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摘要
通过生物学方法测定3,4,5三羟基苯甲酸甲酯(MG)防治番茄青枯病的物理作用方式,采用气相色谱质谱联用方法分析该化合物对番茄根系组织次生代谢物质的影响。结果表明,3,4,5三羟基苯甲酸甲酯对番茄青枯病有较好的预防作用,持效期较长,施药15 d 后接种青枯病菌,防效仍达52.12%;该化合物可快速扩散到番茄根系组织内,但其向植株顶部和基部的输导作用弱,对番茄青枯病的治疗效果差。番茄根系中共鉴定出36种次生代谢物质,与对照相比,3,4,5三羟基苯甲酸甲酯处理对番茄根系次生代谢产物的组成和相对含量有明显影响,其中与抑菌活性相关的物质有香叶醇、豆甾醇、β谷甾醇和木栓醇等4种,前3种物质在3,4,5三羟基苯甲酸甲酯处理植株体内表现为含量显著升高,木栓醇则为苗期用3,4,5三羟基苯甲酸甲酯处理后番茄根系新增的化合物。
关键词
3,4,5三羟基苯甲酸甲酯;番茄青枯病;物理作用方式;次生代谢物质
中图分类号:
S 436.412
文献标识码:A
DOI:10.3969/j.issn.05291542.2016.06.013
Abstract
The physical modes of action of methyl gallate (MG) for controlling tomato bacterial wilt were determined by biological method, and its effect on secondary metabolites of tomato roots was determined by gas chromatographymass spectrometry (GCMS) method. The results showed that methyl gallate could effectively protect tomato from tomato bacterial wilt with a long lasting period. When methyl gallate was applied 15 d before the pathogen was inoculated, the control efficacy could reach 52.12%. Methyl gallate could diffuse quickly towards tomato root tissues; however, the compound was difficult to translocate from bottom to top or reversed. A total of 36 secondary metabolites produced from tomato roots were identified. Compared with the contrast, the categories and relative contents of root secondary metabolites under the MG treatment were obviously changed. Four of them were relevant to antimicrobial activity, which were geraniol, stigmasterol, βsitosterol and friedelinol, and the first three were significantly increased and friedelinol was a new compound in seedling roots under the MG treatment.
Key words
methyl gallate;tomato bacterial wilt;physical mode of action;secondary metabolite
茄青枯拉尔氏菌[Ralstonia solanacearum (Smith) Yabuuchi et al.]可引起多种植物的青枯病,广泛分布于热带、亚热带及某些温带地区,并有逐渐向高纬度冷凉地区蔓延的趋势[12]。防治青枯病必须采取综合措施,其中药剂防治依然是重要的防控措施之一,但目前用于防治青枯病的药剂品种单一,亟待开发出新型药剂。本文作者前期研究发现,木蜡树(Toxicodendron sylvestre)中的3,4,5三羟基苯甲酸甲酯(methyl gallate,MG)对多种植物病原菌具有较强的离体抑制活性,可显著影响茄青枯拉尔氏菌生长、能量代谢和蛋白质表达等[34],且MG 稳定性好,在温室及大田条件下均可有效控制番茄青枯病的发生[3,5]。MG属于酚酸酯类化合物,广泛存在于自然界多种植物中,具有抗氧化、抑菌、抗病毒、对抗血小板聚集等多种生物活性[6]。在农业领域,Ahn等报道MG对稻瘟病、小麦叶锈病和黄瓜灰霉病有较好的防治效果[7];Méndez等将MG施用于菜豆后发现, MG被糖苷化形成3glucosyl methyl gallate,从而影响菜豆不定根的生长[89]。虽然已知的研究报道证实MG有广谱的抑菌活性和较好的病害防治效果,有作为杀菌剂开发利用的潜力,但有关其防治植物病害的作用方式以及对植物生长代谢的研究鲜有报道。本文通过生物学方法测定MG防治番茄青枯病的物理作用方式,采用气相色谱质谱联用(gas chromatographymass spectrometry, GCMS)方法分析MG对番茄根系组织次生代谢物质合成的影响,从而可以进一步揭示MG有效控制番茄青枯病的机制,为合理应用MG防治植物病害提供科学依据。 1材料与方法
1.1供试材料
