根皮苷是苹果属植物中特有的一种酚类物质,大量存在于叶片、果实和种子中,提取工艺简单,可获得性强,具有杀菌、抗氧化、抗癌、等多种重要的生物活力,在食品、医疗保健以及化妆品行业中广泛应用。但有关根皮苷能否直接抑制病原菌的生长并作为外源激发子诱导植物系统抗性反应的报道较少。因此,来自西北农林科技大学园艺学院的贺军花、马利菁和周会玲等人以体外接种B. cinerea研究根皮苷的抑菌作用,并通过分析发病过程中抗性相关酶活力和相关物质含量变化,探究根皮苷对苹果灰霉病的抑制作用,以期为根皮苷在采后病害抗性机理研究方面提供一定的理论依据。
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离体条件下根皮苷抑菌质量浓度的筛选
根皮苷处理组菌丝生长减慢,菌落直径小于对照组,且随着根皮苷质量浓度的增加,对B. cinerea的抑制能力也增强。接种后第3天,0.8、0.9 g/L和1.0 g/L根皮苷处理组没有菌落形成,对照组及0.5、0.6 g/L和0.7 g/L根皮苷处理组都有发病,但根皮苷处理组的菌落直径显着低于对照组,抑菌率分别为38%、59%和69%(P<0.05)。接种后第4天和第6天,0.8 g/L根皮苷处理组和0.9 g/L根皮苷处理组分别有可见菌落形成,到第9天,1.0 g/L根皮苷处理组也并未有可见菌落形成。由此可见,根皮苷能够直接抑制B. cinerea 的生长,当质量浓度达到1.0 g/L时可以完全抑制B. cinerea 孢子的萌发,无菌落形成。通过预实验筛选发现此质量浓度也是活体处理的最佳质量浓度,因此,选用1.0 g/L作为本实验根皮苷使用的质量浓度。
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根皮苷对苹果灰霉病的抑制作用
根皮苷处理对苹果采后灰霉病发病率和病斑直径扩展有显着的抑制作用(P<0.05),未经处理的果实在接种B. cinerea后发病率和病斑直径迅速增大,而处理组发病率和病斑直径增加较为缓慢。在接种后第1天,处理组和对照组均有发病,对照组发病率接近20%,而处理组不足3%,两者之间差异极显着(P<0.01)。其后,对照组发病率持续增加,接种后第5天,发病率已接近100%,而处理组发病率仅为61.1%,相比对照组降低了38.3%,差异极显着(P<0.05)。至观察后期,对照组全部发病,处理组发病率也继续增加,但仍没有全部发病,与对照组相比差异显着(P<0.05)。与发病率变化相似,接种B. cinerea后,对照组病斑直径显着高于处理组,在接种后第5天,对照组的病斑直径就达到了11.10 mm,而处理组为9.53 mm,两组相比差异显着(P<0.05)。其后,对照组的病斑直径迅速扩大,至测量后期达25.17 mm,而处理组病斑直径显着低于对照组(P<0.05),比对照减小了4.53 mm。可见根皮苷处理可以有效降低苹果采后灰霉病的发生率,并抑制病斑直径的扩展。
03
根皮苷对果实抗性相关酶活力的影响
经过根皮苷处理的果实PAL活力整体较对照组高,且两组酶活力都呈先升高后降低的趋势。在0.5 d时,对照组和处理组都达到一个小高峰,对照组酶活力为304.9 U/(h·g),处理组比对照组约高34.2 U/(h·g),两组差异极显着(P<0.01)。之后对照组和处理组的PAL活力均有所降低,在1.5 d时同时下降到一个极小值,但处理组酶活力仍较对照组高25.3%,两者之间差异极显着(P<0.01)。之后PAL活力又开始增加,并在2 d时达到峰值,后期缓慢下降,并趋于平缓。因此认为,根皮苷作为外源激发子可有效诱导苹果果实PAL活力的增加,以更好抵御灰霉菌入侵。
