葡萄抗真菌性病害的機(jī)理研究現(xiàn)狀

段 慧，楊國(guó)順，劉昆玉，鐘曉紅，徐 豐，黃 樂(lè)，石雪暉

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝園林學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128）

葡萄為葡萄科（Vitaceae）葡萄屬（VitsL）的多年生藤本果樹(shù)，是自古以來(lái)國(guó)際市場(chǎng)上最暢銷的水果之一，在世界水果生產(chǎn)中占有重要的地位。據(jù)OIV（國(guó)際葡萄與葡萄酒局）統(tǒng)計(jì)，2010年全球葡萄種植面積約700萬(wàn)hm2，葡萄產(chǎn)量達(dá)6 000萬(wàn)t以上。我國(guó)葡萄種植歷史悠久，尤其在改革開(kāi)放后我國(guó)葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。近10年來(lái)，我國(guó)葡萄栽培面積、葡萄產(chǎn)量、葡萄酒年增長(zhǎng)率都保持在兩位數(shù)以上。截至2010年，我國(guó)葡萄的栽培面積已達(dá)55.2萬(wàn)hm2，居世界第四位；葡萄產(chǎn)量已達(dá)854.9萬(wàn)t，居世界第一位；葡萄酒年產(chǎn)量達(dá)108萬(wàn)t，居世界第六位。并且，我國(guó)鮮食葡萄產(chǎn)量已連續(xù)多年穩(wěn)居世界首位，在全世界的葡萄產(chǎn)業(yè)中引起越來(lái)越多的關(guān)注[1]。但和其他的作物一樣，病害是危害葡萄產(chǎn)業(yè)的重要因素之一[2-4]。特別是在全世界栽培最廣的歐亞種葡萄，雖然品種優(yōu)良，但抗病性低，因此，研究葡萄自身抗病機(jī)理具有重要的意義。

植物在與病原物長(zhǎng)期的共同演化過(guò)程中，針對(duì)病原物的多種致病手段，發(fā)展了復(fù)雜的抗病機(jī)制。研究植物的抗病機(jī)制，可以揭示抗病性的本質(zhì)，合理利用抗病性，達(dá)到控制病害的目的。本文從葡萄植物學(xué)特性和生物化學(xué)物質(zhì)抗病性兩方面對(duì)葡萄抗真菌性病害的機(jī)理進(jìn)行了分析和探討。

1 植物學(xué)特性與抗病性

1.1 表皮結(jié)構(gòu)、絨毛與抗病性

研究發(fā)現(xiàn)，葡萄植株的表皮結(jié)構(gòu)、葉背絨毛與抗病性有關(guān)，Boubals[5]認(rèn)為對(duì)芽管侵入的抗性部分取決于表皮結(jié)構(gòu)，有的葡萄品種下表皮多毛低凹，有的下表皮有一蠟質(zhì)層，這些結(jié)構(gòu)能使葉表面不易潮濕，從而使游動(dòng)孢子不能發(fā)芽。另有研究表明，葡萄葉背茸毛與品種抗性有關(guān)，葉背絨毛極密的品種對(duì)霜霉病基本免疫，其抗性機(jī)制主要是因?yàn)槊芗慕q毛阻擋了病原菌的入侵，客觀上起到了一定的避病作用。

據(jù)賀普超等[6]田間觀察發(fā)現(xiàn)：網(wǎng)脈葡萄的幼葉易感病，但其革質(zhì)的功能葉片，表面光滑較抗病。而麥黃葡萄有很多株系在田間發(fā)病比較晚，個(gè)別株系發(fā)病比較輕，這可能與該品種葉背密生絨毛有關(guān)。這些都說(shuō)明，植物除了遺傳上的抗病性外，也存在著某些結(jié)構(gòu)上的抗性。

