南方根結(jié)線蟲對(duì)蠶豆生理生化反應(yīng)的影響

南方根結(jié)線蟲對(duì)蠶豆生理生化反應(yīng)的影響

大豆是科地瓜的一級(jí)草本植物。這是中國(guó)設(shè)施最重要的蔬菜之一，因此，全年的栽培造成了嚴(yán)重的連作障礙。根結(jié)線蟲病是豇豆生產(chǎn)區(qū)普遍發(fā)生的主要病害之一,危害呈逐年上升趨勢(shì),嚴(yán)重影響豇豆的產(chǎn)量與品質(zhì)［１］。根系是植物吸收水分和養(yǎng)分的主要器官,也是物質(zhì)同化、轉(zhuǎn)化和合成的器官,根系的生長(zhǎng)發(fā)育和活力直接影響植物個(gè)體的生長(zhǎng)和發(fā)育、營(yíng)養(yǎng)水平和產(chǎn)量品質(zhì)。根結(jié)線蟲侵染后刺激根形成巨型細(xì)胞,直接損壞根細(xì)胞的結(jié)構(gòu),破壞根的活力并阻礙礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)及水分的運(yùn)輸,導(dǎo)致植株會(huì)產(chǎn)生一定的生理生化變化。目前,一些學(xué)者對(duì)番茄、黃瓜、生姜、西葫蘆等蔬菜受到根結(jié)線蟲危害后其生理生化的變化情況進(jìn)行研究［２－５］,但有關(guān)豇豆受根結(jié)線蟲侵染后其生理生化指標(biāo)的變化,國(guó)內(nèi)未見報(bào)道。為了進(jìn)一步明確豇豆受到根結(jié)線蟲侵染所引起的植株生理生化反應(yīng)規(guī)律,本試驗(yàn)測(cè)定根結(jié)線蟲侵染后豇豆葉片和根系中丙二醛(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)、過(guò)氧化物酶(POD)和過(guò)氧化氫酶(CAT)活性的動(dòng)態(tài)變化,以期探討根結(jié)線蟲對(duì)豇豆侵染的生理生化機(jī)制,為抗根結(jié)線蟲豇豆篩選提供理論依據(jù)。1材料和方法1.1南方根結(jié)線蟲鑒定供試豇豆:品種為高產(chǎn)王4號(hào),購(gòu)買于當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)。將基質(zhì)[m(沙)∶m(泥炭土)=1∶2]經(jīng)120℃高溫滅菌2h后,放置在塑料盆(15cm×20cm)內(nèi),2012-02-01播種豇豆,每盆1株,種植完放入溫室。供試線蟲:采自甘肅省武威市發(fā)放鎮(zhèn)日光溫室內(nèi)發(fā)病的番茄根系,經(jīng)鑒定后確定為南方根結(jié)線蟲［６］。采用Giannakou等［７］的方法,將病根洗凈,在解剖鏡下從番茄根系挑取新鮮卵囊,放入直徑9cm的培養(yǎng)皿內(nèi),在w=0.5%次氯酸鈉表面消毒3min,無(wú)菌水洗3次后放入24孔培養(yǎng)板中,在室溫25℃左右孵化2齡幼蟲。1.2常規(guī)基肥處理3月10日在豇豆根系周圍用玻璃棒打孔,每盆3孔,將孵化出的2齡幼蟲注入孔中,接種量為每株2000條,然后覆土1cm左右,對(duì)照植株注入清水,接種后放入溫室進(jìn)行常規(guī)肥水管理。1.3生理及生化指標(biāo)在接種后20、40、60、80d分別采集接種線蟲和未接種線蟲豇豆葉片和根系各5株,葉片取植株中上部功能葉,根系取幼嫩的根,于-20℃保存,用于各項(xiàng)生理生化指標(biāo)測(cè)定。生理指標(biāo)包括丙二醛(MDA)、脯氨酸(Pro)、可溶性糖、可溶性蛋白;生化指標(biāo)包括超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化物酶(POD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)。