供试番茄品种为‘金卡红’,属于高感青枯病品种,由广州金卡农业科技有限公司提供;培养番茄所用基质为全价育苗基质(有机质 腐殖酸≥50%),由长春市赛世农业开发有限责任公司生产;茄青枯拉尔氏菌菌株RsT02由广西大学植物病理学研究室提供,使用时以牛肉膏蛋白胨培养液在28℃130 r/min条件下振荡培养;3,4,5三羟基苯甲酸甲酯(MG)为人工合成,纯度大于99%,由阿拉丁试剂有限公司提供,使用时用10%甲醇配制成MG母液。
1.2MG防治番茄青枯病的物理作用方式测定
1.2.1番茄苗的培育
在玻璃温室中(28±5)℃以育苗基质培育番茄苗至长出真叶,移入塑料盆中以水培法培育,每星期更换1次培养液,至4~5叶期,用于测定MG的作用方式。其中水培营养液成分及用量为:A液,Ca(NO3)2·4H2O 59 g,KNO3 404 g,水1 000 mL;B液,KH2PO413.6 g,MgSO4·7H2O 24.6 g,水1 000 mL;C液,NaFeEDTA 30 g,MnSO4·4H2O 2.13 g,ZnSO4·7H2O 0.22 g,CuSO4·5H2O 0.08 g,(NH4)6Mo7O24·4H2O 0.02 g,水1 000 mL。取A液8 mL、B液8 mL、C液0.8 mL,加水补足5 L即为每一栽培盆的水培用量。
1.2.2MG的扩散作用测定
培养液中加入MG母液使其终浓度分别为10 μg/mL和20 μg/mL,番茄植株在其中分别培养24 h和48 h后,用流动清水反复冲掉番茄苗根系及根茎部表面的MG,植株备用。同时,在新鲜的培养液中加入振荡培养24 h的青枯菌RsT02,使其浓度为107cfu/mL。将植株移至含菌培养液中,以清水处理为对照,每个处理20株,3次重复。观察番茄植株发病情况,当植株部分枝条或全株出现萎蔫症状并且镜检有喷菌现象时,确定为发病。接种后第30天计算发病率和防治效果,分析前期处理中MG从根系及根茎部组织表面向内的扩散作用。发病率和防治效果按以下公式计算。
发病率(%)=(病株数/总株数)×100;
防治效果(%)= 100×(对照发病率-处理发病率)/对照发病率。
1.2.3MG向顶输导作用的测定
培养液中加入MG母液使其终浓度分别为20 μg/mL和200 μg/mL,番茄植株在其中培养24 h后,将振荡培养24 h的青枯菌浓度调整为107 cfu/mL用剪刀蘸取菌液,从番茄苗最顶端第一张完全展开的叶片的叶尖处剪叶,剪口长度约为0.5 cm,并使剪口处叶肉组织与剪刀蘸取的菌液接触2 s,以清水处理为对照,每个处理20株,3次重复。当接种叶片所在枝条出现萎蔫症状并且镜检有喷菌现象时,确定为发病。以接种后第30天的发病率和防治效果分析MG是否能够向植株顶部输导。
1.2.4MG向基输导作用的测定
分别将浓度为20 μg/mL和200 μg/mL的MG溶液均匀涂抹在番茄苗所有叶片的正反面,24 h后移至含有107cfu/mL青枯菌的培养液中,以清水处理为对照,每盆20株,每处理3次重复。以接种后第30天的发病率和防治效果分析MG是否能够向植株基部输导。
1.2.5MG持效期、预防作用及治疗作用的测定
番茄植株在营养液中长至4~5叶期后,移至含20 μg/mL MG的新培养液中,培养24 h后,用清水冲洗根茎部表面,再移至无MG的培养液中,分别将用20 μg/mL MG处理后0、5、15和20 d的番茄植株同时移至含107cfu/mL 青枯菌液的新培养液中。对照植株不用MG处理,与上述MG处理后不同天数的植株同时接种。同时另设一个处理观察MG的治疗作用,取未用MG处理的番茄植株,在其培养液中加入青枯菌液进行接种,5 d后移至含20 μg/mL MG的新培养液中,以同时接种的未加MG的番茄植株作对照,每个处理20株,3次重复。最后以接种后第30天的病株率和防治效果分析MG的持效期、预防作用及治疗作用。
1.3番茄根系次生代谢物质的GCMS分析
1.3.1样品的制备
番茄种子催芽露白后植入营养钵的育苗基质中,每隔7 d灌施20 μg/mL的MG溶液,培育至苗期(4~5叶期),一部分番茄苗用于制备苗期样品,另一部分移栽至大田,每隔10 d灌施500 μg/mL的MG溶液,连施3次,之后按照常规对番茄植株管理至开花结果期,以0.1%甲醇溶剂处理为对照。苗期和开花结果期番茄根系次生代谢物质样品的制备方法如下:取根系组织清水冲洗,将表面水分吸干,加入液氮研碎,称取3.0 g,快速装入离心管中,加入2 mL氯仿,置于涡旋振荡仪上振荡15 min,之后冷冻离心5 min(4℃,5 000 r/min)。移取上清液1 mL,加入一定量无水硫酸钠,022 μm 有机滤膜过滤[1011]。每个处理15株,3次重复。
1.3.2番茄根系次生代谢物质的GCMS分析
采用美国Varian 300MS气相色谱质谱联用仪进行分析。气相色谱条件:VF5MS石英毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm),柱温:50℃保持2 min,之后以5℃/min的速率升温至290℃,保持15 min,载气:He,进样温度:250℃,进样量:1 μL,分流比2;质谱条件:EI(电子轰击):70 eV,倍增器电压1 250 V,扫描质量范围(m/z)45~500。通过谱图库检索鉴定化合物,采用总离子流色谱峰的峰面积归一化法计算各种成分的相对含量。
2结果与分析
2.1MG防治番茄青枯病的物理作用方式
