病原生物的致病因子

1、第二章 病原生物的致病因子在適宜環(huán)境條件下，病原物對寄主植物致病能力大小取決于它們所具有致病因子多少和活性大小。病菌致病因子：酶、毒素、激素。近年來，人們試圖利用生物工程和基因工程手段研制各種酶、毒素的抑制因子或進行病菌致病基因改良、抗病突變體篩選等工作，探索防病、治病新途徑。目前，從許多病原細菌中克隆出來的hrp基因，是病原菌對寄主的致病性和誘導非寄主植物產(chǎn)生過敏性反應（HR）必須的基因，具有病菌與植物互作的核心功能。病原菌的致病因子的致病機理甚為復雜，首先要有對致病因子的性質的了解，才能考慮與寄主植物間的互作關系。所以必須建立在對病菌產(chǎn)生的酶、毒素、激素的本質及其作用機制的了解的基礎上才能

2、有效、有目的的提供分子生物學、分子遺傳學的研究理論依據(jù)。因此，本章將系統(tǒng)介紹病原物產(chǎn)生的酶、毒素、激素的主要種類及其在病程中的作用機理。第一節(jié) 酶病原菌侵入寄主植物表皮和細胞需要各種酶，其中最主要的是：角質酶和細胞壁降解酶（果膠酶、半纖維素酶、纖維素酶、木質素降解酶和蛋白酶等）。一、角質酶植物體地上部分表皮的最外層是角質層，它主要是由直鏈的C16和C18羥基脂肪酸衍生出的難溶性多脂類化合物構成的角質組成。病原真菌直接侵入時用以突破這第一道屏障的酶就是角質酶。主要從病原真菌分離得到，表2-1列出檢測到的7屬12種真菌產(chǎn)生角質酶。表2-1 有角質酶活性的病原菌及其病害（7屬12種）病菌寄主病害豌豆

3、根腐鐮孢（Fusarium solani pisi）豌豆豌豆根腐病南瓜粉紅鐮孢（F. roseum sambucinum）南瓜南瓜赤霉病小麥黃色鐮孢（F. roseum culmorum）小麥小麥赤霉病大麥根腐長蠕孢（Helminthosporium sativum）大麥大麥根腐病馬鈴薯瘡痂菌（Streptomyces scabies）馬鈴薯馬鈴薯瘡痂病盤長孢狀刺盤孢（Colletotrichum gloeosporioides）番木瓜番木瓜炭疽病辣椒刺盤孢（C. capsici）辣椒辣椒炭疽病禾生刺盤孢（C. graminicolum）玉米玉米炭疽病惡疫霉（Phytophthora cact

4、orum）蘋果蘋果疫病灰葡萄孢霉（Botrytis cinerea）蘋果蘋果灰霉病灰葡萄孢霉（B. cinerea）番茄番茄灰霉病蘋果黑星菌（Venturia inequalis）蘋果蘋果黑星?。ㄒ唬┙琴|酶分子特性1、一般特性 酯酶 具同工酶（同工酶是指催化相同的化學反應,而酶蛋白的分子結構、理化性質乃至免疫學性質不同的一組酶。），如F. solani pisi 有2個同工酶。 不同病菌角質酶氨基酸組成基本相同：均含有1個蛋氨酸（Met）、1個組氨酸（His）、1個色氨酸（Trp）； 分子量：2226kDa 角質酶：C端游離，N端不是游離（N端氨基酸通過酰胺鍵與葡萄糖醛酸連結，助于酶在胞外穩(wěn)定

5、）2、催化特性 水解角質多聚體寡聚體單體 活性中心：三分體結構（三個基團）：絲氨酸殘基上（羥基、羧基）和組氨酸（咪唑基） 實驗設計：可通過抑制酶活性中心，來抑制酶的活性（二）角質酶在病菌直接侵入中的作用實驗設計前提：已證實病菌可在離體下誘導產(chǎn)生角質酶?？蒲泄ぷ髡邚恼T導或抑制角質酶的產(chǎn)生來證實病菌角質酶對寄主植物的作用。1、侵入位點的確定（實驗設計）利用免疫技術和電鏡觀察：病菌孢子接種寄主；侵入后用角質酶抗血清處理侵入部位；電鏡觀察：侵入部位電子密集（抗原-抗體復合體：角質酶與抗血清結合）；證明角質酶存在。如利用茄腐皮鐮孢豌豆專化型菌(Fusarium solani f.sp.pisi)和膠孢炭

6、疽菌(Colletotrichum gloeosporioides)分別侵入豌豆和番木瓜的侵入位點都已發(fā)現(xiàn)了角質酶。2、鈍化角質酶阻止病菌侵入實驗設計：角質酶抗血清和酶抑制因子與病菌孢子懸液混合，病菌角質酶活性被鈍化，說明病菌產(chǎn)生角質酶。例子：克瘟散、苯來特殺菌劑在離體條件下抑制角質酶活性，阻止病菌侵染。3、角質酶缺失突變株的產(chǎn)生實驗設計：病原菌（用紫外線/化學藥劑處理）角質酶缺失突變菌株（接種）表皮完整植株不發(fā)病 （接種）表皮損傷植株發(fā)病，產(chǎn)生病斑說明：病菌是依靠角質酶進行侵染的。4、角質酶缺失突變株致病力的恢復如果病菌是依靠角質酶侵染植物表皮的，那么在病菌角質酶缺失突變株中加入外源角質酶應

7、該能恢復其致病力。例子：F. solani pisi：T-8對豌豆完整/損傷莖表皮的致病力均高、萌發(fā)孢子產(chǎn)生角質酶多； 突變株：T-30僅對表皮損傷豌豆莖致病、產(chǎn)生角質酶少。 突變株T-30：+角質酶致病力不如T-8； +角質酶&纖維素酶、果膠酶、果膠甲脂酶與T-8致病力一致。說明：突變株T-30缺少一套完整的侵入酶系：角質酶、細胞壁降解酶。二、果膠降解酶（屬于細胞壁降解酶類）（一）果膠酶（pectinase）的種類和一般特性果膠酶是一組復合酶，主要作用于果膠類物質，降解植物細胞壁果膠成分所引起的病害有軟腐、干腐、枯萎、葉斑等。根據(jù)分解糖苷鍵反應性質分以下5種：1、果膠甲基酯酶（pectin

