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小麦品种对条锈病低反应型抗性的组织学和超微结构研究_图文

中国农业科学 2003,(9)1026 - 1031 36 : Scientia Agricultura Sinica

小麦品种对条锈病低反应型抗性的组织学和 超微结构研究
康振生,王 瑶,黄丽丽,魏国荣,赵 杰
712100) (西北农林科技大学植物保护学院 / 陕西省农业分子生物学重点实验室, 杨凌

摘要:采用荧光显微镜、 微分干涉显微镜和电子显微镜技术, 系统研究了非亲和组合中小麦对条锈病低反应型 杂种 46 与条中 29 号小种、 抗性的组织学和超微结构特征。非亲和组合分别由小麦品种牛朱特与条中 28 号小种、 天选 882 与条中 29 号小种组成, 对照亲和组合由小麦品种辉县红与条中 29 号小种组成。观察结果表明, 小麦条锈 菌在感病品种和抗病品种上发育的组织学和超微结构特征有明显差异。病菌在抗病品种上表现为菌丝生长受抑, 菌落形成延迟或败育, 病菌吸器母细胞和吸器数量明显减少。寄主细胞的坏死与条锈菌的发育受阻密切相关, 免 疫组合中病菌的受抑程度高于近免疫组合的。电镜观察发现, 在抗病品种上, 病菌胞间菌丝、 吸器母细胞、 吸器在 细胞和亚细胞水平, 均发生了一系列异常变化, 其中包括原生质的电子致密度加深、 液泡增多变大、 菌丝细胞壁不 规则增厚、 细胞器排列紊乱及解体、 吸器母细胞及吸器丧失其生理功能、 病菌最终畸形坏死。同时发现抗病品种受 病菌侵染时可迅速产生结构防卫反应, 新形成胞壁沉积物和吸器鞘等结构, 以阻碍病菌进一步的扩展与发育。就 小麦品种与条锈菌非亲和组合中表现出的组织学和细胞学特征与小麦抗锈性表达的关系进行了讨论。 关键词:小麦;小麦条锈菌;抗病性;组织学;细胞学

HistoIogy and uItrastructure of IncompatibIe Combination Between Puccinia s()ii*+),is and Wheat CuItivars with Resistance of Low Reaction Type
KANG Zhen-sheng,WANG Yao,HUANG Li-li,WEI Guo-rong,ZHAO Jie
( Plant Protection College ,Northwest Sci-Tech University of Agriculture and Forestry / Shaanxi Provincial Key Laboratory of Molecular Biology for Agriculture,Yangling ,712100 )

Abstract:The incompatible combinations between races of Puccinia striiformis and wheat cultivars with resistance of low reaction type was examined by means of fluorescent microscopy,differential interference contrast microscopy,and electron microscopy . The incompatible combinations consisted of wheat cultivar Niuzhute plus CY28,Hybrid46 plus CY29 and Tianxuan882 plus CY29,while the compatible combination was wheat cultivar Huixianhong plus CY28 . The observation revealed a striking difference in the fungal development and the host responses between susceptible and resistant wheat cultivars following infection by the pathogen . The main histological manifestation of the pathogen development in the resistant wheat cultivars include inhibition of hyphal growth,delay of hyphal branching and colony formation,decrease of formation of haustorial mother cells and haustoria,and occurrence of host cell necrosis . The observation by electron microscopy demonstrated that a series of abnormal changes occurred in intercellular hyphae,haustorial mother cells and haustoria during pathogen development in the resistant wheat cultivars . The cytoplasm became more electron-dense and vacuoles in the cytoplasm increased in number and in size . The cell walls of hyphae,haustorial mother cells were thickened irregularly . The organelles were distributed disorderly in the cytoplasm and the haustorial mother cells and
收稿日期: 2002-05-17 基金项目: 国家自然科学基金资助项目 (30070496)国家杰出青年基金资助项目 、 (30125031) 和陕西省攻关资助项目 (2001K02-G4) 作者简介: 康振生 (1957-) 男, , 四川安岳人, 教授, 博士, 博士生导师, 主要从事病原物与寄主植物互作关系中生物学和分子生物学研究。Tel: 029-7091312;Fax: 029-7091312;E-mail: kangzs@ nwsuaf . edu . cn