表1中MG扩散作用测定结果显示,当MG的浓度分别为10 μg/mL和20 μg/mL时,施用MG 24 h或者48 h的各处理的防治效果均在80%以上,且各处理之间的差异不显著,这说明MG有快速扩散作用。在测定MG向顶输导作用的试验中,MG浓度为20 μg/mL的植株发病率为60%,即使MG浓度提高10倍,植株发病率仍达到56.67%,对照植株的发病率为66.67%,三者之间差异未达到显著水平(表1),这表明MG的向顶输导作用很弱。向基输导作用的测定试验中,20、200 μg/mL的MG处理以及对照植株发病率分别为63.33%、58.33%和65%,施药与不施药处理差异不显著(表1),由此说明MG向基输导作用很弱。 [3]Yuan Gaoqing, Li Qiqin, Qin Jian, et al. Isolation of methyl gallate from Toxicodendron sylvestre and its effect on tomato bacterial wilt [J]. Plant Disease, 2012, 96: 11431147.
[4]Fan Wanwan, Yuan Gaoqing, Li Qiqin, et al. Antibacterial mechanisms of methyl gallate against Ralstonia solanacearum [J]. Australasian Plant Pathology, 2014, 43(1): 17.
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[8]Méndez J, Mato M C.Methyl gallate and related polyphenols as auxin protectors [J]. Phytochemistry, 1997, 44:4143.
[9]Méndez J, Vázquez A, Mato M C.Methyl gallate and its 3glucoside promote rooting in bean cuttings [J]. Plant Growth Regulation, 2004, 43(3): 275278.
[10]郭广君, 高建昌, 王孝宣, 等. 不同番茄种质叶表次生代谢物质[J]. 植物学报, 2014, 49(1): 1929.
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(责任编辑:田喆)
通过生物学方法测定3,4,5三羟基苯甲酸甲酯(MG)防治番茄青枯病的物理作用方式,采用气相色谱质谱联用方法分析该化合物对番茄根系组织次生代谢物质的影响。结果表明,3,4,5三羟基苯甲酸甲酯对番茄青枯病有较好的预防作用,持效期较长,施药15 d 后接种青枯病菌,防效仍达52.12%;该化合物可快速扩散到番茄根系组织内,但其向植株顶部和基部的输导作用弱,对番茄青枯病的治疗效果差。番茄根系中共鉴定出36种次生代谢物质,与对照相比,3,4,5三羟基苯甲酸甲酯处理对番茄根系次生代谢产物的组成和相对含量有明显影响,其中与抑菌活性相关的物质有香叶醇、豆甾醇、β谷甾醇和木栓醇等4种,前3种物质在3,4,5三羟基苯甲酸甲酯处理植株体内表现为含量显著升高,木栓醇则为苗期用3,4,5三羟基苯甲酸甲酯处理后番茄根系新增的化合物。
关键词
3,4,5三羟基苯甲酸甲酯;番茄青枯病;物理作用方式;次生代谢物质
中图分类号:
S 436.412
文献标识码:A
DOI:10.3969/j.issn.05291542.2016.06.013
Abstract
The physical modes of action of methyl gallate (MG) for controlling tomato bacterial wilt were determined by biological method, and its effect on secondary metabolites of tomato roots was determined by gas chromatographymass spectrometry (GCMS) method. The results showed that methyl gallate could effectively protect tomato from tomato bacterial wilt with a long lasting period. When methyl gallate was applied 15 d before the pathogen was inoculated, the control efficacy could reach 52.12%. Methyl gallate could diffuse quickly towards tomato root tissues; however, the compound was difficult to translocate from bottom to top or reversed. A total of 36 secondary metabolites produced from tomato roots were identified. Compared with the contrast, the categories and relative contents of root secondary metabolites under the MG treatment were obviously changed. Four of them were relevant to antimicrobial activity, which were geraniol, stigmasterol, βsitosterol and friedelinol, and the first three were significantly increased and friedelinol was a new compound in seedling roots under the MG treatment.
