多堆柄锈菌侵染玉米的细胞学及超微结构特征

为明确玉米对多堆柄锈菌Puccinia polysora侵染后病理反应的细胞学特征,利用扫描和透射电镜技术分析了玉米自交系与多堆柄锈菌互作中二者的细胞变化过程。多堆柄锈菌对玉米的侵染主要以直接穿透叶片表皮侵入为主,少量可从气孔和细胞间隙侵入。接种后,病菌夏孢子在感病自交系叶片上快速并大量萌发,在叶表生长蔓延并侵入表皮组织细胞,7 d后形成夏孢子堆;在抗病自交系上,病菌萌发、菌丝生长均受到明显抑制,少量入侵的病菌也由于寄主细胞死亡而导致菌丝和夏孢子干瘪死亡。侵染早期在感病寄主细胞间隙出现菌丝并穿透细胞壁,在胞内产生分枝菌丝,此时寄主细胞结构正常;随着菌丝进一步扩展,叶绿体等结构发生紊乱,被侵染细胞逐渐死亡。在抗病自交系上,接菌24 h后寄主即出现过敏性坏死反应,侵入位点与周围细胞快速坏死,抑制菌丝生长蔓延;叶绿体中清晰可见深色颗粒状物质;72 h后细胞壁外侧产生大量致密的深色结晶体,应为与抗病反应相关的酚类物质。表明抗多堆柄锈菌的玉米材料可能存在2种抗病途径,即寄主与病菌互作中由分子识别引起的免疫反应和病菌侵入后的系统防卫反应。     

多堆柄锈菌侵染不同抗性玉米的组织病理学研究

［目的］ 了解不同抗感玉米自交系对南方锈病的组织病理学反应,为今后筛选不同类型抗病自交系提供参考。［方法］ 采用曲利苯蓝透明染色法,以4个玉米自交系为材料,研究了玉米南方锈病致病菌—多堆柄锈菌在不同抗性材料上侵染过程的组织学特征。［结果］ 多堆柄锈菌侵入和定殖可以分为5个阶段：孢子萌发与芽管形成、附着胞形成、侵入细胞、胞内吸器产生、菌丝在细胞间扩展。在不同抗性的玉米材料上,病菌孢子萌发和芽管形成差别不明显,但侵入后病菌在不同抗性材料内的发育进程和发育程度具有显著差异。在抗病玉米材料上,病菌初生菌丝、吸器母细胞、次生菌丝的形成时间推迟,胞内吸器少,菌丝分枝少,菌丝生长缓慢。［结论］ 这些抗性特征与田间表现出的细胞过敏性坏死、叶片上夏孢子堆少的特征具有一致性。     

过氧化物酶活性与玉米自交系对丝黑穗病抗性的关系

 测定了11个对丝黑穗病抗性不同的玉米自交系芽鞘的过氧化物酶活性,并对其同工酶作了凝胶电泳分析。发现多数自交系健康植株芽鞘的过氧化物酶活性差异不大,其差异与抗病性不表现任何相关;接种丝黑穗病原菌[Sphacelotheca reiliana(Kǜhn.) Clint.var.zeae Pass.]后,芽鞘过氧化物酶的活性都有所提高,并与各自交系的田间发病率呈极显著正相关,也与接种后组织透性的增加呈显著正相关。但接种后过氧化物酶同工酶酶谱没有发生变化,也没有新谱带产生。说明在接种丝黑穗病原菌后,玉米体内过氧化物酶同工酶的代谢途径没有变化;上述过氧化物酶活性的增加可能是病原物诱导组织透性增加的结果。     

