第十一章-植物的抗病性PPT课件.ppt
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1、 学习和研究植物抗病性的机制有助于揭示抗病性的本质,合理利用抗病性,达到控制病害的目的。1-第一节 植物抗病性的概念和类别植植物物的的抗抗病病性性是是指指植植物物避避免免、中中止止或或阻阻滞滞病病原原物物侵侵入入与与扩扩展展,减减轻轻发发病病和和损损失程度的一失程度的一类类特性特性。抗抗病病性性是是植植物物与与其其病病原原生生物物在在长长期期的的协协同同进进化化中中相相互互适适应应、相相互互选选择择的的结结果果。病病原原物物发发展展出出不不同同类类别别、不不同同程程度度的的寄寄生生性性和和致致病病性性,植植物物也也相相应应地形成了不同地形成了不同类别类别、不同程度的抗病性。、不同程度的抗病性。
2、抗抗病病性性是是植植物物普普遍遍存存在在的的、相相对对的的性性状状。所所有有的的植植物物都都具具有有不不同同程程度度的的抗抗病病性性,从从免免疫疫和和高高度度抗抗病病到到高高度度感感病病存存在在连连续续的的变变化化,抗抗病病性性强强便便是是感感病病性性弱弱,抗抗病病性性弱弱便便是是感感病病性性强强,抗抗病病性性与与感感病病性性两两者者共共存存于于一一体体,并并非非互互相相排排斥斥。只只有有以以相相对对的的概概念念来来理理解解抗抗病病性性,才才会会发发现现抗抗病病性性是是普普遍存在的。遍存在的。抗抗病病性性是是植植物物的的遗遗传传潜潜能能,其其表表现现受受寄寄主主与与病病原原的的相相互互作作用用
3、的的性性质质和和环环境条件的共同影响。境条件的共同影响。2-1、抗病性按照、抗病性按照遗传遗传方式的不同区分方式的不同区分:1、主主效效基基因因抗抗病病性性(major gene resistance),由由单单个个或或少少数数几几个个主主效效基基因因控控制制,按按孟德孟德尔尔法法则遗传则遗传,抗病性,抗病性表表现为质现为质量性状量性状;2、微微效效基基因因抗抗病病性性(minor gene resistance),由由多多数数微微效效基基因因控控制制,抗抗病病性性表表现现为为数量性状。数量性状。2、抗病性按照小种、抗病性按照小种专专化性区分:化性区分:1、小小种种专专化化抗抗病病性性(rac
4、e-specific resistance):对对锈锈菌菌、白白粉粉菌菌、霜霜霉霉菌菌以以及及其其它它专专性性寄寄生生物物和和稻稻瘟瘟病病菌菌等等部部分分兼兼性性寄寄生生物物,寄寄主主的的抗抗病病性性可可以以仅仅仅仅针针对对病病原原物物群群体体中中的的少少数数几几个个特特定定小小种种,具具有有该该种种抗抗病病性性的的寄寄主主品品种种与与病病原原物物小小种种间间有有特异性的相互作用特异性的相互作用,也称也称为为垂直抗性垂直抗性(vertical resistance)。这这种种抗抗病病性性是是由由主主效效基基因因控控制制的的,称称为为主主效效基基因因抗抗性性、单单基基因因抗抗性性或或寡寡基基因因
5、抗抗性性,抗抗病病效效能能较较高高,是是当当前前抗抗病病育育种种中中所所广广泛泛利利用用的的抗抗病病性性类类别别;其其主主要要缺缺点点是是易易因因病病原原物物小小种种组组成成的的变变化化而而“丧丧失失”,在在生生产产上上这这种种抗抗性性是是不不稳稳定和不能持久的。定和不能持久的。植物抗病性的植物抗病性的植物抗病性的植物抗病性的类别类别类别类别:3-2、非非小小种种专专化化抗抗病病性性(race-non-specific resistance):具具有有该该种种抗抗病病性性的的寄寄主主品品种种与与病病原原物物小小种种间间没没有有明明显显特特异异性性相相互互作作用用,也也称称为为水水平平抗抗性性(