8、methylesterase，PME/PE） PME催化功能：將果膠或果膠酯酸的甲氧基脫掉產(chǎn)生膠酸； PME具同工酶：從灰葡萄孢（Botrytis cinerea）分離到PE、PE； PME能被金屬離子激活：如Na+、Ca2+。2、果膠酸酯裂解酶（pectate lyase，PL）和果膠裂解酶（pectin lyase，PML）這兩種酶均屬裂解酶：能裂解果膠分子中連接半乳糖醛酸的-1，4糖苷鍵，稱為反式消除酶（transeliminase），它作用于酸性多聚糖殘基從而生成不飽和（C4、C5間形成不飽和鍵）的酸性寡糖。同時這兩種酶易被二價陽離子激活，如Ca2+。3、多聚半乳糖醛酸酶（polyga

9、lacturonase，PG）和果膠甲基半乳糖醛酸酶（pectin methyl-galacturonase，PMG）PG和PMG都是水解作用分解果膠物質-1，4糖苷鍵，釋放出還原基團。兩種酶均有同工酶。（二）果膠酶的致病作用1、果膠酶引起的病害癥狀（軟腐、基腐、維管束枯萎等）軟腐：被侵染的新鮮薄壁組織變軟，呈水漬狀，無色或變褐。 蘋果灰星病菌（褐腐）：引起褐腐，PG降解寄主細胞壁的同時，病組織多酚氧化酶活性提高，寄主酚類物質被氧化成醌類物質而產(chǎn)生褐腐癥狀，接著酚類氧化產(chǎn)物又鈍化病菌的PG，阻止細胞壁的進一步降解。 擴展青霉（白腐）：由于寄主多酚氧化酶的活性受抑。維管束病害：維管束紋孔膜板初生

10、細胞壁中膠層復合體被酶解后，釋放凝膠堵塞導管造成枯萎；而酚類物質有時與凝膠交聯(lián)，使維管束變褐。果膠酶能引起維管束枯萎，但并不意味果膠酶是導致枯萎的唯一因素，UV也可以引起維管束病害。2、專性寄生菌產(chǎn)生的細胞壁降解酶腐生和專性寄生菌降解寄主細胞壁的程度不同：一般專性寄生菌降解細胞壁程度較弱，因為專性寄生菌產(chǎn)生細胞壁降解酶的種類、數(shù)量、時間受到更為嚴格的控制，所以專性寄生菌侵染的寄主組織不能很快消解與崩潰。3、果膠酶引起的組織浸解和原生質體死亡組織浸解和原生質體死亡的酶學基礎是揭示軟腐病菌侵染機制的關鍵。 浸解作用：病原菌產(chǎn)生的果膠酶將粘連植物細胞間的果膠多糖物質降解，使寄主組織細胞彼此分離，組織

11、軟化呈水漬狀。 原生質體死亡原因： 果膠酶中有毒素； 果膠酶中含磷脂酶、蛋白酶、核糖核酸酶等，能使細胞死亡； 果膠酶除有酶活作用外，還有毒殺作用； 細胞壁經(jīng)果膠酶分解后，細胞壁降解產(chǎn)物對細胞有毒； 細胞壁經(jīng)果膠酶作用釋放某些酶（主要是酚類氧化酶）及其酶解產(chǎn)物對原生質體有毒； 果膠酶可以和細胞膜或原生質體的糖醛酸起作用；滲透效應假說：細胞壁因胞間中膠層及多糖組分受果膠酶降解，使初生壁松弛，壁壓下降，原生質膜在低滲中改變了彈性伸長結構，透性增大，隨著質膜超過彈性極限而導致原生質體死亡。（三）果膠酶和其他因子的協(xié)同作用1、果膠酶與其他細胞壁降解酶的協(xié)同作用 病菌產(chǎn)生降解寄主細胞壁的酶有時間順序：果膠

12、酶半纖維素酶纖維素酶如黃萎輪枝菌（Verticillium albo-atrum）侵染番茄莖部，其受降解酶降解的時間順序：PG（多聚半乳糖醛酸酶）PGTE（PG反式消除酶）阿拉伯聚糖苷酶（半纖維素酶）木聚糖酶（半纖維素酶）Cx（纖維素酶）。所以細胞壁完全降解需要這些酶在時間上相互配合。 研究表明：細胞壁降解酶產(chǎn)生順序與寄主細胞壁內各種多糖的分布有一定關系。一種果膠酶的作用可以促進另一種或一些細胞壁降解酶的作用。 細胞壁中的主要成份鼠李糖半乳糖苷部分降解，能促進其他酶對底物的降解作用。如endo PG（內切PG，隨機作用于底物）和endo PGTE首先進攻植物細胞壁，松弛其結構，使細胞壁其他成分

13、暴露于其他降解酶作用之下，常稱他們?yōu)椤氨谛揎椕浮被颉凹毎诟男悦浮睂嶒烌炞C：桐葉槭離體細胞壁：真菌內切葡聚糖酶（纖維素酶）+endo PG釋放1%壁多糖; 桐葉槭離體細胞壁：endo PG+內切葡聚糖酶釋放10-15%多糖。2、果膠酶與蛋白酶的協(xié)同作用 蛋白酶可把細胞壁中蛋白質成分降解。 如瓜枝孢霉產(chǎn)生的蛋白酶與降解黃瓜下胚軸的果膠酶協(xié)同降解細胞壁。 endo PG+蛋白酶粗提液在30-60min內浸解組織； 果膠酶+纖維素酶需2-3h； 蛋白酶+纖維素酶在24h內未能浸解組織。 酶液處理桐葉槭細胞壁：蛋白酶處理：溶解細胞壁物質0.3%； endo PG處理細胞壁蛋白酶溶解物質達2%。3、果膠

14、酶活性與寄主組織酸度變化的關系病菌的一些代謝產(chǎn)物不僅本身對寄主有破壞作用，而且在浸解過程中與endo PG協(xié)同作用。如核盤菌（Sclerotinia sclerotiorum）侵染向日葵過程中，病菌代謝產(chǎn)物草酸促進了endo PG降解細胞壁，原因： 草酸螯合了寄主細胞內的鈣離子，增強果膠物質的可溶性，使更易降解； 草酸降低了被侵染組織的pH，使寄主組織酸度更適合于果膠水解酶的活性。4、果膠酶活性與誘導寄主保衛(wèi)反應的關系果膠酶不僅是病菌侵襲植物的手段，而且還能誘導寄主發(fā)生保衛(wèi)反應。如：甘薯軟腐病菌（Rhizopus stolonifer）的PG可誘導蓖麻幼苗產(chǎn)生蓖麻素； 核盤菌產(chǎn)生的PG和草酸能