禾顶囊壳小麦变种对小麦种子根的侵染过程

 光镜和电镜观察表明,禾顶囊壳小麦变种(Gaeumannomyces graminis var.tritici,小麦全蚀病菌)对小麦种子根的侵染过程可分为侵入前、侵入表皮层、进入皮层和进入中柱等4个连续阶段。麦根接菌后在15℃下培养,48 h后侵入表皮层细胞,60 h后进入皮层,120 h后进入中柱。病原菌主要以侵染菌丝直接侵入表皮层,表皮细胞间隙和根毛基细胞是主要侵入部位,少数由附着枝侵入。菌丝穿透细胞壁有明显的酶解作用特征,菌丝先端前方胞壁上还产生电子密物质。皮层细胞是病原菌定殖和发展的主要场所,病原菌还能离解胞间层,形成胞外空间,特别有利于菌丝和菌丝束的扩展。在侵入位点的寄主细胞壁和质膜之间,形成多种形状的木质管,其数量与侵入菌丝的数目相对应,但木质管不能阻止菌丝进入细胞。菌丝进入中柱后,可阻塞导管和筛管。小麦细胞发生退行性病变,尤以细胞壁膨大崩坏和早期质壁分离最明显,细胞间隙还产生性质不明的黄色物质。     

菜豆锈菌侵染过程的显微和超微观察

 本文报道了通过微分干涉衬显微镜、荧光显微镜及扫描电镜和透射电镜所观察到的菜豆锈菌的侵入和扩展过程。菜豆锈菌夏孢子萌发多产生1个芽管,偶尔也产生双芽管。芽管以气孔侵入为主,也可从表皮直接侵入。侵入前形成或不形成明显的附着胞。气孔侵入的芽管首先在气孔腔内形成气孔下囊,再进一步分化出圆形的膨大体,由膨大体产生1~2支初生菌丝。初生菌丝与叶肉细胞壁接触后分化出吸器母细胞,吸器母细胞进入叶肉细胞内部形成吸器。初生侵染菌丝在产生吸器母细胞的部位的后部产生分枝,形成次生侵染菌丝在叶肉细胞间蔓延。     

大豆疫霉菌对大豆下胚轴侵染过程的细胞学研究

 接种后1.5~24h,用光镜和电镜研究了2个大豆品种与大豆疫霉菌Ps411的亲和性和非亲和性互作。观察结果表明,大豆疫霉菌对大豆下胚轴的侵染过程可分为侵入前、侵入、皮层组织中的扩展和进入维管束组织4个连续阶段。大豆下胚轴接种后在25℃保湿培养,1.5h后游动孢子即形成休止孢并萌发产生附着孢,3h后侵入表皮细胞,6h后进入皮层组织,24h后进入维管束组织。病原菌主要以侵染菌丝直接侵入表皮,表皮细胞间隙是主要侵入部位。皮层细胞是病原菌定殖和发展的主要场所,胞间菌丝侵入皮层细胞并形成吸器。在菌丝与寄主细胞接触部位的寄主细胞壁与质膜之间常有胞壁沉积物的形成。在抗病品种上病菌的侵染事件与感病品种基本一致,但不能形成正常的吸器,胞壁沉积物明显多于感病品种,菌丝在寄主组织内的扩展明显受到抑制。利用β-1,3-葡聚糖免疫金标记单克隆抗体进行的免疫细胞化学的研究表明,胞壁沉积物内含有大量的β-1,3-葡聚糖,在大豆疫霉菌菌丝壁中也存在β-1,3-葡聚糖。以上结果表明,病原菌的侵染可诱导抗病寄主细胞内β-1,3-葡聚糖迅速的合成与积累、并形成胞壁沉积物,以抵御病菌的侵染与扩展。     

