棉花组织结构和对黄萎病抗性的关系

棉花组织结构和对黄萎病抗性的关系摘要：本试验以22个不同抗性的棉花品种为材料，通过对供试品种的组织结构研究，使用石蜡切片法，了解棉花对黄萎病的抗性机制。结果如下：抗病品种与耐病品种、感病品种的总长度、总投影面积、总表面积和吸收根根长密度差异显著，但耐病品种与感病品种的这4个指标差异不显著。抗病材料根、茎的组织中薄层细胞密度大于感病材料，耐病品种根、茎的薄层细胞密度介于两者之间；抗病品种的根和茎的导管数最多，导管直径最小，其次是耐病品种，感病品种的根和茎中导管数最少，但是导管直径最大。棉花根系的吸收根根长密度，根和茎的薄层细胞密度，导管数可以作为对黄萎病抗性的检测指标。关键词：棉花；黄萎病；组织结构；抗性机制棉花（GossypiumhirsutumL.）是世界范围内主要的经济作物。被称为“棉花癌症”的棉花黄萎病(VerticilliumdahliaeKleb.)严重危害和影响着全球棉花的生产。1914年，在美国弗吉尼亚州，Carpenter首次在陆地棉上发现这一病害。此后，棉花黄萎病在世界主要的棉花生产地区纷纷出现并蔓延开来。1935年，由于我国引进美国棉种-斯字棉4B，棉花黄萎病自此传入我国，并逐渐在我国的478个产棉县（市）蔓延。1993年，棉花黄萎病在我国爆发成灾，1995、1996年再次爆发，严重影响了我国的棉花生产[1-4]。棉花黄萎病一直是世界和我国植物病理学和棉花抗病遗传育种领域研究的重点。虽然许多国内外学者已在棉花黄萎病菌的致病力分化、致病机理、抗病机制、抗性鉴定、抗性遗传及分子标记等方面进行了大量的研究，但仍难以满足棉花生产发展的需求。有关研究表明棉花不同抗性品种的根和茎固有的组织结构与棉花对黄萎病的抗性紧密相关[49]。本试验旨在通过对棉花的抗黄萎病机制的研究，进一步明确棉花抗黄萎病的机制，进一步优化棉花抗性鉴定体系，为棉花抗黄萎病育种的理论、方法和材料提供依据。1材料与方法1.1试验材料1.1.1菌株1.1.2供试棉花海岛棉（G.barbadence）苏K202和号,新海20号，新海25号,系548，新海24号共7个品种。陆地棉（G.hisutum）军棉1号、辽18、新陆早1号、硕丰1号、共24个品种（由新疆农业大学农学院遗传育种实验室提供）。其中，军棉1号为本试验的感病对照品种。（硕丰1号，军棉1号，辽18号，新海20号，新海25号，苏K202，中44，新陆早1号，系548，新海24号，M37-100，M37-119，M37-121,M37-66，M37-85，M37-49，M44-223，M44-21，M44-200，M44-217，M44-237，M44-62）1.2试验方法1.2.1田间病圃鉴定棉花对黄萎病的抗性鉴定在新疆农业大学试验田进行。试验采取随机排列，每个棉花品种播种行长300cm，间隔30cm，每个棉花品种4次重复。播种后进行常规的田间管理，收获期进行剖秆调查，记载发病等级[127]。1.2.2病情调查采用剖秆法调查棉花发病情况，然后进行品种抗病性划分，发病级别划分标准按石磊岩方法[13]。1.2.3棉苗的种植和培育挑选饱满的棉种进行催芽处理，待种芽长度达到1cm时播种[45，121]67-69，1474-1481。将催芽后的棉花种子种植在装有灭菌土的无底塑料钵中，每钵种植4粒种子，每个品种6钵，播种后将营养钵置于托盘内，托盘中灌满清水，放置在人工气候箱中培养，光照12h（温度为27℃），黑暗12h（温度为22℃）。棉种出苗后，每1营养钵中留棉苗2株。1.2.4采集棉苗组织材料待棉苗第2片真叶展平时（叶片直径大于3cm）采集材料。将棉苗从塑料钵中取出，用吸水纸吸干根系表面水分后截取地上1cm~3cm处茎部组织，地下1cm~3cm处主根组织和具有叶脉的叶子。1.2.5石蜡切片取生长一致的棉苗，截取地上1cm~3cm处茎部组织和地下1cm~3cm处主根组织，作为石蜡切片的材料迅速放在FAA固定液中进行固定。材料经过脱水-置换-浸蜡-包埋后，采用旋转式石蜡切片机切片，染色采用番红-固绿法，将切片放在双筒显微镜下观察，用测微尺测量导管直径并计算单位面积薄层组织细胞数、导管数。1.3数据处理采用Excel和DPS等软件进行数据分析。2结果与分析2.1棉花品种（系）对黄萎病抗性采用田间自然病圃，测得24个棉花品种（系）对黄萎病的抗性等级如下：抗病品种（系）：军海1号、新海20、。耐病品种（系）：辽18、。感病品种（系）：苏K202、军棉1号、新陆早1号、602、108-夫、硕丰1号、农大。2.2棉花抗黄萎病性与组织结构的关系2.2.1棉花不同抗性品种组织结构的比较通过对供试棉花的根、茎，叶的石蜡切片观察，见表2-3，抗病品种的根、茎薄层组织细胞密度比感病品种高，耐病品种根、茎薄层组织细胞密度介于两者之间，说明在抗病的棉花品种根、茎的薄层组织细胞排列非常紧密。抗病品种的根、茎的导管数最多，其次是耐病品种，感病品种最少。