Key words
methyl gallate;tomato bacterial wilt;physical mode of action;secondary metabolite
茄青枯拉尔氏菌[Ralstonia solanacearum (Smith) Yabuuchi et al.]可引起多种植物的青枯病,广泛分布于热带、亚热带及某些温带地区,并有逐渐向高纬度冷凉地区蔓延的趋势[12]。防治青枯病必须采取综合措施,其中药剂防治依然是重要的防控措施之一,但目前用于防治青枯病的药剂品种单一,亟待开发出新型药剂。本文作者前期研究发现,木蜡树(Toxicodendron sylvestre)中的3,4,5三羟基苯甲酸甲酯(methyl gallate,MG)对多种植物病原菌具有较强的离体抑制活性,可显著影响茄青枯拉尔氏菌生长、能量代谢和蛋白质表达等[34],且MG 稳定性好,在温室及大田条件下均可有效控制番茄青枯病的发生[3,5]。MG属于酚酸酯类化合物,广泛存在于自然界多种植物中,具有抗氧化、抑菌、抗病毒、对抗血小板聚集等多种生物活性[6]。在农业领域,Ahn等报道MG对稻瘟病、小麦叶锈病和黄瓜灰霉病有较好的防治效果[7];Méndez等将MG施用于菜豆后发现, MG被糖苷化形成3glucosyl methyl gallate,从而影响菜豆不定根的生长[89]。虽然已知的研究报道证实MG有广谱的抑菌活性和较好的病害防治效果,有作为杀菌剂开发利用的潜力,但有关其防治植物病害的作用方式以及对植物生长代谢的研究鲜有报道。本文通过生物学方法测定MG防治番茄青枯病的物理作用方式,采用气相色谱质谱联用(gas chromatographymass spectrometry, GCMS)方法分析MG对番茄根系组织次生代谢物质合成的影响,从而可以进一步揭示MG有效控制番茄青枯病的机制,为合理应用MG防治植物病害提供科学依据。 1材料与方法
1.1供试材料
供试番茄品种为‘金卡红’,属于高感青枯病品种,由广州金卡农业科技有限公司提供;培养番茄所用基质为全价育苗基质(有机质 腐殖酸≥50%),由长春市赛世农业开发有限责任公司生产;茄青枯拉尔氏菌菌株RsT02由广西大学植物病理学研究室提供,使用时以牛肉膏蛋白胨培养液在28℃130 r/min条件下振荡培养;3,4,5三羟基苯甲酸甲酯(MG)为人工合成,纯度大于99%,由阿拉丁试剂有限公司提供,使用时用10%甲醇配制成MG母液。
1.2MG防治番茄青枯病的物理作用方式测定
1.2.1番茄苗的培育
在玻璃温室中(28±5)℃以育苗基质培育番茄苗至长出真叶,移入塑料盆中以水培法培育,每星期更换1次培养液,至4~5叶期,用于测定MG的作用方式。其中水培营养液成分及用量为:A液,Ca(NO3)2·4H2O 59 g,KNO3 404 g,水1 000 mL;B液,KH2PO413.6 g,MgSO4·7H2O 24.6 g,水1 000 mL;C液,NaFeEDTA 30 g,MnSO4·4H2O 2.13 g,ZnSO4·7H2O 0.22 g,CuSO4·5H2O 0.08 g,(NH4)6Mo7O24·4H2O 0.02 g,水1 000 mL。取A液8 mL、B液8 mL、C液0.8 mL,加水补足5 L即为每一栽培盆的水培用量。
1.2.2MG的扩散作用测定
培养液中加入MG母液使其终浓度分别为10 μg/mL和20 μg/mL,番茄植株在其中分别培养24 h和48 h后,用流动清水反复冲掉番茄苗根系及根茎部表面的MG,植株备用。同时,在新鲜的培养液中加入振荡培养24 h的青枯菌RsT02,使其浓度为107cfu/mL。将植株移至含菌培养液中,以清水处理为对照,每个处理20株,3次重复。观察番茄植株发病情况,当植株部分枝条或全株出现萎蔫症状并且镜检有喷菌现象时,确定为发病。接种后第30天计算发病率和防治效果,分析前期处理中MG从根系及根茎部组织表面向内的扩散作用。发病率和防治效果按以下公式计算。
发病率(%)=(病株数/总株数)×100;
防治效果(%)= 100×(对照发病率-处理发病率)/对照发病率。
1.2.3MG向顶输导作用的测定