6、horizontal resistance)。是是针对针对病原物病原物整个群体整个群体的一的一类类抗病性抗病性。病病原原物物毒毒性性不不依依寄寄主主抗抗性性基基因因的的变变化化而而变变化化,寄寄主主品品种种没没有有它它们们自自己己所特有的病原物小种。所特有的病原物小种。在在遗遗传传上上抗抗性性一一般般是是由由多多个个微微效效基基因因控控制制的的,也也叫叫微微效效基基因因抗抗性性或或多多基因抗性基因抗性。这这种抗性表种抗性表现为现为中度抗病,是中度抗病,是稳稳定和持久的定和持久的。基因基因对对基因学基因学说说(gene-for-gene theory):2020世世纪纪5050年代由年代由Flo
7、rFlor提出提出,阐阐明了抗病性的明了抗病性的遗传遗传学特点。学特点。该该学学说认为说认为:寄主方面寄主方面决定抗病性的基因决定抗病性的基因 病原方面病原方面决定致病性的基因决定致病性的基因该该学学说说不不仅仅可可用用以以改改进进品品种种抗抗病病基基因因型型与与病病原原物物致致病病性性基基因因型型的的鉴鉴定定方方法法,预预测测病病原原物物新新小小种种的的出出现现,而而且且对对于于抗抗病病性性机机制制和和植植物物与与病病原原物物共同共同进进化理化理论论的研究也有指的研究也有指导导作用。作用。vs4-3、抗病性按照寄主植物的抗病机制区分:、抗病性按照寄主植物的抗病机制区分:1、被被动动抗抗病病性
8、性(passive resistance):植植物物与与病病原原物物接接触触前前就就已已具具有有的的性性状状所所决决定定的的抗病性。抗病性。2、主、主动动抗病性抗病性(active resistance):受病原物侵染所受病原物侵染所诱导诱导的寄主保的寄主保卫卫性反性反应应。4、抗病性根据表达的病程、抗病性根据表达的病程阶阶段不同区分:段不同区分:1、抗接触抗接触,2、抗侵入抗侵入,3、抗抗扩扩展展,4、抗抗损损害害,5、抗再侵染抗再侵染。其其中中,抗抗接接触触又又称称为为避避病病(disease escaping),抗抗损损害害又又称称为为耐耐病病(diseaea tolerance),而植
9、物的抗再浸染特性,而植物的抗再浸染特性则则通称通称为为诱导诱导抗病性抗病性(iduced resistance)。植物抗病反植物抗病反应应是多种抗病因素共同作用、是多种抗病因素共同作用、顺顺序表达的序表达的动态过动态过程程。耐病性:耐病性:植物能忍受病害,在植物能忍受病害,在产产量和量和质质量方面不受量方面不受严严重重损损害的性能。害的性能。避避病病性性:由由于于某某种种原原因因,使使本本质质上上并并非非抗抗病病的的植植物物,最最易易感感病病的的阶阶段段与与病病原原物物的的侵侵染染期期相相错错,或或者者缩缩短短了了寄寄主主感感病病部部分分暴暴露露在在病病原原物物之下的之下的时间时间,从而避免或
10、减少了受侵染的机会。,从而避免或减少了受侵染的机会。5-1 1、高抗:、高抗:受受轻轻度侵染,表度侵染,表现轻现轻微受害;微受害;2 2、中抗:、中抗:中等程度感染和受害;中等程度感染和受害;3 3、中感:、中感:明明显显的感染,受害程度的感染,受害程度较较重;重;4 4、高感:、高感:对对病原物的侵染几乎没有抵抗力,病原物的侵染几乎没有抵抗力,严严重受害。重受害。5、抗病性按抗病的程度区分、抗病性按抗病的程度区分为为:6-第二节 植物被侵染后的生理生化变化植物被各植物被各类类病原物侵染后,病原物侵染后,发发生一系列具有共同特点的生理生一系列具有共同特点的生理变变化。化。植植物物细细胞胞的的细