玉米丝黑穗病菌侵染的研究

 玉米丝黑穗菌,对玉米幼根、幼芽都能侵染,但以幼芽侵染较多。在幼芽的芽鞘和根茎部位,侵染程度没有明显差异。     

戊唑醇抑制苹果树腐烂病菌的形态毒理学研究

为揭示苹果树腐烂病防控常用药剂戊唑醇的杀菌机理,本研究通过显微技术观察了戊唑醇对苹果树腐烂病致病菌苹果黑腐皮壳菌Valsa mali 孢子萌发、菌丝形态及细胞结构的影响。结果发现:戊唑醇能够抑制病原菌孢子萌发,但不影响孢子的膨大,主要是抑制其芽管的伸长,使芽管畸形、增粗、分枝增多等,从而不能正常侵入寄主。经戊唑醇处理后,病原菌菌丝形态和细胞结构均发生了明显变化,主要表现为:菌丝顶端膨大、分枝增多,菌丝增粗等;细胞隔膜增多且不规则增厚,细胞壁不规则增厚,线粒体增多、膜增厚或不规则缢缩,细胞核增多、核仁弥散,细胞液泡化严重,形成空腔,原生质外渗,细胞最终坏死等。同时,在已坏死的菌丝内可发现子菌丝,且子菌丝也表现出异常现象,如细胞壁不规则增厚、线粒体数量增多及细胞质坏死等。研究表明,戊唑醇不仅对苹果树腐烂病菌孢子萌发具有一定影响,并可导致芽管和菌丝细胞畸形,从而显著抑制病菌的成功侵染。该结果可为采用戊唑醇淋刷树干进行病害预防提供理论依据。     

大麦Mlo近等基因系与叶枯病菌互作的细胞学研究

 本文对大麦品种Ingrid(Mlo)及Mlo基因功能丧失性突变的近等基因系(Ingrid mlo-3、Ingrid mlo-4和Ingrid mlo-5)与大麦叶枯病菌的互作进行了细胞学比较分析。结果发现,大麦mlo突变体mlo-3、mlo-4和mlo-5对叶枯病菌的抗病性显著增强,其抗病机制包括对病菌初侵染的乳突抗性和HR反应两个方面。Ingrid(Mlo)大麦的表皮细胞在受到病原菌侵染时,只有15%的有效乳突可成功抵抗病原菌对表皮细胞的侵染;而大麦mlo突变体mlo-3、mlo-4和mlo-5突变体大麦的有效乳突率则分别高达40%、38%和43%。随后,部分被病原菌成功侵入的寄主表皮细胞发生过敏性坏死,从而进一步抑制病原菌向相邻叶肉细胞的扩展。其中3个大麦mlo基因突变体平均67%的被侵染细胞坏死,而Ingrid仅为26%。因此,Mlo基因在调控大麦与不同病原菌互作中的作用是不同的。此外,本文发现该病原菌除气孔入侵外,还可直接穿透大麦表皮细胞;少量菌丝可以侵染进入叶肉细胞,甚至是活的叶肉细胞。     

黄瓜花叶病毒两亚组分离物寄主反应和血清学性质比较研究

 本文对枯萎病菌侵入黄瓜不同抗性品种的途径,以及黄瓜受侵染根部维管组织的变化进行了观察。分生孢子在幼根表皮上萌发产生菌丝,通过胞间层侵入表皮细胞,之后菌丝继续向内部生长,穿过皮层组织进入导管。受侵染的导管内相继出现壁覆盖物、侵填体及褐色物。抗病品种的壁覆盖物比感病品种的厚:侵填体由受侵染导管旁边的薄壁细胞产生,一个细胞可产生多个侵填体,并在侵填体中观察到细胞核的存在,感病品种中的侵填体发育不充分,抗病品种中的侵填体能完全堵塞导管;谒色物在感病、抗病品种中均能完全堵塞导管,对菌丝的侵入构成了较强的机械障碍。     

玉米对丝黑穗病抗性遗传规律的研究

 作者在玉米品种资源对丝黑穗病抗性鉴定的基础上,用6个抗性不同的自交系,按双列杂交设计,进行了玉米对丝黑穗病抗性配合力和遗传力的研究。结果表明:玉米对丝黑穗病的抗性遗传主要受加性基因控制。不同玉米自交系之间的抗性配合力存在着极显著差异。故在玉米抗丝黑穗病育种时,既要重视抗原的筛选,又要对抗原进行抗病性配合力的测定。     

