植物抗病性-中国农业大学

植物抗病性中国农业大学植物病理系张忠军[e-mail]62733754,13693124978植保楼306,309课程安排课程代码：01130715-01上课时间和地点：第2-4周，第6-10周；星期二，第1-2节，旧教学楼487；星期四，第1-2节，旧教学楼487。班级：植病061，植病062CultivarofresistanceCultivarofsusceptibility第1章绪论1.1植物抗病性的重要性1.2植物抗病性的基本概念1.3植物抗病性研究的发展方向1.1植物抗病性的重要性1.1.1利用植物抗病性防治病害的优点有效、节省成本、不污染环境。在没有抗病性可用的情况下才使用化学药剂。在多种植物的多种病害均采用抗病性这种措施，尤其是如下几种情况下抗病性更加重要：(1)有些植物，例如水稻、小麦、玉米、马铃薯等，其种植面积很大而经济价值较低，化学防治成本高且难于实施，尤其是流行速度快、发病规模大的锈病、白粉病、疫病、瘟病；1.1植物抗病性的重要性1.1.1利用植物抗病性防治病害的优点(2)与以种子作为食用部位的禾谷类植物相比，蔬菜、水果、某些药用植物的农药残留更容易对人类健康造成危害；(3)不同于以种子作为主要经济部位的禾谷类植物，花卉植物的主要经济部位是花和叶，人们更难以容忍这两个部位被侵染。1.1植物抗病性的重要性1.1.2利用植物抗病性的重大事例(1)国外：欧洲马铃薯晚疫病，法国葡萄霜霉病，美国大豆胞囊线虫病，美国玉米小班病(1970年大流行，产量损失165亿公斤)，美国亚麻锈病。(2)国内：小麦条锈病(1950年大流行，产量损失60亿公斤)，水稻稻瘟病。另外，国内外多种植物黄曲霉病、小麦赤霉病。1.1植物抗病性的重要性1.1.3植物抗病性研究对基础科学的贡献(1)识别(recognition)；DNA结构相关性：植物过敏性反应(hypersensitivereaction)、果蝇“液体防御”(humoraldefense)、脊椎动物“天生免疫性”(innateimmunity)。(2)协同进化(co-evolution)1.2植物抗病性的基本概念1.2.1坏死性主动防御(necroticactivedefense)病原物侵染点（及其邻近）的寄主植物细胞快速坏死并限制病原物进一步发展。主动防御过程中出现坏死的速度和坏死斑的大小因植物不同品种而异。主动防御最初发现是由一种真菌(Pucciniadispersa)引起的，现已证明，在真菌、细菌、病毒、线虫、植原体等各类病原物中，都有一些种（或变种）能够导致坏死性主动防御。ABCDE1.2植物抗病性的基本概念1.2.2抗病性的Mendel遗传抗病性以Mendel方式遗传，有些情况下抗病性由单基因控制，有些情况下则由两个或多个基因控制，显性抗病、隐性抗病、抗病基因复等位性(multi-allelism)、染色体不同位点上的抗病基因之间互补效应(complementaryeffect)、上位性互作(epistaticinteraction)等现象均有报道。有少例细胞质基因控制抗病性的报道，例如，玉米对小斑病菌T小种的抗性。1.2植物抗病性的基本概念1.2.3生理小种(physiologicalrace)在病原物种(species)、变种(sub-species,variety)、或专化型(formaspecialis)内，个体之间对寄主植物含不同抗病基因的品种存在着致病性(pathogenisity)差异，这些致病性不同的个体群称为不同的生理小种。生理小种现象最初在专性寄生真菌中发现，目前证明在一些非专性寄生物中也存在。毒性(virulent)与无毒性(avirulent)小种，亲和(compatible)与非亲和(incompatible)小种。鉴别寄主/生理小种2829303132331.TrigoEurekaSSSSSRS2.FulhardSSSSSS3.保春L128SSSSSS4.MentanaSSSSSS5.VirgiliaSSSSSSR6.AbbondanzaSSSSSS7.早洋SSSSSS8.FunoSSSSSS9.丹麦1号SSSSSS10.JubileinaIIRRRRSS11.丰产3号SSSSSS12.Lovrin13RSSSSS13.抗引655RRRRSS14.Suwan11RRRSSS15.中四RRRRRR16.Lovrin10SSSSSS17.Hybrid46RRSSSR18.T.speltaalbumRRRRRR19.贵农22RRRRRRR:resistant;S:susceptible中国小麦条锈菌鉴别寄主对部分生理小种的抗/感谱稻瘟菌生理小种水稻抗病基因Pi-aPi-ksPi-taPi-iPi-kpPi-tPi-ztPi-12Pi-shPi-7Pi-zPi-z5Pi-3Pi-kmPi-ta2RB1RRRRRRRRRRRRRRRRB2SRSSRSRRRRSSSRSRB7SSSRRSSSSRSRRRRRB11RSSRSRRRSRRRRSRRB17RSRRRSRSSRSRRRRRB18SRRRSRSRSSRSSRR水稻抗稻瘟病不同基因对部分生理小种的抗/感谱R=resistant,S=susceptible.1.2植物抗病性的基本概念1.2.3生理小种(physiologicalrace)生理小种鉴定过程：(1)采样，代表性；(2)分离纯化，单孢子/单细胞；(3)繁殖病原体，防止污染；(4)接种鉴定，实验条件和病情记载统一标准；(5)结果分析，重复验证。