11、细胞胞膜膜透透性性改改变变和和电电解解质质渗渗漏漏是是侵侵染染初初期期重重要要的的生生理理病病变变,继继而而出出现现呼呼吸吸作作用用、光光合合作作用用、核核酸酸和和蛋蛋白白质质、酚酚类类物物质质、水水分分关关系系以以及其它方面的及其它方面的变变化。化。研究病植物的生理病研究病植物的生理病变对变对了解寄主了解寄主病原物的相互关系有重要意病原物的相互关系有重要意义义。一、呼吸作用 呼呼吸吸强强度度的的提提高高是是寄寄主主植植物物对对病病原原物物侵侵染染的的一一个个重要的早期反重要的早期反应应。呼吸代呼吸代谢谢途径途径发发生生变变化:化:正常的植物呼吸作用是正常的植物呼吸作用是糖酵解途径糖酵解途径;
12、植物植物发发病后以病后以磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径为为主的主的呼吸作用呼吸作用增增强强。7-病病原原物物的的侵侵染染对对植植物物最最明明显显的的影影响响是是破破坏坏了了绿绿色色组组织织,减减少少了了植物植物进进行正常光合作用的面行正常光合作用的面积积,光合作用减弱。光合作用减弱。叶叶绿绿素被破坏或叶素被破坏或叶绿绿素合成受抑制素合成受抑制 光合光合产产物的运物的运输输受影响:受影响:发发病部位淀粉病部位淀粉(及其他有机物)(及其他有机物)的的积积累累光合部位有机物光合部位有机物质质不能运出;不能运出;健康部位的有机健康部位的有机营营养向养向发发病部位病部位输输入。入。二、光合作用三、核酸和蛋白质
13、1 1、核酸代、核酸代谢谢:在在病病原原真真菌菌侵侵染染前前期期,病病株株叶叶肉肉细细胞胞的的细细胞胞核核和和核核仁仁变变大大,RNARNA总总量量增加增加;侵染的;侵染的中后期中后期细细胞核和核仁胞核和核仁变变小小,RNARNA总总量量下降下降。2 2、蛋白、蛋白质质代代谢谢:真菌侵染:通常先高后低真菌侵染:通常先高后低 病毒侵染:衣壳蛋白合成病毒侵染:衣壳蛋白合成 病病程程相相关关蛋蛋白白(pathogenesis pathogenesis related related protein,protein,PR PR proteinprotein):植植物物病病原原物物侵侵染染诱诱导导植物植
14、物产产生的一生的一类类特殊蛋白,与抗病性表达有关。特殊蛋白,与抗病性表达有关。8-各各类类病病原原物物浸浸染染还还引引起起一一些些酚酚类类代代谢谢相相关关酶酶的的活活性性增增强强,其其中中最最常常见见的的有有苯苯丙丙氨氨酸酸解解氨氨酶酶(PAL)(PAL)、过过氧氧化化物物酶酶、过过氧氧化化氢氢酶酶和和多酚氧化多酚氧化酶酶等,等,以苯丙氨酸解氨以苯丙氨酸解氨酶酶和和过过氧化物氧化物酶酶最重要。最重要。四、酚类物质和相关酶五、水分关系水分的吸收、运水分的吸收、运输输受阻:受阻:多多种种病病原原物物侵侵染染引引起起的的根根腐腐病病和和维维管管束束病病害害,显显著著降降低低了了根根系系吸水能力,阻滞
15、吸水能力,阻滞导导管液流的上升。管液流的上升。蒸蒸腾腾作用的作用的变变化:化:植物叶部植物叶部发发病后可提高或降低水分的蒸病后可提高或降低水分的蒸腾腾,依病害种,依病害种类类不同而不同而异。麦异。麦类类作物感染作物感染锈锈病后,叶片蒸病后,叶片蒸腾腾作用增作用增强强,水分大量散失。,水分大量散失。细细胞的渗透性被破坏:胞的渗透性被破坏:六、脂类物质生物膜的磷脂和糖脂成分变化细胞膜透性的变化;氨基酸和糖的渗出量增大。9-第三节 植物的抗病机制植植物物在在与与病病原原物物长长期期的的共共同同演演化化过过程程中中,针针对对病病原原物物的的多多种种致致病病手段,手段,发发展了自身展了自身较为较为复复杂