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康振生等: 小麦品种对条锈病低反应型抗性的组织学和超微结构研究

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haustoria lost their physiological function . In the final stage of the pathogen development,the intercellular hyphae,haustorial mother cells and haustoria became necrotic and collapsed . The structural defense reactions such as formation of cell wall apposition,collar,andencasement of haustorium were essentially more pronounced in the infected wheat leaves of the resistant cultivars than in the susceptible one . In addition,the relationship between the host resistance express and the histological and cytological features occurred in the incompatible combination was discussed in this paper . Key words:Triticum aestivum ;Puccinia striiformis ;Resistance;Histology;Cytology 国内外大量实践证明, 利用品种抗病性防治麦 类锈病是最为经济和有效的关键措施之一。进行麦 类锈菌与其寄主互作关系的研究, 可阐明寄主植物 的抗锈机制及病菌的致病机理, 从而为抗锈品种的 选育与合理利用提供科学依据, 并为抗锈生理生化、 分子生物学研究奠定基础。这一研究领域涉及遗传 学、 组织学、 细胞学、 生物化学和分子生物学等学科, 而互作关系中组织学和超微结构则是该研究领域的 一个重要组成部分。在小麦的 3 种锈病中, 国外学 者已从组织学和细胞学方面对秆锈菌、 叶锈菌与小
[1 麦的互作关系开展了系统深入的研究 ~ 5] 然而, , 小

1.3

荧光染色处理与观察

将接种小麦叶片切成 2 cm 长叶段,按康振生 [12] 等 介绍的荧光染色法 (染色剂为 Calcoflour White) 处理 后 制 片, 后 用 Olympus H2 -F 荧 光 显 微 镜 和 然 测定和 记 载。 Olympus BH-2 微分干涉显微镜观察、 每处理随机检查 30 个侵染点, 统计观测指标包括菌 丝长度、 菌丝分枝数, 吸器母细胞数及寄主细胞坏死 情况。 1.4 组织整体透明处理与观察
[13] 接种小麦叶片的整叶透明处理按魏国荣等

麦条锈病未受到应有的重视。近年来, 笔者利用生 物电镜技术就小麦与条锈菌的亲和组合和非亲和组 合的细胞学特征进行了系统研究, 发现小麦条锈菌 的一些主要超微结构特征明显不同于其它 2 种小麦 锈菌。并对小麦条锈菌在亲和组合中的侵染及寄主 反应的细胞学时间顺序进行了报道
[6 ~ 10]

介绍的 方 法 进 行, 段 于 甲 醇-氯 仿 液 中 处 理 6 h 叶 后, 在乳酚油-乙醇液中煮沸 1 . 5 min, 放置过夜后, 转至饱和水合氯醛中, d 后在微分干涉显微镜下观 3 察。每处理随机检查 30 个侵染点, 观测统计吸器数 目。 1.5 生 透射电镜样品的制备 接种小麦叶片透射电镜样品的加工处理按康振 介绍的方法进行。将叶片切成小块, 3% 戊 经 用系列丙酮脱水、 二醛和 1% 锇酸双固定, Epon812 树胶包埋。样品超薄切片经醋酸铀和柠檬酸铅染色 后, Philips420 型透射电镜观察。 于
[10]

