葡萄根瘤蚜侵染對葡萄新根次生代謝物質(zhì)含量及相關(guān)酶活性的影響

趙青，杜遠(yuǎn)鵬，翟衡*

（1. 山東省林業(yè)監(jiān)測規(guī)劃院，山東濟(jì)南 250014；2. 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院/作物生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東泰安 271018）

葡萄根瘤蚜（Daktulosphaira vitifoliae Fitch）是世界上第一個檢疫性有害生物，曾對歐洲葡萄園造成毀滅性危害。近年來葡萄根瘤蚜在我國多地區(qū)出現(xiàn)，在我國苗木法規(guī)尚不健全的形勢下，將對我國葡萄資源構(gòu)成嚴(yán)重的威脅[1]。

植物受到外部病菌或害蟲的侵染后，細(xì)胞中的防御酶和控制物質(zhì)代謝的關(guān)鍵酶很快做出保護(hù)性反應(yīng)，被侵染部位合成并積累抗性次生代謝物質(zhì)[2]。葡萄抗性砧木嫁接是應(yīng)對葡萄根瘤蚜侵染的根本途徑，本文研究了抗性砧木‘140Ru’及栽培品種被根瘤蚜侵染后次生代謝相關(guān)酶及含量變化，并與抗根瘤蚜能力進(jìn)行相關(guān)性分析，明確不同抗性水平的葡萄品種對根瘤蚜侵染后的次生代謝機(jī)制，為完善砧木抗根瘤蚜機(jī)制提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

用直徑30 cm的無孔瓦盆沙培抗性砧木‘140Ru’和3個栽培品種‘巨峰’‘達(dá)米娜’和‘克瑞森’的一年生苗。待新根大量發(fā)生時，每株接種400粒2～3 d根瘤蚜蟲卵，分別于接種后7 d、12 d、15 d、20 d和25 d取根結(jié)，洗凈擦干，液氮速凍后保存，以不接種蟲卵的新根做對照，每處理10株植株。測定葡萄新根中苯丙氨酸解氨酶（PAL）、多酚氧化酶（PPO）和超氧化物歧化酶（SOD）的活性與總酚和木質(zhì)素的含量。

PAL活性測定參考?xì)W陽光察（1998）的方法；PPO活性測定采用鄰苯二酚比色法；SOD活性測定參照王愛國（1983）的方法；總酚含量的測定，采用Folin-酚試劑法；木質(zhì)素含量的測定采用Sancho半定量法。

本試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)用DPS 7.55軟件進(jìn)行方差分析，并將重復(fù)測定的平均值進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 根瘤蚜侵染對葡萄新根酶活性的影響

2.1.1 PAL活性的影響

PAL是催化植物體內(nèi)苯丙烷類物質(zhì)代謝和酚類、類黃酮、木質(zhì)素合成的關(guān)鍵酶[3]。圖1中可以看出，4個品種的新根在接種后25 d之內(nèi)都呈先升高后下降的趨勢，且都在接種15 d時達(dá)到活性最大值，其中‘140Ru’接種后PAL活性迅速上升，之后一直持續(xù)在較高的水平，5個時期的PAL活性均大于其他3個敏感品種，‘140Ru’的對照PAL活性水平均高于3個敏感品種。7 d時‘140Ru’增幅比同時期‘巨峰’‘達(dá)米娜’和‘克瑞森’的增幅分別高122.70%、102.96%和42.10%；25 d時‘140Ru’新根PAL的活性依然保持在較高的水平，比對照高46.17%，而3個敏感品種的PAL活性降低到和對照相當(dāng)?shù)乃?。根?jù)本實(shí)驗(yàn)室測定的各品種抗根瘤蚜能力[4]，進(jìn)行相關(guān)性比較發(fā)現(xiàn)，葡萄新根被根瘤蚜侵染后PAL活性的增加幅度與其根瘤蚜抗性正相關(guān)，r＝0.965。

圖1 根瘤蚜侵染對葡萄新根PAL活性影響Figure 1 Effects of phylloxera infestation on the PAL activity in grapevine primary roots