15、激發(fā)大豆胚軸產(chǎn)生大豆素I。（四）果膠酶活性與病菌致病力的關系國內外學者對果膠酶與致病力的關系大致有三種觀點：1、病原菌致病力與病原體外產(chǎn)生的果膠酶的能力相關。實驗證據(jù)：Friedman & Ceponis用UV誘導馬鈴薯軟腐病菌（E. carotovora）產(chǎn)生弱毒株系突變體，u 培養(yǎng)液（有毒株系）處理組織片段：32min后組織崩解；u 培養(yǎng)液（無毒株系）處理組織：需要72min。u 有毒株系培養(yǎng)液處理的組織內累積的半乳糖醛酸單體是弱毒株系的4.5倍，說明有毒株系的培養(yǎng)液具有較強斷裂果膠鏈的活性。2、活體外產(chǎn)生的果膠酶能力與病菌致病力無關如P. aphanidermatum侵染的黃瓜腐爛組織中

16、分離的果膠酶才能使黃瓜組織軟化。只有在活體條件下，病菌的細胞壁降解酶（果膠酶為主）綜合作用與病菌致病力正相關。3、活體內產(chǎn)生的果膠酶活性也不一定與致病力相關，原因如下： 因為病菌產(chǎn)生的機械壓力在侵入過程中相當重要； 寄主體外產(chǎn)生果膠酶實驗與自然發(fā)病條件相差甚遠，在植物體內不一定能產(chǎn)生果膠酶； 活體內實驗產(chǎn)生果膠酶比較接近自然，但不同致病力菌株在寄主內產(chǎn)生果膠酶能力也受外界和植株本身因素的影響； 另外有些病害中果膠酶與致病力無關，果膠酶只是病害復合致病因素之一。（五）影響病菌果膠酶活性的因子影響果膠酶活性的因素與寄主抗性機制密切相關，所以它是世界科學家感興趣的課題。1、草酸的影響許多葉斑、根莖腐

17、爛病菌能夠產(chǎn)生草酸。草酸能激活果膠酶活性的原因： 草酸降低寄主pH，使寄主的pH有利于果膠酶活動；如核盤菌侵染向日葵，莖的酸度由pH6.0下降到pH4.0，這與果膠水解酶類（PG，PMG）酶活最適pH5.5最接近。 草酸能螯合植物細胞壁中Ca2+，使細胞壁內不易分解的不溶性果膠鈣轉變成易水解的可溶性果膠酸； 草酸能抑制多酚氧化酶活性，限制氧化的酚類物質形成，使果膠酶活性加強，加重病害。2、寄主外滲物的影響 寄主植物器官分泌化學物質（如半胱氨酸、亮氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸等）促進病菌生長，誘導病菌果膠酶產(chǎn)生； 如對棉花黃萎病菌敏感的棉花品種，根部外滲物含大量丙氨酸能誘導輪枝菌產(chǎn)生多聚半乳糖

18、醛酸內切酶 有時氨基酸不是直接誘導病菌產(chǎn)生果膠酶，而是通過抵消酚類物（醌）對果膠酶產(chǎn)生的抑制作用而發(fā)揮誘導作用； 外滲物中多糖類物質也能誘導病菌產(chǎn)生果膠酶。 如棉花下胚軸和種子外滲物含大量多聚半乳糖醛酸，能增強誘導R.solani產(chǎn)生果膠酶的作用。3、酚類物質和單寧酸的影響 酚類氧化產(chǎn)物醌能抑制果膠酶活性；氧化的酚類物質對病菌果膠酶的鈍化作用主要是氧化酶的巰基（-SH）。如馬鈴薯、菜豆、蘋果和梨汁液中有醌能抑制番茄枯萎菌果膠酶活性。香草醛、間苯三酚、鄰苯二酚都能抑制尖鐮孢和串珠鐮孢產(chǎn)生的果膠酶（PG和PMG）及纖維素酶（Cx）的合成。寄主酚類物質代謝可能是限制葉斑面積的因素之一。 B. fab

19、ae 的果膠酶和纖維素酶降解細胞壁多糖，釋放低分子量細胞壁成分激活潛在寄主酚類氧化酶從而使寄主細胞內酚類物質氧化，氧化的酚類能鈍化病菌細胞壁降解酶，限制果膠酶在寄主組織內的擴展。4、二價陽離子的影響Ca2+、Ba2+可以抑制PG的活性，由于寄主植物細胞壁內含有可溶性果膠酸，能和Ca2+或Ba2+形成不溶性的果膠酸鹽類的多聚體，具有抗病菌侵染的功能。如菜豆下胚軸隨苗齡增加而不溶性果膠酸鈣也增加，抗R. solani PG浸解能力增強。在Ca2+充足條件下生長的番茄植株Ca2+含量增加，可溶性果膠減少，抗病性也增強。生長調節(jié)劑（IAA）和Ca2+協(xié)同作用時才能誘導植物的抗性，因IAA可以使細胞壁果

20、膠脫甲基形成果膠酸，果膠酸則易和Ca2+形成抗降解的果膠酸鈣。二價陽離子在較低濃度（Ca2+1.5%mmol/L）下可激活PG，植物感病性也增加。5、木質素的影響 木質素是由酚類化合物的聚合物和一些醇酸組成，在細胞壁多糖分子和蛋白分子外側形成一層膜，使之免受病菌細胞壁降解酶分解，從而抵抗病菌侵入。6、寄主抑制因子的影響在許多寄主（菜豆、黃瓜、辣椒、番茄、蘋果、梨）組織和細胞壁內有果膠酶抑制因子，經(jīng)鑒定是一種糖蛋白，它以共價鍵、離子鍵或其他化學力與細胞壁結合。對果膠酶（endo PG、PGTE）有抑制作用，并具?；浴Ｈ缭诶婀麑嵵邪l(fā)現(xiàn)PG抑制因子，果實未成熟時該因子含量高，成熟時由于細胞壁上抑制

