第三章植物病原原核生物

第九章植物病原原核生物原核生物（Procaryotes）：是指无真正的细胞核，遗传物质分散在细胞质中，无核膜包被，仅形成一个圆形或椭圆形的核区的低等生物，包括细菌、放线菌、蓝细菌和菌原体等。第一节植物病原原核生物概述一、植物病原细菌学发展简史■Mistcherlich(1850):借助显微镜观察到活动的液体能引起马铃薯细胞崩解，认为可能是一种弧菌（Vibrio）。第一个发现细菌引起植物病害。■ThomasJ.Burrell（1877）证明Illinois梨和苹果的火疫病是由细菌引起的。用胶状缢脓接种获得成功。■C.Auther（1885）用纯培养细菌接种和再分离，从而证实细菌是病原物。■ErwinF.Smith（美国）和A.Fisher（德国）（1905）：出版了《细菌与植物病害的关系》（Bacteriainrelationtoplantdiseases），奠定了植物病原细菌学。■土居养二（1967）：确定桑萎缩病的病原是类菌原体（MLO）。■Saglio（1973）（法国）：首先从柑桔僵化病中分离到了一种螺旋形的菌原体（螺原体），并由此建立螺原体属。已经记载的植物细菌病害500种以上。植物病原细菌已经确认的约有250个种、亚种和致病变种。随着分子生物遗传学和生物技术的迅速发展和向其它学科渗透，目前植物细菌学的研究已进入分子生物学阶段。凡有植物生长的地方都有细菌病害分布，但发生的种类则依不同气候带或不同生态区而异。植物病原细菌中有的种类寄生专化性强，只能侵染一种植物，有的种类寄生范围较宽，可侵染多种植物，最多的可达200余种，如青枯病菌。二、分布和为害细菌病害对植物的为害是多方面的，如影响植物正常生长发育以及营养代谢或光合作用等，从而造成农作物的重大经济损失。例如，据从肯尼迪等（H·W·Kennedyetal,l980）报道，1976年美国3l个州因43种细菌病害的为害而造成经济损失达2亿多美元;曾有报道棉花因角斑病（Xanthomonascampestrispv.malvacearumDye）为害减产达30%。在中国，水稻白叶枯病（X.campestrispv.oryzaeDye）于70年代初连续3年在长江流域大流行，每年发病面积约133.3公顷，重病稻田一片枯焦。世界性重要细菌病害是：★水稻白叶枯病，主要发生在中国、日本和东南亚各国。★植物青枯病（Ralstoniasolanaceareum），各大洲都有发生，但主要在热带、亚热带及部分温带地区温暖、酷热、潮湿、多雨的条件下严重为害。中国的黄河流域及其以南各省均有发生，但以长江流域以南为害最重。★植物软腐病，由几种欧文氏菌（Erwinia）引起的病害，主要为害十字花科作物，也为害禾本科及其它栽培植物，世界各国及中国南北方都有发生。★梨火疫病[Erwiniaamylovora（Burrill）Winslowetal]，主要发生在西欧和北美，为害梨、苹果等，有细菌火之称，是毁灭性的细菌病害，中国尚未发现此病。各大洲都有分布，寄主范围很广，对核果类果树为害尤重，近年在中国局部地区的桃、葡萄、啤酒花等栽培植物上严重发生。★植物根癌病：又称冠瘿病（Agrobacteriumtumefaciens）★马铃薯环腐病（Clavibactermichiganensesubsp.sepedonicum），在欧洲、北美发生普遍。在中国马铃薯主要栽培区都有发生，以北方一季作区和南方冷凉山区较重。无毒种薯生产可减轻为害。主要研究细菌形态、染色反应、培养性状、生长与营养、生理和生物化学特性、血清学特征、遗传特性、遗传和变异、鉴定和分类，致病特性、地理分布、传播方式、流行生态、病原物与寄主植物互作的物理机制、生理生化机制和分子生物学机制、细菌病害的防治策略和防治技术。