1.2 氣孔結(jié)構(gòu)與抗病性

一些學(xué)者對(duì)氣孔的結(jié)構(gòu)和霜霉病的關(guān)系做了較為詳細(xì)的研究，但持有不同的看法。王國(guó)英[7]用掃描電鏡與光學(xué)顯微鏡對(duì)不同抗病性的葉片氣孔進(jìn)行了觀察，結(jié)果顯示，氣孔密度及結(jié)構(gòu)與葡萄霜霉病的抗性存在著一定的相關(guān)性?？共☆愋偷钠咸哑贩N葉背氣孔小而稀少，并有白色的堆積物；而感病類型的氣孔大而密集。李華[8]的試驗(yàn)指出，氣孔對(duì)游動(dòng)孢子向性引力的大小也是影響葡萄對(duì)霜霉病抗性的主要因素之一，抗病品種葉片上侵入的孢子數(shù)明顯低于感病品種，感病品種的氣孔比抗病品種的毛孔對(duì)游動(dòng)孢子具有更大的向性引力。此外，還有相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，山葡萄葉片的氣孔密度與霜霉病指數(shù)呈極顯著的正相關(guān)，因此，可以用山葡萄葉表氣孔密度作為霜霉病抗病性指標(biāo)之一。但也有相反的結(jié)論，劉天明[9]的研究表明，葉片氣孔的大小、密度和晝夜開(kāi)閉程度與葡萄感病性無(wú)關(guān)。

1.3 果皮結(jié)構(gòu)與抗病性

根據(jù)賀普超等[6]對(duì)中國(guó)葡萄野生種抗病性的研究指出：葡萄野生種的果皮細(xì)胞和角質(zhì)層厚度與對(duì)抗白腐病和炭疽病的抗病性呈正相關(guān)關(guān)系。

研究發(fā)現(xiàn)，一些葡萄品種果皮上的小孔密度與感染炭疽病的程度呈顯著的正相關(guān)關(guān)系。并指出歐亞種葡萄果實(shí)的小孔密度較大，較易感病；歐美雜交種與法國(guó)雜交種的果實(shí)小孔密度較小，抗病性較高。果皮上的小孔是內(nèi)外溝通的渠道，果實(shí)內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)將通過(guò)小孔外滲至果面，與水分一起，成為了病菌孢子萌發(fā)的良好培養(yǎng)基，從而導(dǎo)致果實(shí)感染真菌性病害。由于炭疽病、白腐病和灰腐病的孢子在沒(méi)有營(yíng)養(yǎng)的水中不能發(fā)芽，因此可以認(rèn)為葡萄漿果上這種大小和密度不等的小孔很可能為病菌提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)也是病菌直接侵入的自然孔口。根據(jù)小孔與病情的回歸相關(guān)、種間的差異及多年的田間病情觀察，初步認(rèn)為：小孔密度指數(shù)在20%以下為鑒定葡萄品種或雜種后代抗炭疽病的一項(xiàng)可靠指標(biāo)[10]。

長(zhǎng)期以來(lái)，果實(shí)表皮結(jié)構(gòu)與厚度一直被認(rèn)定為是抗病的主要因素，然而果實(shí)表皮的抗病作用還與生育期有關(guān)。隨著葡萄果實(shí)的成熟，果實(shí)表皮伴生出很多小孔與裂紋，病菌很易由此侵入。據(jù)研究[11]，葡萄灰霉病病菌的分生孢子侵染力對(duì)未受損傷的果實(shí)與被刮傷表皮的果實(shí)實(shí)際上并沒(méi)有明顯的差異。當(dāng)幼果表皮刮傷時(shí)，表皮的保護(hù)作用對(duì)病菌分生孢子的侵染仍具有抗性，而對(duì)菌絲的侵入則無(wú)多大抗性。

1.4 植物過(guò)敏性反應(yīng)與抗病性

植物過(guò)敏性反應(yīng)是植物體對(duì)非親和性病原物侵染所表現(xiàn)出來(lái)的高度敏感現(xiàn)象。受到侵染的細(xì)胞和鄰近的細(xì)胞迅速死亡，導(dǎo)致病原物被封鎖在枯死的組織中。由過(guò)敏性反應(yīng)引起的細(xì)胞死亡并不是病原物殺死細(xì)胞的結(jié)果，它屬于程序性細(xì)胞死亡[12]，是植物遺傳學(xué)上主動(dòng)控制的過(guò)程，是植物的自控性自殺，以犧牲少量細(xì)胞換取植物個(gè)體的生存[13]。

