低聚木糖對玉米生長和花葉病毒病抗性的影響

[摘 要] 為研究低聚木糖對玉米生長和花葉病毒抗性的影響，采用不同濃度的低聚木糖對玉米種子進行處理，總結分析其對玉米室溫生長及花葉病毒抗性的影響效果。結果表明：低聚木糖處理18 d后，玉米種子與對照組相比，60 mg/L低聚木糖對于玉米的株高、鮮質量及主根生長有明顯的促進作用。而用低聚木糖噴霧處理玉米葉片18 h后接種SMV，與對照組相比SMV病情指數明顯降低。另外，用實時熒光定量PCR檢測試驗組防衛基因的表達，與對照組相比，低聚木糖處理后玉米的防衛基因中，PR2、PRI0、PRI2和LOX2在處理12 h后表達量最高，PR3的表達量在處理24 h后最高，而PR1、PAL、PPO在處理48 h后表達量最高。說明低聚木糖對玉米花葉病毒抗性的促進作用是通過激活SA信號通路和JA信號通過來實現的。

[關鍵詞] 低聚木糖；玉米；花葉病毒；抗性

[中圖分類號] S565.1 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-7909（2017）14-59-2

玉米花葉病毒可以對玉米葉片造成嚴重的傷害，影響玉米的產量。目前防治玉米花葉病毒的主要方法是選育優良的抗病品種，但是新品種的選育工作一般進展較慢，所以急需尋找積極有效的防治措施。有研究者將研究方向放在植物自身的防御系統上，相關文獻表明這一方法有一定的可行性。低聚木糖是木糖分子通過β-1，4糖苷鍵聚合而成的聚合物，有研究表明低聚木糖對番茄、大豆等植物的生長有顯著的促進作用，而且對大豆、毛白楊等植物的一些病毒抗性有一定的影響[1-2]。而低聚木糖對玉米生長及抗病性影響的研究則未見報道，本文就其對玉米生長和花葉病毒病抗性的影響進行研究。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

玉米病毒繁殖寄主為良玉99，玉米花葉病毒株系為MDMV-B，供試玉米為丹玉6號，低聚木糖由山東龍力科技公司生產。

1.2 試驗方法

1.2.1 室溫下玉米生長的促進試驗。選擇健康的、經免疫學檢驗無病原侵染的玉米種子，用75%乙醇（v/v）清洗1 min，再用10%NaClO消毒3 min，用蒸餾水沖洗三四次，置于無菌通風處晾干。分別用濃度為0、10、20、30、40 mg/L和50 mg/L低聚木糖溶液浸泡玉米種子6 h，之后將其種于無菌微藻土與蛭石混合的土壤中，盛裝的容器為直徑10 cm、深15 cm的花盆，每盆中都播種10粒玉米種子。每組設置3個平行。將花盆置于溫室中培養，培養溫度為25 ℃，光照條件為12 h光照、12 h黑暗的光周期，光強為800 μmol·m2/s。培養21 d后統計玉米的生長狀況，主要包括出苗率、株高和鮮質量，對比分析不同濃度低聚木糖處理的玉米種子的上述指標。

1.2.2 室溫下玉米的花葉病毒抗性試驗。選取溫室種植的玉米植株為試驗材料，再接種病毒前18 h用0、10、50、100 mg/L低聚木糖均勻噴灑于玉米葉片表面，每個葉片的噴霧量為2 mL，每個玉米植株選取同一位置的3個葉片進行處理，每個濃度處理10株，每組設置3個平行。處理18 h后，采用摩擦的方法接種玉米花葉病毒，接種病毒后的玉米植株在原培養條件下進行培養。30 d后調查計算病情指數，并計算防病效果。

1.2.3 實時熒光定量PCR檢測防衛相關基因的表達。將室溫條件下培養的玉米植株的葉片展平，選取10株在同一位置的大小相同的葉片，采用噴霧的方式用100 mg/L低聚木糖溶液處理葉片，每個葉片噴霧量為2 mL，以清水處理作為對照組，分別于處理12、24、48 h后摘玉米葉片，用液氮研磨法提取玉米葉片的總RNA，再通過翻轉率PCR合成cDNA，以反轉錄得到的cDNA為模板，在熒光定量PCR儀上進行PCR，測定PR1、PR2、PRI0、PRI2、LOX2、PAL和PPO基因的表達量，以肌動蛋白基因作為內參。

