亡。毒素學說認為病原菌的次生代謝產物會對植株產生毒害作為，例如破壞植株細胞膜，干擾植株組織發揮功能等[4]。香蕉枯萎病的發病癥狀主要表現為病株凋萎和維管束變色腐爛[5- 6]，從苗期到成株期均能染病，但在植株將要抽蕾時癥狀變得明顯。發病初期，下層葉片及靠外的葉鞘變黃色，之后自下往上逐漸擴散，直至整株葉片均凋萎下垂。切開病株球莖和假莖，可見維管束呈現紅棕色或褐色斑點狀，靠近莖基部變色越深，病株的根系最終變黑死亡。

香蕉枯萎病為系統性維管束病害，病原菌通過根系侵入并沿著維管束向地上部擴展，最終導致植株枯萎死亡[4, 7]。由于該病菌在土壤中存活時間長，可通過土壤、水和農具等媒介傳播，致病力強，感染率高，防治難度極大，目前尚未有特效藥劑。研究[8- 9]表明，不同植物的根系分泌的氨基酸、有機酸和酚酸的種類和數量有明顯差異，并且這些物質的含量與種類和植物的抗病性密切有關，且植物產生或累積的氨基酸、有機酸、酚酸等也可構成連作障礙的重要因素，其對抗病性的促進或降低均有不同文獻報道，主要取決于氨基酸、有機酸和酚酸的種類的差異[8- 9]，缺乏深入而全面的研究。國內外關于這些物質的變化與病原微生物之間關系的研究也鮮有觸及。將物質變化-病原菌-植株作為一個整體進行考慮探究連作障礙機制顯然具有迫切性和重要意義。本研究致力于分析尖孢鐮刀菌侵染香蕉植株后，植物體內幾種對病原菌生長有重要作用的物質(氨基酸、酚酸、有機酸)種類和含量的變化，以期從病原菌和植株互作角度揭示香蕉枯萎病抗性的生理機制，為進一步闡明香蕉連作障礙機制提供理論依據。

1 材料與方法1.1 供試材料

香蕉(Musaparadisiaca)品種：巴西香牙蕉，由南京農業大學海南試驗基地提供。香蕉枯萎病病原菌：尖孢鐮刀菌古巴專化型 (Fusariumoxysporumf. sp.cubense) 4號生理小種，來自南京農業大學植物營養與施肥系菌種保存室。

1.2 試驗設計與處理

組培香蕉苗栽培在無菌石英砂中，待組培苗長至2葉1心時移栽至2.5 L塑料桶里，每個塑料桶里培養4株，移苗后每4 d換一次營養液，采用Hoagland營養液配方[10]，培養溫度為28 ℃，相對濕度為(70±10)%，每天光照時間為14 h。待香蕉幼苗長至5—6葉期時，隨機選取30株幼苗在濃度為1×106的尖孢鐮刀菌懸浮液中浸根2 h，另選取30株幼苗在無菌水中浸根相同時間。試驗共計2個處理，即對照(NI)和接種病原菌處理(I)。接種病原菌之后，于4、8、12和16 d采樣，分別代表病原菌侵染的4個階段，每次采樣各處理5個重復。每次樣品采集之后液氮凍干，保存于-20℃冰箱中，樣品采集完成后用于氨基酸、有機酸和酚酸種類和含量的分析測定。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 病原菌侵染植株病情分級

病原菌侵染16 d后，根據植株葉片失綠程度對植株進行病情分級，即1級為輕病株：2—3個下部葉片失綠；2級為重病株：4—5個下部葉片失綠。

1.3.2 株高、鮮重、干重與相對含水量的測定

從桶中取出植株，先用自來水沖洗，再用蒸餾水將鮮樣洗凈，用吸水紙吸干表面水分， 自植株莖基部分為地上部和根部兩部分，地上部再分為葉片和假莖兩部分，稱得鮮重(FW)，自假莖基部到地上部頂端量得株高，然后在 105℃殺青 15 min 后于75℃烘干至恒重，稱得干重(DW)。植株含水量計算依據公式：

