生防菌系統(tǒng)誘導(dǎo)果蔬采后抗性的機(jī)制及其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑

曾東慧

摘要誘導(dǎo)抗病性(induced Systemic resistance,ISR)是生防菌對(duì)果蔬采后病害抑制的重要機(jī)理之一。生防菌的系統(tǒng)誘導(dǎo)抗性具有非特異性、廣譜性和系統(tǒng)性。闡述了生防菌對(duì)果蔬采后的系統(tǒng)誘導(dǎo),分析了生防菌系統(tǒng)誘導(dǎo)果蔬抗性的機(jī)制、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的途徑,為拮抗菌防治果蔬采后病害提供了新的研究靶點(diǎn)。

關(guān)鍵詞生防菌;采后果蔬;系統(tǒng)誘導(dǎo)抗性;信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑

中圖分類號(hào) S63;S66 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào) 1007-5739(2009)15-0069-02

SystemicResistanceInducedbyBiocontrolAgentsinPostharvestFruitsand VegetablesandItsSignaling Pathway

ZENG Dong-hui

(College of Food Science and Technology,Nanjing Agricultural University,Nanjing Jiangsu 210095)

AbstractInduced systemic resistance is one of the important mechanisms for biocontrolling postharvest diseases of fruits and vegetables by biocontrol agents.ISR mediated by biocontrol agents is characterized by non-specific,wide spectrum and systemic. ISR mediated by biocontrol agents was described,and mechanisms of ISR in postharvest fruits and vegetables and its signaling transduction pathways were analysized,leading to a more efficent use ofISR,and providing a new strategy for the research of biocontrolling postharvest diseases.

Key wordsbiocontrol agents;postharvest fruits and vegetables;induced systemic resistance(ISR);signaling pathway

目前控制果蔬采后病害的主要手段是冷藏結(jié)合化學(xué)殺菌劑處理,但由于化學(xué)殺菌劑殘留危害人類健康和生存環(huán)境,而且植物病原菌對(duì)化學(xué)殺菌劑產(chǎn)生抗藥性,因此迫切需要研究新型生物保鮮技術(shù),取代化學(xué)殺菌劑的大量使用。利用安全并且環(huán)境友好的拮抗菌誘導(dǎo)果蔬的防御反應(yīng)成為果蔬保鮮中行之有效的策略。所有的植物都具有有效的防御機(jī)制來應(yīng)對(duì)病原菌的侵襲,通常有2種類型的誘導(dǎo)抗性:由病原微生物誘導(dǎo)產(chǎn)生的系統(tǒng)獲得抗性(systemic acquired resistance,SAR)和非病原菌介導(dǎo)的誘導(dǎo)系統(tǒng)抗性(induced systemic res-istance,ISR)[1]。

近年來關(guān)于果蔬采后病害的生物防治技術(shù)研究較多的有拮抗菌(包括拮抗細(xì)菌和真菌)的拮抗作用、誘導(dǎo)果蔬提高自身的抗病力、天然植物提取物、轉(zhuǎn)基因抗病品種的選育等。研究發(fā)現(xiàn),植物促生細(xì)菌(plant growth promoting bacteria,PGPB)和拮抗真菌等生防菌除了具有直接的防病作用外,某些種類還具有誘發(fā)植物抗病性的功能,使植物對(duì)多種真菌、細(xì)菌、病毒病害,甚至對(duì)一些害蟲和線蟲產(chǎn)生抗性,為系統(tǒng)誘導(dǎo)抗性[2]。生防菌的這種誘導(dǎo)系統(tǒng)抗性通常具有廣譜性、系物誘導(dǎo)抗病性,成為人們研究的熱點(diǎn)。筆者主要闡述了拮抗菌的誘導(dǎo)抗病性,分析了誘導(dǎo)抗性產(chǎn)生的機(jī)制、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的途徑,為生物防治果蔬采后病害提供了新的研究靶點(diǎn),提高果蔬采后的貯藏期。

1生防菌對(duì)果蔬誘導(dǎo)抗性的效果

能夠刺激果蔬采后誘導(dǎo)抗性的因子很多,比如電離輻照、CO2 、O3 處理、水楊酸(SA)、茉莉酸甲酯(MJ)、生防菌、病原菌等[3]。生防菌無污染、無耐藥性、對(duì)人體無害,刺激果蔬的誘導(dǎo)抗性并具有廣抗菌譜,備受人們青睞。生防菌可以誘導(dǎo)植物代謝的變化,當(dāng)植物受病原菌挑戰(zhàn)時(shí),可增加相關(guān)防御基因的表達(dá),增強(qiáng)植物對(duì)廣譜性病原真菌、細(xì)菌、病毒等微生物的局部或系統(tǒng)抗性。這種抗性具有較少的植物專化性,寄主范圍廣,可以得到廣泛應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn),寡雄腐霉(Pythium oligandrum)誘導(dǎo)番茄對(duì)病原菌的抗病防御反應(yīng)[4];酵母菌(Candida oleophila)誘導(dǎo)柚子果實(shí)對(duì)采后腐爛病菌青霉病的抗性[5];蠟蚧輪枝孢(Verticillium lecanii)能激發(fā)黃瓜對(duì)終極腐霉的防御反應(yīng)[6],也能誘導(dǎo)檸檬果實(shí)抵抗綠霉病菌的侵染等[7]。B.m ycoides BacJB.pumilus203-6和203-7誘導(dǎo)甜菜的抗病性,顯著減輕甜菜葉斑病的嚴(yán)重程度[8]。