2 結果與分析

2.1 室溫下低聚木糖對玉米生長的促進效果

從出苗率來看，0、10、20、30、40 mg/L和50 mg/L低聚木糖的處理結果分別為60.31%±12.22%、66.32%±8.46%、68.62%±8.55%、71.02%±16.43%和64.54%±12.12%。從株高來看，5個處理濃度的處理結果分別為（21.42±8.72）cm、（24.56±10.42）cm、（25.28±12.52）cm、（30.62±15.42）cm和（32.44±10.65）cm。從鮮質量來看，5個處理濃度的處理結果分別為（50.62±8.55）g、（52.64±8.42）g、（55.28±10.36）g、（60.08±10.43）g和（62.77±10.62）g。從上述數據中可以看出，低聚木糖處理對于玉米的株高和鮮質量有明顯的促進作用，在試驗濃度范圍內，濃度越高，促進效果越明顯。而低聚木糖對玉米的出苗率也有一定的促進作用，且在低聚木糖的濃度為40 mg/L時促進效果最好。

2.2 低聚木糖對玉米SMV抗性的影響

從發病率來看，對照組玉米的發病率為78.63%±10.62%，0、10、50、100 mg/L低聚木糖處理后的發病率分別為72.20%±8.66%、68.45%±5.54%、64.23%±7.22%。計算其病情指數分別為60.22%±5.42%、52.08%±6.33%、47.54%±5.20%、41.42%±7.30%（包括對照組）。從上述數據來看，與對照組相比，10、50、100 mg/L低聚木糖處理下，玉米花葉病的發病率分別下降了4.43%、10.18%、14.40%，呈較明顯的下降趨勢，但試驗設置濃度梯度有限，難以確定低聚木糖處理的最適濃度。從病情指數來看，各個濃度低聚木糖處理的病情指數均明顯低于對照組。10、50、100 mg/L低聚木糖處理后，玉米花葉病的防治效果分別達到26.42%、30.55%和34.30%，說明低聚木糖可以誘導玉米抗性。

2.3 低聚木糖處理對防衛相關基因表達的影響

根據實時熒光定量PCR的結果分析低聚木糖處理對防衛相關基因表達的影響。處理12 h的植株中，各個檢測基因的相對表達量均較低；處理24 h后，檢測的各個基因的表達量均有明顯升高的勢頭；處理48 h后，各個基因的表達量又有明顯的回落趨勢。綜合來看，與對照組相比，低聚木糖處理后的玉米防衛基因中，PR2、PRI0、PRI2和LOX2在處理12 h后表達量最高，PR3的表達量在處理24 h后最高，而PR1、PAL、PPO在處理48 h后表達量最高。

3 討論

低聚木糖作為一種功能性聚合糖，其在植物植物生長中的促進作用以及對抗性因子的激活作用目前已經在很多植物中被報道，但是目前的研究一般僅局限于大豆等雙子葉植物，低聚木糖對玉米生長及抗性的促進作用則未見刊。通過本研究發現，用低聚木糖處理玉米可以促進玉米的生長，并通過激活玉米的防衛相關基因來誘導玉米對于花葉病毒的抗性。植物抗病性基因誘導主要有2條途徑，即JA途徑和ET途徑。JA途徑中發揮關鍵作用的基因有PR系列基因、LOX基因等，通過實時熒光定量PCR的結果來推測，低聚木糖很可能是激活了玉米抗性基因誘導的JA途徑。相比其他化學類農藥，低聚木糖的安全性較高，對環境污染程度小。所以，將低聚木糖作為生物農藥進行大力推廣是可行的，希望為相關科研人員提供一定的參考。

參考文獻

[1]張培剛，張靜文，張鳳清，等.玉米芯中低聚木糖的定性定量研究[J].食品科學，2009（19）：125-127.

[2]姬小明，呂全建，趙銘欽，低聚木糖的特性及應用研究進展[J].安徽農業科學，2007（23）：7088-7089.