植物抗根結(jié)線蟲(chóng)病機(jī)制研究進(jìn)展

植物抗根結(jié)線蟲(chóng)病機(jī)制研究進(jìn)展

根結(jié)線蟲(chóng)（meloidold.）是植物最重要的致病性之一。根結(jié)線蟲(chóng)病的發(fā)生與危害給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失,可使世界農(nóng)業(yè)年平均減產(chǎn)24.5%。利用抗病品種是防治根結(jié)線蟲(chóng)經(jīng)濟(jì)有效的方法之一。目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)植物抗根結(jié)線蟲(chóng)研究報(bào)道很多,本文對(duì)抗病機(jī)制研究進(jìn)展作一綜述。1對(duì)南方根結(jié)線蟲(chóng)的抑制作用根結(jié)線蟲(chóng)能夠侵染植物并引起植物發(fā)病,首先必須突破植物根的外層保護(hù)。很多研究報(bào)道證明了根的特殊結(jié)構(gòu)能夠有效地阻止根結(jié)線蟲(chóng)的侵入。20世紀(jì)90年代,Davis等人發(fā)現(xiàn)雜交玉米對(duì)花生根結(jié)線蟲(chóng)(Meloidogynearenaria)的繁殖力有一定的抑制作用,而且雜交玉米對(duì)花生根結(jié)線蟲(chóng)的繁殖力比對(duì)南方根結(jié)線蟲(chóng)(M.incognita)的繁殖力抑制作用大。直到2003年,Rodger等人報(bào)道玉米的根存在一層可隔離的細(xì)胞,這層細(xì)胞可以用來(lái)引誘根結(jié)線蟲(chóng),一旦根結(jié)線蟲(chóng)將要到達(dá)這層可隔離細(xì)胞的邊緣,根結(jié)線蟲(chóng)移向這層可隔離細(xì)胞的速度明顯增加,這層可隔離的細(xì)胞使根結(jié)線蟲(chóng)不能直接到達(dá)里層細(xì)胞,從而減少了根結(jié)線蟲(chóng)對(duì)根的損害。Bendezu等人發(fā)現(xiàn)北方根結(jié)線蟲(chóng)(M.hapla)2齡幼蟲(chóng)被限制在抗病花生栽培種(COAN)根部皮層組織中,只有1/90的2齡幼蟲(chóng)能夠侵入維管束組織;而在感病的花生栽培種(Florunner)中超過(guò)70%的2齡幼蟲(chóng)侵入到維管束組織,由于COAN拮抗北方根結(jié)線蟲(chóng)不會(huì)引起過(guò)敏性壞死反應(yīng),他們認(rèn)為COAN的拮抗作用是由于根的結(jié)構(gòu)限制了根結(jié)線蟲(chóng)的侵入。2抗或抗性根結(jié)線蟲(chóng)通過(guò)利用植物抗根結(jié)線蟲(chóng)的基因及DNA片斷進(jìn)行抗病育種,能有效地控制根結(jié)線蟲(chóng)。在國(guó)內(nèi)外研究比較多的是抗番茄根結(jié)線蟲(chóng)的Mi基因。Mi基因是20世紀(jì)40年代在秘魯番茄野生種Lycopersiconperuvianum中發(fā)現(xiàn)的抗番茄根結(jié)線蟲(chóng)基因,是目前惟一被鑒定和利用的抗性基因,抗性特征表現(xiàn)為在寄主中引起過(guò)敏反應(yīng),使2齡幼蟲(chóng)頭部周?chē)闹参锛?xì)胞局部壞死,阻止侵染,且抗性表現(xiàn)持久。同時(shí),Mi基因?qū)︸R鈴薯蚜蟲(chóng)(Macrosiphumeuphorbiae)也存在抗性,Mi是首例對(duì)親緣關(guān)系很遠(yuǎn)的兩種生物都表現(xiàn)抗性的基因。雖然Mi基因首次發(fā)現(xiàn)是在番茄中,但是它還存在于其他多種植物中,都表現(xiàn)抗根結(jié)線蟲(chóng)病。