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植物免疫学汇总

来源：花匠小妙招时间：2025-06-27 10:54

植物免疫学第一章绪论一、植物免疫学在植物病害防治中的重要性植物病害是严重威胁农业生产的自然灾害之一.病害严重发生和流行时,可以引起作物严重减产和农业产品品质的下降和败坏,影响国民经济收入和人民生活水平；带有危险性病害的农产品不能出口,影响外贸；少数带病的农产品,人畜食用后引起中毒；有的病害还迫使某些作物因缺少抗病品种和有效的防治措施而停止种植；很多高产品种也常因不抗病而被淘汰.以我国病害发生造成的损失可见一斑,1990年小麦锈病发生面积达1亿亩,损失小麦26亿公斤；1993年棉花黄萎病流行,损失棉花200万担,因稻瘟病危害损失稻谷50亿公斤.从我省玉米病害造成的损失来看,每年因茎腐病损失玉米1.8亿公斤,因纹枯病损失率达10％以上,并有逐年加重的趋势.据统计,我国常年因病、虫和草害所致的粮食损失约1000～1500万吨,皮棉的损失约400～500万担.从国际上看,除苏联和中国以外的世界各国农作物因病害导致产量损失达539.40万吨,价值500亿美元,因病、虫、草害造成的农业损失高达30％,又如美国1970年玉米小斑病大流行,产量损失330亿斤,价值10亿美元.在上述各种病害危害实例中,很多是由于作物品种的抗性减弱或丧失而导致病害严重发生.例如在河北玉米品种掖单4号、丹玉13号、京黄417和自交系掖107对近年发生的玉米粗缩病极为感病,一般病株率5～20％,严重地块达50％左右.在##新沂市种植的掖单4号高度感玉米大斑病,病情指数高达72.1.在吉林主栽的丹玉13、吉丹101、中单2较易感玉米锈病〔Puccinia sorghi R polysora physpella zeac〕.在辽宁省新近发生的玉米尾孢叶斑病〔Cervospora zeaemaydis〕,危害我省丹东主栽的沈单7品种相当严重.由此可见,防治植物病害,对保障国民经济发展,不断提高人民生活水平,有着重要意义.无论目前病害防治手段如何更新和发展,植物病害最基本防治途径可归纳为二个方面：一是消除或削弱病原物的危害；二是加强植物本身的免疫力.而加强植物本身的免疫力那么是防治植物病害最基本、最有效的途径,尤其是较顽强的气流传播病害及土传病害等的防治,更需要充分发挥植物免疫的作用,从而获得有效的防治,近现年来出现的植物诱导抗性,转基因抗病植物,实际上都是以激发或改造植物本身的免疫能力的角度探索防治病害的新途径.国内外的实践都已证明,生产上的一些重要植物病害,如小麦锈病、稻瘟病、棉花枯萎病、棉花黄萎病、玉米大斑病、玉米小斑病和马铃薯晚疫病都主要依靠应用抗病品种得到控制或减轻为害.近年来也有很多研究指出,即使是一些以药剂防治为主的病害,也要求植物本身具有一定的抗病性,才能更有效地发挥药剂防治的作用.可以预言,随着植物免疫性研究的深入和应用水平的提高,植物免疫性在植物病害防治中的作用将会越来越重要.二、植物免疫学的性质〔一〕定义：植物免疫学是研究植物抗病机理、变异规律和应用方法的科学.〔二〕内容：植物免疫性的分类；植物免疫的机制；植物免疫性的遗传和变异；植物病原物的寄生专化性及其遗传和变异；植物免疫性的鉴定；巩固和提高品种抗病性的途径,农作物抗病育种的途径和方法；植物诱导免疫等.〔三〕与其它学科的关系植物免疫学实质上是一门交叉学科,理论基础相当广泛,它主要涉及植物生理学、生物化学、植物遗传学、作物栽培学、普通植物病理学、农业植物病理学、植物病理生理和生物化学等学科,植物免疫学是在这些学科基础上综合发展起来的一门新兴学科.因此,只有广泛掌握这些学科的有关知识和技能,才能学好植物免疫学,才能在植物免疫性的研究和应用上不断创新.随着细胞生物学、分子生物学和分子遗传学等学科的发展而变得更加成熟和完善.三、植物免疫学的发展简史〔一〕植物免疫学的萌芽时期〔十九世纪末～二十世纪初〕该阶段是植物免疫学的理论基础逐渐形成和完善,其中孟德尔遗传规律肯定最为重要.1．形成如下理论基础①达尔文〔1859〕"物种起源"②巴士德〔1822～1895〕"微生物病原学说"③deBary〔1831～1888〕"病害传染学说"④孟德尔 *〔G.J.Mendel,1900〕遗传规律⑤沃德〔Ward,1912〕毒素抗毒素学说⑥康麦斯〔O es,1910〕酸度学说⑦里维拉〔Rivera,1913〕膨压学说⑧克利切夫斯基〔Крифескнй,1916〕抗体、拟抗体⑨瓦维洛夫〔Н·Вавилов,1919〕植物免疫发生学说2．发现如下现象或规律①Eriksson和Henning〔1896〕发现小麦对条锈病有三种反应型〔严重感染、轻度感染、完全抵抗〕.