叢枝病植原體侵染對甜櫻桃葉片礦質(zhì)營養(yǎng)和游離態(tài)氨基酸的影響

譚鉞 魏海蓉 王甲威 王延書 劉慶忠 孟憲鵬

摘要：以被叢枝病植原體危害的甜櫻桃植株和健康植株為試材，通過測定葉片礦質(zhì)元素和游離態(tài)氨基酸含量變化，分析植原體引起的甜櫻桃葉片營養(yǎng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變。結(jié)果表明，植原體危害引起甜櫻桃葉片中Mg、B、Mo含量升高，N、Ca、Fe、Mn、Cu含量降低；感病葉中丙氨酸、苯丙氨酸、蘇氨酸、精氨酸、天冬氨酸含量升高，色氨酸、絲氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺、組氨酸、谷氨酸含量降低，其中色氨酸和絲氨酸在感病葉中的含量僅為健康葉的5.8%和11.8%。

關(guān)鍵詞：叢枝病；植原體；甜櫻桃；礦質(zhì)營養(yǎng)；游離態(tài)氨基酸

中圖分類號：S662.5：S436.62文獻(xiàn)標(biāo)識號：A文章編號：1001-4942（2018）03-0094-04

Abstract In order to explore the transformation of nutritional status of sweet cherry leaves induced by phytoplasma infection， we compared the contents of mineral elements and free amino acids between healthy and infected leaves. The results showed the contents of Mg， B and Mo increased， while N， Ca， Fe， Mn and Cu decreased in infected leaves， which coincided with the functional change of the leaves. The infected leaves also had higher levels of alanine， phenylalanine， threonine， arginine and aspartic acid， but the contents of tryptophan， serine， tyrosine， glutamine， histidine and glutamic acid were significantly lower. Notably， the contents of tryptophan and serine in infected leaves were only 5.8% and 11.8% of those in healthy leaves， respectively.

Keywords Witches-Broom；Phytoplasma； Sweet cherry； Mineral nutrition； Free amino acids

植原體（Candidatus Phytoplasma）是一類沒有細(xì)胞壁的植物病原細(xì)菌，主要寄生在植物營養(yǎng)豐富的韌皮部組織[1]，能危害一千多種植物并引起黃化、叢枝、死亡等多種病癥，造成重大生產(chǎn)損失[2]。植原體基因組內(nèi)缺少多個物質(zhì)和能量代謝的必需基因，其生命活動高度依賴于寄主細(xì)胞提供的營養(yǎng)物質(zhì)，與寄主植物存在緊密的互作關(guān)系[3]。植原體能阻斷寄主植物韌皮部的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)，導(dǎo)致碳水化合物在源器官中異常積累，向花、果實、根系等庫器官的分配減少[4-6]。寄主植物的多種生理生化過程，如光合作用、次生代謝、激素平衡等，也因植原體的侵染而發(fā)生改變[4，5，7-9]。由于植原體無法進(jìn)行離體培養(yǎng)，其致病機(jī)制相關(guān)研究進(jìn)展緩慢。

甜櫻桃（Prunus avium）是一種重要的溫帶果樹，近十幾年來多個國家和地區(qū)的甜櫻桃均發(fā)現(xiàn)受到植原體危害，侵害癥狀包括失綠、黃化、叢枝、果實變小等，嚴(yán)重者樹勢衰退甚至死亡。山東省是我國甜櫻桃主產(chǎn)區(qū)，近年來也發(fā)現(xiàn)植原體危害，最終導(dǎo)致葉片變小、黃化、卷曲、光合作用衰退，促使感病葉轉(zhuǎn)變?yōu)榛钴S的生長中心[10]，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)危害山東省甜櫻桃的植原體來源于榆樹黃化植原體組（16SrV-B）[11]。為進(jìn)一步明確植原體引起的甜櫻桃葉片營養(yǎng)狀態(tài)及代謝模式轉(zhuǎn)變，本研究對葉片中的礦質(zhì)元素和游離氨基酸進(jìn)行檢測分析，以期為揭示該病害的發(fā)生機(jī)理提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗于2016年在山東省泰安市南王莊生產(chǎn)園中進(jìn)行，供試甜櫻桃品種為嫁接于‘吉塞拉6號砧木的‘薩米脫（Prunus avium L.cv. Summit）。分別選取6年生植原體侵染植株與健康植株作為取樣樹，栽培管理方式一致。

1.2 試驗方法

在植原體侵染植株叢枝和健株一年生枝上分別采集自頂端起第4、5片功能葉片，立即進(jìn)行液氮速凍和殺青烘干處理，保存待用。

1.2.1 礦質(zhì)元素測定 使用改良式凱氏定氮法和鉬藍(lán)比色法測定N、P含量，電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）[12]測定K、Ca、Mg、S、Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo含量。3次生物學(xué)重復(fù)。

1.2.2 游離態(tài)氨基酸測定 參考高肖飛等[13]的方法，使用高效液相色譜測定游離態(tài)氨基酸組分。3次生物學(xué)重復(fù)。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Microsoft Excel 2007和IBM SPSS Advanced Statistics 19軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 植原體侵染對甜櫻桃葉片主要礦質(zhì)元素含量的影響

受叢枝病植原體危害的甜櫻桃葉片中，多種礦質(zhì)元素的含量發(fā)生顯著變化（表1、2）。大量元素中N和Ca在感病葉中的含量顯著降低，分別比健康葉減少42.11%和37.84%，但Mg元素含量比健康葉高38.00%（表1）。微量元素中，F(xiàn)e、Mn、Cu在感病葉中的含量顯著低于健康葉，而B、Mo顯著高于健康葉。其中，Mn在感病葉中的含量降低幅度最大，僅為健康葉的17.49%（表2）。