SOD活性測(cè)定采用NBT光化還原法［８］,POD活性測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚氧化法［９］,CAT活性測(cè)定采用紫外吸收法［１０］,MDA含量測(cè)定采用硫代巴比妥酸顯色法［１１］,脯氨酸(Pro)含量采用酸性水合茚三酮顯示法［１１］,可溶性糖含量測(cè)定采用蒽酮法［１１］,可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250［１１］。1.4數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析采用唐啟義等［１２］的實(shí)用統(tǒng)計(jì)分析及其DPS處理系統(tǒng)分析數(shù)據(jù),用Duncan’s新復(fù)極差法檢驗(yàn)差異顯著性。2結(jié)果與分析2.1脯氨酸含量在不同時(shí)期的變化從圖1看出,接種20、40、60和80d后,健康葉中的脯氨酸含量分別為0.0021、0.0023、0.0031和0.0008g/kg,病葉中的脯氨酸含量依次為0.0032、0.0005、0.0017和0.0013g/kg,健康葉和病葉中脯氨酸的含量在各個(gè)時(shí)期變化不穩(wěn)定。接種20、40、60和80d后,健康根中的脯氨酸含量分別為0.0012、0.0015、0.0069和0.0033g/kg,病根中的脯氨酸含量依次為0.0020、0.0028、0.0029和0.0042g/kg。病根中的脯氨酸含量一直呈上升趨勢(shì),健康根中的脯氨酸含量第60天達(dá)高峰后下降;除第40天外,其他各個(gè)時(shí)期病根中脯氨酸的含量均高于健康根。2.2纖維中可溶性糖含量從圖2看出,接種20、40、60和80d后,健康葉中的可溶性糖含量分別為0.050、0.010、0.031和0.053g/kg,病葉中的可溶性糖含量依次為0.056、0.049、0.045和0.036g/kg。除第80天外,其他各個(gè)時(shí)期病葉中可溶性糖含量高于健康葉。接種20、40、60和80d后,健康根中的可溶性糖含量分別為0.054、0.012、0.036和0.005g/kg,病根中的可溶性糖含量依次為0.003、0.016、0.003和0.01g/kg。不同時(shí)期,健康根和病根中的可溶性糖含量變化不穩(wěn)定,只有第20、60天健康根的可溶性糖含量高于病根外,其他各時(shí)期內(nèi)均低于病根。2.3可溶性蛋白含量從圖3看出,接種20、40、60和80d后,健康葉中的可溶性蛋白含量分別為47.33、34.92、17.63和33.40mg/g,病葉中的可溶性蛋白含量依次為60.87、60.13、47.26和47.02mg/g。隨著時(shí)間延長(zhǎng),健康葉和病葉中的可溶性蛋白含量一直呈現(xiàn)下降趨勢(shì),而病葉中可溶性蛋白含量高于健康葉。接種20、40、60和80d后,健康根中的可溶性蛋白含量分別為14.01、21.02、18.74和14.57mg/g,病根中的可溶性蛋白含量依次為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,其他各個(gè)時(shí)期內(nèi)病根的可溶性蛋白均低于健康根。2.4種葉中丙二醛含量的變化MDA是膜質(zhì)過(guò)氧化分解的產(chǎn)物,植物的逆境脅迫與體內(nèi)MDA的積累有關(guān)。從圖4看出,接種20、40、60和80d后,健康葉中的丙二醛含量分別為0.004、0.011、0.012和0.008μmol/g,病葉中的丙二醛含量依次為0.008、0.007、0.016和0.013μmol/g。健康葉和病葉中的丙二醛含量呈現(xiàn)上升趨勢(shì),而病葉中丙二醛含量高于健葉。接種20、40、60和80d后,健康根中的丙二醛含量分別為0.013、0.017、0.020和0.019μmol/g,病根中的丙二醛含量依次為0.014、0.016、0.025和0.019μmol/g。前60d內(nèi),健康根和病根中的丙二醛含量呈現(xiàn)上升趨勢(shì),而病根中丙二醛含量略高于健康根。