植物病原真菌毒素的研究進(jìn)展

植物病原真菌毒素的研究進(jìn)展

根據(jù)近幾十年的研究，植物病因的誘導(dǎo)因素主要包括三種類型：酶、毒素和激素。其中，毒素（toxin）是研究最多的因素，與疾病密切相關(guān)。按病原物的類別,毒素可以分為病毒編碼毒素、線蟲毒素、細(xì)菌毒素和真菌毒素(Mycotoxin)。按毒素對寄主植物特異性作用的不同,則可分為寄主?；远舅?HST)和非寄主?；远舅?NHST)。真菌是最大的一類植物病原物,對其毒素的研究也相對開展得較多。1屬sevivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivivi已發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)毒真菌的種類較多,其中確定產(chǎn)生寄主專化性毒素的真菌有鏈格孢屬(Alternaria)、長蠕孢屬(Helminthosporium)、高粱買羅病菌(Periconiacircinata)、玉米黃葉枯病菌(Phyllostictamaydis)、番茄輪斑病菌(Corynesporacassiicola)、煙草枯萎病菌(Fusariumoxysporumf.sp.nicotiana)。產(chǎn)生非寄主專化性毒素的真菌種類較多,概括起來主要有鐮刀菌屬(Fusarium)、長蠕孢屬(Helminthosporium)、鏈格孢屬(Alternaria)、稻瘟病菌(Pyriculariaoryzae)、輪枝孢屬(Verticillium)、尾孢屬(Cercospora)、莖點(diǎn)屬(Phoma)、殼梭孢屬(Fusicoccin)、疫霉屬(Phytopthora)、核盤菌(Sclerotiniasclerotiorum)、漆斑菌屬(Myrothecium)、立枯絲核菌(Rhizoctoniasolani)、殼二孢屬(Ascochyta)、刺盤孢屬(Colletotrichum)、匍柄霉(Stemphyliumbotryosum)、番茄葉霉病菌(Cladosporiumfulvum)、大麥云紋病菌(Rhychosporiumsecali)、茶灰斑病菌(Pestalotialongiseta)、向日葵莖潰瘍病菌(Phomopsishulianthi)、白紋羽病菌(Rosellinianecatrix)、甘蔗殼多孢菌(Stagonosporsacchari)、腐霉屬(Pythium)、黑麥草核腔菌(Pyrenophoralolii)、洋蔥紅根病菌(Pyrenochaetaterrestris)以及葡萄彎孢殼(Eutypalata)等。關(guān)于林木病原菌毒素的研究較少,已報(bào)道的有杉樹葉斑病菌(Mycosphaerellapini)、荷蘭榆長喙殼(Ceratocystisulmi)、栗疫菌(Endothiaparasitica)和松針褐斑病菌(Lecanostictaacicola)等。2真菌毒素的化學(xué)類別(1)多肽肽類毒素能產(chǎn)生肽類毒素的真菌較多,如十字花科植物黑斑病菌(Alternariabrassicae)產(chǎn)生的一種環(huán)狀肽和玉米圓斑病菌(Helminthosporiumcarbonum)產(chǎn)生的環(huán)狀四肽都是肽類毒素。小麥褐斑病菌(Pyrenophoratritici-repentis)產(chǎn)生的PTR毒素和棉花黃萎病菌(Verticilliumdahliae)產(chǎn)生的VD毒素都屬于蛋白類毒素。(2)糖肽類毒素和煙草黑測定稻瘟病菌(Pyriculariaoryze)產(chǎn)生的一種誘發(fā)白穗的毒素以及柑橘干枯病菌(Phomatracheiphila)產(chǎn)生的致病毒素為糖肽類毒素,而煙草枯萎病菌(Fusariumoxysporumf.sp.nicotianae)毒素和煙草黑脛病菌(Pytophthoranicotianae)毒素則為糖蛋白類毒素。