含水量(%)=(鮮重-干重)/鮮重×100

1.3.3 氨基酸種類和含量的測定

0.5 g凍干磨碎的香蕉植株葉片和根系粉末用3%三氯乙酸溶液稀釋，樣品混合液在室溫中放置1 h，隨即在轉速10000 r/min離心15 min。收集上清液，0.45 μm微孔濾膜過濾，-20 ℃冰箱存儲直至分析時候取出[11]。游離氨基酸含量用高效氨基酸分析儀(Hitachi，Japan)測定，分離主要用離子交換色譜柱(﹟2622SC PF)，流動相為PF1、PF2、PF3、PF4、PF-RG、R- 3、C- 1,茚三酮溶液和緩沖液(Wako, Japan)，測定時用的標準樣品為type ANII和type B(Wako-shi，Japan)。

1.3.4 有機羧酸種類和含量的測定

2.0 g凍干的植株樣品在研缽中用5 mL超純水研磨成勻漿液，之后在轉速16000 r/min下離心20 min。收集上清液用高效液相色譜(HPLC)分析有機酸(蘋果酸、檸檬酸、草酸、琥珀酸和延胡索酸)的含量[12]。測樣條件為：XDB-C18色譜柱(4.6 × 250 mm, Agilent,USA)，流動相分別為5 mmol/L H2SO4(A)和色譜純甲醇(B)。

流動相梯度設置 0 min：95% A 和 5% B，流速為0.4 mL/min，運行10 min；15 min：90% A 和10% B，流速為 0.4 mL/min；16 min：90% A 和10% B，流速為0.4 mL/min；20 min：90% A和10% B，流速為0.5 mL/min；之后90% A 和10% B，流速為0.5 mL/min直至程序停止。

紫外檢測波長為210 nm，分別配置好單個標準樣品和5種物質的混合標準樣品，進樣后確定每種物質的保留時間，根據標準樣品各個物質的保留時間，確定待測樣品中的物質成分和含量[13]。

1.3.5 香蕉植株葉片與根系有機酚酸種類和含量的測定

2.0 g凍干的植株樣品在研缽中用5 mL色譜純甲醇研磨成勻漿液，之后在轉速16000 r/min離心15 min，上清液蒸干之后用2 mL超純水溶解，之后用高效液相色譜(HPLC)分析酚酸(對香豆酸、β-羥基苯甲酸、綠原酸、鄰苯二甲酸、咖啡酸、丁香酸、阿魏酸、水楊酸、根皮苷、肉桂酸)。

測樣條件為 XDB-C18色譜柱(4.6 mm × 250 mm，Agilent，USA)，流動相為2% 醋酸(A)和乙腈(B)梯度洗脫。

流動相梯度設置 0 min：95% A和5% B，流速為0.5 mL/min，運行10 min；25 min：95% A 和5% B，流速為1 mL/min；40 min：87% A和13% B，流速為1 mL/min；50 min：65% A和35% B，流速為1 mL/min直到程序停止。

紫外檢測波長為280 nm，分別配置好單個標準樣品和5種物質的混合標準樣品，進樣后確定每種物質的保留時間，根據標準樣品各個物質的保留時間，確定待測樣品中的物質成分和含量[14]。

1.4 數據處理與統計分析

試驗數據用Microsoft Excel和SAS 9.0軟件進行數據的處理、統計分析和顯著性水平檢驗，數據均為“平均數±標準差”格式。

2 結果與分析

2.1 病原菌侵染后植株生物量與含水量的變化

病原菌侵染4 d，從植株外觀上看不到傷害特征，侵染8 d，一些植株上有輕微癥狀，侵染12 d，癥狀較為明顯，處理16 d，不同處理植株外觀形態表現出顯著的差異，取樣測定分析結果(表1)。病原菌侵染植株16 d，發病植株不同器官含水量和生物量相對于未侵染植株均不同程度的降低，且發病越嚴重的植株，降低幅度越大。相對于未侵染植株，重病株株高降低22%，葉片、假莖和根干重分別降低43%、21%和37%。

表1 尖孢鐮刀菌侵染16 d對香蕉植株株高、生物量和含水量的影響Table 1 Effects of infection by F. Oxysporum for 16 days on plant height, biomass and water content of banana seedlings

DW：干重 Dry weight；在同一行中不同的小寫字母表示差異達到顯著水平(P< 0.05)

2.2 葉片與根中氨基酸總量的變化

由圖1可得出，葉片中氨基酸總含量明顯高于根的，并且侵染植株葉片中氨基酸總含量顯著累積。在根系中，病原菌侵染4 d后，根部氨基酸總量顯著低于未侵染植株根系的，之后這種差異逐漸不顯著，并且無論是未侵染植株還是病原菌侵染植株，氨基酸總量隨植株的生長都有一個降低的趨勢。

