丛枝病植原体侵染对甜樱桃叶片矿质营养和游离态氨基酸的影响
摘要：以被丛枝病植原体危害的甜樱桃植株和健康植株为试材，通过测定叶片矿质元素和游离态氨基酸含量变化，分析植原体引起的甜樱桃叶片营养状态转变。结果表明，植原体危害引起甜樱桃叶片中Mg、B、Mo含量升高，N、Ca、Fe、Mn、Cu含量降低；感病叶中丙氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、精氨酸、天冬氨酸含量升高，色氨酸、絲氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺、组氨酸、谷氨酸含量降低，其中色氨酸和丝氨酸在感病叶中的含量仅为健康叶的5.8%和11.8%。
关键词：丛枝病；植原体；甜樱桃；矿质营养；游离态氨基酸
中图分类号：S662.5：S436.62文献标识号：A文章编号：1001-4942（2018）03-0094-04
Abstract In order to explore the transformation of nutritional status of sweet cherry leaves induced by phytoplasma infection， we compared the contents of mineral elements and free amino acids between healthy and infected leaves. The results showed the contents of Mg， B and Mo increased， while N， Ca， Fe， Mn and Cu decreased in infected leaves， which coincided with the functional change of the leaves. The infected leaves also had higher levels of alanine， phenylalanine， threonine， arginine and aspartic acid， but the contents of tryptophan， serine， tyrosine， glutamine， histidine and glutamic acid were significantly lower. Notably， the contents of tryptophan and serine in infected leaves were only 5.8% and 11.8% of those in healthy leaves， respectively.
Keywords Witches’-Broom；Phytoplasma； Sweet cherry； Mineral nutrition； Free amino acids
植原体（Candidatus Phytoplasma）是一类没有细胞壁的植物病原细菌，主要寄生在植物营养丰富的韧皮部组织[1]，能危害一千多种植物并引起黄化、丛枝、死亡等多种病症，造成重大生产损失[2]。植原体基因组内缺少多个物质和能量代谢的必需基因，其生命活动高度依赖于寄主细胞提供的营养物质，与寄主植物存在紧密的互作关系[3]。植原体能阻断寄主植物韧皮部的物质转运，导致碳水化合物在源器官中异常积累，向花、果实、根系等库器官的分配减少[4-6]。寄主植物的多种生理生化过程，如光合作用、次生代谢、激素平衡等，也因植原体的侵染而发生改变[4，5，7-9]。由于植原体无法进行离体培养，其致病机制相关研究进展缓慢。
甜樱桃（Prunus avium）是一种重要的温带果树，近十几年来多个国家和地区的甜樱桃均发现受到植原体危害，侵害症状包括失绿、黄化、丛枝、果实变小等，严重者树势衰退甚至死亡。山东省是我国甜樱桃主产区，近年来也发现植原体危害，最终导致叶片变小、黄化、卷曲、光合作用衰退，促使感病叶转变为活跃的生长中心[10]，相关研究发现危害山东省甜樱桃的植原体来源于榆树黄化植原体组（16SrV-B）[11]。为进一步明确植原体引起的甜樱桃叶片营养状态及代谢模式转变，本研究对叶片中的矿质元素和游离氨基酸进行检测分析，以期为揭示该病害的发生机理提供参考。
1 材料与方法
1.1 试验材料
本试验于2016年在山东省泰安市南王庄生产园中进行，供试甜樱桃品种为嫁接于‘吉塞拉6号’砧木的‘萨米脱’（Prunus avium L.cv. Summit）。分别选取6年生植原体侵染植株与健康植株作为取样树，栽培管理方式一致。
1.2 试验方法
在植原体侵染植株丛枝和健株一年生枝上分别采集自顶端起第4、5片功能叶片，立即进行液氮速冻和杀青烘干处理，保存待用。
1.2.1 矿质元素测定 使用改良式凯氏定氮法和钼蓝比色法测定N、P含量，电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）[12]测定K、Ca、Mg、S、Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo含量。3次生物学重复。