②法勒〔W.Farrer,1989〕发现小麦抗叶锈特性可以遗传.③埃里克森〔J.Erikson,1894〕发现米各秆锈菌存在着专化性.④比劳 *〔R.Biffen,1905〕提出小麦抗条锈病遗传符合孟德尔遗传规律.⑤斯坦克曼 *〔E.C.Stakman,1917〕发现禾谷类秆锈菌存在生理小种.3．抗病研究和利用指导思想：针对一定病菌的优势小种选育具有专化性抗病品种,企图用具有免疫或高度抗病性的品种控制病菌优势小种的发生发展.因而要求所选育的品种越纯越好.在品种利用上也往往由于为了保纯,一味追求单一化.但由于病菌多变,品种的选育工作往往无法与之相适应,从而导致植物抗病性的研究,利用工作始终摆脱不了被动地位.〔二〕植物免疫学进一步发展阶段〔二十世纪中期〕该阶段是在基因水平上,从寄主、病原菌及其相互关系角度研究植物的抗病性,取得很多突破. 1．该阶段形成一些学说：①Flor<1942>提出基因对基因理论②瓦维洛夫<1939>提出植物免疫发生论③米丘林揭示了植物免疫性与外界环境关系④斯特拉霍夫<Т.Д.Страхцв>提出"退化"学说⑤维尔捷列夫斯基〔Д. Д.Верберевекий,1959〕杀生素学说⑥鲁宾〔В.А.Рубин〕提出酶学说⑦雷格林〔1966〕共生体⑧Vanderplank<1963>水平抗性2．该阶段发现的规律或现象①Waterhouse<1927>在研究禾谷类秆锈病中发现,环境可影响植物的抗性* ②Smith<1932>在半知菌内发现了异核现象* ③G.Pentecorvo<1953>发现了准性生殖<Paraseuality>,使病原菌致病性变异理论有了解释.3．出版的专著* ①杜宁〔Дунин,1946〕：植物免疫性的发生及应用* ②高文曼〔E.Gauman, 1951〕："植物侵染性病害原理"③苏霍鲁柯夫〔K.T.CyxopykoB,1952〕：植物免疫生理学④洋捷列夫斯基：植物对侵染性病害的免疫性⑤高尔连科〔М.В.Горленко, 1959〕：植物侵染性病害的免疫简明教程⑥斯特拉霍夫〔Т.Д.Страхов,1959〕：《植物对侵染性病害的免疫机制⑦鲁宾〔ВАРубин,1960〕：植物免疫生理生化⑧林传亮等〔1961〕：植物免疫学4．抗病性研究和利用的指导思想开始在基因水平上,从病原菌的致病性与寄主的抗病性及其相互关系方面,研究植物的抗病性,但未能从根本上摆脱"唯病原论"和"绝对防治论"的束缚,因而也就未能从根本上扭转植物抗病性研究和利用工作的被动地位.〔三〕现代植物免疫学发展阶段该阶段是传统植物免疫学向现代植物免疫学转变的阶段.1．该阶段提出以下学说①Vanderplank<1978>蛋白质对蛋白质假说②苏联学者提出了植物免疫的微生物学理论③Kae：诱导抗性理论2．研究方向发生根本转变①在植物抗病性利用方向：单基因或寡基因综合利用垂直抗性和水平抗性②在研究的现实方面：个体、病原→群体流行和发展变化③在育种目标方面,从单抗育种――多抗育种④在研究手段方面：生理生化和细胞遗传学――分生物学手段3．抗病性研究和利用的指导思想植物病害防治研究开始利用生态体系〔Ecosystem〕观点和系统工程学即系统分析方法研究植物病害阶段,并开始摆脱"唯病原论"和"绝对防治论"的思想束缚.提出"植物病害体系"和"相对防治论"的观点,把综合治理做为防治的指导原那么,使植物病害防治研究的指导思想得到根本改变.由此可见,在植物抗病性的研究利用方面也从指导思想和研究方法上做了相应改变.四、我国植物免疫工作的成就和存在的问题我国学者的植物免疫工作大致是本世纪三十年代才开始,例如,1928～1929年俞大绂研究了小麦品种对秆黑粉病〔Urocystis tritici〕的抗性,发现中国小麦"金大7/6"具有高度抗病性；1934年,沈其益研究了小麦对秆黑粉病的的抗病遗传,1944年方中达研究了小麦条锈病菌的生理分化.解放后植物免疫学有较快的发展,在全国植物病理学者和育种工作者的配合下,基本搞清了为害性比较严重的一些植物病害〔小麦条锈病、秆锈病、稻瘟病、玉米大、小斑病、棉花枯、黄萎病等〕的流行规律；鉴定了小种类型和分布,选育出一大批抗病品种.如丹东农科所的吴纪昌在80年代就育出了把玉米大斑病的丹玉13、丹玉16,抗玉米丝黑穗病的丹玉－2号、中单2号、辽单2号、吉单101等.##省苏州地区农科所育出了抗赤霉病的苏麦3号,并研究出一种剪颖滴抗的鉴定抗性的方法,还筛选出一批如苏麦3号一样抗扩展的农家品种,充实了抗赤霉病的抗源,在病菌致病力及其变异方面,近年来我国对小麦条锈菌毒性变异规律,生理生化性流行规律,稻瘟病菌生理小种时、空间变化规律和水稻白叶枯病菌致病相关基因,生理小种功能和同源性,棉黄萎病菌毒素〔VD-toxin〕作用机理等方面做了大量工作,取得了显著进展.