抗、感白粉病春小麥感染白粉菌后抗病特性的細胞學(xué)觀察

王怡+彭永康

摘 要：以白粉菌15號生理小種感染抗、感白粉病春小麥為對象，通過細胞學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)，白粉菌在抗病春小麥上發(fā)育畸形，有分瓣型和纖細型附著胞出現(xiàn)，并發(fā)現(xiàn)細胞質(zhì)凝集和過敏性壞死等現(xiàn)象。研究結(jié)果為從細胞學(xué)角度分析小麥抗白粉特性提供了一種有用方法。

關(guān)鍵詞：小麥白粉?。豢拱追鄄〈盒←?；白粉病敏感春小麥；抗性；白粉菌

中圖分類號：S512 文獻標(biāo)識碼：A DOI編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.04.001

小麥白粉?。≒owdery mildew）是由專性寄生真菌禾布氏白粉菌Blumeria graminis （DC）Speer f . sp. tritici Emend Marshal（Bgt）引起的一種真菌性病害，屬世界性分布，嚴(yán)重影響了世界小麥的產(chǎn)量[1]。作為世界上第一大糧食作物，小麥在種植面積、產(chǎn)量、庫存量及貿(mào)易額等方面居多種主要糧食作物之首，全世界大約有35%～40%的人口以小麥為主食[2]。我國小麥種植以冬小麥為主，占小麥總面積的84%，春小麥占16%，春小麥主要分布在長城以北，主產(chǎn)省有黑龍江、內(nèi)蒙古、甘肅、新疆、寧夏等。白粉病是我國小麥產(chǎn)區(qū)最重要的病害之一，對小麥產(chǎn)量影響較大[3]。因此，深入地開展對小麥白粉病的防治研究，尋找有效的、穩(wěn)定的抗源對小麥進行抗病育種有重大意義。近年來，一些研究者在不同小麥品種對白粉病的抗性鑒定方面做了大量工作[4-14]。但對春小麥白粉病抗性鑒定，春麥抗病的細胞、遺傳及分子研究的工作還相對滯后。本研究對抗、感白粉病的2種春小麥進行了抗性鑒別， 從細胞學(xué)即2種春小麥在感染白粉病后的白粉菌生長狀況進行了比較分析，為春小麥抗病機理研究提供基礎(chǔ)性資料，以便為抗病春小麥的培育及推廣提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 供試小麥品種與病原菌

供試品種：對白粉病具抗性和敏感的兩種春小麥品種由天津市農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所王繼忠先生提供，將上述兩個品種的種子進行催芽后種入提前滅過菌的花盆中，置于25 ℃恒溫環(huán)境中培養(yǎng)至第一片葉完全長出，待用。

白粉菌15號生理小種 （Blumeria graminis f.sp tritici） 由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所提供。

1.2 接種及白粉菌的抗性鑒定

1.2.1 接種 接種前輕輕抖動待傳菌用的小麥葉片，抖掉葉片上的老孢子，以保證白粉菌的孢子在接種時新鮮一致。用毛筆蘸取白粉菌孢子后用相同的力度均勻刷在葉片背面。

1.2.2 試驗設(shè)計 將兩種參試品種，每個品種種5盆，每盆種15粒完全萌發(fā)的種子，以相同的間隔排開，待第一片葉完全長出后接種，放置于人工氣候培養(yǎng)箱中培養(yǎng)（白天溫度25 ℃，濕度60%，光照強度80 lx，16 h；夜間溫度22 ℃，濕度60%，黑暗，8 h）。

1.2.3 調(diào)查方法 待葉片染菌兩周后， 分別對兩個小麥品種進行取樣， 每盆取5個幼苗，每個幼苗取一片未枯死的葉，按病葉分級標(biāo)準(zhǔn)分級記錄[15]。標(biāo)準(zhǔn)如下。

1級：病斑占葉面積的10%以下；2級：病斑占葉面積的10%～25%；3級：病斑占葉面積的26%～50%；4級：病斑占葉面積的51%～80%；5級：病斑占葉面積的80%以上。

1.3 供試品種接種白粉菌后的細胞學(xué)觀察

植物材料接種后，分別于不同染菌時間點（4，8，12，24，48，72 h）取2 cm左右葉段4段，置于固定透明液（無水乙醇∶冰乙酸∶1，0.15%三氯乙酸）中固定72 h，再用染色液（0.6%考馬斯亮藍R-250甲醇溶液∶15%三氯乙酸=1∶1）染色24 h[10]，沖洗葉片表面的染色液后于保存液（冰乙酸∶甘油∶水=1∶4∶15）中保存待用。取葉段于載玻片上，用保存液作浮載液制成臨時裝片，于顯微鏡下觀察附著胞形態(tài)及宿主抗性反應(yīng)等互作位點情況。

