植物免疫学课件Word格式文档下载.docx

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广义的抗病性包括了：

避病（抗接触），抗侵入、抗扩展、抗繁殖、耐病以及诱导抗病性。

狭义的则只指抗侵入、抗扩展、抗繁殖。

5．经济抗病性与代谢抗性

经济抗性是指植物因抗病保证其商品价值能力，代谢抗病性是指植物未因病菌侵染而丧失繁殖力的能力。

经济抗性包括代谢抗性，但后者不能包括前者。

6．先天免疫与后天免疫

先天免疫性：

是植物在长期演化和系统发育过程中所获得的免疫性。

①被免疫性：

是指植物在受病原物侵染前已存在的免疫性。

如气孔数量等。

②主动免疫性：

是指仅在植物受到病原物侵染以后产生的免疫性，如过敏性反应、植保素等。

后天免疫性（获得免疫性）：

是指植物个体发育中受到某些因素的刺激所产生的免疫性。

①非侵染性获得免疫性：

是指非病原物侵染而获得的免疫性，如理化免疫、栽培免疫

②侵染性获得免疫：

是指由病原物侵染而获得的免疫性，如交叉保护等。

7．个体免疫性

在植物的属、种、品种的个体之间免疫性差异。

8．全生长期抗病性与阶段抗病性

①全生长期抗病性：

是指从苗期到成株期各个阶段都具有抗病性。

②阶段抗病性：

是指植物在生长发育过程中，有的阶段抗病，有的阶段感病。

9．整株抗病性与器官抗病性

①整株抗病性：

是指植物在整个生长期中的各个部位都有抗病性。

②器官抗病性：

是指植物的某些器官抗病，某些器官则感病。

10．个体抗病性与群体抗病性

①个体抗病性（定性抗病性）：

在个体水平上就能明显观察的抗病性，如过敏性反应。

②群体抗病性（定量抗病性）：

在个体水平上仅有微小的数量差异的抗病性，在群体的病害流行过程中，能显示出很大的定量差异，如侵入机率、潜育期、产孢量方面的抗病性。

按抗性鉴定方法分类

（1）个体抗病性

（2）群体抗病性

11．垂直抗性与水平抗性

①垂直抗性：

主效基因控制，显性、抗初侵染，易被克服。

②水平抗性：

多基因控制，阻止病菌扩展和繁殖、延长潜育期，稳定。

12．既存抗病性及侵染诱发的抗病性

①既存抗病性：

是指植物在爱病菌侵染前，已存在的免疫性。

②侵染诱发的抗病性：

植物受到病菌侵染或机械损伤后，其生理代谢和细胞壁结构要发生一系列变化，构成了阻止病菌侵染的化学和物理障碍。

13．寄主抗病性与非寄主抗病性

寄主抗病性：

植物对其寄生物的抗病性。

非寄主抗病性：

寄主范围以外的植物对病菌产生的抗性。

第三节植物抗病性的本质

一、抗病性是进化的产物

1．单源进化

2．多源进化

3．抗病性是动态的

二、抗病性是以生理生化反应实现的

1．兼性寄生菌产生侵袭力

2．专性寄生菌活体营养

3．寄主防御反应

三、抗病性是遗传的潜能

1．寄主－病原结合体（aegricopul）决定表型

2．寄主抗病基因型和病原物致病基因型相互选择的进行产物。

第三章植物病原菌的致病机制

第一节致病性的概念

一、致病性

二、毒力

在垂直病害体系中，小品－品种水平上的致病力

三、侵袭力

在水平病害体系中，在相同发病强度的条件下，某小种对某一品种在孢子萌发速度、侵入后定植速度产孢速度等方面的表现出来侵染能力。

第二节植物病原物的侵袭手段

为了探索植物如何抵抗病原物，首先要知道病原物如何侵染植物和植物发生怎样的病变。

实际上，病原物的侵袭，植物的病变和抵抗是发生在同一空间，同一时期内，是同一场斗争的不同侧面观，尤其是在消极的病变和积极抵抗之间，有时很难截然区分。

一、植物病原物的侵袭手段

病原物主要靠机械压力突破植物表皮蜡质层，依靠化学力量突破植物表皮角质和细胞壁，主要化学力量有酶、毒素、激素。