。笔者又

以低反应型抗性小麦为试材, 报道非亲和组合中小 麦与条锈菌相互关系的组织学和细胞学特征。

1
1.1

材料与方法
小麦品种和菌种

供试小麦品种天选 882、 牛朱特、 杂种 46、 辉县 红, 小麦条锈菌条中 28 号 小 种 CY28 ) 29 号 小 种 ( 、 (CY29) 由西北农林科技大学植物病理研究所提供。 天选 882 小麦品种与 CY29 组成免疫组合; 小麦品种 杂种 46 和牛朱特分别与条中 CY29、 CY28 构成近免 疫组合; 辉县红与 CY28 构成感病对照组合。 1.2 小麦幼苗的培育与接种
[11] 小麦幼苗材料按康振生等 介绍的方法在植

2
2.1

结果与分析
小麦与条锈菌不同组合的表观特征

感病品种辉县红接种 CY28 后呈典型的 4 型反 应, 夏孢子堆大而多, 破裂呈粉状, 周围组织无枯死 反应, 早期无失绿现象, 属高度感病型; 杂种 46 接种 牛朱特接种 CY28 后呈 0; 型反应, 即近免疫反 CY29、 应型, 叶片呈失绿、 枯死斑反应,无夏孢子堆产生; 天选 882 接种 CY29 后不产生任何可见症状, 叶色正 常, 0 型反应, 为 属免疫型。 2.2 小麦与条锈菌不同组合的组织病理学特征 条锈菌夏孢子在小麦叶表萌发后产生芽管, 芽 管经扩展而由气孔伸入叶组织内, 并相应产生初生 菌丝、 初生吸器母细胞、 初生吸器及次生菌丝和吸 器。在小麦品种与条锈菌的不同组合中, 病菌的生 长发育及寄主的反应表现出明显的差异。

物生长箱中培养, 当小麦第一叶展平时, 即用于接种 试验。小麦条锈菌菌种按常规方法在感病小麦品种 辉县红上繁殖。接种时, 将新收取的病菌夏孢子与 滑石粉混合, 用毛笔蘸取并均匀地轻涂于叶表, 经喷 雾、 保湿 24 h 后, 接种幼苗继续在生长箱中培养。 根据试验观察需要, 分别于接种后 24、 、 、 、 、 36 48 72 96 用于不同的染色处理。 120 h 取样,

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2 . 2 . 1 不同组合中菌丝分枝及菌落线性长度的比 较 接种后48 h 内, 不同抗性组合中的病菌均以初 生菌丝形态存在, 未形成典型的分支, 菌丝线性生长 与感病对照相似。接种后 48 h 观察, 只有感病对照 产生次生菌丝, 其线性长度大于其它抗性组合。近 免疫组合在接种后 96 h 病菌出现简单分支, 免疫组 合则在整个采样过程中一直未产生次生菌丝、 无菌 落形成。
表1 条锈菌与小麦不同组合中菌丝分支数及线性长度

与之相对应, 菌落的线性长度与分支数变化规 律相似, 在接种后 48 h 内, 各组合间菌落线性长度 几乎没有差异, 从接种后 48 h 开始, 完全免疫组合 和近免疫组合中菌落扩展非常缓慢。到接种后 96 近免疫组合和免疫组合菌落线性长度都远远小于 h, 感病对照, 而免疫组合的菌落线性长度也小于近免 疫组合 (表 1) 。

Table 1

( Number of hyphal branches and average linear length of colony in different combinations between fungus race and wheat cultivar m)
接种后时间 ( Hours after inoculation h) 48 线性长度 Length 28 . 80 30 . 31 30 . 67 27 . 33 分支数 Branch 2~4 2~3 2~3 2~3 线性长度 Length 44 . 57 34 . 12 33 . 20 29 . 4 分支数 Branch 3~5 2~4 2~3 2~3 72 线性长度 Length 134 38 . 78 36 . 27 30 . 74 分支数 Branch 4~7 2~4 2~4 2~3 96 线性长度 Length 308 . 8 63 . 45 56 . 10 45 . 54 24 分支数 Branch 2~3 2~3 2~3 2~3 线性长度 Length 27 . 56 25 . 00 26 . 53 26 . 12 分支数 Branch 2~3 2~3 2~3 2~3 36