2 結(jié)果與分析

2.1 白粉病抗性鑒定結(jié)果

對白粉病具抗性和敏感的兩種春小麥在接種白粉菌兩周后，對其進行苗期白粉病抗性鑒定?？剐源蝴溔~片上有極少數(shù)零星病斑、無壞死葉片；而感性春麥接種后發(fā)病快，葉片上有連成片的病斑，且有孢子堆?？剐澡b定結(jié)果如表1和表2，抗性品種白粉菌占葉片面積的6.99%，表現(xiàn)為白粉病高抗型，敏感品種白粉菌占葉片面積 97.06%，表現(xiàn)為白粉病高感型。

2.2 抗、感白粉病春小麥接種白粉菌后的細胞學(xué)觀察

2.2.1 感病春小麥白粉菌發(fā)育情況 本試驗在接種白粉菌后不同時間點取材，將材料固定透明后采用考馬斯亮藍R250染色24 h，在顯微鏡下記錄白粉菌孢子在敏感品種上的發(fā)育情況。圖l分別為接種后不同時間點敏感品種上白粉菌的發(fā)育形態(tài)。其中a為接種后4 h，分生孢子萌發(fā)出初生芽管；b為8 h，附著胞芽管；c為24 h，附著胞形成吸器；d為48～72 h，形成次級菌絲。

顯微觀察結(jié)果表明，白粉菌15號生理小種在感病品種上萌發(fā)較早，孢子在4 h就開始萌發(fā)。新產(chǎn)生的芽管不會立刻侵入寄主細胞，而是先在寄主表面生長擴展。在8～12 h，芽管末端逐漸膨大形成附著胞，隨后在24 h附著胞中間產(chǎn)生一個細的侵染釘侵入寄主表皮細胞，并且隨后產(chǎn)生吸器吸收營養(yǎng)，這意味著侵染成功。48～72 h開始產(chǎn)生次生菌絲。

2.2.2 抗病春小麥葉片上白粉菌附著胞畸形情況 成熟的附著胞一般呈鐮刀狀，但是也常會存在一些畸形的附著胞，尤其是在抗性材料上，這些畸形附著胞因為不能從植物細胞正常吸收營養(yǎng)，所以不能繼續(xù)生長發(fā)育。常見的畸形形態(tài)包括：分瓣型附著胞（其頂端具有2～3個分瓣）、纖細型附著胞（芽管極度延伸變得纖細），分瓣型和纖細型附著胞均不能形成正常附著胞，不能吸收寄主營養(yǎng)。

本試驗中，在抗性材料上觀察到了白粉菌附著胞的畸形，如圖2， 其中a是分瓣型附著胞畸形；b所示為芽管纖細型畸形；c為細胞質(zhì)凝聚；d表示過敏性壞死。分析產(chǎn)生這一原因可能是由于免疫材料葉片細胞壁較厚，白粉菌不易附著并成功侵染，所以只能使芽管繼續(xù)伸長尋找可附著的位點，這就產(chǎn)生了附著胞畸形。形成分瓣型附著胞和纖細型附著胞，如圖2的a，b。而在抗性材料上由于有較強的防御反應(yīng)，能夠抑制白粉菌繼續(xù)侵染，從而出現(xiàn)細胞質(zhì)凝聚、過敏性壞死等防御反應(yīng)。本試驗中，在抗病材料上出現(xiàn)了這種防御反應(yīng)。圖2的c所示為抗病品種葉片上寄主對白粉菌侵染的細胞質(zhì)凝聚反應(yīng)，圖中在互作位點處，寄主有明顯的一片圓形細胞質(zhì)凝聚，而該處白粉菌芽管伸長，末端附著胞細而小，未呈現(xiàn)正常的喙形，可能是由于寄主與白粉菌互作中，寄主細胞質(zhì)凝聚，使得白粉菌無法有效入侵吸收營養(yǎng)，有效抑制了白粉菌附著胞的發(fā)育。圖2的d是細胞過敏性壞死。其細胞壁發(fā)生沉積，細胞質(zhì)凝聚，尤其是在侵染點周圍，有較深的細胞質(zhì)凝聚，整個細胞壞死后，病原菌不能從中吸取營養(yǎng)，從而抑制了病原菌的生長擴張。

3 討論與結(jié)論

在本試驗中，通過研究兩種品種小麥與白粉菌的互作情況，發(fā)現(xiàn)白粉菌在兩種材料上的發(fā)育形態(tài)是不同的，而且不同品種對白粉菌侵染的防御反應(yīng)也是有相當(dāng)大差別的。在感病材料上白粉菌更容易萌發(fā)，而且萌發(fā)時間較早。在接種白粉菌4 h后就發(fā)現(xiàn)白粉菌孢子開始萌發(fā)，隨后產(chǎn)生附著胞等結(jié)構(gòu)，白粉菌在寄主細胞萌發(fā)后24 h左右就可觀察到白粉菌的侵入釘。葉片在白粉菌初侵染過程中也會呈現(xiàn)出對白粉菌的防御反應(yīng)，也會有少量的細胞質(zhì)凝聚現(xiàn)象，但是幾乎沒有觀察到過敏性壞死現(xiàn)象。