21、因子結合位點消失，導致抑制因子大大減少，所以果實發(fā)育后期抗病能力也下降。可見，抑制因子對酶的抑制作用需要達到一定的數(shù)量才行。（六）胞壁成分和結構對果膠酶親和性的影響1、胞壁多糖成分單、雙子葉植物細胞壁對細胞壁降解酶的親和性不同。如：endo PGTE降解菜豆細胞壁比降解水稻細胞壁有效；木糖苷酶降解玉米細胞壁比降解菜豆細胞壁有效；不同品種的植物對細胞壁降解酶抗性的強弱要取決于細胞壁多糖的成分和類型，還涉及細胞壁其他成分及其結構。Cell壁成熟過程中伴隨細胞壁的變化：果膠轉變?yōu)槎嗑郯肴樘侨┧徕}，單糖按比例變化（半乳糖減少，木糖增加）和發(fā)生木質化、木栓化等；所以成熟組織抗病性表現(xiàn)為細胞壁對細胞壁降解

22、酶的抗性，如菜豆對R. solani的抗性。但果實細胞壁多糖的變化與上述過程相反，隨著年齡的增加，可溶性果膠增加，對病菌侵染愈加敏感。2、酶的抑制和細胞壁的螯合細胞壁中的蛋白質有很強的能力以離子鍵與病菌PG結合，通常病菌PG易與親和寄主細胞壁?；越Y合，而不能與非寄主細胞壁結合，意味著對PG活性的限制有利于植物抗病。在離子強度和pH適宜時，果膠酶易被細胞壁束縛（如pH4.0，尖鐮孢PGTE被豌豆細胞壁束縛98%），從而限制了侵入菌絲附近細胞壁的降解。3、胞壁多孔性酶體積大小決定于它在寄主體的位置（胞間、胞壁束縛或胞外）及在寄主細胞壁內的活性。纖維素酶主要降解次生壁，因為多數(shù)真菌的纖維素酶（=6

23、0）比次生壁毛細管（d40 ）大?？偨Y：病菌果膠酶需協(xié)同其他酶系綜合影響植物達到植物發(fā)病。展望：影響果膠酶活性的因子很復雜，需要深入研究酶與植物細胞間的識別才能明確它的致病機理。三、半纖維素降解酶半纖維素酶（hemicellulase）是代表專一性降解半纖維素的一組酶類，屬于聚糖水解酶。1. 典型半纖維素酶包括：L-阿拉伯聚糖酶 D-半乳聚糖酶 D-甘露糖酶 D-木聚糖酶：按水解糖苷鍵不同分：（13）-D-木聚糖酶 （14）-D-木聚糖酶2. 半纖維素酶在病程中的作用：主要對寄主植物胞壁多糖的中性糖即甘露糖進行降解。許多半纖維素的完全降解需要復合酶系統(tǒng)。四、纖維素酶（cellulase）1、纖

24、維素酶是一組復合酶，至今發(fā)現(xiàn)4種纖維素酶：C1酶（1,4-D葡聚糖內切酶）：作用于分子鏈間鍵，天然結晶纖維素非結晶纖維素（葡聚糖鏈）；C2酶：天然纖維素短纖維。 Cx（-1,4-內切-葡聚糖酶）：裂解氫鍵和糖苷鍵，使葡聚糖鏈、纖維素短鏈纖維二糖；-葡萄糖苷酶（纖維二糖酶）：纖維二糖葡萄糖；單一種酶對天然纖維素均無作用，需要幾種酶構成一個協(xié)同系統(tǒng)。上述4種酶一旦結合在一起，便可把天然纖維素降解成葡萄糖。2、纖維素酶的抑制劑：重金屬去垢劑、巰基試劑、纖維二糖等。關于纖維素酶在病程中作用研究較少，一般纖維素酶的活性常出現(xiàn)在侵染后期。五、蛋白酶（proteinase）植物細胞次生壁、中膠層、細胞膜中含

25、有蛋白質，許多植物病原微生物能產(chǎn)生蛋白酶，并已在病組織中分離到。1、水解酶：水解肽鍵 2、分類（根據(jù)活性部位的催化機制）： 絲氨酸蛋白酶：活性位點上含絲氨酸； 硫醇蛋白酶：活性位點上含半胱氨酸； 金屬蛋白酶：活性位點上結合有金屬離子，如Mg2+、Mn2+、Zn2+、Fe2+； 酸性蛋白酶：活性位點上含羥基。3、蛋白酶與果膠酶協(xié)同起作用：如胡蘿卜軟腐歐氏桿菌引起軟腐病中，果膠酶降解植物細胞壁中果膠物質，蛋白酶降解植物細胞壁和膜內的蛋白質。展望：目前對蛋白酶在病程中作用研究僅以活體外研究為基礎，因此必須進一步研究活體內產(chǎn)生蛋白酶與病程的關系。第二節(jié) 毒 素一、毒素概念及特性（一）概念：毒素(tox

26、in)是植物病原物在生長代謝過程中產(chǎn)生的，能在非常低的濃度范圍內干擾植物正常生理功能并引起明顯損傷，對植物病害有誘導作用的非酶類化合物。（二）毒素特性：毒素是病原物的代謝產(chǎn)物，但不屬于酶類物質；不僅在植物體內產(chǎn)生，也可在人工培養(yǎng)條件下產(chǎn)生；是一種非常高效的致病物質，能在很低的濃度下干擾植物正常生理功能，誘發(fā)植物產(chǎn)生各種病狀：褪色、壞死、萎蔫等。（三）毒素是寄主的致病因子或毒力因子：致病因子（pathogenicity factor）：對植物發(fā)病起決定作用；植物毒力因子（virulence factor）：在植物病程中與增加病程速度和加重病害癥狀的作用有關，但對病害的發(fā)生不具有決定性作用。二、毒

27、素命名1、真菌毒素命名：一般以病原物的種、屬學名的第一個拉丁字母加毒素（英文字母）即為某一病原物產(chǎn)生的毒素。如玉米小斑病菌（Bipolaris maydis）T小種毒素名為：BMT-toxin，有時可簡稱T毒素；又如大麗輪枝菌（Verticillium dahliae）產(chǎn)生毒素稱VD-toxin。2、細菌毒素命名：一般以病原菌寄生的寄主植物的名稱定名或以產(chǎn)生毒素的病原菌來稱呼。如菜豆毒素、煙草毒素、丁香菌毒素、根瘤菌毒素、火疫菌毒素等。三、植物病原細菌毒素及作用機理（一）植物病原細菌毒素植物病原細菌毒素的研究較早，至今已報道的細菌毒素有10多種，但沒有明確哪些具有寄主?；浴?、棒桿菌（Cla

