木麻黄防御青枯病的输导组织时空变化特征和生化响应机制研究

Bacteria wilt of Casuarina equisetifolia is caused by Ralstonia solanacearum (E. F. Smith) Yabuuchi. It has become the bottleneck problem of casuarina protection forest health development in south China. Interaction between pathogen and the host and its molecular mechanisms were analyzed to reveal the resistant mechanism to R. solanacearum. But studies on the relationship between conducting tissue and resistance and the key biochemical substance of the health and disease tree are not well documented. In the study, the susceptible and resistant C. equisetifolia clones would be artificial infected by pathogen. The conducting tissue of the two clones would be observed at different time and location by scanning electron microscope to reveal the anatomical response to R. solanacearum. The difference of biochemical substance between the resistant and suceptible clones would be analyzed by the dynamic variation of protective enzymes, endogenous hormone and secondary metabolites, to illuminate the kind and content of the biochemical substance in the infected clones. And the function of biochemical response would confirm the key substances in the resistant-tree selecting. The shtdy would illuminate the resistant mechanism on conducting tissue and biochemical substance to R. solanacearum. It could be theoretical and practical support for disease-resistance breeding in casuarinas.

由病原菌Ralstonia solanacearum引起的木麻黄青枯病已成为制约华南沿海防护林健康发展的主要瓶颈。植物抗青枯病机理研究主要集中于病原菌和寄主互作及分子机制方面，对于林木染病前后输导组织结构与抗性的关系，以及与抗病性有关的生化物质响应研究还较少。本项目以易感和抗病木麻黄基因型为材料，人工接种病原菌，利用扫描电子显微镜观察2种基因型染病后输导组织结构不同时间和不同部位的变化，揭示抗病木麻黄组织结构的防御应答机制；利用生化分析技术测定与抗病性密切相关的防御酶、内源激素和次生代谢物的动态变化和响应规律，分析易感与抗病木麻黄染病后在生化响应物质种类与含量上的差异，揭示生化响应过程与抗病性的关系和作用机理，筛选可用于抗青枯病木麻黄选育的生化响应物质。本研究对了解木麻黄在输导组织结构和生化反应上对青枯病侵染的防御应答机制，指导木麻黄抗病育种具有很好的理论价值和实践意义。

由Ralstonia solanacearum引起的木麻黄青枯病已成为制约华南沿海防护林健康发展的瓶颈问题。利用抗病种质资源是防治森林病害最为经济有效的途径之一，但目前对木麻黄抗病机制研究并不完善。本项目以不同抗性木麻黄种质资源为材料，研究接种青枯病菌植株根系和茎部导管细胞的变化特征，防御酶PAL、PPO、CAT等、内源激素SA、JA、ABA和次生代谢物质单宁、黄酮的动态变化规律，并分析抗病与易感木麻黄生理生化物质含量的差异性，为进一步木麻黄抗病育种和改良方案的制定等工作提供种质资源保障和科学理论依据。.通过本项目的实施，我们获得了以下结论：.（1）抗病无性系根系导管直径大小主要分布区为10-50μm，茎干导管直径大小主要分布区为20-60μm；易感无性系根系导管直径大小主要分布区为10-40μm，茎干导管直径大小主要分布区为20-50μm。随着病程的推进，抗病无性系荧光图像基本保持不变，易感无性系小枝褐化枯萎，荧光图像中叶绿素已基本消失，不能进行正常的光合生理活动。.（2）短枝木麻黄接种青枯菌后，病情指数和相对病害强度在种源间存在极显著差异。SOD、CAT、POD、PAL活力以及可溶性糖、叶绿素、总酚、类黄酮含量在种源间均呈显著或极显著差异。利用8个生理生化性状进行综合评价，按照30%的入选率最终筛选出18144、18142、18135、18355、18128和18122等6个优良种源，这些种源SOD、CAT、PAL、可溶性糖、总酚和类黄酮的均值比总体均值分别高13.28%、24.45%、21.02%、41.30%、59.75%和48.37%。.（3）在3个无性系两两对比组中鉴定出18种共有的差异黄酮类化合物，这可以在选择育种中作为抗性选择标记。类黄酮合成相关基因在抗病无性系中上调表达，增强了黄酮类化合物的积累并提高了对青枯病的抗性。相比较于易感无性系和对照，抗病无性系中植物激素相关差异基因的上调可能激活了防御信号，增强了抗青枯病防御相关基因的表达。研究发现包括AP2/ERF和MYB在内的TFs的差异表达水平可能诱导了抗病化合物的合成，形成了抗病木麻黄无性系对青枯病的防御机制。总的来说，这项研究反映了短枝木麻黄对青枯病菌的响应特征与抗性机制。