16、杂的抗病性机制。的抗病性机制。研研究究植植物物的的抗抗病病机机制制,可可以以揭揭示示抗抗病病性性的的本本质质,合合理理利利用用抗抗病病性性,可以达到控制病害的目的。可以达到控制病害的目的。植植物物的的抗抗病病机机制制是是多多因因素素的的,有有先先天天具具有有的的被被动动抗抗病病性性因因素素,也也有病原物侵染引有病原物侵染引发发的的主主动动抗病性抗病性因素。因素。按按照照抗抗病病因因素素的的性性质质则则可可划划分分为为形形态态的的、机机能能的的和和组组织织结结构构的的抗抗病病因因素素,即即物物理理抗抗病病性性因因素素(physical defense);以以及及生生理理的的和和生生物物化化学学的
17、因素的因素,即,即化学抗病性化学抗病性因素因素(chemical defence)。10-植物抗病生理机制植物抗病生理机制11-一、被一、被动动抗病性的物理因素抗病性的物理因素 该该类类因因素素是是植植物物本本身身所所固固有有的的形形态态结结构构特特征征,它它们们主主要要以以其其机机械械坚坚韧韧性和性和对对病原物病原物酶酶作用的作用的稳稳定性而抵抗病原物的侵入和定性而抵抗病原物的侵入和扩扩展。展。1 1、植植物物体体抵抵抗抗病病原原物物侵侵入入的的最最外外层层防防线线植植物物表表皮皮以以及及被被覆覆在在表表皮皮上上的的蜡蜡质层质层、角、角质层质层等。等。2 2、植植物物表表皮皮层层细细胞胞壁壁
18、发发生生钙钙化化作作用用或或硅硅化化作作用用,对对病病原原菌菌果果胶胶酶酶水水解解作作用用有有较较强强的抵抗能力。的抵抗能力。3 3、气孔的、气孔的结结构、数量和开构、数量和开闭习闭习性也是抗侵入因素。性也是抗侵入因素。4、植植物物受受到到机机械械伤伤害害后后,可可在在伤伤口口周周围围形形成成本本栓栓化化的的愈愈伤伤周周皮皮(wound periderm),能有效地抵抗从能有效地抵抗从伤伤口侵入的病原口侵入的病原细细菌和真菌菌和真菌。5、纤纤维维素素细细胞胞壁壁对对一一些些穿穿透透力力弱弱的的病病原原真真菌菌也也可可成成为为限限制制其其侵侵染染和和定定殖殖的的物理性屏障。物理性屏障。6、植植物
19、物细细胞胞的的胞胞间间层层、初初生生壁壁和和次次生生壁壁都都可可能能积积累累木木质质素素(lignin),从从而而阻阻止病原菌在止病原菌在细细胞胞间间的的扩扩展。展。12-二、被二、被动动抗病性的化学因素抗病性的化学因素 植植物物普普遍遍具具有有该该类类抗抗病病性性因因素素,抗抗病病植植物物可可能能含含有有天天然然抗抗菌菌物物质质或或抑抑制制病原菌某些病原菌某些酶酶的物的物质质,也可能缺乏病原物寄生和致病所必需的重要成分。,也可能缺乏病原物寄生和致病所必需的重要成分。1、体表分泌物、体表分泌物 叶叶片片和和根根系系分分泌泌各各种种物物质质,有有许许多多生生化化物物质质对对病病原原菌菌有有防防御
20、御作作用用,有有些些对对病原物有直接毒害作用,如影响真菌病原物有直接毒害作用,如影响真菌孢孢子萌子萌发发和芽管形成等和芽管形成等。2、酶酶抑制物抑制物 植植物物体体内内的的某某些些酚酚类类、丹丹宁宁和和蛋蛋白白质质是是水水解解酶酶的的抑抑制制剂剂,可可抑抑制制病病原原菌菌分泌的水解分泌的水解酶酶。3、水解、水解酶酶类类 植植物物细细胞胞的的液液泡泡内内含含有有多多种种水水解解酶酶,在在病病原原菌菌致致病病过过程程中中,可可使使之之释释放放到到植植物物细细胞胞及及细细胞胞间间隙隙中中,如如-1,3-1,3-葡葡聚聚糖糖酶酶和和几几丁丁质质酶酶,能能够够分分解解病病原原物物细细胞壁成分,溶解菌胞壁