圖2 葡萄新根PPO活性變化Figure 2 Effects of phylloxera infestation on the PPO activity in grapevine primary roots

2.1.2 根瘤蚜侵染對葡萄新根PPO活性的影響

PPO在植物體內(nèi)主要有三方面的作用：一方面，PPO可以催化酚類物質(zhì)形成醌類，醌類物質(zhì)在一定程度上可抑制害蟲的取食；另一方面，醌類物質(zhì)的過多積累，導(dǎo)致寄主細(xì)胞自身的褐化加速，使病蟲害加重；另外PPO催化酚類物質(zhì)氧化形成咖啡酸可參與木質(zhì)素的合成，其活性變化對植物組織木質(zhì)化過程起重要作用[5-6]。

供試的4種葡萄新根被根瘤蚜侵染后PPO活性均呈先升高后下降趨勢（圖2），3個栽培品種都在接種后15 d達(dá)到活性最大值隨后迅速下降，25 d時PPO活性基本與對照相當(dāng)?？剐哉枘尽?40Ru’在接種后20 d達(dá)到最高值，并且25 d時PPO活性仍為16.45 U/(g·h)，比同時期‘巨峰’‘達(dá)米娜’和‘克瑞森’的增幅分別高266.27%、169.13%和73.40%。PPO活性增加幅度與葡萄的根瘤蚜抗性顯著相關(guān)，r＝0.909。

2.1.3 根瘤蚜侵染對葡萄新根SOD活性的影響

SOD歧化氧自由基為H2O2和水，是清除氧自由基的關(guān)鍵酶。植物體內(nèi)的活性氧在SOD的作用下生成的H2O2和H2O可以與過氧化物酶（POD）一起參與木質(zhì)素前體的一些交聯(lián)和聚合反應(yīng)，從而提高植物組織木質(zhì)化的程度[7]。從圖3可以看出，接種根瘤蚜后無論抗性品種或敏感品種均呈現(xiàn)先略微下降再升高然后再下降的趨勢，但抗性砧木‘140Ru’接種7 d后SOD活性迅速升高，接種12 d時達(dá)到最大值，比敏感品種‘巨峰’‘達(dá)米娜’和‘克瑞森’的增幅分別高291.1%、65.95%和199.05%；3個敏感品種新根被侵染后SOD活性變化緩慢，變幅也較小。相關(guān)性分析表明，葡萄新根SOD活性與其根瘤蚜抗性正相關(guān)，r＝0.782。

圖3 葡萄新根SOD活性變化Figure 3 Effects of phylloxera infestation on the SOD activity in grapevine primary roots

2.2 根瘤蚜侵染對葡萄根系次生代謝物質(zhì)的影響

2.2.1 葡萄根瘤蚜侵染對葡萄新根木質(zhì)素含量的影響

木質(zhì)素是植物細(xì)胞壁的組成成分，可以保護(hù)細(xì)胞免受病原物的侵害。植物受到侵害后的木質(zhì)化可以阻礙真菌和害蟲的攻擊，許多研究表明，木質(zhì)素含量增加是植物增強(qiáng)抗性的一個重要機(jī)制[8-9]，供試4個葡萄品種的新根被根瘤蚜侵染后，木質(zhì)素的含量有顯著的升高，并且均呈持續(xù)增加趨勢，接種15 d之前增加較為緩慢，后期增幅變大（圖4）。砧木‘140Ru’木質(zhì)素含量增加較其他3個栽培品種顯著，接種20 d后木質(zhì)素含量OD值增幅比對照高114.29%，比‘巨峰’‘達(dá)米娜’和‘克瑞森’的增幅高92.00%、41.18%和29.73%，增加幅度最小的是‘巨峰’。相關(guān)性分析表明，葡萄被根瘤蚜侵染后木質(zhì)素含量的增加與抗性正相關(guān)，r＝0.841。