(3)生多糖類毒素棉花黃萎病菌除了產(chǎn)生蛋白類毒素外還產(chǎn)生多糖類毒素,甘蔗眼斑病菌(Helminthosporiumsacchari)產(chǎn)生的長蠕孢糖苷則為糖苷類毒素。(4)類和酯中毒炭疽菌中的瓜類刺盤孢2號小種產(chǎn)生脂類毒類,甜菜尾孢病菌(Cercosporabeticola)產(chǎn)生植物弱毒性的甘油三酯。(5)香豆素類毒素這一類毒素大多為非寄主?；远舅?種類較多。百日草鏈格孢菌(Alternariazinniae)可產(chǎn)生一種取代苯百日草酚,為害蕃茄的鏈格孢菌(A.alternata)能分泌鏈格孢酚,根叢赤殼(Nectriaadicicola)則產(chǎn)生根酚。從立枯絲核菌(Rhizoctoniasolani)中分離出了帶有苯環(huán)的芳香酸毒素,包括苯乙酸、羥基苯乙酸和羥基苯甲酸。致病疫霉(Phytophthorainfestans)產(chǎn)生的香豆素,栗疫菌(Endothiaparasitica)產(chǎn)生的栗疫菌素以及其它一些病原菌如菊池鏈格孢菌(Alternariakikuchiana)、核盤菌(Sclerotiniasclerotiorum)、黑麥草核腔菌(Pyrenophoralolii)產(chǎn)生的毒素皆為酚衍生物香豆素類毒素。醌類和半醌類毒素可被如葉點(diǎn)霉菌(Phyllosticta)、桑擔(dān)卷菌(Helicobasidiummompa)、三側(cè)毛殼菌(Chaetomiumtrilaterale)和豌豆腐皮鐮孢菌(Fusariumsolanif.sp.pini)等病菌產(chǎn)生。(6)提升物及產(chǎn)物的類或類化合物這是一類被廣泛研究的毒素。扁桃殼梭菌(Fusicoccumamygdali)產(chǎn)生的殼梭孢素,長蠕孢菌產(chǎn)生的蛇孢腔菌素,麥根腐長蠕孢菌(Helminthosporiumsativum)產(chǎn)生的倍半萜,茄鐮孢菌(Fusariumsolani)產(chǎn)生的茄鐮孢吡喃酮,根狀葡柄霉(Stemphyliumradicinum)產(chǎn)生的根狀素,鏈格孢菌(Alternariaalternata)產(chǎn)生的鏈格孢酚—甲基醚和鏈格孢烯等吡喃酮的衍生物以及鐮孢菌產(chǎn)生的單端孢霉烯類皆為萜類或類萜化合物。尾孢菌(Cercospora)產(chǎn)生的苯芘衍生物類毒素,西瓜枯萎病菌(Fusariumoxysporumf.sp.niveum)產(chǎn)生的一種毒素以及從其它一些病菌中分離到的菲醌類和菲酚類毒素則都為甾類毒素。(7)植物氨基酸類化合物part和曲霉凋素較為簡單的衍生物有:由幾種鐮孢菌(Fusariumspp.)和藤倉赤霉菌(Gibberellafujikcuroi)產(chǎn)生的鐮孢菌酸和脫氫鐮孢菌酸,稻瘟菌(Pyriculariaoryzae)產(chǎn)生的α-吡啶羧酸和溫特曲霉菌(Aspergiluswentill)產(chǎn)生的1-氨基-2-硝基環(huán)戊烷-羧酸。這些物質(zhì)可導(dǎo)致植物的生長失調(diào)。較復(fù)雜的衍生物則有鐮孢菌產(chǎn)生的番茄萎蔫素,盤長孢狀刺盤孢菌(Colletotrichumgloeosporioides)和矢鐮孢(Fusariumorysporum)產(chǎn)生的曲霉萎凋素A和B。此外,鏈格孢菌產(chǎn)生的細(xì)鏈格孢酮酸(TA)也為氨基酸類衍生物。(8)玉米相關(guān)毒素系統(tǒng)核盤菌(Sclerotiniasclerotiorum)產(chǎn)生的草酸,根菌(Rhizopusspp.)