在抗病机理方面,明确了不同小麦品种对白粉病、锈病、赤霉病和根腐病抗性；不同水稻品种对稻瘟病、白叶枯、恶苗病抗性与寄主防御酶系,抗菌物质〔植保素、木质素〕的相互关系.在诱导抗性方面,主要研究了柑桔炭疽病菌对黄瓜炭疽病、非杀菌剂化合物对棉花枯萎病的诱导抗性及作用机理.尽管我国在作物品种抗病性遗传变异规律、病菌生理小种变异机制等方面研究已达到一个新水平,但存在不少问题,如在抗病性遗传的基因分析、植物免疫生理生化、抗病机制研究不够深入；选育多抗性稳定的品种方面也未很好开展；能利用的高产抗病品种的数量远远满足不了实际需要.由于抗病性的遗传缺乏研究,因此对抗病品种的布局和轮换等方面缺乏预见性.这一切都说明今后我国的植物免疫任务是非常艰巨的.第二章植物免疫性的概念和分类第一节植物抗病性的概念及特点一、植物抗病性的定义广义的免疫性是指有机体对病原微生物及其有毒产物的不感染性或抵抗性.植物免疫性是植物在一定条件下,对一感病原物及其有毒产物的抵抗性或不感受性或少感受性.二、特点1．植物抗病性是植物与微生物共同进化的产物.2．植物抗病性是相对的广泛存在.3．抗病性与感病性是同一事物两个方面.第二节植物抗病性的性质一、植物抗性是进化的结果二、植物抗性的生理生化本质1．已有；2．诱发三、植物抗性的遗传本质植物抗病基因志植物病菌致病共同产物之间互作.1．免疫性与抗病性免疫性可以看作"绝对"抗病的一种遗传潜能.实际并非"绝对",只不过是一种高度的抗病潜能.抗病性也是一种抗病的遗传潜能,在一定程度上通常比免疫性差一些,所以两者无明显的界限.2．植物免疫性或抗病性与感病性关系在自然界中,植物免疫性或抗病性是相对的、连续的,可与感病性共存于一体.3．亲合和不亲合从生理生化角度或在细胞及分子水平上植物表现出对病菌和其有物质的感受性叫亲合性.反之叫不亲合性.4．抗病与抗病性抗病是形容其表现,可能是基因型决定的,也许是环境造成的,也许是药剂诱导的.抗病性：一般是指植物本身的遗传特性,指的是基因型决定的抗病潜能,至于其具体表现,那么还要看病原物、环境条件而定.习惯上我们常把抗病性和"抗病性表现"混淆一起.例如："高温削弱了植物的抗病性",这里的抗病性实际上是指"抗病性的表现程度"或"抗病性现象",品种的遗传本性并未改变.抗病性有广义和狭义之分.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.狭义的那么只指抗侵入、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,某些器官那么感病.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X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.ORO角质酶ORO多角体－C－OCH2<CH2>n－C－O－多聚体多聚体－C－OH＋HOCH2<CH2>n－C－OH③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.solanipisi T-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〔Pectin methylesterase, PME或PE〕,果胶酸酯裂解酶〔Pectate lyase, PL, PGTE〕,果胶裂解酶〔Pectin lyase PML, PMTE〕,多聚半乳糖醛酸酶〔Polygalactuconase, PG〕,果胶甲基半乳糖醛酸酶〔Pectin methylgalactuionase, 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-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-消除反应类似,即反应产物的一个糖醛苷非还原端C5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,endo PG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>--D-木聚糖可将-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.4．纤维素酶早在本世纪50年代,Rees提出了纤维素酶C1－C x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C x<-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.-葡萄糖苷酶。