而感病品种的根、茎组织中导管的直径是最大的，耐病品种导管直径略大于抗病品种。表2-3棉花不同抗性品种组织结构的比较Table2-3Comparationontissuestructureofdifferentvarieties观测项目Observeitem抗病品种Resistantcultivar耐病品种Tolerantcultivar感病品种Susceptiblecultivar导管数Vesselnumber根root茎stream导管直径vesseldiameter（µm）根root茎stream薄层细胞密度densityofxylemparenchymacells（cell/µm2）根root茎stream2.2.2陆地棉和海岛棉不同抗性品种的组织结构切片以下切片观察均是在目镜10×/18，物镜4×/0.10的显微镜下进行的。陆地棉不同抗性品种根、茎组织结构如图2-2所示。海岛棉不同抗性品种根、茎组织结构如图2-3所示病级表皮总面积韧皮部总面积形成层总面积木质部总面积相对病情指数高抗595.5153249.458912.98613204.2874.545455抗病236.79391753.648495.09893104.95415.9091耐病330.99682547.983436.57412874.21624.24243感病377.040872592.478744.59912912.53757.272753讨论棉花黄萎病菌可以从棉花根部的根毛区侵入。当采用孢子悬浮液接种棉花幼苗时，与根部表面接触的大多数孢子在24h内萌发，这些孢子聚集在根毛区并形成芽管，其中一部分芽管会侵入到根毛内。如果芽管从根毛基部细胞侵入，它将沿着根毛向其顶端生长。从根毛区侵染的黄萎病菌有时能侵入到皮层细胞[129]。从棉花根系与品种抗性的相关性分析中可以看出，棉花吸收根系的根长密度与棉花的抗黄萎病性相关性显著，即吸收根根长密度越大，棉花的抗病性越差。因为接种数量相同的黄萎菌的孢子悬液时，吸收根根长密度越大，病菌能够侵入的位点就越多，病菌孢子在接触位点的萌发芽管侵入棉株根部的数量就越多，因此在寄主-病原菌的识别阶段，感病品种比抗病品种更容易感染病原菌。通过对不同抗性级别的棉花根系比较，抗病品种与感病品种、高感品种之间，耐病品种与高感品种之间吸收根根长密度的差异显著，但是耐病品种与感病品种的吸收根根长密度差异不显著，这可以在一定程度上解释温室抗性鉴定中采用伤根的方法接菌时，有些耐病品种被鉴定成感病品种。因此，采用伤根接种，一定要注意伤根均匀一致。通过石蜡切片观察不同抗性棉花品种的组织结构，与前人的研究结果一致[130]。抗黄萎病棉花品种的根、茎的薄层细胞密度高于耐病品种和感病品种，说明细胞排列越紧密，菌丝在细胞间隙的生长速度就越慢。在不同抗性的棉花品种中，抗病品种根、茎的导管数量最多，而导管直径最小，感病品种则相反，因为较狭窄的导管不利于菌丝过度横向繁殖和扩展，导管数量的增多也可以限制菌丝横向侵染。由于薄层细胞密度、导管数和导管直径与棉花的抗黄萎病性紧密相关，所以，可以将与这3个指标相关的碱基序列设计引物应用到棉花抗黄萎病的分子标记中。1.不同抗黄萎病性能的棉花品种在组织结构方面存在着一定的差异，棉花品种的抗病性与微管束结构有直接的关系。2.棉花根、茎切片中抗病品种单位面积的细胞数量较感病品种多一倍以上。他认为由于细胞数量的增加，减少了细胞间隙，提高了棉花机械抗病性能，从而大大阻止了黄萎病菌的侵入和在体内的扩展蔓延。顾本康等发现，感病品种(泗棉2号)的导管细胞排列不及抗病品种(冀328-1)紧密，且感病品种的菌丝占有细胞数多于抗病品种。王烨[15]研究发现，抗病棉花品种春矮早和86-6其主根、侧根和茎部的导管细胞壁比感病品种中棉所17和豫棉12较厚，木质部髓射线数目和单位面积细胞数量也多于感病品种，而且皮层细胞排列比较紧密。3.李正里等在棉花黄萎病叶的解剖研究中，发现在某些导管中存在胶状物质或侵填体。棉花抗病品种根，茎切片的单位面积细胞数量较感病品种高，细胞数量的增加减小了细胞间隙，提高了棉花机械抗病性能，因而可阻止菌丝体的侵入或扩散。【6】顾本康【7】棉花根系的组织结构差异能影响菌丝体在植株体内的扩散速度。本实验结果也表明陆地棉品种间根部组织结构也存在差异，但尚不足以抵抗病原菌的侵入，只能延缓病原菌在植株体内的扩展速度。因此，陆地棉品种抗黄萎病菌侵入的能力较差，难于达到对黄萎病的免疫抗性。【6】YaoH-Z(姚焕章).Aprimariystudiesonthecoresistancetoverticilliumwiltnetcsletterofchinaeastemaagricultuscience(华东农业科学科通信)，1956，（7）；354（inChinese）[7]GuB-K(顾本康)，MaC().BreedingforCottonResistancetoDiseasesinChina().Nanjiang:jiusci4.