品种 + 菌系 Cultivar + race 辉县红 + CY28 Huixianhong + CY28 牛朱特 + CY28 Niuzhute + CY28 杂种 46 + CY29 Hybrid46 + CY29 天选 882 + CY29 Tianxuan882 + CY29

2 . 2 . 2 不同组合中吸器母细胞和吸器形成的比较 接种后24 h 所有组合中病菌都产生了初生吸器母 细胞和初生吸器, 每侵染点吸器母细胞和吸器数目 在接种后 48 h 内增加缓慢, 各组合间差异很小。近 免疫组合中从接种后 48 h 开始吸器母细胞和吸器
表2

形成明显受抑, 到接种后 96 h, 吸器母细胞和吸器的 数量仅有感病对照的 9% ~ 11% 。免疫组合从接种 后 48 h 开始吸器母细胞和吸器的数目明显少于感 病对照, 同时也少于相应的近免疫组合, 在整个采样 期几乎无明显增长 (表 2) 。

小麦与锈菌不同组合中单一侵染点吸器母细胞 HMC) ( 和吸器 H) ( 平均数目 Number of haustorial mother cell( HMC)and haustoria( H)per infection site in different combinations between fungus race and wheat cultivar
接种后时间 ( Hours after inoculation h) 48 H 1 . 20 1 . 33 1 . 20 1 . 26 HMC 5 . 00 2 . 56 2 . 30 2 . 22 H 2 . 33 1 . 28 1 . 37 1 . 06 HMC 21 . 33 3 . 27 2 . 83 2 . 50 72 H 9 . 00 1 . 73 1 . 63 1 . 17 HMC > 50 6 . 47 5 . 43 2 . 40 96 H > 30 2 . 80 2 . 76 1 . 25

Table 2

品种 + 菌系 Cultivar + race 辉县红 + CY28 Huixianhong + CY28 牛朱特 + CY28 Niuzhute + CY28 杂种 46 + CY29 Hybrid46 + CY29 天选 882 + CY29 Tianxuan882 + CY29 HMC 2 . 33 1 . 89 1 . 96 2 . 00

24 H 1 . 13 0 . 89 1 . 07 1 . 00 HMC 2 . 33 2 . 40 2 . 27 2 . 13

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2 .2 . 3 寄主细胞坏死及其对菌落生长的影响 寄 主细胞坏死是不同抗性组合接种后所表现出的一种 普遍现象 (表 3) 。接种后 24 h 就可观察到散生于侵 染点周围坏死的叶肉细胞, 而且免疫组合中含坏死 叶肉细胞的侵染点比率明显高于近免疫组合。近免 疫组合中, 叶肉细胞坏死面积大, 发生频率及程度

高; 侵染点周围, 与侵染菌丝接触或不接触的寄主叶 肉细胞均可大面积坏死, 病菌的侵染结构常常被包 围在其中。完全免疫组合中寄主叶肉坏死面积并不 大,多数坏死细胞为初生吸器母细胞所接触或入侵 的细胞, 少数为邻近未受侵染的细胞。观察发现条 锈菌菌丝生长受抑与寄主细胞坏死密切相关,菌落

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线性生长受抑与寄主细胞坏死同步发生或寄主坏死 后 12 h 发生。在不同抗性组合中, 含坏死细胞的菌
表3 小麦与条锈菌不同组合中寄主细胞坏死对菌落生长的影响

落平均线性长度明显小于无坏死细胞的菌落, 这表 明寄主细胞坏死对抑制病原菌的生长有重要作用。

Table 3

Effects of host cell necrosis on growth of colony in different combinations between fungus race and wheat cultivar
接种后时间 Hours after inoculation(h) 牛朱特 + CY28 Niuzhute + CY28 42 . 9 78 . 9 82 . 4 86 . 9 96 . 5 24 . 80 33 . 00 38 . 00 45 . 33 74 . 00 25 . 60 29 . 60 31 . 38 37 . 80 62 . 67 杂种 46 + CY29 Hybrid46 + CY29 46 . 7 73 . 3 86 . 7 93 . 3 100 26 . 50 32 . 00 36 . 00 40 . 00 / 26 . 57 30 . 18 32 . 77 35 . 14 56 . 13 天选 882 + CY29 Tianxuan882 + CY29 88 . 2 92 . 3 90 . 0 100 100 26 . 00 27 . 69 32 . 00 / / 24 . 00 24 . 00 29 . 33 30 . 74 45 . 54