玉米丝黑穗病防治研究

玉米丝黑穗病是白城地区的重要病害,一般发病率为3—5%,重者高达30%以上,是生产上急待解决的问题。其症状以正常型为主,有时出现矮化型、矮化丛生型和多分蘖型等特异症状。病株以雌穗为黑穗、雄穗为健穗及雌雄穗皆为黑穗者居多。病穗上自然脱落的厚垣孢子萌发率高,病穗内的萌发率明显降低。此病为系统侵染病害,种子及土壤均可带菌传病,以土壤带菌为主,属土传病害。厚垣孢子在土壤里能存活三年,土壤带菌量越多,菌土覆盖种子越厚,发病率越高。丝黑穗病菌侵染玉米幼苗时间较长,从种子萌芽到四叶期最易侵染,五叶期后,侵染明显下降,八叶期后不再侵染。在幼苗叶片上接菌不能侵染致病。玉米丝黑穗病菌不能侵染高梁。高梁丝黑穗病菌能侵染玉米,但侵染率甚低。侵染玉米后的病菌,不再侵染高梁,只侵染玉米,且致病力明显增强。两菌是同一菌种的不同生理型。用来自九个省、市的丝黑穗病菌接种于不同抗性的自交系鉴定寄主,其致病力不同,陕西和新疆的致病力弱,辽宁和吉林的致病力强。在田间人工接种条件下,鉴定了二百余份自交系和杂交种的抗病性,品种间有明显差异,高抗的近于免疫,高感的发病率在90%以上。抗病性遗传规律表现为双亲高抗的,其后代亦抗,以母本的抗病性起主导作用。选百余种农药处理种子,筛选结果:个别药剂防效有高达70%以上者,但年度间效果不稳定,多数药效稳定在50%左右。     

玉米黑粉病菌寄生生理的初步研究

 单倍菌系配合试验(Mating test)证实玉米黑粉菌的性质受多因子控制。不同配合型间呼吸强度有明显的差异。
玉米黑粉菌在含有色氨酸的培养基中能产生大量刺激生长物质(最高达380微克/毫升),经Salkowski反应、纸层析及黄豆芽劈茎试验证明,这一生长物质为IAA。单性菌系引致的茎叶扭曲组织及配合接种后产生的瘤组织中IAA的量显然高于健组织(分别为11.18、17.65及6.47微克/克),证明这些病症的形成与IAA有关。     

玉米、高粱幼苗丝黑穗病菌的侵染部位研究

 应用幼苗分器官涂抹接种的方法,对玉米两个高感自交系进行了丝黑穗病菌侵染部位的精确测定。三年结果一致表明,侵染以胚芽为主,根为次要。在胚芽上,中胚轴的侵染高于胚芽鞘。在根系中,各种根均能侵染,其中以胚根的感染度稍高,但各种不定根和侧根的数量众多,因此在侵染上仍占相当比重。分生区为各器官的有效侵染点,中胚轴的分生区在紧邻胚芽鞘节下,胚芽鞘和中胚轴的相继反复感染,可以导致很高的发病率。出土前的幼龄植株为主要感染阶段,因而决定根系在总体侵染中不居主要地位。扩大对不同抗性的四个自交系和四个单交种作进一步的测定表明,主要侵染器官及其主次关系在不同品种上基本保持与上述高感自交系相同的趋势。     

酿酒高粱品种、组合及亲本的丝黑穗病抗性鉴定

为了明确不同类型的酿酒高粱材料对西南地区丝黑穗病的抗性和促进抗丝黑穗病品种的选育,采用土壤接菌法对107份材料进行了丝黑穗病抗性鉴定;根据抗性鉴定结果,比较了酿酒高粱杂交组合与其亲本对丝黑穗病的抗性,并对供试菌种进行了致病力分析.结果显示:在感病对照恢1植株平均病株率为67.65％时,有13个不育系、6个保持系、10个恢复系、28个杂交组合的病株率为0,达免疫水平,其中,酿酒高粱不育系和杂交组合所占比例较大,分别为86.67％和75.68％;恢复系中免疫类型所占比例较小,为24.39％;常规品种和组合中无免疫类型;杂交高粱对丝黑穗病的抗性属显性遗传;泸州丝黑穗病菌具有较强的致病力.     