2生防菌誘導(dǎo)果蔬抗性的機(jī)制

2.1酶活性的變化

生防菌誘導(dǎo)產(chǎn)生的與植物抗病性防御反應(yīng)相關(guān)的酶類包括過氧化物酶(POD)、幾丁質(zhì)酶、β-1,3-葡聚糖酶、脂氧合酶(LOX)、超氧化物歧化酶(SOD)、多酚氧化酶(PPO)和苯丙氨酸解胺酶(PAL)等,當(dāng)刺激寄主后其酶活都會(huì)大大增高,通過一系列的生理生化反應(yīng)達(dá)到誘導(dǎo)抗性的效果。如李冠[9]用瓜類刺盤孢(Colletotrichum lagenarium)對(duì)甜瓜進(jìn)行免疫誘導(dǎo)處理,POD及其同工酶、PAL的活性在誘導(dǎo)免疫植株中明顯增高。Xu等[10]用酵母菌處理桃子后發(fā)現(xiàn),桃中CAT、POD、β-1,3-葡聚糖酶酶活及其基因的表達(dá)都比對(duì)照高,并且貯藏1d后達(dá)到最大值,之后降低。POD能催化松柏醇的脫氫氧化,其氧化產(chǎn)物可進(jìn)一步聚合成木質(zhì)素,而木質(zhì)素的形成能防御侵入的病原菌進(jìn)一步擴(kuò)展;PAL是植物酚類次生物質(zhì)合成代謝的關(guān)鍵酶,經(jīng)由該酶催化的苯丙烷途徑能夠合成黃酮、異黃酮、香豆酸酯類和木質(zhì)素前體等次生酚類物質(zhì),其中許多物質(zhì)具有強(qiáng)烈抑制病原菌生長(zhǎng)的活性[11];幾丁質(zhì)酶能降解幾丁質(zhì),而許多危害植物的病原菌(尤其真菌)的細(xì)胞壁的主要成分之一是幾丁質(zhì),在體外,病原和非病原真菌生長(zhǎng)受幾丁質(zhì)酶和β-1,3-葡聚糖酶的抑制,且真菌菌絲尖部最易受到這2種酶的降解,因而這2種酶具有直接攻擊病原真菌的潛在可能性[12]。

2.2病程相關(guān)蛋白(PR蛋白)的產(chǎn)生

Gianinazzi和Van[13]在煙草中首次發(fā)現(xiàn)PR蛋白,PR蛋白是植物受病原物或不同因子的刺激、脅迫所產(chǎn)生的一類具有廣譜抗性的可溶性蛋白質(zhì),具有低分子量、抗蛋白水解等特性,PR蛋白包括幾丁質(zhì)酶、β-1,3-葡聚糖酶、水解酶類、蛋白酶抑制劑、抗真菌蛋白等。PR蛋白在健康植物中不存在或表現(xiàn)微弱,而當(dāng)植物被病菌感染或誘導(dǎo)后則迅速產(chǎn)生并積累,因此PR蛋白很可能是植物對(duì)病原菌感染或相關(guān)誘導(dǎo)的基本反應(yīng)之一[14]。Tian等[15]從桃果實(shí)分離獲得的膜醭畢氏酵母菌(Pichia membranefaciens Hansen)能有效抑制桃果實(shí)采后軟腐病,其中桃果實(shí)中β-1,3-葡聚糖酶和幾丁酶的活性顯著升高。Ippolito和EI Ghaouth[16]研究出芽短梗霉(Aureobasidium pullulans)對(duì)蘋果果實(shí)采后貯藏過程中幾種酶活性的影響時(shí)發(fā)現(xiàn),該拮抗菌可誘導(dǎo)幾丁質(zhì)酶。多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白(polygalacturcuaseinhibiting protein,PGIP)是病原真菌分泌的內(nèi)切多聚半乳糖醛酸酶的抑制劑,是一種特異性結(jié)合和抑制真菌活性的細(xì)胞壁結(jié)合蛋白,能延緩病原真菌對(duì)組織細(xì)胞壁的降解。Brown等[17]將紅果干癌叢殼菌(Nectria galligenaBres)接種于不同蘋果品種上后,發(fā)現(xiàn)蘋果腐爛擴(kuò)展的程度與各蘋果品種果實(shí)中的PGIP含量呈負(fù)相關(guān)。因此,PR蛋白與植物抗病系統(tǒng)獲得性的啟動(dòng)有相關(guān)性,PR蛋白誘導(dǎo)表達(dá)常被作為植物抗病反應(yīng)的生化指標(biāo)。

