葡萄根瘤蚜侵染對葡萄新根次生代謝物質含量及相關酶活性的影響

2018-05-26 02:14:26趙青杜遠鵬翟衡

中外葡萄與葡萄酒 2018年3期

趙青，杜遠鵬，翟衡*

（1. 山東省林業監測規劃院，山東濟南 250014；2. 山東農業大學園藝科學與工程學院/作物生物學國家重點實驗室，山東泰安 271018）

葡萄根瘤蚜（Daktulosphaira vitifoliae Fitch）是世界上第一個檢疫性有害生物，曾對歐洲葡萄園造成毀滅性危害。近年來葡萄根瘤蚜在我國多地區出現，在我國苗木法規尚不健全的形勢下，將對我國葡萄資源構成嚴重的威脅[1]。

植物受到外部病菌或害蟲的侵染后，細胞中的防御酶和控制物質代謝的關鍵酶很快做出保護性反應，被侵染部位合成并積累抗性次生代謝物質[2]。葡萄抗性砧木嫁接是應對葡萄根瘤蚜侵染的根本途徑，本文研究了抗性砧木‘140Ru’及栽培品種被根瘤蚜侵染后次生代謝相關酶及含量變化，并與抗根瘤蚜能力進行相關性分析，明確不同抗性水平的葡萄品種對根瘤蚜侵染后的次生代謝機制，為完善砧木抗根瘤蚜機制提供理論依據。

1 材料與方法

用直徑30 cm的無孔瓦盆沙培抗性砧木‘140Ru’和3個栽培品種‘巨峰’‘達米娜’和‘克瑞森’的一年生苗。待新根大量發生時，每株接種400粒2～3 d根瘤蚜蟲卵，分別于接種后7 d、12 d、15 d、20 d和25 d取根結，洗凈擦干，液氮速凍后保存，以不接種蟲卵的新根做對照，每處理10株植株。測定葡萄新根中苯丙氨酸解氨酶（PAL）、多酚氧化酶（PPO）和超氧化物歧化酶（SOD）的活性與總酚和木質素的含量。

PAL活性測定參考歐陽光察（1998）的方法；PPO活性測定采用鄰苯二酚比色法；SOD活性測定參照王愛國（1983）的方法；總酚含量的測定，采用Folin-酚試劑法；木質素含量的測定采用Sancho半定量法。

本試驗所得數據用DPS 7.55軟件進行方差分析，并將重復測定的平均值進行相關性分析。

2 結果與分析

2.1 根瘤蚜侵染對葡萄新根酶活性的影響

2.1.1 PAL活性的影響

PAL是催化植物體內苯丙烷類物質代謝和酚類、類黃酮、木質素合成的關鍵酶[3]。圖1中可以看出，4個品種的新根在接種后25 d之內都呈先升高后下降的趨勢，且都在接種15 d時達到活性最大值，其中‘140Ru’接種后PAL活性迅速上升，之后一直持續在較高的水平，5個時期的PAL活性均大于其他3個敏感品種，‘140Ru’的對照PAL活性水平均高于3個敏感品種。7 d時‘140Ru’增幅比同時期‘巨峰’‘達米娜’和‘克瑞森’的增幅分別高122.70%、102.96%和42.10%；25 d時‘140Ru’新根PAL的活性依然保持在較高的水平，比對照高46.17%，而3個敏感品種的PAL活性降低到和對照相當的水平。根據本實驗室測定的各品種抗根瘤蚜能力[4]，進行相關性比較發現，葡萄新根被根瘤蚜侵染后PAL活性的增加幅度與其根瘤蚜抗性正相關，r＝0.965。

圖1 根瘤蚜侵染對葡萄新根PAL活性影響Figure 1 Effects of phylloxera infestation on the PAL activity in grapevine primary roots

圖2 葡萄新根PPO活性變化Figure 2 Effects of phylloxera infestation on the PPO activity in grapevine primary roots

2.1.2 根瘤蚜侵染對葡萄新根PPO活性的影響

PPO在植物體內主要有三方面的作用：一方面，PPO可以催化酚類物質形成醌類，醌類物質在一定程度上可抑制害蟲的取食；另一方面，醌類物質的過多積累，導致寄主細胞自身的褐化加速，使病蟲害加重；另外PPO催化酚類物質氧化形成咖啡酸可參與木質素的合成，其活性變化對植物組織木質化過程起重要作用[5-6]。

供試的4種葡萄新根被根瘤蚜侵染后PPO活性均呈先升高后下降趨勢（圖2），3個栽培品種都在接種后15 d達到活性最大值隨后迅速下降，25 d時PPO活性基本與對照相當。抗性砧木‘140Ru’在接種后20 d達到最高值，并且25 d時PPO活性仍為16.45 U/(g·h)，比同時期‘巨峰’‘達米娜’和‘克瑞森’的增幅分別高266.27%、169.13%和73.40%。PPO活性增加幅度與葡萄的根瘤蚜抗性顯著相關，r＝0.909。