2.2.2 葡萄根瘤蚜侵染對葡萄新根總酚含量的影響

酚類物質(zhì)是植物體內(nèi)重要的抗蟲物質(zhì)，研究表明植物受到損傷后，最明顯的變化就是酚類化合物含量的增加[10-11]。酚類物質(zhì)對植食性昆蟲有胃毒或拒食作用，其含量高低通常與取食的害蟲數(shù)量呈負(fù)相關(guān)。4種葡萄被根瘤蚜侵染后總酚含量均有大幅度的升高，隨著侵染時間的延長總酚逐漸積累，接種20 d時，‘140Ru’的總酚含量增幅最高，分別比‘巨峰’‘達(dá)米娜’和‘克瑞森’增幅高32.99%、40.81%和21.20%。4種葡萄被侵染后總酚含量的增加與其對根瘤蚜的敏感性呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)r＝-0.987。

3 討論與結(jié)論

圖 4 葡萄新根木質(zhì)素含量變化Figure 4 Effects of phylloxera infestation on the lignin content in grapevine primary roots

植物受到外部病菌或害蟲的侵染后，通常會迅速做出防御反應(yīng)，在被侵染部位合成并積累抗性次生代謝物質(zhì)。正常條件下，這些次生物質(zhì)合成所需要的前體物質(zhì)以無毒的形式存在于細(xì)胞的液泡等細(xì)胞器中，當(dāng)細(xì)胞遭受侵染或脅迫時，一些酶可以活化這些物質(zhì)，使其大量合成為抗性次生物質(zhì)[2]。

劉會寧等[12]用8個葡萄品種為試材研究了生化指標(biāo)與葡萄抗白粉病的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)PPO與POD的活性與抗病性呈顯著或極顯著正相關(guān)。史娟等[13]的研究表明，不同抗性的葡萄品種感染霜霉病菌后，各品種的POD活性都有一個明顯的消長過程，但抗病品種的酶活性升高的幅度大，持續(xù)時間長。李寧楓[14]的研究表明，葡萄葉片中SOD活性與霜霉病抗病性存在一定相關(guān)性，且感病品種接種霜霉病菌后SOD活性下降，抗病品種接種霜霉病菌后SOD活性升高。許建鵬等[15]的研究表明，不同抗性的黃瓜葉片接種煙粉虱后，PAL、PPO活性均升高，其中對煙粉虱抗性最高的4個品種兩種酶的活性均極顯著高于不抗煙粉虱的對照。楊輝等[16]發(fā)現(xiàn)接種黃瓜花葉病毒后，不同抗性的辣椒品系木質(zhì)素和總酚的相對含量整體上呈上升趨勢，且各品系間的差異顯著。

供試的4個葡萄品種新根被根瘤蚜侵染后SOD活性均呈先降低后升高再降低的趨勢，并且抗性砧木‘140Ru’的變化最大，增幅顯著高于3個敏感品種，說明在抗性品種體內(nèi)SOD是抵御根瘤蚜侵染的重要防御酶；PAL和PPO活性均呈先上升后下降的趨勢，木質(zhì)素和總酚含量均呈升高趨勢，其中以‘140Ru’的整體增幅最高，說明根瘤蚜的取食誘導(dǎo)葡萄新根內(nèi)PAL和PPO活性增加，使酚類和木質(zhì)素積累。總酚含量增加，會干擾根瘤蚜的消化作用，酚類物質(zhì)又可以被PPO催化形成的醌類物質(zhì)，醌類可以與植物蛋白作用，從而降低根瘤蚜對植物營養(yǎng)的利用，減輕其對葡萄根系的危害。PAL和PPO共同催化木質(zhì)素的合成，木質(zhì)素是構(gòu)成細(xì)胞壁的主要成分，木質(zhì)素的大量合成有利于葡萄修復(fù)根瘤蚜刺吸造成的細(xì)胞壁損傷并且細(xì)胞壁木質(zhì)化會使根瘤蚜刺吸受到阻礙。試驗(yàn)結(jié)果表明，葡萄根瘤蚜侵染導(dǎo)致新根內(nèi)SOD、PAL和PPO活性變化以及木質(zhì)素和總酚的積累，并且變化幅度可以反應(yīng)出抗病性的差異。

圖5 葡萄新根總酚含量變化Figure 5 Effects of phylloxera infestation on the total phenols contents in grapevine primary roots

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