產(chǎn)生的延胡索酸為有機(jī)酸類毒素,梨黑斑病菌(Alternariakikuchiana)產(chǎn)生的AK毒素,鐮孢菌產(chǎn)生的玉米赤霉烯酮類毒素和長蠕孢菌產(chǎn)生的德氏霉烯醇毒素都含有不飽和炭鏈,蕃茄莖枯病菌(A.allternataf.sp.lycopersici)產(chǎn)生的AL毒素包含了丙三羧酸和氨基戊醇兩個(gè)部分,玉米小斑病菌(Helminthosporiummaydis)T小種產(chǎn)生的HMT毒素以及玉米黃葉枯病菌(Phyllostictamaydis)產(chǎn)生的PM毒素為直線狀的多酮醇組成的混合物,小莖點(diǎn)霉菌(Phomaexigua)產(chǎn)生的細(xì)胞松馳素B是由一個(gè)大內(nèi)酯環(huán)稠合于高度取代的八氫化異吲哚體系而組成的,串珠鐮孢菌(Fusariummoniliforme)產(chǎn)生的態(tài)珠毒素為K1-羧基環(huán)J1-烯-3、4-二酮。3真菌毒素的分離和檢測3.1色譜及質(zhì)譜條件應(yīng)用真菌毒素是真菌代謝的產(chǎn)物。通常獲取真菌毒素的方法是通過工人培養(yǎng)的方法。大多數(shù)病原菌的培養(yǎng)采用液體培養(yǎng)基,當(dāng)菌絲生長緊密交織成團(tuán)時(shí)達(dá)到最佳產(chǎn)毒時(shí)間,此時(shí)產(chǎn)毒量最大。有一些病原菌,特別是產(chǎn)蛋白類毒素的病原菌,其產(chǎn)毒條件要求較為苛刻,例如Hui-FenZhang等在研究Pyrenophoratritici-repentis產(chǎn)生的PTR毒素時(shí),就采用了變溫、變換光照及暗處理時(shí)間、更換培養(yǎng)基等多種手段來促使其產(chǎn)毒。已知的病原菌毒素都為有機(jī)類物質(zhì)。因此,有機(jī)化學(xué)及生物化學(xué)中一些常用的方法都可用于毒素的提取、分離及純化。概括起來,主要有浸提、吸附、萃取、結(jié)晶、重結(jié)晶、離心、超濾、分級沉淀及色譜技術(shù),其中色譜方法又是應(yīng)用的最多也是最為有效的一類方法。毒素的鑒定是一個(gè)比較復(fù)雜的問題。在弄清毒素基本的物理、化學(xué)及生物性質(zhì)的基礎(chǔ)上,常綜合運(yùn)用色譜、光譜、波譜、質(zhì)譜等多種現(xiàn)代分析手段來測定其分子量和鑒定分子結(jié)構(gòu)。對于某些高分子活性物質(zhì),不但要測定其一級結(jié)構(gòu),還需測定其高級結(jié)構(gòu)。3.2檢測真菌毒素的方法(1)單次生測材料這是一種最傳統(tǒng),最普遍適用,檢測結(jié)果最直觀的方法。寄主大至整株植物、離體器官、某一組織,小至單個(gè)細(xì)胞、原生質(zhì)體、細(xì)胞器或亞細(xì)胞器都可作為生測材料。前一類生測材料要求毒素量大才有可能表現(xiàn)出明顯的毒害癥狀,但方法簡單,不需大型的儀器和設(shè)備;后一類生測材料則適用于那些不易大量制備毒素的檢測,靈敏度高,效果也好。(2)利用玉米大斑病菌毒素進(jìn)行tlc-毒素譜的確定玉米大斑病原菌毒素的存對于一些已知物理及化學(xué)性質(zhì)的毒素就可用此法檢測。例如,董金皋等就是利用標(biāo)準(zhǔn)玉米大斑病菌毒素的TLC薄層掃描圖譜和核磁共振譜來確定了玉米大斑病菌Ht-毒素組分1中毒素的存在。(3)生物化學(xué)也需已知毒素的生化性質(zhì)。例如,用等電聚焦電泳就可檢測諸如蛋白質(zhì)或核酸類的一些大分子兩性物質(zhì)。4病毒相關(guān)不良反應(yīng)病原菌毒素的作用位點(diǎn)從目前的研究情況來看主要是在寄主細(xì)胞質(zhì)膜、線粒體、葉綠體等細(xì)胞結(jié)構(gòu)上,毒素破壞細(xì)胞的膜體系,嚴(yán)重影響植物的代謝過程及能量改變,對寄主蛋白、核酸、酶等引起一系列不良反應(yīng),導(dǎo)致生理失調(diào),細(xì)胞死亡以至整個(gè)植株枯死。