芦笋愈伤组织对茎枯病菌毒素胁迫的生理响应及其再生苗抗病性鉴定

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芦笋(Asparagus officinalis L.),是一种被国际公认的营养保健型高档蔬菜,其食用和药用价值都极高,被称为“蔬菜之王”,世界卫生组织将其定为“十大健康蔬菜”之首。近年来,中国已成为世界上芦笋最大出口国,但是茎枯病的发生常使我国芦笋种植区的成片笋田毁种绝收,严重影响了芦笋的产量及质量。芦笋茎枯病是由天门冬拟茎点霉菌(Phmopsis asparagi(Sass.)Bubak)引起的病害。目前多采用综合防治,但效果不佳,且缺乏抗茎枯病品种和种质资源。因此,进行抗茎枯病种质创新工作尤为重要。大量研究表明,植物病原真菌侵染寄主植物后会产生病菌毒素,此类毒素是与植物病程相关的一类致病因子。因此,利用植物组织培养的方法,以病菌毒素为选择压力,对植物离体组织进行筛选,能够获得抗病材料。本试验以3个芦笋品种(‘阿波罗’、‘冠军’和‘NJ987’)的愈伤组织为试材,研究了芦笋愈伤组织在茎枯病菌毒素胁迫后的生理响应,筛选出了抗性愈伤组织,并对抗性愈伤组织再生苗进行了抗病性鉴定,获得了抗病材料。主要研究结果如下:
  1.茎枯病菌毒素胁迫后,3个芦笋品种愈伤组织出现过氧化氢(H2O2)积累;DNA梯状条带(DNA Ladder);相邻细胞空泡化等现象,表现为细胞程序性死亡(PCD)的典型特征。这些是芦笋愈伤组织在茎枯病菌毒素防卫过程中产生细胞过敏性反应的表现。
  2.茎枯病菌毒素胁迫后,3个芦笋品种愈伤组织可溶性蛋白含量均呈先显著升高,后期小幅缓慢下降的趋势;并在毒素胁迫48h时出现了两条新的特征条带,这两条特征条带随着胁迫时间的延长逐渐加深,表达量增加增强。这两个特异蛋白可能是组织防卫基因表达产生的病程相关蛋白,在愈伤组织对茎枯病菌毒素的防卫过程中起重要作用。
  3.茎枯病菌毒素胁迫后,3个芦笋品种愈伤组织内源IAA、ABA和ZR含量升高;GA3的含量降低。较高水平的内源IAA、ZR和ABA和较低水平的GA3可能与芦笋对茎枯病抗性有关。
  4.在前期利用30%~45%茎枯病菌毒素处理选择抗性愈伤组织的基础上,通过逐步提高毒素液浓度对3个芦笋品种愈伤组织进行进一步抗性诱导,能够继续存活的愈伤组织对茎枯病菌毒素的抗性增强。
  5.芦笋抗性愈伤组织(经毒素诱导获得的抗性愈伤组织)诱导成苗的最适培养基配方为MS+1.5mg/L6-BA+0.8mg/L NAA;生根最适培养基配方为MS+0.02~0.04mg/L6-BA+0.05~0.1mg/L NAA+1.0mg/LPP333。茎枯病菌最适的产孢条件为:在pH为7的PDA培养基中27℃光照条件下培养5d。将孢子悬浮液人工接种至芦笋再生苗上,其中抗性愈伤组织再生苗的发病率为19.18%~28.75%,病情指数为11.20±1.56~17.95±1.74;对照再生苗的发病率为77.04%~91.88%,病情指数为77.74±1.76~85.43±2.52。因此,抗性愈伤组织再生苗的抗病性极显著高于对照。
  6.利用茎枯病菌孢子悬浮液处理后,3个芦笋品种抗性愈伤组织再生苗MDA含量和相对电导率均显著低于对照;SOD、POD、CAT、PPO和PAL活性及可溶性蛋白含量均显著高于对照;内源IAA、ZR和ABA含量升高,GA3含量下降。这些指标与形态指标鉴定结果均一致,可作为愈伤组织再生苗抗性鉴定的生理指标。
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