河西走廊玉米苗枯病原菌及其毒素对根系的影响研究

发布时间：2017-12-13 15:31

本文关键词：河西走廊玉米苗枯病原菌及其毒素对根系的影响研究

【摘要】：玉米苗枯病是全世界玉米种植区的常见病害,Fusariumspp.是病害常见的病原菌。我国河西走廊玉米制种区自本世纪初有报道玉米苗枯病零星发生后,到目前为止该病已经扩展为一种普遍发生的病害,根据每年气候条件的差异,发病率可达到10%至40%。本论文借助传统生物学、现代分子生物学以及仪器分析等手段,明确了河西走廊张掖制种地玉米苗枯病主要病原菌,分析其基因型和化学型,并研究了不同种类毒素对玉米种子发芽、根系发育以及抗性相关基因的影响,研究结果如下:1)河西走廊玉米苗枯病病原菌研究从河西走廊张掖玉米制种田采集玉米苗枯病病样50份,通过形态学以及分子鉴定对分离到的49个菌株进行了鉴定。其中F.graminearun为优势种群,分离比率占63.12%,所有菌株均表现出不同程度的致病力,引起根系坏死,根长变短、根尖数和分叉数明显降低;F.graminearum与不致病或能引起轻微发病F.equiseti、lamydosporum和F.oxysporum混合接种后表现为增效作用。分析认为,河西走廊玉米苗枯病是一种复合侵染性的病害,其主要病原菌为F.graminearum。2)河西走廊F.graminearum菌株的基因型和化学型来自河西走廊的F.graminearum菌株通过分子手段验证其基因型为15-ADON,HPLC-MS分析表明其毒素种类主要为15-ADON和DON,故菌株的化学型为15-ADON。这与我国北方地区F.graminearum的化学型多为15-ADON的结果一致。在离体条件下,病原菌产生的DON和15-ADON与菌株的致病力没有相关性,而在活体接种后,在发病初期与发病后期15-ADON和DON的含量分别与菌株的致病力相一致。3)DON和15-ADON对种子发芽以及根系发育的影响测定了DON和15-ADON对种子萌发的影响,均表现抑制玉米种子萌发,但二者影响之间无显著性差异。15-ADON对根系的抑制和破坏作用要显著强于DON的作用。DON延迟根毛的发育,对根系分生区的细胞形态结构并没有明显影响,但随着处理时间延长细胞壁出现皱缩现象,细胞器出现非正常状态,如内质网呈现同心轮纹状的多片层结构,脂滴数量增多并伴有畸形等。相同浓度下的15-ADON能够抑制根毛的发育,对分生区的细胞有明显的破坏作用,细胞出现收缩,细胞壁破损并伴随细胞排列松散现象,细胞器解体,随处理时间延长出现质壁分离,细胞壁破裂最终细胞死亡。4)F.graminearum侵染不同玉米基因型对病原菌致病基因与寄主抗性相关基因的影响和F.graminearum致病相关的Pec,Xyl以及Lip表达水平在感病基因型中高于抗病基因型,而毒素合成的关键基因Tri5变化趋势与其他基因相反,抗性自交系中的表达水平要高于感病自交系。检测SA和JA合成关键基因ICS、PAL和AOS,以及寄主防卫反应相关的PR5、PR10、POX和Chitinase基因在病原菌接种后4h至8h开始上调表达,在抗病自交系要早于且高于感病自交系。中抗自交系中解毒途径以半胱氨酸参与的途径为主;感病自交系中UDP-糖基转移酶和半胱氨酸参与途径均参与寄主的解毒过程。5)DON和15-ADON对寄主抗性相关基因的影响参与水杨酸和茉莉酸合成以及寄主防卫反应相关的基因对15-ADON更敏感,低浓度就可诱导显著上调。参与寄主防卫反应相关基因对DON和15-ADON处理的响应有差异,15-ADON诱导PR5和PR10显著上调表达,上调水平高于DON处理;POX和Chitinase在DON的低浓度处理下即显著上调表达,上调水平高于15-ADON处理。DON处理根系以后,参与的与葡萄糖、葡糖醛酸共价结合的UDP-葡糖基转移酶(GTF)均表现为显上调,15-ADON处理后参与谷胱甘共价结合进行解毒的CS、GST、MRP显著上调,推测寄主在应对不同毒素时其解毒机制也有所差异。ICS和PAL是SA不同合成途径的关键酶,ICS在两种毒素处理下在感病自交系中的表达要显著高于其他基因型,PAL则在抗性杂交种中表达水平较高,且在15-ADON处理下的响应值要高于DON处理。不同基因型玉米的防卫基因的表达与寄主的抗性表现一致,多数情况下抗病基因型基因的上调表达要早于且上调幅度高于感病基因型。6)河西走廊F.graminearum菌株与其他省份菌株遗传多样性分析来自7个省份的F.graminearum菌株遗传多样性分析结果表明,河西走廊F.graminearum菌株与河南、四川、河北以及东北玉米种植区、玉米小麦混播区的菌株遗传距离较远,推测苗枯病种子传播的几率较小,或种子能够携带病原菌,但与玉米种植区的土壤习居菌相比竞争力较弱而无法成为主要致病类群;且各省份菌株的聚类结果与当地气候类型相关,推测气候条件影响F.graminearum的种群结构。
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S435.13

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