大多數(shù)寄主?；远舅?HST)作用位點(diǎn)專一,抗感品種差異明顯。非寄主?；远舅?NHST)則沒有特異性的靶位點(diǎn)。有的NHST不破壞整個(gè)膜體系而引起胞內(nèi)電解質(zhì)滲漏,有的則是破壞線粒體葉綠體等細(xì)胞器和亞細(xì)胞器結(jié)構(gòu),引起一系列超微結(jié)構(gòu)的變化。有的毒素雖為非寄主?；缘?但對抗感品種的差異也很明顯。4.1質(zhì)膜系統(tǒng)毒素作用機(jī)理無論是HST或NHST,都有不少種類作用于寄主細(xì)胞質(zhì)膜。例如燕麥疫病菌(Helminthosporiumvictoriae)維多利亞毒素HV、玉米小斑病菌(H.maydis)T毒素HMT、甘蔗眼斑病菌(H.sacchari)長蠕孢苷HS、殼梭孢(Fusicoccum)毒素FC、高粱買羅病菌(Periconiacircinata)毒素PC等都為此類毒素。細(xì)胞質(zhì)膜由膜脂與膜蛋白兩大部分構(gòu)成。一些毒素,其毒害機(jī)理主要是攻擊質(zhì)膜的膜脂部分。例如,從大豆紫斑病菌(Cercosporakikuchii)的干燥菌絲體分離出的一種具光敏性質(zhì)的尾孢毒素,作用于寄主后,可誘導(dǎo)寄主細(xì)胞產(chǎn)生超氧陰離子自由基,此自由基或其在寄主體內(nèi)進(jìn)一步反應(yīng)生成的氫氧自由基都可攻擊質(zhì)膜膜系統(tǒng)中的不飽和脂肪酸組份,使其發(fā)生氧化,從而導(dǎo)致細(xì)胞膜系統(tǒng)的損傷,膜通透性發(fā)生改變,引起胞內(nèi)離子異常外滲。還有一些毒素則主要是攻擊質(zhì)膜中的膜蛋白部分。膜蛋白種類很多,其中研究得最多的是質(zhì)膜上的ATP,例如FC毒素,HMT毒素,脫氧雪腐鐮刀菌烯醇,細(xì)鏈格孢毒素tentoxin都可作用于質(zhì)膜上的ATP酶,抑制酶的活性,從而抑制了寄主細(xì)胞對胞內(nèi)外離子的主動(dòng)運(yùn)輸,使質(zhì)膜的離子泵失靈,導(dǎo)致質(zhì)膜對電解質(zhì)離子通透性的增加。無論是損傷了膜脂部分還是膜蛋白部分,在毒素作用后都會(huì)引起寄主細(xì)胞膜通透性的增加,胞內(nèi)電解質(zhì)離子的異常外滲,膜內(nèi)外兩側(cè)電位的去極化以及膜內(nèi)外鈣離子濃度差的去極化現(xiàn)象。根據(jù)對細(xì)胞信號系統(tǒng)的研究表明,膜內(nèi)外兩側(cè)維持一定的電位差及鈣離子濃度差對于寄主細(xì)胞的胞間及胞內(nèi)通訊有著極其重要的意義。當(dāng)寄主細(xì)胞受到毒素作用后,膜兩側(cè)電位及鈣離子濃度的去極化必將促使傷害信息在胞內(nèi)及胞間傳遞,從而誘發(fā)一系列其它癥狀的相繼出現(xiàn)。在毒素的進(jìn)一步作用之下,寄主細(xì)胞的質(zhì)膜將發(fā)生一系列超微結(jié)構(gòu)上的變化,主要表現(xiàn)為質(zhì)膜內(nèi)陷,局部斷裂,膜周圍出現(xiàn)電子密集的沉積物。這種變化并非毒素作用后發(fā)生的最初反應(yīng),而是毒害作用進(jìn)一步加劇后誘發(fā)的綜合微觀癥狀。4.2其他植物葉片的使用有些病原菌的毒素作用位點(diǎn)位于線粒體上,例如HST中的HMT毒素、玉米黃葉枯病菌毒素PM(Phyllostictamaydis)、蕃茄莖枯病菌毒素AL(Alternaria.alternataf.sp.lycopersici)、煙草赤星病菌毒素AL(A.longipes)以及粗皮檸檬黑斑病菌毒素ACR(A.citri)等都可