南方根结线虫对蚕豆生理生化反应的影响

南方根结线虫对蚕豆生理生化反应的影响

大豆是科地瓜的一级草本植物。这是中国设施最重要的蔬菜之一，因此，全年的栽培造成了严重的连作障碍。根结线虫病是豇豆生产区普遍发生的主要病害之一,危害呈逐年上升趋势,严重影响豇豆的产量与品质［１］。根系是植物吸收水分和养分的主要器官,也是物质同化、转化和合成的器官,根系的生长发育和活力直接影响植物个体的生长和发育、营养水平和产量品质。根结线虫侵染后刺激根形成巨型细胞,直接损坏根细胞的结构,破坏根的活力并阻碍矿质营养及水分的运输,导致植株会产生一定的生理生化变化。目前,一些学者对番茄、黄瓜、生姜、西葫芦等蔬菜受到根结线虫危害后其生理生化的变化情况进行研究［２－５］,但有关豇豆受根结线虫侵染后其生理生化指标的变化,国内未见报道。为了进一步明确豇豆受到根结线虫侵染所引起的植株生理生化反应规律,本试验测定根结线虫侵染后豇豆叶片和根系中丙二醛(MDA)、脯氨酸(Pro)、可溶性糖、可溶性蛋白含量以及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性的动态变化,以期探讨根结线虫对豇豆侵染的生理生化机制,为抗根结线虫豇豆筛选提供理论依据。1材料和方法1.1南方根结线虫鉴定供试豇豆:品种为高产王4号,购买于当地市场。将基质[m(沙)∶m(泥炭土)=1∶2]经120℃高温灭菌2h后,放置在塑料盆(15cm×20cm)内,2012-02-01播种豇豆,每盆1株,种植完放入温室。供试线虫:采自甘肃省武威市发放镇日光温室内发病的番茄根系,经鉴定后确定为南方根结线虫［６］。采用Giannakou等［７］的方法,将病根洗净,在解剖镜下从番茄根系挑取新鲜卵囊,放入直径9cm的培养皿内,在w=0.5%次氯酸钠表面消毒3min,无菌水洗3次后放入24孔培养板中,在室温25℃左右孵化2龄幼虫。1.2常规基肥处理3月10日在豇豆根系周围用玻璃棒打孔,每盆3孔,将孵化出的2龄幼虫注入孔中,接种量为每株2000条,然后覆土1cm左右,对照植株注入清水,接种后放入温室进行常规肥水管理。1.3生理及生化指标在接种后20、40、60、80d分别采集接种线虫和未接种线虫豇豆叶片和根系各5株,叶片取植株中上部功能叶,根系取幼嫩的根,于-20℃保存,用于各项生理生化指标测定。生理指标包括丙二醛(MDA)、脯氨酸(Pro)、可溶性糖、可溶性蛋白;生化指标包括超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)。SOD活性测定采用NBT光化还原法［８］,POD活性测定采用愈创木酚氧化法［９］,CAT活性测定采用紫外吸收法［１０］,MDA含量测定采用硫代巴比妥酸显色法［１１］,脯氨酸(Pro)含量采用酸性水合茚三酮显示法［１１］,可溶性糖含量测定采用蒽酮法［１１］,可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250［１１］。1.4数据的统计分析采用唐启义等［１２］的实用统计分析及其DPS处理系统分析数据,用Duncan’s新复极差法检验差异显著性。2结果与分析2.1脯氨酸含量在不同时期的变化从图1看出,接种20、40、60和80d后,健康叶中的脯氨酸含量分别为0.0021、0.0023、0.0031和0.0008g/kg,病叶中的脯氨酸含量依次为0.0032、0.0005、0.0017和0.0013g/kg,健康叶和病叶中脯氨酸的含量在各个时期变化不稳定。接种20、40、60和80d后,健康根中的脯氨酸含量分别为0.0012、0.0015、0.0069和0.0033g/kg,病根中的脯氨酸含量依次为0.0020、0.0028、0.0029和0.0042g/kg。病根中的脯氨酸含量一直呈上升趋势,健康根中的脯氨酸含量第60天达高峰后下降;除第40天外,其他各个时期病根中脯氨酸的含量均高于健康根。2.2纤维中可溶性糖含量从图2看出,接种20、40、60和80d后,健康叶中的可溶性糖含量分别为0.050、0.010、0.031和0.053g/kg,病叶中的可溶性糖含量依次为0.056、0.049、0.045和0.036g/kg。除第80天外,其他各个时期病叶中可溶性糖含量高于健康叶。接种20、40、60和80d后,健康根中的可溶性糖含量分别为0.054、0.012、0.036和0.005g/kg,病根中的可溶性糖含量依次为0.003、0.016、0.003和0.01g/kg。不同时期,健康根和病根中的可溶性糖含量变化不稳定,只有第20、60天健康根的可溶性糖含量高于病根外,其他各时期内均低于病根。2.3可溶性蛋白含量从图3看出,接种20、40、60和80d后,健康叶中的可溶性蛋白含量分别为47.33、34.92、17.63和33.40mg/g,病叶中的可溶性蛋白含量依次为60.87、60.13、47.26和47.02mg/g。