28、vibacter michiganesis）毒素及其致萎機理這類毒素都是致萎毒素，已發(fā)現(xiàn)3個亞種產(chǎn)生毒素。（1）馬鈴薯環(huán)腐病菌（C. m. subsp. sepedonicus）毒素 致萎毒素：致萎糖肽 分子量：2.1104Da 組 分：葡萄糖、甘露糖、少量鼠李糖、半乳糖、核糖、阿拉伯糖，10%2-酮-3-脫氧葡萄糖酸、5%肽； 活性中心:糖組分 非?；远舅兀杭毎婄R觀察呈永久性損傷，但萎蔫幼苗移至蒸餾水后可恢復。（2）苜蓿萎蔫病菌（C. m. subsp. insidiosus）毒素 致萎毒素：致萎糖肽 分子量：5106Da 組 分：40%果糖、20%葡萄糖、20%半乳糖、脫氧酮糖酸、痕量

29、甘露糖&鼠李糖，2.5%肽；組成復雜，具有多種分子量糖肽及復合物。 致萎機理：病菌毒素干擾水分運輸。原因：阻塞導管紋孔膜孔（圖2-1），苜蓿莖部紋孔膜的孔大于葉柄接點紋孔膜孔，前者可允許2106Da以上的多糖通過，因而苜蓿萎蔫多糖可在莖部導管傳遞到葉柄接點處，但這種多糖不能通過葉柄接點，因而苜蓿萎蔫毒素在葉柄接點和小葉處積累，阻止水流，導致萎蔫。 萎蔫多糖三種大小不同的分子：l 5106Da：通過莖導管紋孔膜孔，不能通過葉柄接點紋孔膜孔；l 5106Da與肽復合體：分子量很大，不能通過莖導管紋孔膜孔；l 5106Da：通過所有紋孔膜孔，但可在葉片細胞初生壁上積累而干擾水分向蒸發(fā)表面運動。圖2-

30、1紋孔的構造和類型（3）番茄潰瘍病菌（C. m. subsp. michiganesis）毒素 致萎毒素：致萎糖肽 組 分：多糖95%，RNA 57%； 非專化性：病菌致病力與毒素之間無相關性，毒素以非專化性方式誘導萎蔫癥狀； 作用機理：不清楚； 作用位點：小葉導管 毒素活性：受RNase（核糖核酸酶）影響，因毒素含5-7%RNA。2、梨火疫病菌（Erwinia amylovora）毒素及作用機理 多糖毒素：amylovorin 分子量：165-168kDa； 組 分：98%半乳聚糖，微量蛋白； 具選擇性：引起感病植株萎蔫，抗病植株經(jīng)較長時間才萎蔫，非寄主植株不萎蔫； 毒素作用方式：amylo

31、vorin 通過機械地限制植株中的水流，使木質部水流阻力加大所致，并無寄主?；?。電鏡觀察處理過的蘋果莖組織，木質部薄壁細胞在質壁分離早期，質膜收縮，原生質體與細胞壁分離，而細胞的幾股原生質仍附著在胞間連絲上，有時這種連接斷裂，胞間連絲從壁中拉出，細胞器膜破裂。梨火疫病菌毒素活性甚為復雜，以哪種糖組分為主組分仍需進一步研究。3、青枯病菌（Pseudomonas solanacearum）毒素及致萎機理 致萎毒素：胞外多糖（EPS），熱穩(wěn)定 組 分：N-乙酰基半乳糖胺，含有葡萄胺和果糖的EPS對植物毒害能力最強。 致萎機理：增大導管液粘度，使水分運輸減速；還認為毒素分子量大，可堵塞導管。4、假單

32、胞桿菌（Pseudomonas syringae）毒素及其褪綠機理（1）菜豆暈斑病菌（P. s. pv. phaseolicola）毒素 褪綠毒素：phaseolotoxin 組分：三肽（鳥氨酸、丙氨酸、高精氨酸） 褪綠機理：毒素處理葉片，葉片鳥氨酸積累100倍，鳥氨酸氨基甲酰轉移酶（OCT）受毒素抑制，干擾精氨酸合成（瓜氨酸和精氨酸能減輕褪綠癥狀）。但抑制OCT是怎樣導致大量褪綠的機理尚不清楚。用phaseolotoxin處理菜豆植物可造成典型暈斑病癥狀：葉片褪綠、萎蔫、葉脈透明、植株矮化，暈斑和系統(tǒng)褪綠及鳥氨酸積累使植株中毒。此毒素與病菌毒力有密切關系。（2）丁香菌素和丁香毒素：丁香假單胞

33、菌（P. s. pv. syringae）產(chǎn)生丁香菌素（syringomycin,SR）和丁香毒素(syringotoxin,ST)：SR由核果類、梨和禾本科植物的致病菌產(chǎn)生，ST有柑橘菌系產(chǎn)生。兩者都無寄主?；?、分子量較小、都具多肽結構，但在氨基酸組成及某些物理性質上稍有不同。SR可造成桃梢壞死，玉米葉片水漬狀，褪綠和壞死；ST也可引發(fā)玉米葉水漬，褪綠和壞死。作用機理：引起玉米離體線粒體氧化代謝變化，造成氧化磷酸化解偶聯(lián)、刺激ATP酶活性而抑制ATP形成、促進線粒體膨脹以及降低線粒體膜電位。據(jù)報道丁香菌素還干擾寄主植物RNA合成。（3）煙草野火病菌（P. s. pv. tabaci）毒素

34、毒素：煙草野火病菌毒素（tabtoxin）煙草野火病菌絲氨毒素(ser2)tabtoxin煙草野火病菌氨酸-內酰胺（tabtoxinine-lactam） tabtoxinine-lactam+蘇氨酸t(yī)abtoxintabtoxinine-lactam+絲氨酸(ser2)tabtoxin 三種毒素均能導致葉片褪綠。 作用機制：抑制谷氨酰胺合成酶活性，導致氨的積累，引起葉片中毒表現(xiàn)褪綠癥狀。超微結構觀察：毒素處理4h后，煙草葉片細胞的葉綠體基粒片層膨脹，在間質中出現(xiàn)許多泡囊，與氨對質體超微結構的影響相似。5、黃單胞桿菌（Xanthomonas spp.）毒素及其致萎機理（1）胞外多糖（EPS）：