含坏死寄主细胞侵染点的百分率 Percentage of infection site (% ) with necrotic host cell

无寄主细胞坏死侵染点的菌落 平均线性长度 Average linear length of colony without necrotic host cells( m) ? 含坏死寄主细胞侵染点的菌落 平均线性长度 Average linear length of colony ( m) with necrotic host cells ?

24 36 48 72 96 24 36 48 72 96 24 36 48 72 96

2.3

病菌与寄主变化的超微结构特征 电镜观察发现在抗病品种上病菌不仅生长发育

内的惟一结构, 其主要功能是从寄主细胞内吸取发 育所需的营养物质。电镜观察发现, 在感病品种上 成熟的小麦条锈菌吸器由呈管状的吸器颈部和呈球 形的吸器体组成。在不同抗性组合上, 小麦条锈菌 病菌所形成的吸器形态异常、 发育受抑。根据吸器 发育受抑的程度和吸器畸形的特点, 可将吸器受抑 的类型分为两类。第一类为吸器发育早期受抑型, 吸器体一般不能正常膨大, 仅产生一些不规则的分 ; 枝而呈畸形 (图版Ⅲ-1) 第二类为吸器发育后期受 抑, 初形成的吸器其形态和结构正常, 但随进一步发 育, 吸器内出现一系列的异常变化, 其中包括吸器质 膜与细胞核质膜电子致密度加深、 原生质内液泡增 多且逐渐增大、 线粒体肿大破裂、 吸器外间质不规则 加宽并出现致密度深的物质, 吸器最终坏死而变成 畸形 (图版Ⅲ-2,) 3 。 2 .3 . 4 寄主细胞的变化 当条锈菌侵染不同抗病

受抑, 而且病菌的胞间菌丝、 吸器母细胞、 吸器在形 态和结构上也发生了一系列的变化, 同时寄主细胞 也产生了相应的结构防卫反应。 (接种后 2 .3 . 1 胞间菌丝体的变化 在接种初期 , 但菌丝细胞原生 48 h) 胞间菌丝的形态基本正常, 质的电子致密度加深, 液泡增多, 同时出现大量泡状 物 (图版Ⅰ-1 ~ 4) 。随后菌丝内液泡增大, 泡状物与 菌丝细胞质膜融和而沉积到菌丝壁上, 使得菌丝细 胞壁加厚, 同时菌丝细胞质开始紊乱, 线粒体肿胀, 菌丝质膜和细胞核膜染色加深, 细胞器部分解体。 到寄主症状明显时 (接种后 4 ~ 5 d) 菌丝细胞坏死 , , 畸形 (图版 Ⅱ-1 ~ 3) 细胞质完全解体或凝聚变黑, 菌丝细胞壁不规则增厚, 并且发现大量电子致密度 的物质从菌丝细胞渗出。 2 .3 . 2 吸器母细胞的变化 吸器母细胞通常位于 胞间菌丝的顶端, 其主要功能是产生入侵栓、 穿越寄 主细胞壁而在寄主细胞内形成吸器 (图版 Ⅰ-2) 。电 镜观察发现, 吸器母细胞的发育在不同抗性组合中 存在两种类型: 一部分吸器母细胞的形态结构正常, ; 可侵入寄主细胞并产生吸器 (图版 Ⅱ-4) 而另一部 分吸器母细胞的发育明显受抑, 吸器母细胞的原生 质和细胞器发生了类似于以上胞间菌丝细胞的不正 常变化, 而最终变为畸形 (图版Ⅱ-5) 丧失产生入侵 , 栓结构和吸器的能力。 2 .3 . 3 吸器的变化 吸器是锈菌形成于寄主细胞

