玉米穗腐病致病層出鐮刀菌侵染寄主的細(xì)胞、生化與分子基礎(chǔ)研究.pdf

1、玉米穗腐病是世界范圍內(nèi)廣泛發(fā)生的主要玉米病害之一。全球范圍內(nèi)大部分地區(qū)玉米穗腐病主要的病原菌是Fusarium verticillioides、F.graminearum和F.proliferatum，其中F.proliferatum是中國部分地區(qū)玉米穗腐病的優(yōu)勢病原菌。因此，闡明F.proliferatum侵染玉米的細(xì)胞、生化與分子的基礎(chǔ)生物學(xué)過程，對有效防控玉米穗腐病具有重要意義。本文采用多種方法研究了F.proliferatum侵

2、染玉米的過程，包括(1)通過解剖學(xué)方法，觀察了對玉米根、莖、葉、花絲等多個(gè)組織部位的侵染過程;(2)通過組織化學(xué)方法，探測了玉米被侵染組織部位產(chǎn)生的H2O2及O2-物質(zhì);(3)檢測了F.proliferatum培養(yǎng)濾液對玉米組織細(xì)胞的毒性;(4)檢測了F.proliferatum產(chǎn)生致病性相關(guān)胞外酶的種類及酶活;(5)敲除了F.proliferatum致病相關(guān)的steA基因;(6)調(diào)查了玉米內(nèi)生細(xì)菌對F.proliferatum的拮抗作

3、用。主要結(jié)果如下:
　　1、F.proliferatum對玉米根、莖、葉組織通過傷口侵染，對花藥和花絲直接侵染。解剖學(xué)觀察顯示，F(xiàn).proliferatum對葉組織侵染，沿葉肉細(xì)胞進(jìn)入維管束和花環(huán)結(jié)構(gòu)周邊的大型薄壁細(xì)胞內(nèi)，最終進(jìn)入維管束的導(dǎo)管、篩管細(xì)胞。F.proliferatum對根、莖組織侵染主要沿薄壁組織細(xì)胞侵入維管束的導(dǎo)管、篩管。根、莖部位的篩管細(xì)胞、導(dǎo)管細(xì)胞是輸送有機(jī)物和無機(jī)鹽等營養(yǎng)的通道。F.proliferatum侵

4、染這些部位有利于獲得營養(yǎng)。但是，F(xiàn).proliferatum進(jìn)入葉脈、根、莖的導(dǎo)管和篩管細(xì)胞，將可能通過維管束通道進(jìn)入雌穗。
　　因此，F(xiàn).proliferatum系統(tǒng)侵染誘發(fā)穗腐病的可能性是存在的。F.proliferatum在花絲部位擴(kuò)展主要沿薄壁細(xì)胞組織及維管束細(xì)胞向子房生長。解剖學(xué)觀察結(jié)果顯示，花絲通道是F.proliferatum侵染途徑之一。F.proliferatum分生孢子長度小于50μm，懸浮在大氣中,靠風(fēng)力傳播

5、。推測其主要傳播方式為體外風(fēng)力傳播。
　　2、F.proliferatum在組織內(nèi)部細(xì)胞間侵染時(shí)，侵染部位菌絲膨大,產(chǎn)生侵染釘結(jié)構(gòu)，有助于破壁侵入相鄰的細(xì)胞。F.proliferatum對H2O2有較強(qiáng)的耐受性，有利于應(yīng)對侵染過程中寄主細(xì)胞產(chǎn)生的H2O2及O2-物質(zhì)。F.proliferatum培養(yǎng)濾液可以使被侵染組織出現(xiàn)水漬狀斑塊，導(dǎo)致寄主細(xì)胞出現(xiàn)電解質(zhì)滲漏現(xiàn)象，推測培養(yǎng)濾液中可能存在與病原菌致病相關(guān)的毒素。對胞外酶檢測顯示，F(xiàn)

6、.proliferatum可分泌纖維素酶、淀粉酶和果膠酶。纖維素酶、果膠酶的產(chǎn)生有助于病原菌分解細(xì)胞壁和細(xì)胞壁間隙的物質(zhì)。侵染籽粒后,淀粉酶的產(chǎn)生有助于獲取營養(yǎng)。推測侵染釘結(jié)構(gòu)、胞外酶及培養(yǎng)濾液中的毒素成分與F.proliferatum致病性密切相關(guān)。
　　3、探索了F.proliferatum原生質(zhì)體制備方法，發(fā)現(xiàn)3％ driselase+1％ lywallzyme+0.01％ chitinase為最佳的破壁酶解組合。運(yùn)用spl

7、it-marker方法，將潮霉素基因與SteA基因側(cè)翼序列整合在一起。通過同源重組，潮霉素基因替換了F.proliferatum的SteA基因。與野生菌株Fp1相比較發(fā)現(xiàn)，突變菌株Fp△SteA的致病力減弱，同時(shí)突變菌株Fp△SteA的氣生菌絲生長被削弱。證實(shí)SteA基因調(diào)控F.proliferatum氣生菌絲的生長及其致病性。
　　4、玉米不僅可以產(chǎn)生H2O2及O2-等防御物質(zhì)和發(fā)生超敏反應(yīng)，應(yīng)對F.proliferatum的侵