三、研究内容原核生物与真核生物的比较项目类别原核生物真核生物大小（μm）1~1010染色体数目11核膜–+呼吸作用场所原生质膜线粒体核糖体70S（30S+50S）80S（40S+60S）肽葡聚糖+–DNA环状线状繁殖无丝分裂有丝分裂第二节植物病原原核生物的一般概念◆细菌病害的数量和危害仅次于真菌和病毒，属第三大病原物。◆细菌属于原核生物界（Procaryotae）的单细胞生物，有细胞壁，没有细胞核。◆一般细菌的形态为球状、杆状和螺旋状。大都单生，也有双生、串生和聚生的。植物病原细菌大多是杆状菌，大小为0.5~0.8μm×1~5μm，少数是球状。◆大多具鞭毛，着生在菌体一端或两端的叫极鞭，着生在菌体侧面和四周的叫周鞭。◆植物病原细菌都不产生芽孢。芽孢抗逆性较强。◆细菌都是非专性寄生物，均可在人工培养基上生长。寄生性强的可以侵染绿色叶片，寄生性弱的只能侵染植物的贮藏器官和果实等抗病性较弱部位。◆一般植物病原细菌的致死温度是48~53℃/10分钟，而要杀死细菌的芽孢则需要120℃左右的高压蒸汽10~20分钟。因此高压灭菌的指标是120℃30分钟。◆细菌都是以裂殖方式繁殖，即一分为二。在适宜条件下最快20分钟繁殖一次。一般植物病原细菌的最适温度为26~30℃，24~48小时可以在培养基上长出细菌菌落。◆细菌经常发生变异。人工培养的细菌致病力容易减弱，通过人工接种的方法可以恢复其致病力。一、形态和结构细菌的形态有球状、杆状和螺旋状，个体大小差别很大。球状细菌的直径为0.5~1.3μm，杆状细菌的大小为0.5-0.8μm×1~5μm，也有更小一些的。螺旋状细菌较大，有的可达13~14μm×1.5μm。细菌大都单生，也有双生、串生和聚生的。植物病原细菌大多是杆状菌，大小为0.5~0.8μm×1~3μm，少数为球状。细菌内部结构示意图1、鞭毛2、荚膜4、细胞壁4、原生质膜5、气泡6、核糖体7、核质8、内含体9、中心体1、鞭毛；2、鞭毛鞘；3、鞭毛基体；4、气孢；5、细胞质膜；6、核糖体；7、中间体；8、革兰氏阴性细菌细胞壁；9、隔膜的形成；10、液泡；11、革兰氏阳性细菌细胞壁；12、载色体；13、核区（核物区）；14、核糖体；15、聚核糖体；16、导染体；17、荚膜细菌结构详图在细菌细胞的外层，贴近细胞质膜之外，是一层无色透明、坚韧而具有一定弹性的膜，其主要化学组成是肽聚糖、类脂质和蛋白质等。细胞壁的主要功能在于保持细菌一定的外形，并保护其免受外物的损害。细胞壁又是一种相对透性的膜，对排斥某些较大外物的进入和阻留菌体内某些物质的逸出，也起着选择性分子筛的屏障作用。1、细胞壁（革兰氏染色反应）细菌对革兰氏染色的反应有阳性（G+）和阴性（G-）。植物病原细菌革兰氏染色反应大多是阴性（红色G-），少数是阳性（紫色G+），这与细菌细胞壁的结构和成分有关（先用结晶紫和碘液处理细胞壁，再用酒精或丙酮脱色）。对抗菌素的反应。青霉素对G+细菌作用较大，但对G-细菌作用则较小；而链霉素对G+和G-细菌都有杀灭作用。因为植物病原细菌大多属阴性细菌，因此农用链霉素在防治植物细菌病害方面广泛应用。与细菌的其他性状。例如，G+细菌能耐高浓度的盐，不易被蛋白酶分解，但是对于碱性染料和除垢剂（如肥皂）则较敏感。营养的要求也不同，G+细菌，一般需要较复杂的营养物质。细菌细胞壁的化学组成及其结构，与细菌的某些染色反应和药物敏感性有关，其中最重要的是革兰氏染色（细菌分类一个重要依据）。位于细胞壁内和细胞质外，电镜下明显见到有三层结构，内外两层是电子稠密层，中间是电子透明层。细胞质膜的主要化学成分是类脂质和蛋白质，还有少数碳水化合物和其它物质。细胞质膜作为细菌细胞的主要渗透屏障，选择性地调节着细胞质和外界环境的物质交换。2、细胞质膜细胞质膜内包含着细胞质，主要成分是水、蛋白质、类脂质、多糖类、核糖核酸和少量无机盐等，具有明显的胶体性质。在细胞质内还含有核质体、核糖体和异染颗粒、类脂质、脂肪、淀粉、气泡等内含物。细菌细胞质中没有内质网、线粒体等细胞器。3、细胞质细菌没有明显的细胞核，其核物质分散在细胞质中，无核膜包围。