利用分子标记辅助选择技术提高玉米对丝黑穗病的抗性

为了探索分子标记辅助选择(MAS)技术在抗玉米丝黑穗病育种中的应用效果,以吉1037为抗源,吉单209的感病母本8902为轮回亲本,回交5代后,自交2代,从BC4F1开始利用MAS技术把感玉米丝黑穗病的亲本8902改良成抗病自交系,并与吉853配制杂交种,对其进行抗病性、产量和农艺性状评价。改良后的8902及其组合,对玉米丝黑穗病的抗性和产量显著提高,且其它农艺性状没有发生改变。抗性以上自交系超过获得材料的80%以上,抗性以上杂交组合超过配制组合的77%以上;改良后亲本组配的杂交种产量较对照明显增加,11个杂交组合增产10%以上,最大增幅可达26.7%。研究表明MAS技术显著提高了自交系及其杂交种对玉米丝黑穗病的抗病效果。     

糯高粱种质资源对川南高粱丝黑穗病的抗性鉴定

为明确新选育和引进的糯高粱种质资源对川南高粱丝黑穗病菌主要生理小种的抗性,利用4个高粱鉴别寄主分别对2013年和2014年自川南泸州、宜宾、自贡3市高粱上采集的丝黑穗病菌Sporisorium reilianum进行生理小种鉴定,并于2014—2018年对新选育和引进的55份不育系、88份恢复系和20份常规品种糯高粱种植资源进行丝黑穗病抗性鉴定。结果表明,川南3市采集的高粱丝黑穗病菌生理小种均为1号生理小种。不育系糯高粱种植资源对丝黑穗病菌1号生理小种抗性较强,对丝黑穗病免疫材料有45份,87.3%不育系糯高粱种植资源为抗性材料。恢复系糯高粱种质资源抗丝黑穗病菌1号小种的能力弱于不育系,对丝黑穗病表现为免疫、高抗、抗病、中抗的种质资源分别为32、1、2和5份,抗病恢复系糯高粱种质资源占恢复系糯高粱种质资源总数的45.5%。糯高粱种质资源常规品种对丝黑穗病菌1号小种的抗性最差,抗病糯高粱种质资源常规品种占常规品种总数的45.0%,其中对丝黑穗病免疫的糯高粱种质资源常规品种仅有1份,为国窖红3号;对丝黑穗病高抗和抗病的糯高粱种质资源常规品种无,主要表现为中抗,应加强川南地区糯高粱常规品种的丝黑穗病抗性改良。鉴定的对丝黑穗病免疫的糯高粱不育系、恢复系和常规品种可作为川南高粱丝黑穗病病区主栽品种或抗丝黑穗病菌1号生理小种的育种材料。     

Assessment of the loose smut fungi (Ustilago nuda and U. tritici) in tissues of barley and wheat by fluorescence microscopy and real-time PCR

Loose smut fungi of barley and wheat (Ustilago nuda and U. tritici, respectively) colonize the plant without causing obvious disease symptoms before heading. The availability of diagnostic methods to detect and follow the growth of these pathogens in the plant would therefore be highly advantageous for both resistance breeding and the development of effective seed treatments. Using seed lots of barley and wheat highly infected with loose smut, we studied the early establishment of the loose smut pathogens in the plant by fluorescence microscopy. In hand-cut sections stained with the fluorochrome Blankophor?, fungal hyphae were observed to invade the shoot apical meristem and leaf primordia during the first days after the onset of germination. At the first node stage the ear and leaf primordia were generally extensively colonized. Hyphae of U. nuda were also regularly observed in high density in the nodes. A protocol was developed for the specific amplification of U. nuda and U. tritici DNA extracted from infected plant tissue. PCR screening of U nuda in seedlings from infected and healthy seed lots was compared to ELISA, microscopy and ultimately head infection of mature plants derived from tillers of the tested seedlings. The results indicated that a prediction of loose smut infection by real-time PCR is possible at the second leaf stage, and that the assay is equally suited for use with spring and winter varieties of barley and wheat.