2.3植物保衛(wèi)素的合成和積累

植物保衛(wèi)素是機(jī)械損傷或物理刺激、病原物及其產(chǎn)物所誘發(fā)的起抗病作用的化合物。只有在植物活細(xì)胞中才發(fā)生保衛(wèi)反應(yīng),并在植物過敏壞死反應(yīng)中起重要作用。在抗病反應(yīng)中形成的速度較在感病反應(yīng)中快、積累也多,對(duì)真菌有明顯的抑制或殺傷作用。1940年Muller和Borger[18]最早提出植物保衛(wèi)素假說。在研究馬鈴薯晚疫病菌致病性時(shí)發(fā)現(xiàn),如果先用致病性弱的生理小種(非親和性菌種)接種,24h后再用致病性強(qiáng)的小種(親和性菌種)接種,后接種的親和性菌種不能寄生;反之,先用親和性菌種接種則不會(huì)產(chǎn)生這種影響。因此,認(rèn)為寄主并不是一開始就具備抗病性狀,而是由于用致病性弱的病菌接種之后,誘導(dǎo)寄主產(chǎn)生的,并且寄主組織能生成抗菌性物質(zhì)并能夠抑制第2次接種菌的生育。T.virens能產(chǎn)生抗生素gliotoxin,還具有重寄生作用,能有效防治由R.solani引起的棉苗立枯病。gliotoxin和重寄生作用失活的雙重突變體依然對(duì)棉苗立枯病有防治作用,棉花苗中萜類植保素的積累增加表明是誘導(dǎo)抗性在起作用[19]。Arras等[20]研究發(fā)現(xiàn)拮抗酵母Candida famata能夠刺激柑橘中植物保衛(wèi)素的積累。

3生防菌誘導(dǎo)抗性的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑

果蔬中的組織細(xì)胞內(nèi)具有識(shí)別和接受誘抗因子刺激信號(hào)的特殊受體,當(dāng)生防菌刺激組織細(xì)胞時(shí),受體對(duì)誘抗因子進(jìn)行分子識(shí)別,修飾胞內(nèi)基質(zhì)后產(chǎn)生激活性和適應(yīng)性的信號(hào)分子,通過特殊的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑,從而對(duì)特殊基因的調(diào)節(jié)激發(fā)組織細(xì)胞產(chǎn)生防衛(wèi)反應(yīng)。果蔬受生防菌刺激后產(chǎn)生誘導(dǎo)抗性主要依賴于茉莉酸和乙烯(JA/ET)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑,水楊酸(SA)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑在其誘導(dǎo)過程中也起著重要作用,它與JA/ET信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑相互抑制或者增強(qiáng)[21]。最新的研究表明,生防細(xì)菌用于種內(nèi)細(xì)胞與細(xì)胞之間交流的群體感應(yīng)(quorum sensing)信號(hào)分子——?；呓z氨酸內(nèi)酯AHLs(N-acylhomoserine lactones),在以細(xì)胞密度依賴方式全局調(diào)控細(xì)菌多種生理功能的同時(shí),還調(diào)控PGPB與寄主植物的互作,激活寄主的防御反應(yīng)[22]。據(jù)宋水山[23]報(bào)道,用AHL處理擬南芥,其體內(nèi)的苯丙氨酸解氨酶、過氧化物酶、超氧化物歧化酶等酶活改變,可見AHL參與植物防御系統(tǒng)的調(diào)控。

4結(jié)語(yǔ)

生防菌的誘導(dǎo)抗性只是眾多生防機(jī)制的一個(gè)方面,與其他防病促生機(jī)制,諸如抗生作用、重寄生作用、競(jìng)爭(zhēng)作用以及植物生長(zhǎng)促進(jìn)等具有協(xié)同增效作用;加之其具有廣譜、非特異性的優(yōu)點(diǎn),并且不含顯性抗性基因植物的誘導(dǎo)抗病性機(jī)制與含主效基因的植物相同,說明此類型的抗病性對(duì)環(huán)境無害,又因具有廣譜性,因此研究生防菌的誘導(dǎo)抗病性為防治果蔬病害開辟了廣闊的前景。但是誘導(dǎo)抗性中各機(jī)制之間的關(guān)系還有待深入研究,從分子水平、細(xì)胞水平研究誘導(dǎo)抗性的超微結(jié)構(gòu)變化,分析其產(chǎn)生的機(jī)制,將有益于加深對(duì)誘導(dǎo)抗病性機(jī)理的研究和提高拮抗菌的抗病性。

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