（一）酶（角质酶，细胞壁降解酶）

1．角质酶类

①在介绍角质酶之前，首先介绍角质酶作用的底物――植物表皮的结构。

植物表皮结构分成三个区，蜡质层、网状区、片层区。

C18：

9,10,18――三羟基十八烷酸；

9,10－环氧－18－羧基十八烷酸

C16：

16－羧基十六烷酸；

16－二羧基十六烷酸；

10,16－二羟基十六烷酸。

②催化特性

角质酶是一种糖蛋白，是诱导产生的，它具有酶活中心，酶活中心由三个基因组成，丝氨酸残基上的羧基，羧基和组氨酸的咪唑基，催化机理属于亲核反应，符合酸碱催化理论。

O

R

角质酶

多角体－C－OCH2（CH2）n－C－O－多聚体

多聚体－C－OH＋HOCH2（CH2）n－C－OH

③角质酶在病菌侵入中的作用

a.侵入位点角质酶的确定

角质酶是否存在于侵入位点是证实是否有致病作用的先决条件，对于角质酶的定位，目前主要是应用免疫技术和电镜观察技术。

首先，将病菌孢子悬液接种寄主。

病菌侵入后用兔子角质酶抗血清处理侵入部位，然后用电镜观察。

如在侵入部位有电子密集颗粒，就说明有抗源－抗体复合体存在，即角质酶与抗血清发生了结合，也就证明了角质酶的存在。

b.钝化角质酶阻止病菌侵入

如果病菌需要产生角质酶才能侵入寄主，那么对角质酶的专化性抑制效应应该能阻止病菌侵入。

利用角质抗血清和酶抑制因子与病菌孢子悬液混合，然后接种寄主植物，如果不能引起侵染，说明角质酶活性被钝化，也就说明病菌产生了角质酶。

众所周知，有机磷杀虫剂能够作用于昆虫的胆碱酯酶，而胆碱酯酶和角质酶一样均是丝氨酸水解酶，因此有机磷杀虫剂的抑制机制，可能是控制了酶活中心的丝氨酸三分体结构。

c.角质酶缺失变株致病性减弱或无致病力

利用紫外光线或化学药剂处理，使病菌产生突变，即丧失了利用角质做碳源的能力，在培养基中没有角质酶产生，将角质酶缺失突变株接种表皮完整的和损伤的植株，观察其发病情况，如表皮完整植株接种后未发病，而突变株接种后表皮受伤的植株能发病，产生病斑，说明病菌是依靠角质酶进行侵染的。

d.向角质酶缺失突变株加入角质酶恢复致病力

如果病菌是依靠角质酶侵染植物表皮的，那么向病菌角质酶缺失突变株加入角质酶应该能恢复致病力。

Koller等（1982）发现F.solanipisiT-8菌株对整豌豆茎表皮或受伤茎表皮的致病力高，萌发的孢子产生的角质酶也较多，而突变的T-30菌株仅对表皮受伤的茎致病力较高，它产生的角质酶相当少。

然而，向T-30的孢子补充角质酶还不足以使该菌株致病性达到T-8的水平。

如果同时还补充纤维素酶、果胶酶和果胶甲酯酶，就能使T-30菌株达到与T-8菌株同样的致病力。

因T-30菌株缺少一套完整侵入酶系，不仅包括角质酶，还有些细胞壁降解酶。

2．果胶酶类

（1）果胶酶的种类

果胶酶是一组复合酶，属于诱导酶，主要包括果胶甲基酯酶（Pectinmethylesterase,PME或PE），果胶酸酯裂解酶（Pectatelyase,PL,PGTE），果胶裂解酶（PectinlyasePML,PMTE），多聚半乳糖醛酸酶（Polygalactuconase,PG），果胶甲基半乳糖醛酸酶（Pectinmethylgalactuionase,-消除反应类似，即反应产物的一个糖醛苷非还原端C-1,4糖苷键，除PME外，水解酶最适pH偏酸性，在4.5～5.5之间；

pI偏低，在6.0～8.0之间，PME最适pH近中性。

PL和PML属于裂解酶，能够裂解果胶分子中连接半乳糖醛酸的d-1,4糖苷键，一般称为反式消除酶（Transdiminase），它们作用于多聚糖残基生成不饱和的酸性寡糖，其裂解糖苷键的作用机制与果胶在碱性溶液中的PMG）。