35、Xanthomonas 屬有幾種產(chǎn)生致萎EPS。稻白葉枯病菌（X. campestris pv. oryzae）EPS 組分：葡萄糖、甘露糖、葡糖醛酸、阿拉伯糖醇、葡糖醛酸內酯。 分子量：106kDa，熱穩(wěn)定。 強致病力菌系EPS中甘露糖和葡糖醛酸含量高于無毒菌株。 致萎機制：與青枯菌EPS相似。毒素組分苯乙酸可加大水稻葉組織透性，使14C光合產(chǎn)物大量滲漏到水中；另一種含酚類毒素可使水稻秧苗呼吸速率加強。甘藍黑腐病菌（X. campestris pv. campestris）EPS EPS以纖維素直鏈為主鏈，隔1個葡糖分子1條三糖側鏈，其末端甘露糖分子上連1個縮丙酮醛基，基部的甘露糖被乙?；?，

36、中間是一個葡糖醛酸。 兩種組分，分子量分別為：2.1104kDa、2106kDa EPS生物測定癥狀：水漬狀、萎蔫狀。（質膜透性變化）柑橘潰瘍病菌（X. c. pv. crtri）EPS 分子量：32000Da 致病機理：堵塞寄主體導管水流，在病菌侵染早期引起寄主體內乙烯生成。（2）其他毒素：稻白葉枯病菌產(chǎn)生的其他毒素：苯乙酸、3-甲硫基丙酸、反式-3-甲硫基丙烯酸等七種氨基酸的衍生物都能引起壞死斑，有的組分還能引起褪色或萎蔫。致萎機制：與棒桿菌EPS機理相似，苯乙酸組分加大水稻葉組織透性，使14C光合產(chǎn)物大量滲漏到水中，可能與卵磷脂酶活性增大有關。（二）病原細菌毒素的作用機理（已融入到以上毒

37、素介紹中） 由于大部分細菌毒素屬于非?；远舅?，所以他們對植物的作用是多位點性的，因而其作用機理就不可能從單一角度來闡明某一毒素的專一毒性機制，況且有不少毒素是多組分的（性質屬于EPS、有機酸、多肽或糖肽等），其機理更為復雜。四、真菌毒素及其作用機理（一）病原真菌毒素依據(jù)對毒素敏感的植物范圍和毒素對寄主種或品種有無選擇作用可將植物病原菌產(chǎn)生的毒素劃分為寄主?；远舅?host specific toxin，HST)與非寄主?；远舅?non- host specific toxin，NHST)兩大類。1、寄主?；远舅兀℉ST）host-specific toxin/host-selectiv

38、e toxin 概念：由病原菌產(chǎn)生的一類對其寄主植物種或栽培品種具有特異性生理活性和高度?；宰饔梦稽c的代謝物毒素。又叫寄主選擇性毒素(host-selective toxin)。 特點：1）植物的致病因子，低濃度就能引起感病寄主植物產(chǎn)生典型病狀；2）在寄主植物上具高度?；淖饔梦稽c，具有品種間的高度?；?，即毒素與產(chǎn)生毒素的病原物有相似的寄主選擇性；3)能反映寄主植物對產(chǎn)生毒素病原菌的抗性或敏感性的明顯差異。HST對植物基因型專化的或對細胞位點專一的，在病程中起致病因子（pathogennicity factor）作用。迄今為止已報道9屬21種植物病原真菌可產(chǎn)生HST，其中15種已明確其化學

39、結構。這些HST主要是由長孺孢屬（Helminthosporium）和鏈格孢屬（Alternaria）真菌產(chǎn)生的（表2-2）。表2-2 寄主?；远舅兀℉ST）及產(chǎn)毒素菌HST產(chǎn)毒菌十字花科植物黑斑病菌毒素（AB）Alternaria brassica粗皮檸檬黑斑病菌毒素（ACR）A. citri寬皮橘黑腐病菌毒素（ACT）A. citri草莓黑斑病菌毒素（AF）A. fragariae梨黑斑病菌毒素（AK）A. kikuchiana番茄莖枯病菌毒素（AL）A. alternate f. sp. Lycopersici蘋果輪斑病菌毒素（AM）A. mali煙草赤星病菌毒素（AT）A. long

40、ipes玉米圓斑病菌毒素（HC/BC）Helminthosporium carbonum（Bipolaris carbonum）玉米小斑病菌T毒素（HMT/BMT）H. maydis （B. maydis）甘蔗眼斑病菌長孺孢苷（HS/BS）H. sacchari (B. sacchari)燕麥疫病菌維多利亞毒素（HV/BV）H. victoriae (B. victoriae)高粱買羅病菌毒素（PC）Periconia circinata玉米黃葉枯病菌毒素（PM）Phyllosticta maydis番茄輪斑病菌毒素（CC）Corynespora cassiicola煙草枯萎病菌毒素（FON）

41、Fusarium oxysporum f. sp. nicotiana小麥褐斑病菌毒素（PTR）Pyrenophora tritici-repentis大麥網(wǎng)斑病菌毒素（PT）Pyrenophora teres（1）鏈格孢屬（Alternaria）的寄主專化性毒素（HST）主要包括：AK、AM、AL、AF、ACT毒素。1）AK毒素：1933年日本田中報道的日本梨黑斑病菌（菊池鏈格孢）產(chǎn)生的AK毒素是最早報道的寄主專化性毒素。AK毒素對感病品種二十世紀等日本梨毒性極強，但對長十郎等抗病品種以及非寄主植物無毒?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)AK毒素是兩種毒素主組分（和）和一種毒素次要組分的混合物，AK是高毒組分，濃度低

42、至10-8510-9mol/L仍可引起二十世紀梨特征性的葉脈壞死，但在抗病品種和非寄主蘋果和草莓上，濃度高達1.210-4mol/L也不引起任何癥狀，這是寄主?；远舅氐幕咎卣髦?。AK毒性低于AK，在10-7mol/L時才引發(fā)感病梨葉葉脈壞死。2）AM毒素：是由蘋果鏈格孢產(chǎn)生的一種寄主專化性毒素，它是一環(huán)狀四肽，由3種組分（、）組成，以毒性最強，最弱。AM在感病和中抗的蘋果品種上引起的葉脈壞死的濃度分別為10-8mol/L和10-5mol/L，但濃度高至10-4mol/L也不能引起抗病品種壞死。3）AL毒素：是由番茄鏈格菌(番茄莖枯病菌)產(chǎn)生的，由兩種組分（TA和TB）組成，在25ng/m