植物的過(guò)敏性反應(yīng)是重要的抗性機(jī)制之一。Baylass[14]觀察到過(guò)敏性壞死與氣孔抗擴(kuò)展兩種反應(yīng)，這在圓葉葡萄和美洲種葡萄上表現(xiàn)突出。王國(guó)英[15]在研究河岸葡萄、瘤枝葡萄、復(fù)葉葡萄和山葡萄的抗性中發(fā)現(xiàn)，它們均具有過(guò)敏性抗病性，高抗病葡萄品種在接種后會(huì)形成壞死斑。

2 生物化學(xué)物質(zhì)與抗病性

2.1 植物抗毒素與抗病性

植物抗毒素包括多種不同的代謝產(chǎn)物，如類黃酮類化合物、芪類化合物、倍半萜類化合物、類固醇和生物堿[16]。植物抗毒素對(duì)病原菌并不具有特異性，其對(duì)許多不同的病原菌的生長(zhǎng)均有抑制作用。植物抗毒素種類與病原菌的種類無(wú)關(guān)，而是由寄主決定的。植物抗毒素不僅存在于病菌侵染的組織中，健康正常的組織中也有微量存在，而且非病原菌侵害性的傷害，如藥物和切傷等也能使之產(chǎn)生和增加。Morkunas[17]發(fā)現(xiàn)，植物在受到枯萎病病菌侵染后，體內(nèi)類黃酮類物質(zhì)增加。另?yè)?jù)研究，用抗病葡萄品種和感病品種做人工接種試驗(yàn)，7 d后測(cè)定發(fā)現(xiàn)，抗病品種的植物殺菌素、葉片汁液及細(xì)胞間物質(zhì)的毒性強(qiáng)于感病品種，植物抗毒性可以殺死真菌病菌的游動(dòng)孢子，從而防止感染蔓延至整片葉片[18]。植物殺菌素的活性變化與葡萄品種的抗性、生長(zhǎng)期及環(huán)境條件都有關(guān)。Voitovich[19]報(bào)道，抗病的葡萄葉片染病后產(chǎn)生壞死斑，其原因可能是由于植物體內(nèi)抗毒素的積累。

2.2 單寧與抗病性

植物單寧（Vegetable Tannin），又稱為植物多酚（Plantpolyphenol），是植物體內(nèi)廣泛存在的一類多元酚化合物[20]。單寧可抑制微生物酶的產(chǎn)生及病毒的生長(zhǎng)，其對(duì)微生物的毒害方式有3種：阻止底物與菌酶結(jié)合、破壞菌膜組織及鰲合金屬離子。研究發(fā)現(xiàn)：灰霉病菌的侵染性菌絲能夠在死亡的植物細(xì)胞上形成菌落，分泌果膠溶解酶與纖維素分解酶來(lái)軟化植物細(xì)胞壁。葡萄幼果的果皮表面含有大量的抑制物來(lái)阻止灰霉病菌軟化酶的形成，這些抑制物質(zhì)多為單寧類的物質(zhì)，尤其是花青素。但它的作用在果實(shí)接近成熟時(shí)由于氧化與濃縮而大大減弱[21]。Christelle等[22]對(duì)灰霉病侵染葡萄果實(shí)研究發(fā)現(xiàn)，葡萄果皮中單寧物質(zhì)的含量與灰霉病菌絲的侵染程度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。