1.2植物抗病性的基本概念1.2.4小种专化性抗病性(race-specificresistance)与非小种专化性抗病性(race-non-specificresistance)植物某一品种对于病原物的某一或某些生理小种具有抗性而对于其它小种没有抗性，则称该品种的抗病性为小种专化性抗病性。植物某一品种对于病原物所有生理小种均具有抗性，则称该品种的抗病性为非小种专化性抗病性。1.2植物抗病性的基本概念1.2.5质量抗病性(qualitativeresistance)与数量抗病性(quantitativeresistance)植物品种受到病原物侵染后，不形成肉眼可见症状则称为质量抗病性，而形成可见症状但与感病对照品种相比症状较轻则称为数量抗病性（慢病性、部分抗性、不完全抗性）。这种划分带有一定程度的主观因素。数量抗病性容易受环境影响。与质量抗病性相比，数量抗病资源较丰富。1.2植物抗病性的基本概念1.2.6抗病主效基因(majorgene)和微效基因(minorgene)某一抗病基因，它的存在能导致显而易见的抗病表现型，则称该基因为抗病主效基因。某一抗病基因，它的存在只能在一定程度上减轻病情程度，需要通过测量病情、并与感病品种病情相比较才能判断其抗病程度，则称该基因为抗病微效基因。一般而论，质量抗病性由抗病主效基因控制，数量抗病性由抗病微效基因控制，但并不是必然。1.2植物抗病性的基本概念1.2.7持久抗病性(durableresistance)植物某一品种，在有利于病害发生的环境中、大面积、长时期种植后，其抗病性仍保持不变，则称该品种具有持久抗病性。持久抗病“品种”与持久抗病“基因”之辨：大麦mlo基因（Cell88:695-705）和Rpg1基因（PNAS99:9328-9333）、小麦Lr34基因（Science323:1360-1363）、小麦Yr36基因（Sciencexpress/）。1.2植物抗病性的基本概念1.2.8非寄主抗病性(non-hostresistance)任何一种(species)植物只能被有限数目的病原物种(species)或变种(variety)侵染，而不能被其它种病原物侵染，即对其它种病原物具有抗性，称其为非寄主抗病性。1.2植物抗病性的基本概念1.2.9植物品种资源(germplasmresources)及抗病性鉴定植物遗传变异材料总称为品种资源，包括栽培种、野生种、近缘种属植物。地方品种材料，引进材料，植物变异中心，资源材料库。抗病性鉴定：田间鉴定、温室鉴定、离体鉴定。病情分级的标准化。1.2植物抗病性的基本概念1.2.10既存抗病性(pre-existingresistance)由植物体正常的结构特性或化学成分导致的抗病性称为既存抗病性。例如：品种叶片表面的角质层较厚；叶脉较密；紫皮洋葱含有较多抑制某些真菌孢子萌发的儿茶酚和原儿茶酸；燕麦中的皂苷(saponin)抑制全蚀病菌。1.2植物抗病性的基本概念1.2.11诱导抗病性(inducedresistance)植物体受到生物、化学、物理等因素刺激后产生的抗病性称为诱导抗病性。分为局部获得抗病性(localacquiredresistance,LAR)和系统获得抗病性(systemicacquiredresistance,SAR)。例如：含有mlo基因的大麦品种受到白粉菌侵入时细胞壁加厚；植保素(phytoalexin)；马铃薯受伤后变为褐色。一种病毒的弱毒株诱导的对该种病毒强毒株的抗性称为交叉保护(crossprotection)。1.3植物抗病性研究的发展方向1.3.1精确解析植物-病原物互作过程通过功能基因组技术揭示新基因，解析识别、信号传递网络、防卫反应过程。1.3.2从模式植物-病原物系统转向农作物-病原物系统。1.3.3培育和推广转抗病基因植物品种。Pathogen1Pathogen2Pathogen3AVR2AVR3AVR4AmodelforresistancegenefunctionR2/3R4AVR1R1SignalcascadeDefenseresponseHostcell1.3植物抗病性研究的发展方向1.3.4诱导抗病化合物/技术的产业化COOHHOCOOHH3CCO乙酰水杨酸（阿司匹林）O水杨酸(SA)1.3植物抗病性研究的发展方向1.3.4诱导抗病化合物/技术的产业化此外，喷施硅溶液诱导对白粉病的抗性，低剂量紫外线(254nm)诱导水果抗病性。Cl二氯异烟酸(INA)苯并噻二唑(BTH,Actigard)NClCOOHNNSOSCH3