其中PME、PG和PMG属于水解酶，PE可将果胶或果胶酯酸的甲氧基脱掉产生果胶酸，PG和PMG能够水解果胶物质5上的质子被消除，同时在C4和C5之间形成了不饱和键。

这类型解酶最适pH偏碱性，在9.0～9.8之间；

pI偏高，在8.0～9.0之间。

上述果胶酶，除PME之外，都有两种形式“内切－”（endo-）和“外切－”（exo-）。

凡以随机方式作用于底物的酶属于“endo-”，而以末端方式作用于底物释放出二聚体的酶属于“exo-”。

（2）果胶酶的作用

病菌产生的果胶酶引起的病害症状有软腐、茎斑和维管束枯萎。

所谓软腐就是被侵染的新鲜薄壁组织变软，呈水渍状，无色或变褐。

软腐症状概括起来有以下几个特点：

1）病斑常常迅速扩展到大部或全部的现成组织；

2）腐烂组织很少或没有粘着力；

3）腐烂组织的细胞沿着胞间层分离；

4）细胞分离后细胞壁和细胞在一定时间内保持原状；

5）腐烂组织呈水渍状；

6）在细胞分离前，原生质体同时对电解质渗透性迅速增加；

7）腐烂组织在一些病害中变色，但在另一些病害中不变色；

8）腐烂组织原生质体死亡，关于果胶酶在维管束枯萎病中的作用研究颇多，一般认为维管束纹孔膜或板的初生细胞壁中胶层复合体经酶解后，释放出的凝胶堵塞导管造成枯萎。

关于果胶酶引起的叶斑和茎斑主要限于立枯丝核菌引起的病害。

在R-solani引起的菜豆病害中，endoPG和果胶甲酯酶是侵染菜豆的主要酶。

果胶酶引起寄主组织发生软腐的主要机制是寄主组织发生了浸解和原生质的死亡。

植物细胞间主要是由果胶多糖物质粘在一起的。

由于病原菌产生的果胶酶将这些果胶多聚体降解，使组织细胞间失去粘合，即所谓浸解作用。

除浸解作用外，果胶酶还能引起原生质体死亡。

目前认为，细胞壁因胞间中胶层及多糖组分受果胶酶降解，使初生壁松驰，壁压下降，原生质膜在低渗溶液中改变了弹性伸长结构，透性增大，质膜因超过弹性极限而破裂，最后导致原生质体死亡，这就是著名的渗透效应假说。

3．半纤维素降解酶

-木糖苷酶）又将寡聚体（木聚二糖）分解成木糖。

甘露聚糖，半乳糖甘露聚糖等完全水解都需要复合酶系统。

-D-木聚糖酶（-1,4连接的木聚糖水解成木聚糖寡聚体，外切型（1→4）--D-木聚糖可将半纤维素酶（hemicellulases）这个词，代表专一性降解半纤维素的一组酶类，属于聚糖水解酶。

典型的半纤维素酶只包括：

L－阿拉伯聚糖酶、D－半乳聚糖酶、D－甘露聚糖酶和D－木聚糖酶。

许多半纤维素的完全降解需要复合酶系统。

内切型（1→4）-

4．纤维素酶

早在本世纪50年代，Rees提出了纤维素酶C1－Cx的概念，认为天然的结晶纤维素先与C1酶作用生成葡聚糖链，然后在Cx-葡萄糖苷酶（纤维二糖酶）最后将纤维二糖分解成葡萄糖。