圖1 尖孢鐮刀菌侵染對香蕉葉片和根中游離氨基酸總量的影響

2.3 葉片與根中氨基酸種類和含量的變化

尖孢鐮刀菌侵染后，植株葉片氨基酸總量顯著增加(圖1)。病原菌侵染4 d，在葉片中，對比侵染與未侵染葉片，可以看到，蘇氨酸(Thr)僅在侵染植株葉片中檢測到，半胱氨酸(Cys)、酪氨酸(Tyr)、蛋氨酸(Met)在兩個處理葉片中均未檢測到，其余種類的氨基酸在兩個處理中均能檢測到，其中除了纈氨酸(Val)外，在侵染植株葉片中各種氨基酸含量均不同程度的高于未侵染植株葉片。病原菌侵染8 d，在葉片中，Thr在不同處理中均未檢測到，Cys和Met含量均很低，分別僅僅在未侵染植株葉片和侵染植株葉片可測到；其它氨基酸在不同處理均能檢測到，且侵染植株葉片中各種氨基酸含量均不同程度的高于未侵染植株葉片的。病原菌侵染12 d，Val和Thr僅在侵染植株葉片中檢測到，但Cys未檢測到；其它氨基酸在不同處理均能檢測到，其中除了絲氨酸(Ser)外，且侵染植株葉片中各種氨基酸含量均不同程度的高于未侵染植株葉片的。病原菌侵染16 d，在侵染植株葉片中Cys和Thr未檢測到，在其他檢測到的氨基酸中，除了丙氨酸外，侵染植株葉片中各種氨基酸含量均不同程度的高于未侵染植株葉片的(表2)。

在根系中，侵染與未侵染植株氨基酸種類差異不大(表3)，但氨基酸總量均逐漸顯著降低(圖1)。病原菌侵染4 d后，在根系中，侵染植株氨基酸總量下降顯著(圖1)，其中以Ser、Ala、甘氨酸(Gly)、異亮氨酸(Ile)等下降較為顯著(表3)。病原菌侵染8、12、16 d后，侵染與未侵染植株氨基酸總量差不多(圖1)，體現在具體的氨基酸含量上(表3)。

表2 尖孢鐮刀菌侵染對香蕉植株葉片中不同氨基酸含量的變化Table 2 Effects of infection by F. Oxysporum on contents of different amino acid in banana leaves

NI：未侵染植株 Non-infected plants； I：侵染植株Infected plants；nd代表未檢測到數據

表3 尖孢鐮刀菌侵染對香蕉植株根中不同氨基酸含量的變化Table 3 Effects of infection by F. Oxysporum on contents of different amino acid in banana roots

2.4 葉片和根中有機羧酸種類和含量的變化

病原菌侵染植株葉片不同天數后，檢測出的5種主要有機羧酸含量變化差異很大(圖2)。草酸含量在整個病原菌侵染時期，其含量均顯著高于對照。檸檬酸含量在病原菌侵染4、8、12 d，其含量均無明顯變化，侵染16 d，其含量顯著增加。蘋果酸含量在病原菌侵染12 d后，其含量顯著高于對照，之后含量持續升高。琥珀酸和延胡索酸含量變化趨勢較為相似，直到后期階段含量才顯著升高。病原菌侵染植株16 d后，葉片中草酸、檸檬酸、蘋果酸、琥珀酸和延胡索酸分別是未侵染植株含量的2.6、1.6、1.9、1.8和2.3倍(圖2)。

隨著病原菌侵染時間的延長，根中的5種主要有機羧酸含量均顯著下降，其中，侵染4 d，檸檬酸含量就顯著下降，而另外4種有機羧酸下降的慢(圖3)。病原菌侵染植株16 d，根中草酸、檸檬酸、蘋果酸、琥珀酸和延胡索酸分別是未侵染植株根中含量的81%、42%、44%、28%和59%。