Lu等人首次報(bào)道了桃抗根結(jié)線蟲(chóng)的兩個(gè)基因(Mi和Mij);在2000年報(bào)道洋李(Nemared)拮抗南方根結(jié)線蟲(chóng)的基因(Mi和Mij),拮抗爪哇根結(jié)線蟲(chóng)(M.javanica)的基因(Mij)。除了Mi、Mij基因以外,還發(fā)現(xiàn)了其他的拮抗基因。Judy等人發(fā)現(xiàn)利用N基因選育拮抗南方根結(jié)線蟲(chóng)的甜椒品種:CharlestonBelle和CarolinaWonder能夠拮抗花生根結(jié)線蟲(chóng)1號(hào)、2號(hào)小種和爪哇根結(jié)線蟲(chóng),但不能拮抗北方根結(jié)線蟲(chóng)。Yu等人報(bào)道在野生甜菜株系Betavulgarisssp.maritima(L.)Arcang中發(fā)現(xiàn)有拮抗根結(jié)線蟲(chóng)的品種,并從這些拮抗根結(jié)線蟲(chóng)的品種Betagermplasm中發(fā)現(xiàn)兩個(gè)拮抗根結(jié)線蟲(chóng)的基因:Mi-1和M66。Sandra等人報(bào)道甜菜(BetavulgarisL.)拮抗根結(jié)線蟲(chóng)的基因(R基因),并把R基因鑒定為47R基因群(RGAs)。McPherson等人報(bào)道了棉花品種(M-315RNR)含有兩個(gè)抗根結(jié)線蟲(chóng)的基因(Mi1,Mi2)。Anthonya等人報(bào)道咖啡品種(Iapar59)存在拮抗短小根結(jié)線蟲(chóng)(M.exigua)的基因:Mex-1。在研究抗病機(jī)制的過(guò)程中,通常對(duì)抗病品種與感病品種的DNA進(jìn)行擴(kuò)增,發(fā)現(xiàn)抗病品種與感病品種的DNA序列不同,并找出抗或感根結(jié)線蟲(chóng)病的DNA片段。Boiteux等人報(bào)道野生的胡蘿卜(Brasilia-1252)能夠拮抗爪哇根結(jié)線蟲(chóng),拮抗根結(jié)線蟲(chóng)是由1個(gè)或2個(gè)有作用的顯性基因控制,隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性DNA(RAPD)標(biāo)記連鎖Mj-1。Weiland等人報(bào)道從已經(jīng)表現(xiàn)感病或抗病癥狀的甜菜葉片中提取DNA(混合DNA),用于隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性DNA技術(shù)抗性標(biāo)記,得到5個(gè)拮抗根結(jié)線蟲(chóng)DNA標(biāo)記。Bo-KeunHa等人從48個(gè)大豆品系包括野生的、易感南方根結(jié)線蟲(chóng)和抗南方根結(jié)線蟲(chóng),確定拮抗南方根結(jié)線蟲(chóng)基因的重要片段,結(jié)果發(fā)現(xiàn):拮抗南方根結(jié)線蟲(chóng)的基因型位于第6簡(jiǎn)單重復(fù)序列(SSR)上。王揚(yáng)等人在報(bào)道煙草抗根結(jié)線蟲(chóng)的研究中,對(duì)12個(gè)煙草品種分別提取DNA,結(jié)果發(fā)現(xiàn)能夠在包括晾曬煙在內(nèi)的所有感病品種中擴(kuò)增出一條780bp的DNA片段,而在所有抗病品種的擴(kuò)增產(chǎn)物中均無(wú)該片段。3根結(jié)線蟲(chóng)2齡幼蟲(chóng)感染根結(jié)線蟲(chóng)侵入植物根刺激抗病植物體內(nèi)發(fā)生一系列的生理、生化反應(yīng),使根結(jié)線蟲(chóng)周?chē)闹参锛?xì)胞壞死,以致根結(jié)線蟲(chóng)賴以生存條件被破壞,從而影響其發(fā)育和繁殖。Rodrigues等人報(bào)道存在遺傳抗性的咖啡品種Catimor(Coffeaarabicacv.Caturra×TimorHybrid)被根結(jié)線蟲(chóng)2齡幼蟲(chóng)侵入以后,取食點(diǎn)周?chē)募?xì)胞表現(xiàn)出壞死反應(yīng),從而阻止根結(jié)線蟲(chóng)的損害。