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植物．病原菌互作过程中，受侵寄主细胞会发生一系列与植物抗病性相关的反应，其中包括植物细胞对病原菌的识别、胞内信号的转换与传导、防卫反应的开启、活性氧的爆发、系统获得抗性(system acquired resistant，SAR)的形成等，这些反应在时间和空间上与寄主组织和细胞水平上的结构变化、细胞坏死及病原菌受抑制等有密切关系。相关研究在农作物上已取得了许多有意义的成果，但在林木上对寄主．病原菌互作的过程和机理了解得还远远不够。
本论文以杨树．溃疡病菌互作为研究系统，以毛白杨(Populus tomentosa Carr．)、北京杨(P.beijingensis Hsu)为研究对象，以愈伤组织、离体枝条和盆栽苗为试验材料，应用电子显微、荧光显微、分子细胞学、生理生化等技术和方法，研究了杨树与溃疡病菌互作过程中细胞膜透性(细胞相对电导率)、可溶性糖含量、丙二醛、活性氧(O<-><,2>和H<,2>O<,2>)、抗氧化酶(SOD、CAT、POD、APX)的产生和积累，分析了这些变化在抗病和感病杨树之间的差异；观察了溃疡病菌侵染过程中寄主细胞超微结构变化，分析了水分胁迫对寄主超微结构的影响及与病害发生的关系；对过氧化物酶进行了细胞化学定位，探讨了过氧化物酶在植物抗病过程中的分布及作用；采用电镜、荧光染色、DNA Ladder等方法初步研究了杨树．溃疡病菌互作中细胞的过敏性反应，力争从多个角度揭示杨树与溃疡病菌的互作机制。主要研究结果如下：
1．对毛白杨和北京杨愈伤组织接种溃疡病菌(Botryosphaeria dothidea)后，测定了细胞相对电导率、可溶性糖及MDA含量。结果显示：溃疡病菌侵染后，2种杨树愈伤组织细胞膜透性上升，相对电导率显著增加，北京杨上升幅度大于毛白杨；可溶性糖含量的变化在2种杨树间变化差异较大，北京杨可溶性糖含量呈上升趋势，在24 h和120 h时达到高峰，毛白杨可溶性糖含量在48 h时略高于对照，为24.96μg·g<-1>FW，比相应对照增加的幅度只有11.43％，其余测定时间则低于对照，方差分析表明毛白杨处理与对照相比可溶性糖含量差异不显著(P=0.295)；感病品种MDA含量上升，而毛白杨MDA含量变化不明显，说明感病杨树出现了膜脂过氧化现象。
2．在温室模拟干旱胁迫试验条件下，以1年生毛白杨和北京杨扦插苗为试验材料，设置正常水分、中度胁迫和重度胁迫3个处理，并对盆栽苗干部接种溃疡病菌，接种后继续进行干旱胁迫，研究了干旱与溃疡病菌共同作用下，杨树干部溃疡病害发生及与树皮超微结构变化之间的关系特征。结果显示：(1)随着干旱胁迫程度的增加，2种杨树溃疡病害发生渐趋严重；(2)干旱胁迫下，杨树树皮组织细胞发生质壁分离，并随胁迫程度的增加而严重；(3)干旱胁迫下接种病原菌，2种杨树细胞发生不同程度的损伤，主要表现为细胞器发生较大变化，如出现叶绿体肿胀变形、线粒体数量增多，质膜模糊不清等现象；随接种时间的延长，细胞器受到进一步损伤，叶绿体被膜折皱，严重时局部破裂，基质外渗，并部分最终解体；(4)毛白杨中的菌丝主要在细胞间隙中穿行，而北京杨的菌丝除在细胞间隙中生长之外，侵入细胞内部也较多，直接导致细胞的解体；(5)干旱胁迫下细胞的损伤促进了病原菌的侵染，干旱和病原菌的双重胁迫加剧了病害的发生程度，并且病原菌侵染对细胞的破坏程度大于水分胁迫。干旱和溃疡病菌共同作用对于寄主有促进病害发生和加重病情的作用。
3．对过氧化物酶的细胞定位研究发现，无论抗病杨树还是感病杨树，接种后均发现细胞中有过氧化物酶反应产物，通过分析发现，毛白杨过氧化物酶的活性不仅明显高于未接种的对照，也明显高于接种处理后的北京杨，并且定位更广泛，在细胞壁、细胞间隙、叶绿体膜、线粒体膜及液泡膜上均有大量定位，而北京杨酶反应产物主要分布于细胞壁上，在细胞膜、核膜局部有少量定位，定位范围及强度均小于毛白杨。毛白杨过氧化物酶产生早，积累量大，北京杨过氧化物酶的积累量明显低于毛白杨。
4．测定了接种溃疡病菌(Botryosphaeria dothidea)后2种杨树(Populus spp．)树皮中O<-><,2>、H<,2>O<,2>、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)及膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)含量的动态变化，分析了杨树与溃疡病菌互作中活性氧(reactive oxygen species，ROS)的产生、抗氧化酶活性及膜脂过氧化水平的变化规律及与杨树抗病性的关系。结果显示，随接种时间的延长，2种杨树O<-><,2>产生速率和H<,2>O<,2>含量均有上升趋势，毛白杨出现了较明显的“氧化爆发”，北京杨则不明显；POD活性持续上升，毛白杨上升幅度大于北京杨；SOD、CAT活性先上升后下降，北京杨2种酶活性在后期受到的抑制更明显；APX活性则在2种杨树中变化较大，毛白杨明显比北京杨变幅大；MDA含量增加，表明“氧化爆发”启动了膜脂过氧化，北京杨在后期MDA含量大幅上升，并且MDA含量与O<-><,2>产生速率呈显著正相关。
5．对溃疡病菌侵染后不同时间的杨树愈伤组织进行DAPI特异性染色，在荧光显微镜下观察，发现接菌后24 h，毛白杨部分细胞核表现染色质的不均一，核质浓缩并“趋边化”，呈棒形或弯月形，但大多数细胞核仍为近圆形；接菌48 h后，大多数细胞核形状开始出现不规则，染色质的不均一化更加明显，并有部分细胞核DNA发生断裂；接菌后72 h，在胞间发现菌丝生长，但分枝较少；接菌后144 h，在胞间发现菌丝有较多分枝，分枝侵入相邻细胞，这时候周围的细胞核已很少有荧光现象，细胞呈现空泡化。北京杨接菌48 h即发现细胞间有菌丝生长，72 h时细胞间生长的菌丝已很多，并且菌丝分枝也较多，周围的细胞均已空泡化，没有发现明显的染色质凝集。对枝条病斑交界处的树皮组织提取DNA，经1.6％琼脂糖凝胶电泳发现，毛白杨接种后第5 d和6 d出现明显的DNALadder现象，而北京杨没有发现此现象；但2种杨树均未出现系统性的细胞过敏性反应，其产生机制有待进一步研究。对接菌后不同时间的杨树愈伤组织DNA进行电泳，2种杨树均未出现DNA Ladder现象，但在48 h～96 h有比较明显的DNA拖尾弥散，结合组织病理学结果认为出现了细胞坏死现象。