2.2 植原體侵染對甜櫻桃葉片游離態(tài)氨基酸含量的影響

受叢枝病植原體危害的甜櫻桃葉片中，共檢測到11種游離態(tài)氨基酸的含量發(fā)生顯著變化。含量明顯升高的有5種，分別為丙氨酸、苯丙氨酸、蘇氨酸、精氨酸和天冬氨酸，其升高幅度為21.2%～91.9%。含量明顯降低的有6種，分別為色氨酸、絲氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺、組氨酸和谷氨酸，其中，色氨酸和絲氨酸含量大幅度降低，在感病葉中含量僅為健康葉的5.8%和11.8%（表3）。

3 討論

3.1 礦質(zhì)營養(yǎng)與葉片的功能轉(zhuǎn)變

礦質(zhì)元素參與植物生命物質(zhì)的構(gòu)成，是植物器官正常發(fā)育并行使功能的基礎(chǔ)。甜櫻桃被植原體危害后，葉片的形態(tài)、功能都發(fā)生顯著變化。為明確這種變化是否與礦質(zhì)營養(yǎng)的失調(diào)有關(guān)，本研究對感病葉12種礦質(zhì)元素進(jìn)行檢測，并分析其含量變化與葉片生長狀態(tài)和功能的關(guān)系。

N、Fe、Cu都是葉綠素的重要組分，任一元素的缺乏都會引起植物葉片出現(xiàn)失綠癥狀。本研究中，病葉中N、Fe、Cu含量降低，與譚鉞等[10]觀測到的黃化、葉綠素減少的病癥一致，說明其葉綠素的減少可能與三種元素的缺乏有關(guān)。Mn是光系統(tǒng)放氧復(fù)合體的必需組分，參與PSⅡ反應(yīng)中心水的裂解和電子傳遞[14]，Mn缺乏會導(dǎo)致葉片光合能力的降低[15]。本研究中，感病葉Mn含量大幅下降，不足健康葉的20%，可能是引起光合能力下降的重要原因。

植原體引起甜櫻桃枝葉叢狀生長，對物質(zhì)、能量需求增加，但其葉片光合能力十分有限，主要依賴其他部位提供營養(yǎng)物質(zhì)。Mo和B元素均參與植物體內(nèi)的糖運(yùn)輸，Mo促進(jìn)碳同化產(chǎn)物向生長中心分配[16]，充足的B能夠改善各器官的有機(jī)物質(zhì)供應(yīng)，缺B導(dǎo)致碳水化合物運(yùn)輸受阻[17]。因此，感病葉中Mo和B含量的升高很可能具有促進(jìn)發(fā)病部位碳水化合物轉(zhuǎn)運(yùn)的作用。

N和Ca都與植物的抗病性相關(guān)，N缺乏會危及植物表達(dá)誘導(dǎo)抗性的能力，使防御酶表達(dá)推遲，防御物質(zhì)的合成減少[18]，也會導(dǎo)致對病菌的敏感性增強(qiáng)[19]；Ca能誘導(dǎo)植物對病原菌侵染產(chǎn)生先天性免疫、觸發(fā)免疫和過敏性反應(yīng)，降低病害發(fā)生[20， 21]。本研究中，感病葉中N、Ca含量減少，可能是引起其抗性降低、持續(xù)發(fā)病的原因之一。此外，Ca參與植物細(xì)胞壁形成，缺Ca會引起幼葉卷曲畸形，感病葉卷曲、皺縮的癥狀也可能與Ca缺乏有關(guān)[10， 11]。

3.2 游離態(tài)氨基酸與葉片的功能轉(zhuǎn)變

植物組織中，游離態(tài)氨基酸除用于肽和蛋白質(zhì)的合成，也是植保素、生長素等生物活性物質(zhì)合成的前體[22， 23]，同時參與多種生理過程的調(diào)控，如促進(jìn)養(yǎng)分吸收、調(diào)節(jié)庫源轉(zhuǎn)換[24]等。甜櫻桃被植原體危害后，叢枝部位的氨基酸需求增加，這種需求首先來自身消耗的增加，具體表現(xiàn)為叢枝部位生長旺盛，轉(zhuǎn)變?yōu)榛钴S的生長中心，需要更多的氨基酸滿足蛋白質(zhì)等物質(zhì)的合成。另一方面，寄生的植原體缺少多個氨基酸合成的基因，其生長、生殖大量消耗來源于寄主的游離態(tài)氨基酸[3， 25]。

葉片游離態(tài)氨基酸含量取決于供給和消耗的平衡，本研究檢測了感病葉中20種游離態(tài)氨基酸的含量變化，發(fā)現(xiàn)有5種含量升高、6種含量降低，說明這些氨基酸的代謝發(fā)生了變化。由于氨基酸代謝涉及廣泛，一種氨基酸可參與多個生理和代謝過程，這些數(shù)據(jù)仍不足以解釋氨基酸營養(yǎng)與植原體病害的關(guān)系。值得注意的是，色氨酸和絲氨酸在感病葉中的含量大幅減少，僅為健康葉的5.8%和11.8%，可能與病癥的發(fā)生密切相關(guān)。今后將重點對這兩種氨基酸在感病葉中的代謝和功能進(jìn)行分析，明確其與病害發(fā)生的關(guān)系。

4 結(jié)論

叢枝病植原體危害甜櫻桃后，引起葉片礦質(zhì)元素和游離態(tài)氨基酸的含量發(fā)生顯著變化。礦質(zhì)元素中，N、Ca、Fe、Mn、Cu含量降低，Mg、B、Mo含量升高。游離態(tài)氨基酸中，丙氨酸、苯丙氨酸、蘇氨酸、精氨酸和天冬氨酸含量升高，色氨酸、絲氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺、組氨酸和谷氨酸含量降低。

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