2.1.3 根瘤蚜侵染對葡萄新根SOD活性的影響

SOD歧化氧自由基為H2O2和水，是清除氧自由基的關鍵酶。植物體內的活性氧在SOD的作用下生成的H2O2和H2O可以與過氧化物酶（POD）一起參與木質素前體的一些交聯和聚合反應，從而提高植物組織木質化的程度[7]。從圖3可以看出，接種根瘤蚜后無論抗性品種或敏感品種均呈現先略微下降再升高然后再下降的趨勢，但抗性砧木‘140Ru’接種7 d后SOD活性迅速升高，接種12 d時達到最大值，比敏感品種‘巨峰’‘達米娜’和‘克瑞森’的增幅分別高291.1%、65.95%和199.05%；3個敏感品種新根被侵染后SOD活性變化緩慢，變幅也較小。相關性分析表明，葡萄新根SOD活性與其根瘤蚜抗性正相關，r＝0.782。

圖3 葡萄新根SOD活性變化Figure 3 Effects of phylloxera infestation on the SOD activity in grapevine primary roots

2.2 根瘤蚜侵染對葡萄根系次生代謝物質的影響

2.2.1 葡萄根瘤蚜侵染對葡萄新根木質素含量的影響

木質素是植物細胞壁的組成成分，可以保護細胞免受病原物的侵害。植物受到侵害后的木質化可以阻礙真菌和害蟲的攻擊，許多研究表明，木質素含量增加是植物增強抗性的一個重要機制[8-9]，供試4個葡萄品種的新根被根瘤蚜侵染后，木質素的含量有顯著的升高，并且均呈持續增加趨勢，接種15 d之前增加較為緩慢，后期增幅變大（圖4）。砧木‘140Ru’木質素含量增加較其他3個栽培品種顯著，接種20 d后木質素含量OD值增幅比對照高114.29%，比‘巨峰’‘達米娜’和‘克瑞森’的增幅高92.00%、41.18%和29.73%，增加幅度最小的是‘巨峰’。相關性分析表明，葡萄被根瘤蚜侵染后木質素含量的增加與抗性正相關，r＝0.841。

2.2.2 葡萄根瘤蚜侵染對葡萄新根總酚含量的影響

酚類物質是植物體內重要的抗蟲物質，研究表明植物受到損傷后，最明顯的變化就是酚類化合物含量的增加[10-11]。酚類物質對植食性昆蟲有胃毒或拒食作用，其含量高低通常與取食的害蟲數量呈負相關。4種葡萄被根瘤蚜侵染后總酚含量均有大幅度的升高，隨著侵染時間的延長總酚逐漸積累，接種20 d時，‘140Ru’的總酚含量增幅最高，分別比‘巨峰’‘達米娜’和‘克瑞森’增幅高32.99%、40.81%和21.20%。4種葡萄被侵染后總酚含量的增加與其對根瘤蚜的敏感性呈負相關，相關系數r＝-0.987。

3 討論與結論

圖 4 葡萄新根木質素含量變化Figure 4 Effects of phylloxera infestation on the lignin content in grapevine primary roots

植物受到外部病菌或害蟲的侵染后，通常會迅速做出防御反應，在被侵染部位合成并積累抗性次生代謝物質。正常條件下，這些次生物質合成所需要的前體物質以無毒的形式存在于細胞的液泡等細胞器中，當細胞遭受侵染或脅迫時，一些酶可以活化這些物質，使其大量合成為抗性次生物質[2]。

劉會寧等[12]用8個葡萄品種為試材研究了生化指標與葡萄抗白粉病的關系，發現PPO與POD的活性與抗病性呈顯著或極顯著正相關。史娟等[13]的研究表明，不同抗性的葡萄品種感染霜霉病菌后，各品種的POD活性都有一個明顯的消長過程，但抗病品種的酶活性升高的幅度大，持續時間長。李寧楓[14]的研究表明，葡萄葉片中SOD活性與霜霉病抗病性存在一定相關性，且感病品種接種霜霉病菌后SOD活性下降，抗病品種接種霜霉病菌后SOD活性升高。許建鵬等[15]的研究表明，不同抗性的黃瓜葉片接種煙粉虱后，PAL、PPO活性均升高，其中對煙粉虱抗性最高的4個品種兩種酶的活性均極顯著高于不抗煙粉虱的對照。楊輝等[16]發現接種黃瓜花葉病毒后，不同抗性的辣椒品系木質素和總酚的相對含量整體上呈上升趨勢，且各品系間的差異顯著。

供試的4個葡萄品種新根被根瘤蚜侵染后SOD活性均呈先降低后升高再降低的趨勢，并且抗性砧木‘140Ru’的變化最大，增幅顯著高于3個敏感品種，說明在抗性品種體內SOD是抵御根瘤蚜侵染的重要防御酶；PAL和PPO活性均呈先上升后下降的趨勢，木質素和總酚含量均呈升高趨勢，其中以‘140Ru’的整體增幅最高，說明根瘤蚜的取食誘導葡萄新根內PAL和PPO活性增加，使酚類和木質素積累。總酚含量增加，會干擾根瘤蚜的消化作用，酚類物質又可以被PPO催化形成的醌類物質，醌類可以與植物蛋白作用，從而降低根瘤蚜對植物營養的利用，減輕其對葡萄根系的危害。PAL和PPO共同催化木質素的合成，木質素是構成細胞壁的主要成分，木質素的大量合成有利于葡萄修復根瘤蚜刺吸造成的細胞壁損傷并且細胞壁木質化會使根瘤蚜刺吸受到阻礙。試驗結果表明，葡萄根瘤蚜侵染導致新根內SOD、PAL和PPO活性變化以及木質素和總酚的積累，并且變化幅度可以反應出抗病性的差異。