品种后, 寄主细胞的反应较为复杂, 其抗病反应主要 涉及寄主细胞新的防卫结构的形成和寄主细胞的坏 死过程。电镜观察发现, 在感病小麦品种上, 当条锈 菌胞间菌丝在寄主细胞间扩展时, 寄主细胞通常无 明显反应, 其细胞器仍保持正常状态。然而, 当病菌 在抗病品种上扩展时, 寄主细胞通常可产生两种防 卫反应结构: 第一种是在与菌丝接触的寄主细胞内, 细胞壁与质膜间沉积出一层电子致密度高的物质, ; 即胞壁沉积物 (图版 Ⅲ-4) 第二种是在病菌穿过寄 主细胞壁处, 寄主细胞往往可分泌大量的胼胝质而 形成乳突结构, 同时寄主细胞可在吸器周围形成大

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量电子致密度高的物质, 将吸器完全包围起来, 从而 使得吸器体不能正常膨大而呈畸形, 并最终坏死 (图 版Ⅲ-1) 。 寄主细胞的坏死一般都发生在受侵细胞和侵染 点四周的细胞, 电镜观察发现在寄主细胞的坏死过 程中, 寄主细胞的质膜、 液泡膜、 叶绿体外膜的染色 程度首先加深, 随后细胞质致密度加深, 细胞器排列 紊乱、 松散, 最后细胞质凝集, 细胞器解体, 整个细胞 坏死畸形 (图版Ⅲ-5) 。同时坏死寄主细胞和坏死菌 丝的渗出物往往也可造成相邻寄主细胞的坏死。

的生长具有重要作用, 这表明在小麦条锈菌与小麦 这一体系中, 寄主过敏性坏死反应是小麦抗条锈性 的重要机制之一。关于导致过敏性反应的时间顺序 在不同的寄主-病菌体系中存在不同的观点。 Harder [1] 等 、 [15] 菜 Heath 曾分别研究了小麦与小麦秆锈菌、 豆与菜豆锈菌非亲和组合的超微结构, 指出寄主的 坏 死 与 锈 菌 吸 器 的 坏 死 几 乎 是 同 时 发 生; Skipp
[4] [14] 等 、 Rohringer 等 通过小麦抗锈近等基因系与小

麦秆锈菌互作的组织学和超微结构研究, 认为受侵 寄主细胞的坏死往往先于锈菌吸器的坏死。然而, 笔者通过对不同抗条锈性组合中的细胞学观察, 发 现吸器受抑或坏死时, 受侵寄主细胞大都基本正常, 未观察到吸器正常而寄主细胞坏死的情况, 故在小 麦与条锈菌非亲和组合中寄主细胞坏死晚于吸器坏 死, 而吸器的坏死可能是寄主细胞生理或生化代谢
[17] 影响的结果。 Prushy 等 从定性和定量方面分析

3

讨论
小麦对条锈病的低反应型抗性是目前小麦生产

中广泛应用的一类抗性。笔者采用荧光显微镜、 微 分干涉显微镜和电镜技术, 较系统地研究了此类抗 性的免疫和近免疫组合中病菌和寄主在组织学和超 微水平上的一系列变化特征, 所获结果有助于对寄 主的抗条锈机制有更深入的了解。 研究结果表明, 小麦条锈菌在感病品种和抗病 品种上的发育存在明显的差异。小麦低反应型抗性 组织学表现为病菌菌丝生长受抑, 菌落形成延迟或 败育, 病菌吸器母细胞和吸器形成量明显减少; 电镜 观察揭示出在抗病品种上, 病菌的胞间菌丝、 吸器细 胞和吸器在细胞和细胞亚水平均发生了一系异常变 化, 其中包括原生质的电子致密度加深, 细胞内液泡 增多变大, 菌丝细胞壁不规则增厚, 细胞器排列紊乱 及解体, 吸器母细胞及吸器丧失其生理功能, 病菌最 终畸形坏死。同时, 笔者还观察到抗病品种被条锈 菌侵染后, 寄主细胞防卫结构如胞壁沉积物、 胼胝质 的形成速率及在细胞中的分布范围远远高于受感染 的感病品种。病菌生长受抑的这些表现无疑是与寄 主抗病性的表达密切相关。小麦条锈菌与小麦非亲 和组合的这些组织学和细胞学特点与小麦秆锈病、 燕麦冠锈病、 谷子锈病及菜豆锈病体系中所报道的 结果基本一致
[1 ~ 5]