70年代在康宁木霉（T.koningii）纤维素酶复合体中发现了C-1,4-内切-葡聚糖酶）作用下，将氢键和糖苷键裂解生成纤维二糖。

（2酶，该酶可将纤维素温和降解成短纤维。

病菌产生的细胞壁降解酶降解寄主细胞壁具有时间顺序，其顺序为果胶酶－半纤维素酶→纤维素酶。

细胞壁降解酶的产生之所以有这样的顺序与寄主细胞壁内各种多糖的分布有一定关系。

一种果胶酶的作用可以促进另一种或一些细胞壁降解酶的作用。

Endo-PG和endoPGTE首先进攻植物细胞壁，松驰其结构，使其它植物细胞壁成分暴露于其它降解酶作用之下，这两种内切果胶酶常称作“壁修饰酶”或细胞壁改性酶。

除细胞壁降解酶以外，病菌产生的某些蛋白酶能降解中胶一层和细胞膜中的蛋白质。

在胡萝卜软腐欧氏杆菌（E.carotovoravar.cacotovora）中引起的软腐病中，蛋白酶和果胶酶是协同作用的，即果胶酶降解了植物细胞壁中的果胶物质，而蛋白酶则降解了植物细胞壁和膜内蛋白。

（4）毒素诱导抗性中的作用

无论是寄主专化性毒素还是非寄主专化性毒素都具有激发子的功能。

用HV-toxin处理感冠锈病的PC-2基因燕麦品种，发现可诱导出比原来激发子所诱导出高达10倍量的植保素。

（5）其它方面

毒素还可用于微生物分类、病害诊断、测报等方面。

一、酶

（一）角质酶

1．化学特性

2．致病作用

3．证病的方法

c.角质酶缺失突变株致病性减弱或无致病力

（二）果胶酶

1．果胶酶种类

果胶甲基酯酶（PME），果胶酸酯裂解酶（PGTE、PL），果胶裂解酶（PMTE、PML），多聚半乳糖醛酸酶（PG），果胶甲基半乳糖醛酸酶（PMG）。

2．果胶酶的作用

病菌果胶酶引起的病害症状有软腐、茎斑和维管束枯萎。

果胶酶致病机制

原生质体死亡，渗透效应假说。

二、植物病原菌毒素

（一）毒素的定义和分类

植物病原菌毒素是植物病原菌代谢过程中产生的，在生理浓度范围内，便干扰植物的正常生理功能的非酶类化合物。

目前真菌可产生110种毒素，细菌可产生21种毒素。

毒素可按病原分为真菌毒素、细菌毒素和线虫毒素、病毒毒素等；

但按毒素对寄主的选择性分类较为常见。

即分为寄主专化性毒素（Host-specifictoxin,HST）和非寄主专化性毒素（Non-host-specifictoxin,NHST）。

1．寄主专化性毒素

寄主专化性毒素是由病原菌产生的一类对其寄主植物种或栽培品种具有特异性生理活性和高度专化性作用位点的代谢物，亦称为寄主选择性毒素（Host-selective-toxin），该类毒素具有以下几个特征：