2.3 酶活性與抗病性

當(dāng)植物受到病原物侵染而發(fā)生主動(dòng)防衛(wèi)反應(yīng)時(shí)，植物體內(nèi)的一系列防御酶系會(huì)發(fā)生許多有利于植物防御的變化。研究表明，過(guò)氧化物酶和多酚氧化酶的活性與植物的抗病性存在一定的相關(guān)關(guān)系，因此這兩種酶的活性變化可以作為植物抗病性鑒定的生化指標(biāo)。楊國(guó)順等[23]研究顯示，葡萄葉片中的過(guò)氧化物酶活性與葡萄抗黑痘病呈正相關(guān)。史娟等[24]的研究亦表明，葡萄品種間的抗病性與過(guò)氧化物酶活性存在一定的相關(guān)性。

Marudtyan等[25]研究發(fā)現(xiàn)，高度抗葡萄霜霉病的品種，其多酚氧化酶的活性增加，而感病品種該酶活性下降。Abadzhyan[26]分析了不同抗性品種葉、新梢、根、莖和花粉內(nèi)酚類物質(zhì)的含量，發(fā)現(xiàn)抗性品種的葉和花粉內(nèi)游離酚含量較高。一般認(rèn)為，過(guò)氧化氫酶活性與其同工酶可用來(lái)進(jìn)行抗性的早期鑒定：未感病時(shí)過(guò)氧化氫酶活性與抗病性沒(méi)有相關(guān)性，接種后酶活性與感病性呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。

但亦有不同的觀點(diǎn)，Rudyshin[27]發(fā)現(xiàn)：在受侵染的局部過(guò)氧化酶活性大大提高，并出現(xiàn)壞死斑，葉片感染部分越小，則過(guò)氧化酶活性越低；感病品種受侵染時(shí)，葉片各個(gè)部分的過(guò)氧化物酶活性均比對(duì)照高。測(cè)定整個(gè)葉片時(shí)，抗病品種處理的過(guò)氧化物酶活性比對(duì)照高8.36%，而感病品種的處理比對(duì)照高98.08%。于鳳鳴[28]比較了高抗與高感霜霉病品種幼葉中過(guò)氧化物酶與多酚氧化酶的活性，結(jié)果表明，感病品種葉片過(guò)氧化物酶的活性高于抗病品種，并且差異達(dá)到了極顯著，抗病品種葉片中多酚氧化酶活性高于感病品種。

3 小結(jié)與展望

目前，葡萄抗真菌性病害研究是葡萄抗病機(jī)理研究中的重要部分。大量研究表明：葡萄葉片表皮結(jié)構(gòu)、絨毛特征、氣孔結(jié)構(gòu)、果皮厚度、植物過(guò)敏性反應(yīng)、抗毒素、單寧物質(zhì)含量及相關(guān)防御酶（苯丙氨酸解氨酶、過(guò)氧化物酶、多酚氧化酶）的活性與葡萄對(duì)真菌性病害的抗性存在密切的聯(lián)系，可作為葡萄抗真菌性病害的抗性指標(biāo)?？傊?，葡萄對(duì)真菌性病害的抗病機(jī)理受多種因素影響。葡萄植株先天具有的植物學(xué)特征為被動(dòng)抗病因素，植株體內(nèi)含有的與抗病相關(guān)的生物化學(xué)物質(zhì)為主動(dòng)抗病因素，這兩種因素的綜合作用決定了植株的抗病性。研究葡萄對(duì)真菌性病害的抗病機(jī)理仍有不少問(wèn)題亟待解決：（1）影響葡萄抗真菌性病害的因素有很多，研究各因素之間如何相互影響的報(bào)道還較少；（2）在葡萄植株的抗病過(guò)程中，與抗病機(jī)制密切相關(guān)的物質(zhì)的表達(dá)需要得到有效的刺激誘導(dǎo)，如何尋找更多有效的誘導(dǎo)因子以誘發(fā)植株的抗病反應(yīng)，這在防治葡萄真菌性病害上將有重要意義；（3）控制抗病物質(zhì)表達(dá)的基因有多個(gè)，而究竟哪個(gè)或哪些基因與抗病密切相關(guān)還需要做進(jìn)一步的研究等。隨著生物學(xué)的迅速發(fā)展，這些問(wèn)題的解決將為葡萄抗真菌性病害研究開(kāi)拓新的途徑。

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