圖2 尖孢鐮刀菌侵染香蕉對植株葉片中草酸、檸檬酸、蘋果酸、琥珀酸和延胡索酸含量的影響

圖3 尖孢鐮刀菌侵染香蕉對植株根中草酸、檸檬酸、蘋果酸、琥珀酸和延胡索酸含量的影響

2.5 葉片和根中有機酚酸種類和含量的變化

在植株葉片中，能檢測到3種酚酸，分別是阿魏酸，肉桂酸和水楊酸。除了4 d的阿魏酸含量(圖4)，在整個病原菌侵染時期，3種有機酚酸含量均顯著高于未侵染植株的(圖4)。病原菌侵染16 d之后，阿魏酸，肉桂酸和水楊酸其含量分別是未侵染植株的2.9、1.7和2.9倍。

由圖5可知，在根系中，僅能檢測到兩種酚酸，即對羥基苯甲酸和丁香酸。其中，對羥基苯甲酸含量在病原菌侵染12d后含量顯著升高,丁香酸含量在病原菌侵染8 d后相對于對照處理顯著升高。病原菌侵染16 d后，對羥基苯甲酸和丁香酸含量分別是侵染植株的4.3和1.5倍。

圖4 尖孢鐮刀菌侵染香蕉對植株葉片中阿魏酸、肉桂酸和水楊酸含量的影響

圖5 尖孢鐮刀菌侵染香蕉對植株根中對羥基苯甲酸和丁香酸含量的影響

3 討論與結論

香蕉鐮刀菌枯萎病，已經成為威脅香蕉產業的最大因素之一，幾乎危害所有的香蕉栽培品種，且有進一步蔓延的趨勢，目前為止沒有有效的藥劑抑制該病害的發生[15]。培育出優質、高產的抗病品種是徹底有效地防治香蕉枯萎病最根本的的措施，但迄今為止培育出的抗性品種數量有限，并且成本較高，并多為品質不佳，難以獲得蕉農的認可而無法推廣。因此，尋求其他防治香蕉枯萎病的措施迫在眉睫，而在此之前，明確香蕉枯萎病發病機制是尋找防治措施的基礎。

尖孢鐮刀菌是一種土壤習居菌，在土壤中能存活多年，當受到植株根系分泌物的刺激之后，厚垣孢子開始萌發，從根系侵染植株并以小型分生孢子的形態隨蒸騰流由植株根部沿維管束向地上部運輸。在運輸過程中，病原菌會產生對植株有毒的次生代謝產物，其中尖孢鐮刀菌酸(FA)是研究較多的一種尖孢鐮刀菌的次生代謝產物[16]。在病原菌向上運輸過程中，植物會作出相應的抗性反應，例如在維管束中產生胼胝質、侵填體、膠質等物質，從而堵塞導管，達到阻止病原菌向上運輸的目的[17]。由于病原菌侵染對植株細胞膜以及相應生理過程的影響，植株水分平衡會被打破[4]。植株的養分狀況很大程度上決定了植株形態組織水平、對病害的抗性程度以及病原菌在其體內的存活能力；其中，營養元素影響植物、病原菌和微生物的生長，在病害控制中扮演著重要角色。氨基酸是組成蛋白質的基本單位，也是蛋白質的分解產物，植物根系吸收、同化的氮素主要以氨基酸和酰胺的形式進行運輸。大多數氨基酸在低濃度范圍內可作為一種碳源，被微生物所吸收利用，因此對病原微生物的生長是有益的，但其被吸收利用的過程目前還不是十分清楚。根據氨基酸對病原菌生長的不同作用，將其分為促菌氨基酸和抑菌氨基酸[18]。促菌氨基酸包括：天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、組氨酸、半胱氨酸、蘇氨酸、酪氨酸、蛋氨酸；抑菌氨基酸包括：絲氨酸、賴氨酸、精氨酸。但是也有其他人的研究結果與此不一致，不同研究間的結果差異可能是由于研究所用病原菌種類不同而導致的[19]。本研究中，對比侵染與未侵染植株，葉片中促菌氨基酸含量增加顯著的有天冬氨酸、甘氨酸、亮氨酸、組氨酸，纈氨酸等，葉片中抑菌氨基酸含量增加顯著的有絲氨酸、賴氨酸、精氨酸等(表2)。相對葉片，根中氨基酸含量偏低，每種氨基酸含量在侵染前后差異程度沒有葉片高，但從侵染后的氨基酸總量可以看出，侵染后葉片氨基酸總量升高，而根中氨基酸總量降低(表 2，表3)。病原菌為了定殖于寄主植物，它需要適應寄主環境，并且調節自己的形態，生理代謝以及分泌的次生代謝產物和蛋白等[20]。所以，病原菌為了侵染植株并在其體內生長，它會使得植株合成更多的有利于其定殖的氨基酸種類，并運輸到根系供其吸收利用。但同時，植物體也會作出相應的抗性反應，合成較多的抑菌氨基酸。在黃瓜[18]和茄子[21]上的研究結果表明，感病植株根系分泌物中氨基酸種類多，數量大，能夠促進病原菌的生長，增加了植株根際病害發病率。在香蕉上研究也支持了這一點。本研究中，香蕉植株中促菌氨基酸的種類要高于抑菌氨基酸種類，并且在葉片中的增加幅度要高于抑菌氨基酸的，所以雖然植物有抗性反應，但最終病原菌的侵染使得植株發病加重(表1)。

