玉米南方锈病的分子检测与玉米抗病性机制的研究

论文摘要

玉米南方锈病（Puccinia polysora Underw.）是近年来在我国发生明显呈上升趋势的病害,对我国玉米生产造成严重的威胁。为了研究玉米南方锈病流行规律以及抗病机制,本试验开展了病菌特异性检测的技术研究,并通过曲利苯兰透明染色法对南方锈菌侵染不同抗病性玉米自交系的组织病理学进行了研究,同时对玉米不同抗病性自交系在苗期进行接种后的生理生化指标进行了测定。找出了与玉米抗南方锈病相关的生理生化指标。本研究主要结果如下:1利用真菌的ITS通用引物ITS1-F和ITS4-B对玉米南方锈菌DNA进行扩增,经过回收、克隆、测序,获得病菌DNA的一段905 bp的DNA片段。用软件primer 5设计了一对特异性引物用于对南方锈菌的分子检测。用此对引物对常见的几种玉米病原真菌与健康植株组织DNA进行扩增,结果只有以南方锈菌基因组DNA为模板的反应体系能扩增出一条356bp的特异性条带,其余基因组DNA模板均无扩增产物产生。表明此特异性引物可以用于玉米组织内南方锈菌的分子检测及病害的早期诊断。经灵敏度试验测定表明,该对引物可以检测到10 pg/uL的P. polysora基因组DNA。2采用曲利苯兰透明染色法,以4个玉米自交系为材料,研究了玉米南方锈病菌在不同抗病性品种上侵染过程的组织学特征。结果表明,南方锈病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、吸器产生、菌丝在细胞间扩展。在不同抗病性的玉米材料上,病菌孢子萌发和芽管形成差别不明显,但侵入后的病菌在不同抗病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,病菌初生菌丝、吸器母细胞、次生菌丝的形成时间推迟,吸器少,菌丝分枝少,菌丝生长缓慢。3抗感自交系经过接种处理后,可溶性蛋白含量都有所下降,与抗病性之间无明显相关性。感病自交系体内可溶性糖含量始终高于抗病自交系。游离脯氨酸含量与苯丙氨酸解氨酶（PAL）酶活在抗病自交系体内增加幅度高于感病自交系。多酚氧化酶（PPO）酶活在抗感自交系体内变化规律与抗病性之间无明显的相关性。抗病自交系体内超氧化物歧化酶（SOD）与过氧化物酶（POD）酶活增幅高于感病自交系,且能长时间维持在较高水平。抗病自交系体内过氧化氢酶（CAT）酶活始终高于对照和感病自交系。因此在玉米苗期,其叶片内可溶性糖和游离脯氨酸含量、PAL、SOD、POD及CAT酶活可作为玉米抗南方锈病的生化指标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 玉米南方锈病研究概况
• 1.1.1 玉米锈病简介
• 1.1.2 玉米南方锈病的危害
• 1.1.3 玉米南方锈病的症状及发生侵染研究
• 1.1.4 玉米南方锈病生理小种研究
• 1.1.5 玉米南方锈病的防治
• 1.2 ITS 序列在真菌病害分子检测中的应用
• 1.2.1 ITS 序列结构及其引物
• 1.2.2 在病原菌分子检测中ITS 基因序列的应用
• 1.3 作物抗病性的组织病理学研究
• 1.4 作物抗病性相关的细胞代谢研究
• 1.4.1 可溶性蛋白
• 1.4.2 可溶性糖
• 1.4.3 游离脯氨酸
• 1.4.4 苯丙氨酸解氨酶（PAL）
• 1.4.5 多酚氧化酶（PPO）
• 1.4.6 超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）
• 1.5 研究的目的与意义
• 第二章 玉米南方锈菌的分子检测技术研究与应用
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 样本材料
• 2.1.2 试验试剂及培养基
• 2.1.3 试验所用主要仪器
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 南方锈菌夏孢子的收集
• 2.2.2 DNA 提取
• 2.2.3 ITS 通用引物的合成
• 2.2.4 南方锈菌ITS 的PCR 扩增
• 2.2.5 琼脂糖凝胶电泳检测及成像
• 2.2.6 PCR 产物克隆
• 2.2.7 ITS 序列的测定与分析
• 2.3 病原菌快速分子检测技术的开发
• 2.3.1 供试菌株
• 2.3.2 特异性引物的专一性检测
• 2.3.3 ITS 序列比对
• 2.3.4 特异性引物的灵敏度测定
• 2.4 黄淮海地区南方锈病发生监测
• 2.5 结果与分析
• 2.5.1 真菌 ITS 通用引物 ITS1-F/ITS4-B 的扩增结果
• 2.5.2 玉米南方锈菌ITS 序列的获得
• 2.5.3 特异性引物的设计
• 2.5.4 引物的特异性检测
• 2.5.5 ITS 序列比对分析
• 2.5.6 引物的灵敏度检测
• 2.5.7 黄淮海地区南方锈病发生监测
• 第三章 玉米抗南方锈病机制的研究
• 3.1 玉米-南方锈菌互作过程中的组织病理学
• 3.1.1 试验材料
• 3.1.2 试验方法
• 3.1.3 结果与分析
• 3.2 玉米-南方锈菌互作过程中的生理生化指标的测定
• 3.2.1 试验材料
• 3.2.2 试验方法
• 3.2.3 结果与分析
• 第四章 讨论
• 4.1 南方锈菌的特异性引物的设计和快速分子检测技术的研究
• 4.2 玉米抗南方锈病机理的研究
• 4.3 玉米品种抗南方锈病的生理生化机制
• 4.3.1 可溶性蛋白
• 4.3.2 可溶性糖
• 4.3.3 游离脯氨酸
• 4.3.4 苯丙氨酸解氨酶（PAL）
• 4.3.5 多酚氧化酶（PPO）
• 4.3.6 超氧化物歧化酶（SOD）
• 4.3.7 过氧化物酶（POD）
• 4.3.8 过氧化氢酶（CAT）
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介