了燕麦冠锈菌与寄主间的互作关系, 发现寄主细胞 的坏死迟于吸器的坏死, 这一结果与小麦条锈病的 系统相类似。因此, 在锈菌与其寄主的互作过程中, 就寄主细胞与病菌吸器坏死间的顺序关系因病菌— 寄主、 及寄主所含抗性基因的不同而存在较大的差 异。那么, 寄主细胞过敏性坏死反应的分子机制是 否存在类似的差异值得进一步探索。 植物细胞受病原物侵染时在细胞壁与质膜所沉 积形成的胞壁沉积物 cell wall apposition) ( 是植物抵 [18, [20] 19] 。 Jacobs 在 御病菌侵染的重要防卫结构之一 研究慢锈性小麦对叶锈病的组织学抗性机制时发 现, 受侵小麦细胞形成的胞壁沉积物极为常见, 认为 胞壁沉积物的形成是小麦抗叶锈病的主要抗性机制 之一。笔者观察发现, 感病品种被小麦条锈菌侵染 后, 很难在被侵组织中观察到胞壁沉积物的形成, 然 而在被侵的低反应抗型的小麦品种上, 其被侵组织 中形成的胞壁沉积物不仅极普遍, 而且其厚度有时 远远大于寄主细胞壁, 同时坏死的寄主细胞及病菌 菌丝的渗出物也可以诱发相邻的寄主细胞形成胞壁 沉积物。最近, [21] 笔者 采用细胞化学和免疫细胞化 学方法就胞壁沉积物中的成分进行了定位分析, 发 现其内含有β , 葡聚糖、 纤维素和木质素等物质。 -1 3抗病小麦品种受条锈菌侵染形成的胞壁沉积物, 不 仅可加固寄主细胞壁对病菌侵入抗性的物理作用, 而且可阻碍病菌分泌的有毒物质向寄主细胞内扩 散。因此, 胞壁沉积物的形成可被认为是小麦抗条 锈性的重要结构防卫反应之一。 锈菌吸器是锈菌形成于寄主细胞内具有吸取营



过敏性坏死反应是典型的抗病性机制, 绝大多 数抗锈基因, 特别是低反应型抗锈基因多是通过过 敏性坏死反应来发挥作用的。各国学者多根据寄主 细胞坏死和锈菌发育受抑的时间顺序来评价寄主坏
[14] 死的作用 。笔者发现, 寄主细胞坏死就是低反应

型抗条锈性所表现出的一种普遍现象, 接种后 24 h 就可以观察到侵染点周围寄主叶肉细胞坏死的现 象, 并且含坏死细胞的菌落生长的受抑程度明显高 于无坏死细胞的菌落, 故寄主细胞坏死对抑制病菌

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养功能的特殊结构。在吸器形成过程中, 寄主细胞 通常向吸器颈部分泌胼胝质类物质,在小麦条锈菌 与小麦的亲和组合中, 胼胝质的分布一般不超过吸
[2, 器颈部与吸器体的交接部位 9] 。然而笔者研究发