随着时间延长,健康叶和病叶中的可溶性蛋白含量一直呈现下降趋势,而病叶中可溶性蛋白含量高于健康叶。接种20、40、60和80d后,健康根中的可溶性蛋白含量分别为14.01、21.02、18.74和14.57mg/g,病根中的可溶性蛋白含量依次为10.50、19.83、19.12和25.22mg/g。前40d,病根中的可溶性蛋白高于健康根,其他各个时期内病根的可溶性蛋白均低于健康根。2.4种叶中丙二醛含量的变化MDA是膜质过氧化分解的产物,植物的逆境胁迫与体内MDA的积累有关。从图4看出,接种20、40、60和80d后,健康叶中的丙二醛含量分别为0.004、0.011、0.012和0.008μmol/g,病叶中的丙二醛含量依次为0.008、0.007、0.016和0.013μmol/g。健康叶和病叶中的丙二醛含量呈现上升趋势,而病叶中丙二醛含量高于健叶。接种20、40、60和80d后,健康根中的丙二醛含量分别为0.013、0.017、0.020和0.019μmol/g,病根中的丙二醛含量依次为0.014、0.016、0.025和0.019μmol/g。前60d内,健康根和病根中的丙二醛含量呈现上升趋势,而病根中丙二醛含量略高于健康根。2.5不同时期病叶中过氧化物酶的活力变化从图5看出,接种20、40、60和80d后,健康叶中的过氧化物酶活力分别为445.31、48.24、14.14和16.75U/(g·min),病叶中的过氧化物酶活力依次为508.87、38.77、81.60和282.47U/(g·min),病叶中过氧化物酶的活力呈现下降趋势,除第40天外,其他各时期病叶中的过氧化物酶活力均低于健康叶。接种20、40、60和80d后,健康根中的过氧化物酶活力分别为410.49、33.59、150.02和28.76U/(g·min),病根中的过氧化物酶活力依次为102.97、28.35、65.76和24.21U/(g·min),各个时期病根中过氧化物酶的活力均低于健康根。2.6不同时期健康叶中过氧化氢酶活力的变化从图6看出,接种20、40、60和80d后,健康叶中的过氧化氢酶活力分别为0.14、0.12、0.13和0.08mg/(g·min),病叶中的过氧化氢酶活力依次为0.07、0.13、0.08和0.09mg/(g·min)。健康叶中的过氧化氢酶活力在各个时期呈现下降趋势,而病叶中过氧化氢酶活力的活力变化不稳定。接种20、40、60和80d后,健康根中的过氧化氢酶活力分别为0.07、0.07、0.06和0.08mg/(g·min),病根中的过氧化氢酶活力依次为0.08、0.04、0.06和0.20mg/(g·min)。健康根和病根中的过氧化氢酶活力在各个时期呈现上升趋势,病根中的过氧化氢酶高于健康根。2.7不同叶中超氧化物歧化酶的变化从图7看出,接种20、40、60和80d后,健康叶中的超氧化物歧化酶活力分别为256.85、102.38、218.48和228.19U/g,病叶中的超氧化物歧化酶活力依次为243.58、254.74、245.50和205.58U/g。各个时期,病叶和健康叶中的超氧化物歧化酶变化不稳定。接种20、40、60和80d后,健康根中的超氧化物歧化酶活力分别为218.88、248.25、206.18和208.76U/g,病根中的超氧化物歧化酶活力依次为184.31、254.33、171.34和194.38U/g。除第40天外,其他各个时期病根中超氧化物歧化酶活力均低于健康根。3根结线虫对可溶性糖的影响脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白是重要的渗透调节物质,在植物抗逆过程中其可以保持原生质体与环境的渗透平衡［１３］。Davies等［１４］研究表明,脯氨酸可以作为植株抗逆性的生理生化指标,在正常条件下脯氨酸活力很低,植株受到胁迫后脯氨酸活力升高,以提高细胞渗透势。本试验表明,豇豆受到南方根结线虫侵染后,其病根中脯氨酸活力高于健康根,说明脯氨酸对根结线虫危害较敏感,其作为一种非酶类保护物质在豇豆抗胁迫过程中起到重要作用。根结线虫危害豇豆后,导致病株叶片中可溶性糖活力升高,这可能是根结线虫危害根后,使得根的传导营养和水分的功能受阻,叶片光合作用减弱,叶片光合产物输出受阻,从而导致叶片可溶性糖的积累。丙二醛(MDA)是细胞膜质中不饱和脂肪酸发生过氧化作用的最终产物之一,它可强烈地与细胞内许多成分发生反应,使多种酶和膜系统遭受严重损伤,其活力的高低在一定程度上代表细胞膜的损伤程度和植物对逆境反应的强弱［１５］。在本试验所研究的接虫量范围内,病根和病叶中的MDA活力呈上升趋势,且明显高于健康根和叶,表明随着线虫侵染进程增加,细胞