培养液中加入MG母液使其终浓度分别为20 μg/mL和200 μg/mL,番茄植株在其中培养24 h后,将振荡培养24 h的青枯菌浓度调整为107 cfu/mL用剪刀蘸取菌液,从番茄苗最顶端第一张完全展开的叶片的叶尖处剪叶,剪口长度约为0.5 cm,并使剪口处叶肉组织与剪刀蘸取的菌液接触2 s,以清水处理为对照,每个处理20株,3次重复。当接种叶片所在枝条出现萎蔫症状并且镜检有喷菌现象时,确定为发病。以接种后第30天的发病率和防治效果分析MG是否能够向植株顶部输导。
1.2.4MG向基输导作用的测定
分别将浓度为20 μg/mL和200 μg/mL的MG溶液均匀涂抹在番茄苗所有叶片的正反面,24 h后移至含有107cfu/mL青枯菌的培养液中,以清水处理为对照,每盆20株,每处理3次重复。以接种后第30天的发病率和防治效果分析MG是否能够向植株基部输导。
1.2.5MG持效期、预防作用及治疗作用的测定
番茄植株在营养液中长至4~5叶期后,移至含20 μg/mL MG的新培养液中,培养24 h后,用清水冲洗根茎部表面,再移至无MG的培养液中,分别将用20 μg/mL MG处理后0、5、15和20 d的番茄植株同时移至含107cfu/mL 青枯菌液的新培养液中。对照植株不用MG处理,与上述MG处理后不同天数的植株同时接种。同时另设一个处理观察MG的治疗作用,取未用MG处理的番茄植株,在其培养液中加入青枯菌液进行接种,5 d后移至含20 μg/mL MG的新培养液中,以同时接种的未加MG的番茄植株作对照,每个处理20株,3次重复。最后以接种后第30天的病株率和防治效果分析MG的持效期、预防作用及治疗作用。
1.3番茄根系次生代谢物质的GCMS分析
1.3.1样品的制备
番茄种子催芽露白后植入营养钵的育苗基质中,每隔7 d灌施20 μg/mL的MG溶液,培育至苗期(4~5叶期),一部分番茄苗用于制备苗期样品,另一部分移栽至大田,每隔10 d灌施500 μg/mL的MG溶液,连施3次,之后按照常规对番茄植株管理至开花结果期,以0.1%甲醇溶剂处理为对照。苗期和开花结果期番茄根系次生代谢物质样品的制备方法如下:取根系组织清水冲洗,将表面水分吸干,加入液氮研碎,称取3.0 g,快速装入离心管中,加入2 mL氯仿,置于涡旋振荡仪上振荡15 min,之后冷冻离心5 min(4℃,5 000 r/min)。移取上清液1 mL,加入一定量无水硫酸钠,022 μm 有机滤膜过滤[1011]。每个处理15株,3次重复。
1.3.2番茄根系次生代谢物质的GCMS分析
采用美国Varian 300MS气相色谱质谱联用仪进行分析。气相色谱条件:VF5MS石英毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm),柱温:50℃保持2 min,之后以5℃/min的速率升温至290℃,保持15 min,载气:He,进样温度:250℃,进样量:1 μL,分流比2;质谱条件:EI(电子轰击):70 eV,倍增器电压1 250 V,扫描质量范围(m/z)45~500。通过谱图库检索鉴定化合物,采用总离子流色谱峰的峰面积归一化法计算各种成分的相对含量。
2结果与分析
2.1MG防治番茄青枯病的物理作用方式
表1中MG扩散作用测定结果显示,当MG的浓度分别为10 μg/mL和20 μg/mL时,施用MG 24 h或者48 h的各处理的防治效果均在80%以上,且各处理之间的差异不显著,这说明MG有快速扩散作用。在测定MG向顶输导作用的试验中,MG浓度为20 μg/mL的植株发病率为60%,即使MG浓度提高10倍,植株发病率仍达到56.67%,对照植株的发病率为66.67%,三者之间差异未达到显著水平(表1),这表明MG的向顶输导作用很弱。向基输导作用的测定试验中,20、200 μg/mL的MG处理以及对照植株发病率分别为63.33%、58.33%和65%,施药与不施药处理差异不显著(表1),由此说明MG向基输导作用很弱。 [3]Yuan Gaoqing, Li Qiqin, Qin Jian, et al. Isolation of methyl gallate from Toxicodendron sylvestre and its effect on tomato bacterial wilt [J]. Plant Disease, 2012, 96: 11431147.
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(责任编辑:田喆)