电镜下，细菌的核体集中在细胞质中央，形成一个椭圆形或近圆形的核区，它是一个很长的DNA分子，形成细菌一个环状染色体。核体是控制细菌生长繁殖和遗传变异的小器官。4、核体环状DNA，染色体外的遗传成分，可复制遗传。编码细菌的许多性状，如对抗菌素的抗性等。质粒已被证明与植物病原细菌的致病性有关，如根癌农杆菌(Agrobacteriumtumefaciens)中存在一种诱癌质粒—Ti质粒，能使多种植物形成冠瘿瘤。5、质粒细菌的核蛋白体主要集中在核区周围和细胞质膜上的一种核糖核蛋白质小颗粒。细菌的核蛋白体是70s的，由30s和50s两个亚基组成。核蛋白体是细菌合成蛋白质和酶的地方。6、核蛋白体部分细菌，可在细胞壁外面产生一种粘液样的物质，包围整个菌体。那些具有一定的形状和轮廓，能与周围的环境明显区分的就是荚膜（比较厚而固定的黏质层），而那些无一定形状和轮廓，与周围环境无明显界限的就是黏质层。荚膜紧附于细胞壁后，是细菌构造的一部分，可用荚膜染色法观察。黏质层比较疏松，可自细菌游离外界。荚膜主要含多糖类或多肽类，而黏质层的主要成分是纯粹的多糖类。荚膜和黏质层的其它组分各种细菌各不相同，对某些细菌的鉴定是很有意义。荚膜和黏质层具有保护细菌的作用，尤其是保护细菌免受干燥和其它有类似环境因素的影响。植物病原细菌很少有荚膜，但有黏质层。7、荚膜和黏质层从细胞内伸出的细长、波浪形弯曲的粒状物。化学组成主要是鞭毛蛋白质，还有少量碳水化合物。细菌鞭毛的着生位置和数量各不相同，主要有两型，即极生鞭毛和周生鞭毛。着生在菌体一端或两端的称为极生鞭毛，着生在菌体一侧或四周的称为周生鞭毛。细菌有否鞭毛及着生位置和数量具有属的特征，在细菌分类上有重要意义。鞭毛是细菌的运动器官。纤毛是细菌菌体表面着生的形状较直，直径较细、长度较短、数量较多的毛发状细丝，也称伞毛。伞毛有普通伞毛和性伞毛之分，前者主要起附着作用，而后者则供细菌接合之用。8、鞭毛和纤毛某些细菌在其生长的某一阶段中，在营养细胞内可以形成一个内生孢子，称为芽孢。芽孢并不是细菌的繁殖器官，因为一个菌体只形成一个芽孢，芽孢萌发也只形成一个细菌。芽孢的壁较厚，结构坚实，含水量少，代谢几乎停止，折光性强，对外界不良环境抵抗力很强，特别能耐高温、干燥和高渗透压的作用。（一般植物病原细菌的致死温度在48~53℃之间，有些耐高温细菌的致死温度，最高也不超过70℃，而要杀死细菌的芽孢，一般要用120℃左右的高压蒸气处理l0~20分钟。）细菌产生芽孢的特性以及芽孢形状、大小、位置的特点，都具有种的特性，在细菌鉴定上很有意义。植物病原细菌多数没有芽孢，少数有芽孢。9、芽孢二、原核生物的繁殖、遗传和变异原核生物都是以裂殖的方式，以2n方式繁殖。细菌繁殖很快，大肠杆菌在适宜的条件下每20分钟就可以分裂一次。在其它条件适合时，温度对细菌生长和繁殖的影响很大。植物病原原核生物的生长适温为26~30℃左右，少数在高温或低温下生长较好，如茄青枯菌的生长适温为35℃，马铃薯环腐病菌的生长适温为20~23℃。原核生物的遗传物质是细胞质内的DNA，主要在核区内，但在细胞中还有单独的遗传物质，如质粒。核质和质粒共同构成了原核生物的遗传信息库—基因组。遗传变异原核生物经常发生变异，一种是细胞的突变，如细菌人工培养多代或贮藏期较长后，致病力减弱甚至消失；另一种变异是两个性状不同的细菌的结合，一个细菌的遗传物质进入另一个细菌体内，使DNA发生部分改变，后者在分裂繁殖时，就形成性状不同的后代。三、主要类群绝大多数的原核生物是腐生的或自养性的，它们广泛分布在自然界的各种场所，从高山到海洋，从赤道到两极，从植物到动物体内外，都可发现有细菌存在。能够侵染植物引起发病的原核生物称为植物病原原核生物，主要有真细菌和菌原体两大类群，分属于薄壁菌门、厚壁菌门和软壁菌门。薄壁菌门和厚壁菌门的细菌有细胞壁，软壁菌门的成员也称菌原体，三者统称为真细菌。第三节植物病原原核生物的主要类群根据目前公认的五界生物分类系统，细菌属于原核生物界。由于原核生物形态简单、差异较小，内部