马铃薯茎溃疡病原菌毒素的鉴定及其作用机理研究

Rhizoctonia solani is the pathogen which causes black scurf and stem canker of potatoes, the mycotoxin produced by the pathogen is the most severe pathogenic factors. Continous potato monocropping has been deteriorating the disease. Our previous study indicated that the toxins resulted in the significant changes in morphological and physiological characteristics of root system of potato, caused lipid peroxidation of leaf and root, and let the inward contraction and canker of stem base of potato until plant death; however, little was known about the mechanisms. In this proposal, HPLC and GC-MS techniques are used to separate and identify the ingredients of the toxin. In addition, the stem base of potato plant is inoculated with the toxin, and cell membrane injury and physiological characteristics of stress-resistance as well as microstructure and ultra-structure of cells are studied by means of phytophysiology, phytopathology and cell biology methods. The aims of this study are to reveal the pathogenesis mechanisms of toxin produced by R. solani, to provide the theoretical basis for enrich the mycotoxin theory and the control of potato stem canker.

马铃薯茎溃疡的病原菌是立枯丝核菌（Rhizoctonia solani)，分泌毒素是其致病的主要原因。连作加剧了马铃薯茎溃疡的发生。我们的前期研究表明，病原菌粗毒素对马铃薯的根系形态与生理以及叶片和根系细胞的膜质过氧化造成了显著影响，并引起植株茎基部隘缩而导致植株死亡，但其作用机理尚不清楚。本研究拟采用高效液相色谱（HPLC）和气质联用（GC-MS）等手段分离和鉴定病原菌毒素的活性成分，同时用毒素处理马铃薯茎基部，综合采用植物病理学、生理学和细胞生物学等多学科的方法，在细胞和生理生化水平上，从膜伤害机制、抗逆生理与细胞的显微和超微结构病理学变化等角度揭示病原菌毒素对马铃薯茎溃疡的致病机理，以丰富毒素理论，为更有效地防治马铃薯茎溃疡病提供理论依据。

由立枯丝核菌 (Rhizoctonia solani ) 引起的马铃薯茎溃疡病是影响甘肃省马铃薯产业发展的主要限制因素。病原菌产生的毒素可能是致病的关键因子，但其成分及致病机理尚不清楚。本研究采用萃取与浓缩得到粗毒素，通过层析和高效液相色谱分离，借助紫外光谱、傅利叶红外气质联用和核磁共振等手段鉴定了病原菌毒素的活性成分及部分结构。同时通过培养试验，采用透射电镜等技术，结合生理生化指标，以甘肃省马铃薯立枯丝核菌的优势融合群为AG-3为研究材料，进行了马铃薯茎溃疡病原菌毒素的分离鉴定和致病机理的研究，主要结果如下：.在分离纯化的38个病原菌毒素样品中4个样品具有生物毒性，7个成分具有致毒作用，分子结构包含有−CH3、−CH2、C=O、−COOH和−OH等官能团，且具有较高分子量；生物毒性检测发现有两组毒素分离物毒性最强，含有-CH2、C = O 、CH3-S-和- CH3等基团，主要物质鉴定为磷酸三丁酯、邻苯二甲酸二异丁酯、邻苯二甲酸二丁酯\(甲氧基甲基) 三苯基氯化磷、3-甲硫基丙酸和3-甲硫基丙烯酸等。盆栽试验结果显示，3-甲硫基丙酸（MTPA）可显著降低马铃薯植株的生长势和块茎产量。.透射电镜结果显示，病原菌毒素及毒素活性物质MTPA对马铃薯植株的细胞结构及超微结构均有强烈的破坏作用，可对线粒体、叶绿体、细胞核和内质网等多个细胞器造成损伤。根茎叶细胞先后发生质壁分离，细胞壁变形、断裂，细胞膜破损、核仁消失，细胞核溶解，叶绿体片层结构消失和线粒体结构变形等一系列病变；同时使细胞膜透性增加，电解质外渗，质外体汁液电导率增加，H+-ATPase活性改变；毒素处理还可导致马铃薯植株活性氧代谢异常，质膜过氧化程度加剧。不同器官对毒素处理的敏感程度不尽相同，根系最为敏感，其次为茎基部和叶片。病原菌毒素引起的马铃薯幼苗体内活性氧积累与膜质过氧化程度的加剧，以及由此造成的细胞质膜伤害和细胞器受损等一系列细胞结构及生理生化的变化是最终导致植株死亡的可能机理。本研究初步确定了立枯丝核菌毒素的物质类型及部分化学结构，丰富了毒素理论，为进一步研究其致病机理和有效防治茎溃疡病提供了理论依据。