黄丽丽, 李振岐 . 小麦对条锈菌入侵反应的超微结构 [ 9 ] 康振生, ( : 研究 . 西北农业学报, 1993, 3)25 - 28 . 2 Kang Z S,Huang L L, Z Q. Ultrastructure of wheat cell responses Li to invasion of wheat stripe rust . Acta Agriculturae Boreali-Occidentalis ( :25 - 28 .(in Chinese) 2 Sinica,1993, 3) [10] 康振生 . 植物病原真菌的超微结构 . 北京: 中国科学技术出 版社, . 1996 Kang Z S. Ultrastructure of Plant Pathogenic Fungi . Beijing: China Science and Technology Press,1996 .(in Chinese) 西北农 [11] 康振生,李振岐 . 罗夫林 10 常温致病新菌系的发现, 学院学报, 1984,4: - 28 . 18 Kang Z S,Li Z Q. Discovery of a normal T. type new pathogenic strain to Lovrin10 . Acta Cllegii Septentrionali Occidentali Agriculturae,1984,4:18 - 28 .(in Chinese) [12] 康振生, 商鸿生, 李振岐 . 小麦锈病组织荧光染色技术 . 植物 保护, 1993,(2)27 . 19 : Kang Z S,Shang H S,Li Z Q. Fluorescence staining technique of wheat rust tissue. Plant Protection,1993,(2)27 .(in Chinese) 19 : 康振生 . 介绍一种植物组织病理学研究的新方法, [13] 魏国荣, 植物保护,1996,(1)36 - 37 . 22 : Wei G R,Kang Z S. A new method for histological plant pathology. ( :36 - 37 .(in Chinese) Plant Protection,1996,22 1) [14] Heath M C. Host defence mechanisms against infection by rust fungi . In:Scott K J,Chakravorty Ak. eds. The Rust Fungi . London:Academic Press,1982:223 - 245 . [15] Heath M C,Heath I B. Ultrastructure of an immune and a susceptible reaction of cowpea leaves to rust infection. Physiological Plant Pathology,1971, 1:277 - 287 . [16] Rohringer R,Kim W K,Samborski D J. A histological study of interaction between avirulent races of stem rust and wheat containing resistance genes Sr6,Sr8,or Sr22 . Canadian Journal of Botany, 1979,57:324 - 331 . [17] Prusky D,Dinoor A,Jacoby B. The sequence of death of haustoria and host cells during the hypersensitive reaction of oat crown rust . Physiological Plant Pathology,1980, 33 - 40 . 17: [18] Smart M G. The plant cell wall as a barrier to fungal invasion. In: Colt G T,Hock H C. The Fungal Spore and Disease Initation in Plant and Animals . New York:Plenum Publication Corporation, 1991: - 65 . 47 [19] Kang Z S,Buchenauer H. Ultrastructural and immunocytochemical investigation of pathogen development and host responses in resistant and susceptible wheat skipes infected by Fusarium culmorum . Physiological and Molecular Plant Pathology,2000,57: - 268 . 255 [20] Jacobs T H. Huastorium formation and cell wall appositios in susceptible and partially resistant wheat and barley seedlings infected with wheat leaf rust . Journal of Phytopathology,1989, 127:250 - 261 . [21] Kang Z S,Huang L,Huchenauer H. Ultrastructural changes and localization of lignin and callose in compatible and incompatible interactions between wheat and Puccinia striiformis . Journal of Plant Dis( : eases and Protection,2002,109 1)25 - 37 . (责任编辑 王红艳)

现, 在抗病品种上胼胝质的沉积速率快、 分布广, 胼 胝质沉积不仅远远超过吸器颈部与吸器的交接部 位, 而且可将吸器体完全包围起来, 即在吸器外形成 了吸器鞘 Encasement) ( 。吸器鞘结构的形成, 不仅造 成吸器体不能正常膨大而呈畸形, 而且阻碍了吸器 体与寄主细胞质膜的直接接触, 这无疑影响到吸器 生理功能的发挥。因此, 吸器鞘的形成可被认为是 小麦抗条锈性的另一重要的结构防卫反应。 References
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