2.5不同時(shí)期病葉中過(guò)氧化物酶的活力變化從圖5看出,接種20、40、60和80d后,健康葉中的過(guò)氧化物酶活力分別為445.31、48.24、14.14和16.75U/(g·min),病葉中的過(guò)氧化物酶活力依次為508.87、38.77、81.60和282.47U/(g·min),病葉中過(guò)氧化物酶的活力呈現(xiàn)下降趨勢(shì),除第40天外,其他各時(shí)期病葉中的過(guò)氧化物酶活力均低于健康葉。接種20、40、60和80d后,健康根中的過(guò)氧化物酶活力分別為410.49、33.59、150.02和28.76U/(g·min),病根中的過(guò)氧化物酶活力依次為102.97、28.35、65.76和24.21U/(g·min),各個(gè)時(shí)期病根中過(guò)氧化物酶的活力均低于健康根。2.6不同時(shí)期健康葉中過(guò)氧化氫酶活力的變化從圖6看出,接種20、40、60和80d后,健康葉中的過(guò)氧化氫酶活力分別為0.14、0.12、0.13和0.08mg/(g·min),病葉中的過(guò)氧化氫酶活力依次為0.07、0.13、0.08和0.09mg/(g·min)。健康葉中的過(guò)氧化氫酶活力在各個(gè)時(shí)期呈現(xiàn)下降趨勢(shì),而病葉中過(guò)氧化氫酶活力的活力變化不穩(wěn)定。接種20、40、60和80d后,健康根中的過(guò)氧化氫酶活力分別為0.07、0.07、0.06和0.08mg/(g·min),病根中的過(guò)氧化氫酶活力依次為0.08、0.04、0.06和0.20mg/(g·min)。健康根和病根中的過(guò)氧化氫酶活力在各個(gè)時(shí)期呈現(xiàn)上升趨勢(shì),病根中的過(guò)氧化氫酶高于健康根。2.7不同葉中超氧化物歧化酶的變化從圖7看出,接種20、40、60和80d后,健康葉中的超氧化物歧化酶活力分別為256.85、102.38、218.48和228.19U/g,病葉中的超氧化物歧化酶活力依次為243.58、254.74、245.50和205.58U/g。各個(gè)時(shí)期,病葉和健康葉中的超氧化物歧化酶變化不穩(wěn)定。接種20、40、60和80d后,健康根中的超氧化物歧化酶活力分別為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為184.31、254.33、171.34和194.38U/g。除第40天外,其他各個(gè)時(shí)期病根中超氧化物歧化酶活力均低于健康根。3根結(jié)線蟲對(duì)可溶性糖的影響脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白是重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì),在植物抗逆過(guò)程中其可以保持原生質(zhì)體與環(huán)境的滲透平衡［１３］。Davies等［１４］研究表明,脯氨酸可以作為植株抗逆性的生理生化指標(biāo),在正常條件下脯氨酸活力很低,植株受到脅迫后脯氨酸活力升高,以提高細(xì)胞滲透勢(shì)。本試驗(yàn)表明,豇豆受到南方根結(jié)線蟲侵染后,其病根中脯氨酸活力高于健康根,說(shuō)明脯氨酸對(duì)根結(jié)線蟲危害較敏感,其作為一種非酶類保護(hù)物質(zhì)在豇豆抗脅迫過(guò)程中起到重要作用。根結(jié)線蟲危害豇豆后,導(dǎo)致病株葉片中可溶性糖活力升高,這可能是根結(jié)線蟲危害根后,使得根的傳導(dǎo)營(yíng)養(yǎng)和水分的功能受阻,葉片光合作用減弱,葉片光合產(chǎn)物輸出受阻,從而導(dǎo)致葉片可溶性糖的積累。丙二醛(MDA)是細(xì)胞膜質(zhì)中不飽和脂肪酸發(fā)生過(guò)氧化作用的最終產(chǎn)物之一,它可強(qiáng)烈地與細(xì)胞內(nèi)許多成分發(fā)生反應(yīng),使多種酶和膜系統(tǒng)遭受嚴(yán)重?fù)p傷,其活力的高低在一定程度上代表細(xì)胞膜的損傷程度和植物對(duì)逆境反應(yīng)的強(qiáng)弱［１５］。在本試驗(yàn)所研究的接蟲量范圍內(nèi),病根和病葉中的MDA活力呈上升趨勢(shì),且明顯高于健康根和葉,表明隨著線蟲侵染進(jìn)程增加,細(xì)胞