1.2.2 游离态氨基酸测定 参考高肖飞等[13]的方法，使用高效液相色谱测定游离态氨基酸组分。3次生物学重复。
1.3 数据统计与分析
采用Microsoft Excel 2007和IBM SPSS Advanced Statistics 19软件进行数据统计分析。
2 结果与分析
2.1 植原体侵染对甜樱桃叶片主要矿质元素含量的影响
受丛枝病植原体危害的甜樱桃叶片中，多种矿质元素的含量发生显著变化（表1、2）。大量元素中N和Ca在感病叶中的含量显著降低，分别比健康叶减少42.11%和37.84%，但Mg元素含量比健康叶高38.00%（表1）。微量元素中，Fe、Mn、Cu在感病叶中的含量显著低于健康叶，而B、Mo显著高于健康叶。其中，Mn在感病叶中的含量降低幅度最大，仅为健康叶的17.49%（表2）。
2.2 植原體侵染对甜樱桃叶片游离态氨基酸含量的影响
受丛枝病植原体危害的甜樱桃叶片中，共检测到11种游离态氨基酸的含量发生显著变化。含量明显升高的有5种，分别为丙氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、精氨酸和天冬氨酸，其升高幅度为21.2%～91.9%。含量明显降低的有6种，分别为色氨酸、丝氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺、组氨酸和谷氨酸，其中，色氨酸和丝氨酸含量大幅度降低，在感病叶中含量仅为健康叶的5.8%和11.8%（表3）。
3 讨论
3.1 矿质营养与叶片的功能转变
矿质元素参与植物生命物质的构成，是植物器官正常发育并行使功能的基础。甜樱桃被植原体危害后，叶片的形态、功能都发生显著变化。为明确这种变化是否与矿质营养的失调有关，本研究对感病叶12种矿质元素进行检测，并分析其含量变化与叶片生长状态和功能的关系。
N、Fe、Cu都是叶绿素的重要组分，任一元素的缺乏都会引起植物叶片出现失绿症状。本研究中，病叶中N、Fe、Cu含量降低，与谭钺等[10]观测到的黄化、叶绿素减少的病症一致，说明其叶绿素的减少可能与三种元素的缺乏有关。Mn是光系统放氧复合体的必需组分，参与PSⅡ反应中心水的裂解和电子传递[14]，Mn缺乏会导致叶片光合能力的降低[15]。本研究中，感病叶Mn含量大幅下降，不足健康叶的20%，可能是引起光合能力下降的重要原因。
植原体引起甜樱桃枝叶丛状生长，对物质、能量需求增加，但其叶片光合能力十分有限，主要依赖其他部位提供营养物质。Mo和B元素均参与植物体内的糖运输，Mo促进碳同化产物向生长中心分配[16]，充足的B能够改善各器官的有机物质供应，缺B导致碳水化合物运输受阻[17]。因此，感病叶中Mo和B含量的升高很可能具有促进发病部位碳水化合物转运的作用。
N和Ca都与植物的抗病性相关，N缺乏会危及植物表达诱导抗性的能力，使防御酶表达推迟，防御物质的合成减少[18]，也会导致对病菌的敏感性增强[19]；Ca能诱导植物对病原菌侵染产生先天性免疫、触发免疫和过敏性反应，降低病害发生[20， 21]。本研究中，感病叶中N、Ca含量减少，可能是引起其抗性降低、持续发病的原因之一。此外，Ca参与植物细胞壁形成，缺Ca会引起幼叶卷曲畸形，感病叶卷曲、皱缩的症状也可能与Ca缺乏有关[10， 11]。
3.2 游离态氨基酸与叶片的功能转变
植物组织中，游离态氨基酸除用于肽和蛋白质的合成，也是植保素、生长素等生物活性物质合成的前体[22， 23]，同时参与多种生理过程的调控，如促进养分吸收、调节库源转换[24]等。甜樱桃被植原体危害后，丛枝部位的氨基酸需求增加，这种需求首先来自身消耗的增加，具体表现为丛枝部位生长旺盛，转变为活跃的生长中心，需要更多的氨基酸满足蛋白质等物质的合成。另一方面，寄生的植原体缺少多个氨基酸合成的基因，其生长、生殖大量消耗来源于寄主的游离态氨基酸[3， 25]。
叶片游离态氨基酸含量取决于供给和消耗的平衡，本研究检测了感病叶中20种游离态氨基酸的含量变化，发现有5种含量升高、6种含量降低，说明这些氨基酸的代谢发生了变化。由于氨基酸代谢涉及广泛，一种氨基酸可参与多个生理和代谢过程，这些数据仍不足以解释氨基酸营养与植原体病害的关系。值得注意的是，色氨酸和丝氨酸在感病叶中的含量大幅减少，仅为健康叶的5.8%和11.8%，可能与病症的发生密切相关。今后将重点对这两种氨基酸在感病叶中的代谢和功能进行分析，明确其与病害发生的关系。
4 结论
丛枝病植原体危害甜樱桃后，引起叶片矿质元素和游离态氨基酸的含量发生显著变化。矿质元素中，N、Ca、Fe、Mn、Cu含量降低，Mg、B、Mo含量升高。游离态氨基酸中，丙氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、精氨酸和天冬氨酸含量升高，色氨酸、丝氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺、组氨酸和谷氨酸含量降低。
参 考 文 献：
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