玉米种质资源抗纹枯病鉴定及纹枯菌侵染对玉米防卫反应的影响

摘要

玉米纹枯病是我国玉米生产上的重要病害，近年来随着各地大面积种植紧凑型玉米品种，栽培密度提高，氮肥用量增加，形成利于玉米纹枯病发生的小气候条件，加上目前的主栽品种抗病性较差，玉米纹枯病危害迅速上升，引起人们的广泛关注。
　　 国内外关于纹枯病的研究多集中于水稻和小麦，对玉米纹枯病的研究主要涉及病原种类、病菌生物学特性、遗传多样性及致病机制等，但对玉米纹枯病抗性机制的研究相对较少。本研究首先对75份玉米自交系和品种材料的抗病性进行了室内苗期鉴定和田间抗病性分析，并以抗性较为稳定的品种丹玉78和不同致病力的玉米纹枯菌（Rhizoctonia solani）菌株为材料，对病害发生不同时期玉米苯丙氨酸解氨酶（PAL）、POD及病程相关蛋白（PR-蛋白）等的活性、基因表达特征及其与症状发展之间的关系进行了分析，为了解玉米对纹枯病的抗病机制提供理论依据。
　　 1.玉米种资对纹枯病抗性的室内苗期鉴定及田间鉴定
　　 采用嵌入法对75份玉米种资材料进行了室内苗期抗病性鉴定，根据各材料对R.solani强致病力菌株LY1-3-1和弱致病力菌株NJ002-2的抗病反应，将各材料分为中抗、感病和高度感病等类型。品种丹玉78和自交系ET-5等32份材料，表现中等抗性，约占42.67％，自交系Lt7017、H5468、478等8份材料表现高度感病，占10.67％，其它材料介于中度感病或中度抗病之间。方差分析表明，各材料的抗病水平差异显著。75份材料中未发现免疫和高抗品系。
　　 分别用致病力不同的菌株对其中部分材料进行了田间抗病性鉴定，结果发现，自交系250-1在强、中、弱3种致病力不同的菌株LY1-3-1、YA006-14和NJ002-12上表现一致，均属于高度感病；品种川单14、成单12、农大108和自交系H5468在3个菌株上都表现为中度抗病，京024、Lt7022等其它品种（自交系）在3个测试菌株上的表现不完全一致，分别表现为中度抗病或中度感病。方差分析表明，各品系对不同菌株的抗性存在较明显差异。
　　 2.不同菌株对玉米苯丙烷类代谢及防卫相关基因表达的影响
　　 2.1不同菌株对丹玉78的致病力差异及症状特征
　　 首先，对测试菌株在丹玉78幼苗上的致病力和发病过程进行了分析，结果发现，菌株LY1-3-1（AG1-IA）致病力最强，NJ002-12（AG1-IA）次之，双核丝核菌BX006-1（AG-A）致病力最弱，三菌株在玉米品种丹玉78上的致病力差异分别达到极显著和显著水平。症状观察发现，菌株LY1-3-1和NJ002-12在玉米上可形成典型的纹枯病症状，两者的区别在于LY1-3-1的病斑扩展快，病斑较大，而BX006-1（AG-A）无病斑形成。
　　 2.2 R.solani侵染的玉米叶鞘组织病理学观察
　　 采用苯胺蓝染色和间苯三酚法，分别对接种玉米叶鞘进行观察，发现菌株LY1-3-1接种后20h，在菌丝体侵染点周围及受侵染的气孔保卫细胞周围有明显的胼胝质和木质素沉积。
　　 2.3不同菌株侵染对玉米PAL酶活性、酚类物质积累及木质素合成的影响
　　 PAL是苯丙烷途径的关键酶，与酚类物质的合成、木质素的积累等密切相关，是植物抗病反应的重要指标之一。用分光光度计法对不同菌株接种后，病害发展不同阶段玉米PAL酶活性分析发现，LY1-3-1接种24h，PAL活性明显升高，约72h即病斑大量扩展时，其酶活性达高峰，约为对照的2.50倍，此后PAL活性略有降低；弱致病力菌株NJ002-12接种后的24-48h，PAL酶活性变化不明显，72h后PAL活性迅速升高，峰值出现在120h，为对照的2.03倍，之后PAL活性逐渐降低。而接种BX006-1后，玉米叶鞘的PAL活性与对照差别不明显。木质素的积累与酚类物质的合成与PAL膊活性表现类似趋势。
　　 2.4不同菌株对玉米PAL、POD、PR-1基因表达的影响
　　 用半定量RT-PCR法测定了各菌株对玉米PAL、POD（peroxidase）和PR（pathogenesis-related）等防卫基因表达的影响。结果显示，强致病力菌株LY1-3-1接种后48h和96h，PAL和PR-1基因表达量分别达最高；弱致病力菌株NJ002-12接种96h后，PAL和PR-1基因表达量分别达最大水平；POD在不同处理中的表达趋势与PAL和PR-1类似。而菌株BX006-1对玉米3个防卫基表达无明显影响。

目录

文摘

英文文摘

缩略语

1 引言

1.1 玉米抗纹枯病研究概况

1.1.1 玉米纹枯病的发生与危害

1.1.2 玉米纹枯病的症状

1.1.3 纹枯病病原种类

1.1.4 玉米纹枯病病菌侵染特点

1.1.5 玉米纹枯病的致病机理

1.1.6 玉米纹枯病菌的接种方法及分级标准

1.1.7 抗纹枯病玉米材料的筛选鉴定

1.2 植物抗病性研究进展

1.2.1 植物的基因-基因抗性

1.2.2 植物诱导抗病性

1.2.3 植物抗病性因子

1.2.4 玉米对纹枯病的抗性机制研究

1.3 研究的目的意义

2 材料与方法

2.1 供试材料与菌株

2.1.1 玉米材料

2.1.2 供试菌株

2.1.3 生化试剂

2.1.3 生化试剂

2.2 方法

2.2.1 温室苗期抗病性测定

2.2.2 田间抗病性测定

2.2.3 抗病性评价

2.2.4 幼苗准备、菌株培养及接种

2.2.5 温湿度对病菌生长及病害发展的影响

2.2.6 R.solani侵染玉米组织病理学变化

2.2.7 酶液提取及PAL活性测定

2.2.8 木质素含量测定

2.2.9 总酚含量测定

2.2.10 玉米叶鞘总RNA的提取

3 结果分析

3.1 温室苗期抗病性鉴定

3.2 田间抗病性鉴定

3.3 不同菌株的致病力比较及其症状特征

3.4 各菌株的最佳生长温度测定

3.5 空气相对湿度对各菌株致病力的影响

3.6 纹枯菌侵染诱导玉米叶鞘胼胝质的积累

3.7 纹枯菌侵染诱导玉米叶鞘木质素的积累

3.8 不同菌株对玉米PAL活性变化的影响

3.9 不同菌株对玉米木质素含量变化的影响

3.10 不同菌株对玉米总酚含量变化的影响

3.11 不同菌株对玉米抗病防卫相关基因表达的影响

3.11.1 不同菌株对玉米PAL基因表达的影响

3.11.2 不同菌株对玉米POD基因表达的影响

3.11.3 不同菌株对玉米PR-1基因表达的影响

4 讨论

4.1 关于玉米种质资源对纹枯病的抗病性鉴定

4.2 关于纹枯病侵染对玉米抗病相关反应的影响

总结与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表论文情况