四倍体西瓜抗枯萎病生理小种1的机理研究

发布时间：2020-09-29 12:08

　　西瓜枯萎病是由尖孢镰刀菌西瓜专化型引起的一种世界性土传真菌病害。近年来由于西瓜重茬种植面积的不断扩增,导致西瓜连作障碍普遍发生,枯萎病已经成为限制西瓜生产的主要因素之一。田间观察发现四倍体(4x)西瓜较其二倍体(2x)抗枯萎病。为了揭示四倍体西瓜抗枯萎病的优势机理,本试验以同基因型的郑州3号2x和4x西瓜幼苗为材料,通过苗期接种鉴定,比较2x和4x西瓜幼苗的病菌侵染过程差异、与抗病有关代谢物的含量变化、DNA甲基化变化及基因表达差异,通过不同层面关联分析,揭示4x西瓜抗枯萎病的优势机理,为西瓜多倍体育种和抗病育种提供可靠的理论依据。本实验的主要研究成果如下:在西瓜幼苗一叶一心时期接种枯萎病生理小种1后,与枯萎病抗性鉴定对照品种surgarlee相比,虽然郑州3号2x和4x均感病,但是4x比2x延迟3 d感病,明显延缓了枯萎病的发病时间,4x相对同源2x抗枯萎病。用带绿色荧光蛋白标记(GFP)的枯萎病菌生理小种1侵染郑州3号西瓜2x及其同源4x幼苗,并通过激光共聚焦显微镜观察病菌的侵染过程,结果显示:病原菌主要是从断根伤口、主根侧根间的自然缝隙、根毛等部位侵染植物根系,并在其中迅速扩散;在4x西瓜幼苗中的枯萎病菌定殖率比同源2x低,在接种后4 d和7 d的幼苗根部差异显著,在叶柄部差异极显著。4x幼苗明显延缓了枯萎病菌的侵染时间。接种枯萎病菌后分别对不同时期西瓜根系丙二醛(MDA)、过氧化物酶(POD)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)、总酚和类黄酮的含量进行测定,结果显示4x根系POD、PAL、总酚及类黄酮的含量整体高于其同源2x,MDA含量比2x低。枯萎病菌侵染后,4x比2x西瓜幼苗根系细胞膜损伤程度小,抗病有关酶及次生代谢物质的含量增加,更有利于抵抗枯萎病菌的侵染。未接种枯萎病菌前不同倍性西瓜幼苗间DNA甲基化水平差异不大。但枯萎病菌侵染后,根系总甲基化水平和全甲基化水平都随之降低,去甲基化和过甲基化模式增加,不同倍性西瓜相比,2x比4x有更多的位点发生了去甲基化和过甲基化变化,4x总甲基化率高于2x。接种枯萎病菌后4x西瓜幼苗根系MYB、MPK7、PAL、Chitinase等抗病基因的最大表达量分别是2x同时期的80倍、3倍、6倍、10倍。4x西瓜幼苗中这些基因的上调表达,在基因表达水平上说明了4x西瓜的抗枯萎病优势。
【学位单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S436.5
【部分图文】：

枯萎病,西瓜幼苗,等级标准

的环境中生长。2.2.5 枯萎病发病统计自发病之日起记录发病情况，并统计发病等级。等级的划分参照 Elmstrom 等（1981）的标准并稍作改动，具体如下：病情等级：0 级，无明显发病症状，与对照幼苗无差异；1 级，植株叶片出现黄化，子叶和叶片轻微萎蔫；2 级，一片真叶萎蔫或子叶严重萎蔫；3 级，子叶及 60%以上真叶萎蔫，不能恢复正常；4 级，整株萎蔫，60%以上枯死，但心叶仍成活；5 级，整株枯死；病情指数=（∑（病情等级×该病情等级下幼苗株数）×100）/（5×调查总株数）试验以 Sugarlee 为抗病对照品种，对郑州 3 号二倍体及同源四倍体进行苗期枯萎病接种鉴定，每一组材料重复鉴定 3 次，每重复鉴定设置 30 株。

对比图,二倍体,郑州,同源四倍体

品种Cultivar接种后的天数Days after Inoculation4 d 7 d 10 d 13 d 16 dSugarlee（R） 0 2.9±0.7 4.8±1.3 7.6±2.1 13.3±4.2郑州 3 号二倍体Diploid Zhengzhou No. 353.3±4.5 75.2±4.1 91.4±3.0 98.1±1.4 100郑州 3 号四倍体Tetraploid Zhengzhou No. 317.1±3.2 49.5±2.8 66.7±5.5 97.1±1.7 99±1.0注：R 表示枯萎病抗病品种。Note: R stands for the varieties that resistant to Fusarium wilt disease鉴定结果显示，与枯萎病抗性鉴定对照 Sugarlee 相比，郑州 3 号二倍体和同源四倍体西瓜病，但与二倍体相比，四倍体幼苗枯萎病的发病症状明显延迟。二倍体西瓜幼苗接种后 4 d 发病10 d 时大部分枯死；四倍体西瓜幼苗接种后 7 d 开始发病，13 d 时大部分枯死；四倍体比二倍延迟 3 d 感病；在一定程度上说明四倍体相对于其同源二倍体抗枯萎病。

方式,伤口,侵染,根毛

中国农业科学院硕士学位论文第三章枯萎病菌在不同倍性西瓜中的侵染过程观察的方式主要如下：第一种，从伤口入侵，植物断根等伤口及破损的细胞是枯萎病菌较易入侵的部位，病菌从根系伤口入侵寄主后能快速的在细胞间隙生长并在植物根系维管组织中定殖（图 3.1A、B）；第二种，从侧根长出的位置入侵，由于主根侧根间存在自然缝隙，枯萎病菌更容易穿透表皮细胞的保护，入侵植物的维管组织，因此主根和侧根的连接处及须根较多的部位也比较容易引起枯萎病菌的入侵（图 3.1C、D）；第三种，根毛处入侵，显微镜观察发现根毛较多的地方荧光较强，说明根毛的结构更有利于病原菌的附着，从而增加了病菌侵染的概率（图 3.1E）；第四种，直接入侵，大量样品的观察发现，虽然植物根系的伤口及自然缝隙是枯萎病菌比较容易入侵的部位，但伤口并不是其侵染的必需条件，病菌也可以从细胞的缝隙及根系的凹槽等部位直接入侵植物细胞。其中幼嫩的部位如根尖等较易受到侵染，如图 3.1F 显示，根尖细胞除细胞核以外均被绿色荧光所覆盖。此外枯萎病菌萌发形成芽管，附着在根系表面逐渐侵染的过程中，观察到有纤细的菌丝产生，少量芽管顶端会膨大，但并不普遍，未观察的明显的附着胞侵染结构。

【参考文献】