①病菌和它所产生的毒素有类似的寄主的专化性，寄主植物对该病菌的抗性和感病性与对该毒素的敏感性相互平行，即控制寄主植物对病菌抗性的基因就是控制对毒素敏感性的基因；

②病菌的致病随该病菌产生的毒素的能力而变化；

③该毒素能够在寄病寄主中产生典型的症状；

④对寄主植物作用位点具有高度的专化性。

因此寄主专化性毒素在病菌与寄主建立寄主关系中起重要作用，是寄主植物的致病因子（pathogenicityfactor），一般浓度为1～10ug/ml。

目前已明确了18种HST毒素。

寄主专化性毒素及产毒菌

HST

产毒菌

1．十字花科植物黑斑病菌毒素（AB）

Aternariabrassica

2．粗皮柠檬橘黑斑病菌毒素（ACR）

A..citrilemonrace

3．宽皮橘子黑腐病菌毒素（ACT）

A.citritangeninerace

4．草莓黑斑病菌毒素（AF）

A.fragigariae

5．梨黑斑病菌毒素（AK）

A.kikuchiana

6．番茄茎枯病菌毒素（AL，AAL）

A.alternataf.sp.lycopersici

7．苹果轮斑病菌毒素（AM）

A.<

ST1LACE>

mali<

/ST1LACE>

8．烟草赤星病菌毒素（AT，ALO）

A.longipes

9．玉米圆斑病菌毒素（HC/BC）

Helminthosporiumcarbonum

（Bipolariscarbonum）

10．玉米小斑病菌T小种毒素（HMT/BMT）

H.maydis（B.maydis）

11．甘蔗眼斑病菌长蠕孢苷（HS/BS）

H.sacchari（B.sacchari）

12．燕麦疫病菌维多利亚毒素（HV/BV）

H.victoriae（B.victoriae）

13．高粱买罗病菌毒素（PC）

Periconiacircinata

14．玉米黄叶枯病菌毒素（PM）

Phyllostictamaydis

15．番茄轮斑病菌毒素（CC）

Corynesporacassiicola

16．烟草枯萎病菌毒素（FON）

Fusariumoxysporumf.sp.nicotana

17．小麦褐斑病菌毒素（PTR）

Pyrenophoratritici-repentis

18．大麦网斑病菌毒素（PT）

Pyrenophorateres

2．非寄主专化性毒素

非寄主专化性毒素是由病原菌产生的一类对其寄主或非寄主植物种或栽培品种具有一定生理活性和非专化性作用位点的代谢物。

亦称为非寄主选择性毒素。

该毒素具有以下特点：

①该类毒素对病原物的寄主和非寄主植物都有毒性，因此它侵染的寄主范围广，如菜豆毒素可危害10种以上植物。

②病原物产生的毒素对其寄主有一定的选择能力，即对其寄主栽培种或品种虽有一定的毒性或致病力，但有时会出现寄主植物对病原物的感病性与对毒素的敏感性不很相似，因此寄主植物抗病基因可能与控制对毒素敏感性基因不是同一基因，该类毒素在一定浓度下能引起寄主植物敏感性反应，这种反应也能区分寄主植物的抗性的差异。