有文獻[22]報道，有機羧酸能夠使有益細菌發生趨化性，有利于植物生長和提高植株的抗病性。有機酸在植物體內具有相當重要的作用，它既是各種氨基酸合成的底物，又是植物體內各種物質代謝的連接點。草酸、蘋果酸、檸檬酸都是三羧酸循環中的中間物質，它們參與作物體內的合成代謝。因此，它們在植物體內含量的高低，直接與植物生長、發育及其抗性有關。在本研究中，病原菌侵染不同階段，這些有機羧酸含量變化差異很大。葉片中草酸、檸檬酸、蘋果酸、琥珀酸、延胡索酸含量在病原菌侵染后，其含量顯著升高；在根系中，其含量隨病原菌侵染顯著降低(圖2，圖3)。這一方面可能由于病原菌侵染使得根系細胞膜破裂，一部分有機酸滲漏，所以使得其含量在根系中降低；另一方面由于植株想合成更多的氨基酸供給根系以及有機酸本身有滲透調節作用，所以其含量在葉片中顯著增加。

植物的一個重要防御機制是積累可溶的或細胞壁束縛態的酚類化合物[23]。酚類物質是一種重要的化感物質。尖孢鐮刀菌能夠感應到酚類物質的存在并做出相應的反應。有研究[24- 25]表明，在培養基中添加肉桂酸、香豆酸、香草酸等物質能夠增加毒素的產量和水解酶的活性，例如果膠酶和纖維素酶。同時，這些物質又對病原菌的生長和孢子萌發有抑制作用。很顯然，從抑制病原菌生長的作用來看，植物合成的酚類物質有一定的保護功能，但從提高毒素和水解酶產生的作用來看同樣又有促進病害發生的效果。本研究中，在植株葉片能檢測到3種酚酸，分別是阿魏酸、肉桂酸和水楊酸(圖4)。其中，阿魏酸和肉桂酸在病原菌侵染8 d后，其含量持續升高，水楊酸含量在病原菌侵染4 d，相對于對照處理，其含量即持續升高。在根中，僅能檢測到兩種酚酸，分別是對羥基苯甲酸和丁香酸。其中，對羥基苯甲酸含量在病原菌侵染12 d后含量顯著升高，丁香酸含量在病原菌侵染8 d后相對于對照處理顯著升高(圖4，圖5)。水楊酸、對羥基苯甲酸低濃度對病原菌生長沒有明顯的作用，但是高濃度下，抑制孢子萌發，所以它們對尖孢鐮刀菌的影響可能與其在分泌物中的濃度有關[24- 25]。肉桂酸能夠加劇根系的氧化脅迫使其根系更易受鐮刀菌侵染而有助于枯萎病的發生。阿魏酸隨著其濃度的升高，能夠促進孢子萌發和增加其產孢子能力，但丁香酸對病原菌生長還不明確，所以，很顯然，酚酸類物質對植物的自毒作用也是促進連作障礙發生的重要因素[21, 26- 27]。

綜上所述，尖孢鐮刀菌侵染后，植物與病原菌的相互作用使得植物體內抑菌物質和促菌物質都會相應的增加，如葉片氨基酸含量顯著增加。其中大多數氨基酸為促菌氨基酸，典型的如纈氨酸、組氨酸和異亮氨酸等。而一些抑菌氨基酸如絲氨酸、賴氨酸、精氨酸等也顯示增加，同時葉片中有機羧酸的顯著積累，說明香蕉植株對病害有一定的抗性。氨基酸、有機酸和酚酸的種類和數量與植物對病原菌的抗性密切相關，闡明三者之間的關系深入研究及有機酚酸累積的抑菌或促菌作用有待深入研究。