处理组POD活力显着高于对照组(P<0.05),且两组酶活力在整个时期都基本呈上升趋势,在0.5 d时同时达到一个小峰值,之后酶活力基本保持不变,在3 d后两组酶活力均迅速增加,处理组在7 d上升到峰值,比此时对照组酶活力高38.0%,两者之间差异极显着(P<0.01)。可见,外源根皮苷的使用可有效诱导POD活力的增加,以消除活性氧对果实细胞的伤害,并促进木质素的合成。
在整个观察期,PPO活力整体呈现先降低再上升后下降的趋势,且处理组PPO活力始终较对照组高。在1.5 d时处理组PPO活力达到峰值,较此时对照组的酶活力高94.4%,两组之间差异极显着(P<0.01)。之后酶活力开始下降,到7 d后又有上升的趋势。1 d时对照组PPO活力上升到一个峰值,仍然较此时的处理组酶活力低,两组之间差异显着(P<0.05)。因此认为,根皮苷处理可显着诱导PPO活力的增加,促进醌类物质的积累,抵御病害的胁迫。
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根皮苷对果实抗性相关物质含量的影响
总酚和类黄酮是植物体内直接的抑菌物质,其含量的变化代表着植物对外界刺激的应答能力。经过根皮苷处理的果实中总酚含量整体高于对照组。在接种B. cinerea后,处理组总酚含量上升较快,1.5 d达到一个峰值,此时处理组的总酚含量极显着高于对照组(P<0.01)。之后处理组的总酚含量有所下降,5 d时出现一个极小值,然后呈上升-下降的波动趋势。而对照组总酚含量整体呈缓慢上升的趋势,在后期略有下降,再缓慢上升,至观察末期仍有上升的趋势。
与总酚含量变化相似,根皮苷处理组的类黄酮含量整体较对照组高,且处理组和对照组类黄酮含量总体呈现先升高后降低再升高的趋势。处理组类黄酮含量在最初就较对照组高,其后两组类黄酮含量都有所增加,至接种1 d,处理组类黄酮含量达到一个峰值,较此时对照组类黄酮含量高18.0%,之间差异极显着(P<0.01)。其后处理组和对照组类黄酮含量都有所下降,但处理组含量仍较对照组高。在2 d时,处理组和对照组类黄酮含量都下降到一个较低水平,之后又开始上升,虽然对照组较处理组上升快,但之间并无显着差异(P>0.01)。由此可见,根皮苷处理可有效增加果实体内总酚和类黄酮的积累。
木质素作为植物防御系统的重要组成成分,在强固细胞壁和增加抗性上起十分重要的作用。经过根皮苷处理的果实木质素含量在整个观察期都较对照组高,两者都是先升高到一个峰值,再下降后又升高。根皮苷处理组在1.5 d时木质素含量积累到一个最大水平,比此时对照组木质素含量高约69.5%,两者之间差异极显着(P<0.01)。其后木质素的积累逐渐减少,在第5天减少到一个极小值后又开始增加,并在观察末期达到与峰值接近的水平。对照组在2 d时达到一个极大值,之后迅速下降,第5天开始,木质素含量又快速积累,至第9天时上升到一个略低于处理组的水平。可见根皮苷处理可有效增加果实木质素的含量,以更好抵御灰霉病入侵。
处理组和对照组H2O2含量整体呈现先上升后下降的趋势,且处理组H2O2含量整体较对照组低。接菌后处理组H2O2含量开始上升,在1 d时达到峰值,与此时对照组的H2O2含量基本相同,之后处理组H2O2含量开始下降,而对照组继续上升,在1.5 d时达到一个峰值,较此时处理组含量高4.40 μmol/g,两组之间差异极显着(P<0.01)。其后处理组和对照组H2O2含量都呈现上升-下降的波动趋势。因此认为,根皮苷处理可有效降低H2O2的生成,降低膜脂过氧化程度,减缓果实的衰老死亡过程。
结 论
根皮苷可直接抑制灰霉菌的体外生长,1.0g/L的根皮苷处理可显着降低采后果实的发病率和抑制病斑直径的扩展(P<0.05),并诱导果肉苯丙氨酸解氨酶、过氧化物酶和多酚氧化酶活力的升高,促进总酚、类黄酮和木质素的积累,同时降低了H2O2的含量,果实抗性提高。结果可为根皮苷对采后病害抗性的机理研究提供理论依据。