在抗性材料葉片上，白粉菌萌發(fā)的稍晚，生長速度較敏感春小麥而言也會相對較遲緩，會表現(xiàn)出較為強烈的防御白粉菌反應(yīng)。白粉菌因為細胞的過敏性壞死而不能從寄主細胞吸收營養(yǎng)，會耗盡自身的養(yǎng)料而最終死亡，因而阻止了白粉菌的侵染?？共⌒←溔~片上也會出現(xiàn)白粉菌畸形，會出現(xiàn)纖細型芽管。防御反應(yīng)中會有較多的細胞質(zhì)凝聚，分瓣型附著胞。最后還會觀察到防御反應(yīng)，如過敏性壞死、細胞質(zhì)凝聚。分瓣型附著胞說明寄主細胞對白粉菌侵染呈現(xiàn)多層次、多階段的防御反應(yīng)特點。本研究對兩種春小麥抗白粉病特性作了鑒別，同時從細胞學(xué)角度對白粉菌的發(fā)育特性作了比較分析，所得結(jié)果對于春小麥的生產(chǎn)及抗病育種有參考價值。

參考文獻：

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3 討論與結(jié)論

在本試驗中，通過研究兩種品種小麥與白粉菌的互作情況，發(fā)現(xiàn)白粉菌在兩種材料上的發(fā)育形態(tài)是不同的，而且不同品種對白粉菌侵染的防御反應(yīng)也是有相當(dāng)大差別的。在感病材料上白粉菌更容易萌發(fā)，而且萌發(fā)時間較早。在接種白粉菌4 h后就發(fā)現(xiàn)白粉菌孢子開始萌發(fā)，隨后產(chǎn)生附著胞等結(jié)構(gòu)，白粉菌在寄主細胞萌發(fā)后24 h左右就可觀察到白粉菌的侵入釘。葉片在白粉菌初侵染過程中也會呈現(xiàn)出對白粉菌的防御反應(yīng)，也會有少量的細胞質(zhì)凝聚現(xiàn)象，但是幾乎沒有觀察到過敏性壞死現(xiàn)象。

在抗性材料葉片上，白粉菌萌發(fā)的稍晚，生長速度較敏感春小麥而言也會相對較遲緩，會表現(xiàn)出較為強烈的防御白粉菌反應(yīng)。白粉菌因為細胞的過敏性壞死而不能從寄主細胞吸收營養(yǎng)，會耗盡自身的養(yǎng)料而最終死亡，因而阻止了白粉菌的侵染?？共⌒←溔~片上也會出現(xiàn)白粉菌畸形，會出現(xiàn)纖細型芽管。防御反應(yīng)中會有較多的細胞質(zhì)凝聚，分瓣型附著胞。最后還會觀察到防御反應(yīng)，如過敏性壞死、細胞質(zhì)凝聚。分瓣型附著胞說明寄主細胞對白粉菌侵染呈現(xiàn)多層次、多階段的防御反應(yīng)特點。本研究對兩種春小麥抗白粉病特性作了鑒別，同時從細胞學(xué)角度對白粉菌的發(fā)育特性作了比較分析，所得結(jié)果對于春小麥的生產(chǎn)及抗病育種有參考價值。

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3 討論與結(jié)論

在本試驗中，通過研究兩種品種小麥與白粉菌的互作情況，發(fā)現(xiàn)白粉菌在兩種材料上的發(fā)育形態(tài)是不同的，而且不同品種對白粉菌侵染的防御反應(yīng)也是有相當(dāng)大差別的。在感病材料上白粉菌更容易萌發(fā)，而且萌發(fā)時間較早。在接種白粉菌4 h后就發(fā)現(xiàn)白粉菌孢子開始萌發(fā)，隨后產(chǎn)生附著胞等結(jié)構(gòu)，白粉菌在寄主細胞萌發(fā)后24 h左右就可觀察到白粉菌的侵入釘。葉片在白粉菌初侵染過程中也會呈現(xiàn)出對白粉菌的防御反應(yīng)，也會有少量的細胞質(zhì)凝聚現(xiàn)象，但是幾乎沒有觀察到過敏性壞死現(xiàn)象。

在抗性材料葉片上，白粉菌萌發(fā)的稍晚，生長速度較敏感春小麥而言也會相對較遲緩，會表現(xiàn)出較為強烈的防御白粉菌反應(yīng)。白粉菌因為細胞的過敏性壞死而不能從寄主細胞吸收營養(yǎng)，會耗盡自身的養(yǎng)料而最終死亡，因而阻止了白粉菌的侵染?？共⌒←溔~片上也會出現(xiàn)白粉菌畸形，會出現(xiàn)纖細型芽管。防御反應(yīng)中會有較多的細胞質(zhì)凝聚，分瓣型附著胞。最后還會觀察到防御反應(yīng)，如過敏性壞死、細胞質(zhì)凝聚。分瓣型附著胞說明寄主細胞對白粉菌侵染呈現(xiàn)多層次、多階段的防御反應(yīng)特點。本研究對兩種春小麥抗白粉病特性作了鑒別，同時從細胞學(xué)角度對白粉菌的發(fā)育特性作了比較分析，所得結(jié)果對于春小麥的生產(chǎn)及抗病育種有參考價值。

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