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Physiological response of three types of organic small molecule solutes in banana seedlings toFusariumoxysporuminfection

DONG Xian, ZHENG Qingsong, WANG Min, ZHOU Jinyan, SHEN Qirong, GUO Shiwei*

CollegeofResourcesandEnvironmentalScience,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing210095,China

Fusariumwilt of banana is induced byFusariumoxysporumf. sp.cubense. The initial chlorosis symptoms occur progressively from lower to upper leaves, and subsequently occurring in the whole plant. To clarify the pathogenesis mechanism of banana wilt disease, hydroponic experiments with pathogen inoculation were conducted in a greenhouse. The changes of several substances (amino acids, organic carboxylic acids and phenolic acids) in banana seedlings related to the growth of theF.oxysporumwere studied. The results were showed as follows: (1) After infection, the injury of banana seedlings was gradually increased. The injury symptom of infected banana seedlings began to be observed at 8thday, and it was most serious at 16thday. It showed that height and biomass of the plant were significantly decreased after infection. Compared with non-infected plants, 22% reduction of height was observed in heavy-disease plants. In light-disease plants, 37%, 18% and 23% reduction of dry weight in leaves, pseudostems and roots respectively. The dry weight of leaves, pseudostems and roots was decreased 43%, 21% and 37% in heavy-disease plants, respectively. The water content of both leaves and roots was decreased with the disease development. (2) 16 kinds of amino acids were analyzed in both non-infected and infected plants during the whole infection stage. The total contents of amino acids in leaves were higher than in roots. After theF.oxysporuminfection, contents of amino acids in leaves were significantly increased whereas they were decreased in roots. In 16 kinds of amino acids, the contents of serine, valine, histidine, isoleucine and leucine were changed more significantly in leaves under the pathogenic infection, and were respectively increased by 7.1, 6.2, 4.4, 3.5 and 2.3 times in infected leaves compared with non-infected leaves. (3) Oxalic acid, citric acid, malic acid, succinic acid and fumaric acid were detected in both roots and leaves of bananas. Content of organic carboxylic acids were dramatically enhanced in leaves and reduced in roots after the pathogenic infection. Contents of oxalic acid, citric acid, malic acid, succinic acid and fumaric acid in the leaves were increased by 2.6, 1.6, 1.9, 1.8 and 2.3 times after the pathogenic infection, respectively. However, in infected roots, they were decreased to 81%, 42%, 44%, 28% and 59% of the levels in non-infected roots, respectively. (4) Ferulic acid, cinnamic acid and salicylic acid were detected in leaves, while in the roots, hydroxybenzoic acid and eugenol acid were detected. Contents of organic phenolic acids were increased in both the leaves and roots after the pathogenic infection. Ferulic acid, cinnamic acid and salicylic acid contents in the leaves were 2.9, 1.7 and 2.9 times of those in the non-infected leaves, respectively. In infected roots, contents of hydroxybenzoic acid and eugenol acid were 4.3 and 1.5 times of those in the non-infected roots, respectively. It is concluded that the interaction between plants and pathogens could increase the related both beneficial and harmful substances. The banana seedlings have some resistance to injury caused byF.oxysporuminfection. However, higher kinds and contents of promoting-bacterium substance than those of anti-bacterium substance leads to disease.

FusariumOxysporum; banana; amino acids; organic carboxylic acids; organic phenolic acids

國家自然科學基金 (31172020, 31272236); 國家基礎研究計劃(2013CB127403)

2013- 06- 26;

2014- 05- 30

10.5846/stxb201306261785

*通訊作者Corresponding author.E-mail: sguo@njau.edu.cn

董鮮，鄭青松，王敏，周金燕，沈其榮，郭世偉.香蕉幼苗三類有機小分子溶質對尖孢鐮刀菌侵染的生理響應.生態學報,2015,35(10):3309- 3319.

Dong X, Zheng Q S, Wang M, Zhou J Y, Shen Q R, Guo S W.Physiological response of three types of organic small molecule solutes in banana seedlings toFusariumoxysporuminfection.Acta Ecologica Sinica,2015,35(10):3309- 3319.