43、l時引起感病番茄品種葉脈壞死，但高達100g/ml（4000倍）時對抗病品種也無毒。AL毒素經(jīng)堿解成丙三羧酸和氨基戊醇兩部分，前者對番茄無毒性，后者則保留了寄主選擇性毒性。4）AF毒素：是由草莓黑斑病菌的簇生鏈格孢產(chǎn)生的一種寄主?；远舅?，該毒素含有3種組分（、），這3種組分結構上相似，但對寄主植物的生物活性不同。AF在3.210-8mol/L時引起感病草莓品種盛岡16號和日本梨二十世紀葉脈壞死，但高濃度10-4mol/L時對抗病品種也無毒；AF在2.810-8mol/L是引起二十世紀梨壞死，高濃度下不引起盛岡16號和抗病品種壞死；AF在3.110-7mol/L只對盛岡16號有毒，1.610-

44、5mol/L時對二十世紀梨有毒。5）ACT毒素：是由柑橘黑腐菌寬皮橘致病型產(chǎn)生。此菌侵染寬皮橘（Citrus reticulata），但不侵染粗皮檸檬（C.jambhiri），產(chǎn)生的毒素對寬皮橘有毒，而對粗皮檸檬無毒。ACT毒素有兩種組分，A組分對柑橘有毒，B組分對柑橘無毒卻對幾個日本梨品種有毒。A組分經(jīng)粗提純后濃度為0.1g/ml時處理寬皮橘葉片后24h引起典型葉脈壞死，并使鄰近葉肉細胞壞死。B組分濃度為0.1g/ml時也可使日本梨二十世紀葉脈壞死。 6）ACR毒素：由柑橘黑腐菌粗皮檸檬致病型菌株產(chǎn)生。此菌對粗皮檸檬有致病力，但對寬皮橘無致病力。ACR毒素包括多種組分，主毒素ACR對粗皮檸檬

45、高毒，用極微量（10g/ml）毒素液處理粗皮檸檬葉片，24h內即可見葉脈壞死，對寬皮橘和其他非寄主即使用高濃度1000g/ml也無活性。 7）AT毒素：在煙草赤星病菌孢子萌發(fā)和菌絲培養(yǎng)中都能產(chǎn)生。AT毒素包括兩種組分：AT濃度為25g/ml時在感病品種葉上形成壞死斑，用0.5g/ml可以抑制芽和根伸長，對抗病品種和非寄主植物濃度高至100g/ml也無毒性。 8）AB毒素： 由十字花科植物黑斑病菌產(chǎn)生，是一種環(huán)狀肽，水解后產(chǎn)生異亮氨酸、脯氨酸和-丙氨酸（比例1:1:1）。當處理不同十字花科植物時，引致葉片嚴重褪綠、壞死。用AB毒素（12.5g/ml）處理感病品種花粉粒可完全抑制其萌發(fā)，當濃度高至

46、100g/ml才能抑制抗病品種花粉萌發(fā)。（2）長蠕孢屬（Helminthosporium）寄主?；远舅?，主要包括HV、HC、HMT、HS、HMC、HT。因長蠕孢屬有新的分類系統(tǒng)，根據(jù)分生孢子臍點形態(tài)而劃分為平臍蠕孢屬（Bipolaris）、內臍蠕孢屬（Drechglera）、凸臍蠕孢屬（Exserohilum），在這里為了顧及新老分類體系，在寫明長蠕孢屬的同時，又添加了新分類系統(tǒng)的命名法。1）HV毒素（BV毒素）：HV毒素是繼AK毒素之后發(fā)現(xiàn)的HST。是由燕麥維多利亞葉枯病菌產(chǎn)生的，該毒素對抗病品種和感病品種的毒性差異很大：在濃度低于1.0g/ml時即能顯著毒害感病燕麥品種幼苗，而抗病品種可

47、忍受的濃度要高達40萬倍以上。HV毒素化學結構是由一個肽基和一個含氮雜環(huán)組成，肽部由天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸、纈氨酸、亮氨酸等組成，是毒素的專化性部分；而含氮雜環(huán)是維多利亞類萜，無?；?，且毒性很低，僅相當于HV毒素的?；圆糠侄拘缘?/7500。2）HC毒素（BC毒素）：是由玉米圓斑炭色蠕菌1號小種產(chǎn)生，其化學結構為一環(huán)狀四肽，層析發(fā)現(xiàn)HC毒素有4種毒性成分，其中成分為主要組分，毒性最強，若將組分的環(huán)氧基分解為二醇，則失去活性。3）HMT毒素（BMT毒素）：是由玉米小斑病菌的T小種產(chǎn)生的，T小種產(chǎn)生的“T毒素”對T型雄性不育細胞質的雜交玉米毒性很強，而對正常胞質玉米品種毒性很弱?，F(xiàn)已證明具有

48、T型細胞質的玉米高度感病與其對T毒素的敏感性密切相關。HMT化學成分為聚乙酮醇，是類長鏈化合物，其毒性很強，濃度低至0.01g/ml也能毒害玉米細胞。T毒素?；缘刈饔糜诿舾杏衩准毎木€粒體，使之膨脹破裂。T毒素能增加細胞離子滲漏，破壞寄主的氧化磷酸化作用，減少細胞ATP含量，抑制氣孔保衛(wèi)細胞對鉀離子的吸收，導致氣孔關閉，抑制二氧化碳固定相減弱光合作用。4）HS毒素（BS毒素）：是由甘蔗眼斑病菌產(chǎn)生的，經(jīng)理化分析，此毒素是一種-羥基環(huán)丙基-D-半乳糖吡喃糖苷；該毒素有A、B、C三種異構體，其中C異構體對甘蔗毒性最強，它是一種倍半萜半乳糖呋喃糖苷。用HS毒素處理感病甘蔗無性系葉片后30min內，