③寄主植物无高度专性作用位点。

因此非寄主专化性毒素在病菌与寄主建立寄主关系中无重要作用。

非寄主专化性毒素多为植物病原细菌所产生，只有少数植物病原真菌产生这类毒素，由于它在加重病害严重度中起作用，因此是一种毒力因子。

非寄主专化性毒素

NHST

产毒素

1．火疫菌毒素（amylovorin）

梨火疫欧氏杆菌（Erwiniaamylovora）

2．烟草野火毒素（tabtoxin）

丁香假单胞菌烟草野火致病变种（Pseudomonassyringaepv.Tabaci）

3．根瘤菌毒素（rhizobiotoxin）

大豆根瘤菌（Rhizobiumjaponicum）

4．菜豆萎蔫毒素（phaseolotoxin）

丁香假单胞菜豆萎蔫致病变种（Pseudomonassyringaepv.phaseolicola）

5．腾毒素（tentoxin）

细链格孢菌（Aternariatenuis）

6．壳梭孢素（fusicoccin,FC）

高桃壳梭孢菌（Aternariatenuis）

7．镰刀菌酸（fusaricacid）

镰刀菌（Fusariumspp.）

8．尾孢素（cercosporin）

尾孢霉（Cercosporaspp.）

9．稻瘟菌素（piricularin）

稻梨孢霉（Pyriculariaoryzae）

10．旋孢腔菌素A（ophiol）

稻胡麻斑病菌（Helminthosporiumoryzae）

（二）毒素的化学本质

按化学性质毒素大体上可分为8类：

①简单化合物，包括氨、氰化氢、乙烯、草酸、延胡索酸等。

②酚类化合物和杂环化合物，如百日草酚、根酚、醌类和半醌类。

③多肽类，包括多肽，寡肽，如玉米圆斑病菌炭色长蠕孢毒素HC-toxin、腾毒素（tentoxin）。

④氨基酸衍生物，如镰刀菌酸等。

⑤类萜化合物，包括倍半萜、二倍半萜、双萜，如壳梭孢素（Fusicocin）是双萜，甘蔗长蠕孢毒素（HS-Toxin）为倍半萜。

⑥多糖类，绝大多数野生细菌菌株均产生多糖类或糖肽类物质，造成萎蔫。

⑦生物碱类，如章鱼碱、冠瘿碱等。

⑧蛋白类，如小麦褐斑病菌产生的毒素。

（三）毒素的作用机制

1．作用位点

毒素的作用位点主要包括寄主细胞的质膜蛋白、线粒体、叶绿体、酶。

一般只有寄主专化性毒素具有识别受体。

感病植物细胞膜上具有毒素的植物受体（receptor），在抗病基因型细胞膜上则缺乏毒素受体或所有的毒素受体发生变化。

毒素与受体一旦结合后，细胞膜发生损伤、电解质外渗，最后导致受害症状。

如AK-toxin。

线粒体也是毒素的受体，如HMT-toxin可使T型雄性不育玉米中的线粒体发生解偶联。

作用于叶绿体的毒素有ACT-toxin和AM-toxin。

作用于酶的毒素有菜豆毒素、烟草毒素和根瘤菌毒素等。

菜豆毒素可作用于鸟氨酸氨甲酰基转移酶。

2．作用方式

①毒素可引起寄主细胞膜透性发生改变，质膜电势去极化和超级化，电解质大量外渗。

②对呼吸作用的影响主要是抑制氧化磷酸化。

③对酶的抑制作用，如菜豆毒素可作用于鸟氨酸氨甲酰基转移酶，使精氨酸减少，减少蛋白合成（叶绿素酶合成），引起失绿症状。

烟草毒素能抑制谷氨酰氨合成酶的活性，使谷氨酰氨合成减少，氨生积累引起叶片中毒，形成晕圈症状。

④能抑制RNA的合成，如菜豆毒素处理的叶片，核糖体变成螺旋状，这是一种钝化的结构。

⑤对光合磷酸化的抑制，如腾毒素与叶绿体偶联欢因子I（CFI）结合从而抑制了ATP酶和光合磷酸化。

⑥对水分代谢的影响，如糖肽类毒素堵塞导管。

（四）植物病原菌毒素的反利用

1．鉴定植物对于病害的感病性

由于有些植物病原菌泌的毒素在植物上可以引起与活菌一样的症状和病理变化。

因此可以替代活菌进行品种抗性鉴定，这种方法快速、简便、定量性好，使繁重的田间抗性鉴定工作改为室内完成。

例如用Alternariakikuchiana产生的AK-toxin，接种不同抗性的梨品种，得出的品种间抗性差异结果与用病菌直接接种的结果完全一致。

王贺祥等（1988）用镰刀菌酸测定10个陆地棉品种，发现了棉花对于枯萎病菌的抗性与该病菌产生的毒素的抗性是一致的。

2．在植物抗病育种上的应用

利用病菌产生的毒素或含毒素的培养物滤液可以筛选抗病植株，例如利用燕麦维多利亚叶斑病菌毒素处理4.5×

109粒燕麦感病品种的种子，播种后得到3973株苗，然后再接种冠锈菌，进行选择，最终获得了对两个病害均有抗性的株燕麦。

美国有人在雄性不育系“Cms-T”愈伤组织的固体培养基中，加入一定浓度0.1～5％玉米小斑病菌T小种毒素，获得了抗毒素的14个愈伤组织。

3．利用毒素的抑制因子防治病害

毒素的抑制因子包括毒素的解毒剂或钝化剂、毒素释放的抑制剂和毒素受体的竞争性抑制剂。

KH2PO4K2HPO4甲硫氨酸、胱氨酸、半胱氨酸、酵母浸出液蛋白胨CuSO4均可钝化Alternaiasolani产生的毒素。

类毒素（Toxoids）或非毒素（Nontoxins）具有与毒素竞争受体位点的作用。

4．毒素在诱导抗性中的应用

无论是寄主专化性毒素是非寄主专化性毒素都具有激发子的功能。

用HV-toxin处理感病冠锈病具Pc-2基因燕麦品种，发现可诱导出比原来激发子所诱导出高达10倍量的植保素。

用玉米弯孢菌叶斑病菌毒素（100ppm）处理感病品种掖单13的叶片（第5～8叶）可诱导出对该病菌的展局部和系统的抗性，防效达50％以上。

5．其它方面应用

玉米大斑病抗性有两种类型：

1．褪绿斑抗性：

受显性单基因控制，垂直抗性

2．数量抗性：

受多基因控制水平