21、成分,溶解菌丝丝,因而因而表表现对现对病原菌的抗性病原菌的抗性。4、抗菌物、抗菌物质质 在在受受到到病病原原物物侵侵染染之之前前,许许多多健健康康植植物物体体内内就就含含有有多多种种抗抗菌菌性性物物质质,如如酚酚类类物物质质、皂皂角角苷苷、不不饱饱和和内内酯酯、芥芥子子油油、有有机机硫硫化化合合物物、糖糖苷苷类类化化合合物物等等等等这这些物些物质质均具有抗菌性。均具有抗菌性。13-紫色鳞茎表皮的洋葱品种比无色表皮品种对炭疽病(Colletotrichum circinans)有更强的抗病性。这是因为前者鳞茎最外层死鳞片分泌出原儿茶酸和邻苯二酚,能抑制病菌孢子萌发,减少侵入。由燕麦根部分离到一种
22、称为燕麦素(avenacin)的皂角苷类抑菌物质,能抑制全蚀病菌小麦变种和其它微生物生长,其杀菌机制是与真菌细胞膜中的甾醇类结合,改变了膜透性。芥子油存在于十字花科植物中,以葡萄糖苷酯存在,被酶水解后生成异硫氢酸类物质,有抗菌活性。葱属植物含大蒜油,其主要成分是蒜氨酸(alliin),酶解后产生大蒜素(allicin)亦有较强的抗细菌和抗真菌活性。14-三、主三、主动动抗病性的物理因素抗病性的物理因素 病病原原物物侵侵染染引引起起的的植植物物代代谢谢变变化化,导导致致亚亚细细胞胞、细细胞胞或或组组织织水水平平上上的的形形态态和和结结构构改改变变,产产生生了了物物理理的的主主动动抗抗病病性性因因
23、素素。这这种种主主动动抗抗病病性性的的物物理理因因素素可可能能将将病病原原物物的的侵侵染染局局限限在在细细胞胞壁壁、单单个个细细胞或局部胞或局部组织组织中。中。病病原原菌菌侵侵染染和和伤伤害害导导致致植植物物细细胞胞壁壁木木质质化化、木木栓栓化化、产产生生酚酚类类物物质质和和钙钙离子沉离子沉积积等多种保等多种保卫卫性反性反应应。1、形成乳突、形成乳突 植植物物细细胞胞受受病病原原菌菌的的侵侵入入刺刺激激,在在侵侵染染钉钉下下的的细细胞胞壁壁与与细细胞胞膜之膜之间间形成形成半球形沉半球形沉积积物物,即乳突,即乳突(papillae)。与抗病性有关。与抗病性有关。多多数数乳乳突突含含有有胼胼胝胝质
24、质(-1,3-葡葡聚聚糖糖)、木木质质素素、软软木木质质、酚酚类类物物质质、纤纤维维素素、硅硅质质及及多多种种阳阳离离子子。乳乳突突可可防防御御病病菌菌的的侵侵入入,也也具有具有修复修复伤伤害害的功能,同的功能,同时时可可调节调节受受伤细伤细胞的渗透性胞的渗透性。15-炭疽病菌附着孢寄主作用的界面特征16-小麦白粉菌入侵结构、乳突结构17-2、形成木栓、形成木栓层层、离、离层层 病病原原物物的的侵侵染染和和伤伤害害常常引引起起侵侵染染点点周周围围细细胞胞的的木木质质化化和和木木栓栓化化,形形成成几几层层木栓木栓细细胞胞。木栓木栓层层的作用:的作用:阻阻止止病病原原物物从从初初始始病病斑斑向向外
25、外进进一一步步扩扩展展,也也阻阻挡挡病病原原物物分分泌泌的的任任何何毒毒性性物物质质的的扩扩散散;切切断断养养料料和和水水分分由由健健康康组组织织输输入入到到病病部部,而而形形成成坏坏死死斑斑,或或使使植植保保素素积积累到有效累到有效剂剂量,共同抑制病原菌的侵入。量,共同抑制病原菌的侵入。叶片病健叶片病健组织间组织间形成木栓形成木栓层层18-离离层层(abscission layer)即即脱脱落落层层,将将受受病病部部位位与与健健康康组组织织隔隔断断,阻阻止止了了物物质质的的运运输输和和病病菌菌的的扩扩散散,受受病病组组织织逐逐渐渐的的皱皱缩缩、死死亡,随同病原菌一起脱落亡,随同病原菌一起脱落
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