49、葉片即出現(xiàn)水漬狀透明，并在葉片正反面形成水滴。5）HMC毒素：是由玉米小斑菌C小種產(chǎn)生的，通過柱層析從玉米小斑病菌C小種培養(yǎng)濾液中分離到了4種分離物，并定名為HMC-亞毒素；6）HT毒素：是由玉米大斑菌1號和2號生理小種產(chǎn)生的寄主選擇性毒素，通過硅膠層析發(fā)現(xiàn)2號小種毒素有3種毒性成分，而1號小種只有2種毒性成分。 表2-3 列出鏈格孢屬和長蠕孢屬病菌產(chǎn)生的幾種重要寄主專化性毒素。表2-3幾種重要的寄主專化性（選擇性）毒素毒素名稱產(chǎn)毒病原菌化學成分主要作用菊池鏈格孢毒素AK-toxin菊池鏈格孢A.kikurchiana（梨黑孢病菌）環(huán)氧十三烯酸脂作用于細胞膜蛋白，改變膜透性，引起電解質外滲，抑

50、制mRNA和蛋白質合成蘋果鏈格孢毒素AM-toxin蘋果鏈格孢A.mali環(huán)四肽作用于質膜蛋白和葉綠體基粒片層，引起電解質外滲，影響ATP酶活性炭色長蠕孢毒素HC-toxin炭色長蠕孢H.carbonum（玉米圓斑炭色蠕菌）環(huán)四肽影響植物呼吸作用、二氧化碳暗固定以及其他生理過程。玉米長蠕孢毒素HMT-toxin,T-toxin玉米長蠕孢H.maydis聚乙酮醇作用于線粒體，破壞氧化磷酸化作用，減少細胞ATP含量甘蔗長蠕孢毒素HS-toxin甘蔗長蠕孢H.sacchari倍半萜糖苷主要作用于細胞膜，使膜去極化，離子平衡失調，原生質脹裂維多利亞長蠕孢毒素Victorin,HV-toxin維多利亞長

51、蠕孢H.victoriae（燕麥維多利亞病菌）多肽和倍半萜復合物誘發(fā)細胞膜透性改變和電解質外滲等一系列代謝變化2、非寄主?；远舅兀∟HST）non-host-specific toxin/non-host-selective toxin 概念：指由病原菌產(chǎn)生的一類對其寄主植物種或栽培品種具有一定生理活性和非?；宰饔梦稽c的代謝物毒素。又叫非寄主選擇性毒素(non-host-selective toxin)。 特點：1）在病程中具次生決定因子或毒力因子（virules factor）作用，使寄主植物發(fā)生全部或部分癥狀；2）沒有高度?；淖饔梦稽c，沒有嚴格的寄生?；院瓦x擇性，不僅對寄主植物，而

52、且對一些非寄主植物都有一定的生理活性；3）植物對這類毒素的敏感性與其抗病性可能不一致，但有的在一定濃度下也能引起植物敏感性的差異。近年來，有關非寄主專化性的植物病原真菌毒素的研究報道很多，但大多都限于鐮孢菌屬（Fusarium spp.）、長蠕孢菌(Helminthosporium spp.)、鏈格孢菌(Alternaria spp.)、輪枝孢菌(Verticillium)、尾孢菌(Cercospora)等產(chǎn)生的毒素研究。（1）鐮孢菌（Fusarium spp.）產(chǎn)生的NHST： 單端孢霉烯類毒素：常見的單端孢霉烯類毒素有雪腐鐮刀菌烯醇（nivalenol,NIV），脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（deo

53、xynivalenol,DON），乙酰脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（acetydeoxynivalenol,AcDON），木霉毒素（trichodermin）等。這類毒素都是倍半萜。DON毒素可殘留在谷類作物種子上，人畜食用后容易中毒甚至死亡，故DON亦稱致嘔毒素（vomitoxin），被人畜攝入后會產(chǎn)生嘔吐、眩暈等急性中毒癥。6ppm的DON可殺死鼠胚胎，但無致畸效應。 玉米赤霉烯酮類毒素：包括玉米赤霉烯酮（zearalenone，ZEA），玉米赤霉烯醇（zearalenol，ZEN），4-乙?；衩壮嗝瓜┩?-acetylzearalenol, 4-AcZEA）等。 鐮刀菌酸(fusaric ac

54、id，F(xiàn)A)類毒素：多種鐮孢菌可產(chǎn)生FA，如棉花枯萎病菌（F. oxysporum f. sp. vasinfectum）。它是一種致萎毒素，可導致植物萎蔫、褪綠和壞死，主要效應是抑制植物呼吸作用，改變細胞滲透性，引起電解質滲漏，干擾離子平衡以及降低多酚氧化酶活性。（2）長蠕孢菌(Helminthosporium spp.)產(chǎn)生的NHST： 蛇孢腔毒素（ophiobolins）：是一種二倍半萜類毒素，在水稻胡麻斑病菌及玉米小斑病菌中發(fā)現(xiàn)。 麥根腐長蠕孢（H.sativum）毒素：是一類倍半萜毒素。 玉米長蠕孢毒素等。（3）鏈格孢菌(Alternaria spp.)產(chǎn)生的NHST： 細鏈格孢毒素

55、（騰毒素，tentoxin）：是一種環(huán)四肽，它能干擾葉綠體功能膜某些關鍵成分的合成，破壞其片層結構，抑制光合磷酸化作用，影響葉綠素的正常積累，引起植物幼苗褪綠； 細鏈格孢酮酸（tenuazonic acid， TA）：是一種四酰胺醇類化合物。 鏈格孢酸（alternaric acid， AA）：是一種酮酸，可由馬鈴薯早疫病菌（A. solani）和蔥黑斑病菌（A. porri）產(chǎn)生，對真菌和植物都有活性，可引起植物葉片嚴重壞死，寄主植物反應非常敏感，而多種非寄主植物也受其毒害。（4）輪枝孢菌（Verticillium）毒素(VD-toxin)：由引起棉花、番茄、馬鈴薯黃萎病的大麗輪枝孢菌（V. dahliae）產(chǎn)生，可使棉花、番茄和馬鈴薯等植物致萎。國內外的研究表明，這類毒素實際上是蛋白質、多糖和脂類的混合物，而以蛋白質組分最為重要。（5）尾孢菌（Cercospora）產(chǎn)生的NHST：主要包括尾孢毒素（cercosporin）、甜菜褐斑病菌