Kouassi等人報(bào)道:根結(jié)線蟲(chóng)2齡幼蟲(chóng)在侵入一種茄屬植物(Solanumsparsipilum)根表皮到逼近維管束的過(guò)程中,沒(méi)有任何的防衛(wèi)反應(yīng)。但是,2齡幼蟲(chóng)入侵引起取食位點(diǎn)的幾個(gè)細(xì)胞膨大為巨型細(xì)胞,這些細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)濃縮、液泡縮小、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)消失,然后維管束周?chē)谋”诩?xì)胞大量壞死,導(dǎo)致了巨型細(xì)胞的崩解,90%以上的2齡幼蟲(chóng)在根里不能發(fā)育,其余的2齡幼蟲(chóng)發(fā)育成雄蟲(chóng)。Chris等人報(bào)道在新西蘭三葉草(Trifoliumrepens)輪回選育中,在T.repens的抗病品種和感病品種上分別接種M.trifoliophila(牧草上發(fā)生的主要根結(jié)線蟲(chóng))卵,發(fā)現(xiàn)2齡幼蟲(chóng)在抗病品種中不能進(jìn)一步發(fā)育,而在感病品種中能夠發(fā)育成成蟲(chóng)。若在T.repens的抗病品種和感病品種接種M.trifoliophila2齡幼蟲(chóng),發(fā)現(xiàn)在抗病品種和感病品種中2齡幼蟲(chóng)的反應(yīng)是不同的,在抗病品種中表現(xiàn)出過(guò)敏性反應(yīng)。4抗病品種的抗菌作用植物體內(nèi)存在許多與抗性有關(guān)的酶類(lèi):過(guò)氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)等。由于不同植物體內(nèi)這些酶的種類(lèi)及含量不一樣,從而使植物的抗病能力也不一樣。如楊宇虹等人在報(bào)道過(guò)氧化物酶與煙草南方根結(jié)線蟲(chóng)病的抗性關(guān)系中指出:抗根結(jié)線蟲(chóng)煙草品種NC-95,受南方根結(jié)線蟲(chóng)侵染后根系的過(guò)氧化物酶活性明顯增強(qiáng),比不受南方根結(jié)線蟲(chóng)侵染的正常根系增加37個(gè)酶活性單位,在相同條件下,易感品種G-140僅增加4個(gè)酶活性單位;從同工酶譜看,抗病品種受南方根結(jié)線蟲(chóng)侵染后酶帶活性明顯高于正常根系的酶帶活性,特別是陽(yáng)極端的酸性帶更為顯著,并且新添了1條酶帶;而易感品種受侵染后與正常根系差異不明顯。5抗病品種的誘導(dǎo)抗性研究很多研究表明,植物對(duì)根結(jié)線蟲(chóng)抗性機(jī)制研究已取得較大進(jìn)展,從結(jié)構(gòu)抗病、生理生化抗病到基因抗病等均有較深入的研究,特別是抗病Mi基因的成功克隆,標(biāo)志著植物根結(jié)線蟲(chóng)病抗病機(jī)制研究已達(dá)到新的水平。但植物是一個(gè)復(fù)雜的有機(jī)整體,植物對(duì)根結(jié)線蟲(chóng)的抗性可能是由植物的多種性狀、多個(gè)基因聯(lián)合作用所決定的,因此,在進(jìn)行植物抗根結(jié)線蟲(chóng)病機(jī)制的研究,特別是在抗病機(jī)制尚不清楚的一些抗病品種中,應(yīng)考慮可能存在多種抗病機(jī)制的聯(lián)合作用。利用植物本身的抗性研究植物對(duì)根結(jié)線蟲(chóng)的抗性機(jī)制是不夠的,還有很多抗病品種的抗病機(jī)制沒(méi)有得到闡明。目前,誘導(dǎo)抗性研究正在開(kāi)展,Chinnasri等人利用濃度為100mg/L甲基苯酚油溶液噴灑菠蘿葉面,能夠誘導(dǎo)菠蘿產(chǎn)生對(duì)爪哇根結(jié)線蟲(chóng)