植物免疫学 第一章??绪论 一、植物免疫学在植物病害防治中的重要性 植物病害是严重威胁农业生产的自然灾害之一。病害严重发生和流行时，可以引起作物严重减产和农业产品品质的下降和败坏，影响国民经济收入和人民生活水平；带有危险性病害的农产品不能出口，影响外贸；少数带病的农产品，人畜食用后引起中毒；有的病害还迫使某些作物因缺少抗病品种和有效的防治措施而停止种植；很多高产品种也常因不抗病而被淘汰。以我国病害发生造成的损失可见一斑，1990年小麦锈病发生面积达1亿亩，损失小麦26亿公斤；1993年棉花黄萎病流行，损失棉花200万担，因稻瘟病危害损失稻谷50亿公斤。从我省玉米病害造成的损失来看，每年因茎腐病损失玉米1.8亿公斤，因纹枯病损失率达10％以上，并有逐年加重的趋势。据统计，我国常年因病、虫和草害所致的粮食损失约1000～1500万吨，皮棉的损失约400～500万担。从国际上看，除苏联和中国以外的世界各国农作物因病害导致产量损失达539.40万吨，价值500亿美元，因病、虫、草害造成的农业损失高达30％，又如美国1970年玉米小斑病大流行，产量损失330亿斤，价值10亿美元。在上述各种病害危害实例中，很多是由于作物品种的抗性减弱或丧失而导致病害严重发生。例如在河北玉米品种掖单4号、丹玉13号、京黄417和自交系掖107对近年发生的玉米粗缩病极为感病，一般病株率5～20％，严重地块达50％左右。在江苏新沂市种植的掖单4号高度感玉米大斑病，病情指数高达72.1。在吉林主栽的丹玉13、吉丹101、中单2较易感玉米锈病（Puccinia sorghi R polysora physpella zeac）。在辽宁省新近发生的玉米尾孢叶斑病（Cervospora zeaemaydis），危害我省丹东主栽的沈单7品种相当严重。由此可见，防治植物病害，对保障国民经济发展，不断提高人民生活水平，有着重要意义。无论目前病害防治手段如何更新和发展，植物病害最基本防治途径可归纳为二个方面：一是消除或削弱病原物的危害；二是加强植物本身的免疫力。而加强植物本身的免疫力则是防治植物病害最基本、最有效的途径，尤其是较顽强的气流传播病害及土传病害等的防治，更需要充分发挥植物免疫的作用，从而获得有效的防治，近现年来出现的植物诱导抗性，转基因抗病植物，实际上都是以激发或改造植物本身的免疫能力的角度探索防治病害的新途径。国内外的实践都已证明，生产上的一些重要植物病害，如小麦锈病、稻瘟病、棉花枯萎病、棉花黄萎病、玉米大斑病、玉米小斑病和马铃薯晚疫病都主要依靠应用抗病品种得到控制或减轻为害。近年来也有很多研究指出，即使是一些以药剂防治为主的病害，也要求植物本身具有一定的抗病性，才能更有效地发挥药剂防治的作用。可以预言，随着植物免疫性研究的深入和应用水平的提高，植物免疫性在植物病害防治中的作用将会越来越重要。 二、植物免疫学的性质 （一）定义：植物免疫学是研究植物抗病机理、变异规律和应用方法的科学。 （二）内容：植物免疫性的分类；植物免疫的机制；植物免疫性的遗传和变异；植物病原物的寄生专化性及其遗传和变异；植物免疫性的鉴定；巩固和提高品种抗病性的途径，农作物抗病育种的途径和方法；植物诱导免疫等。 （三）与其它学科的关系 植物免疫学实质上是一门交叉学科，理论基础相当广泛，它主要涉及植物生理学、生物化学、植物遗传学、作物栽培学、普通植物病理学、农业植物病理学、植物病理生理和生物化学等学科，植物免疫学是在这些学科基础上综合发展起来的一门新兴学科。因此，只有广泛掌握这些学科的有关知识和技能，才能学好植物免疫学，才能在植物免疫性的研究和应用上不断创新。 随着细胞生物学、分子生物学和分子遗传学等学科的发展而变得更加成熟和完善。 三、植物免疫学的发展简史 （一）植物免疫学的萌芽时期（十九世纪末～二十世纪初） 该阶段是植物免疫学的理论基础逐渐形成和完善，其中孟德尔遗传规律肯定最为重要。 1．形成如下理论基础 ①达尔文（1859）“物种起源” ②巴士德（1822～1895）“微生物病原学说” ③deBary（1831～1888）“病害传染学说” ④孟德尔??*（G.J.Mendel,1900）遗传规律 ⑤沃德（Ward,1912）毒素抗毒素学说 ⑥康麦斯（O.Comes,1910）酸度学说 ⑦里维拉（Rivera,1913）膨压学说 ⑧克利切夫斯基（Крифескнй，1916）抗体、拟抗体 ⑨瓦维洛夫（Н·Вавилов，1919）植物免疫发生学说 2．发现如下现象或规律 ①Eriksson和Henning（1896）发现小麦对条锈病有三种反应型（严重感染、轻度感染??、完全抵抗）。 ②法勒（W.Farrer,1989）发现小麦抗叶锈特性可以遗传。 ③埃里克森（J.Erikson，1894）发现米各秆锈菌存在着专化性。 ④比劳??*（R.Biffen，1905）提出小麦抗条锈病遗传符合孟德尔遗传规律。 ⑤斯坦克曼??*（E.C.Stakman，1917）发现禾谷类秆锈菌存在生理小种。 3．抗病研究和利用指导思想： 针对一定病菌的优势小种选育具有专化性抗病品种，企图用具有免疫或高度抗病性的品种控制病菌优势小种的发生发展。 因而要求所选育的品种越纯越好。在品种利用上也往往由于为了保纯，一味追求单一化。但由于病菌多变，品种的选育工作往往无法与之相适应，从而导致植物抗病性的研究，利用工作始终摆脱不了被动地位。 （二）植物免疫学进一步发展阶段（二十世纪中期） 该阶段是在基因水平上，从寄主、病原菌及其相互关系角度研究植物的抗病性，取得很多突破。 1．该阶段形成一些学说： ①Flor(1942)提出基因对基因理论 ②瓦维洛夫(1939)提出植物免疫发生论 ③米丘林??揭示了植物免疫性与外界环境关系 ④斯特拉霍夫(Т.Д.Страхцв)提出“退化”学说 ⑤维尔捷列夫斯基（Д. Д.Верберевекий，1959）杀生素学说 ⑥鲁宾（В.А.Рубин）提出酶学说 ⑦雷格林（1966）共生体 ⑧Vanderplank(1963)水平抗性 2．该阶段发现的规律或现象 ①Waterhouse(1927)在研究禾谷类秆锈病中发现，环境可影响植物的抗性 ??* ②Smith(1932)在半知菌内发现了异核现象 ??* ③G.Pentecorvo(1953)发现了准性生殖(Paraseuality)，使病原菌致病性变异理论有了解释。 3．出版的专著 ? ?* ①杜宁（Дунин，1946）：植物免疫性的发生及应用 ? ?* ②高文曼（E.Gauman, 1951）：“植物侵染性病害原理” ③苏霍鲁柯夫（K.T.CyxopykoB,1952）：植物免疫生理学 ④洋捷列夫斯基：植物对侵染性病害的免疫性 ⑤高尔连科（М.В.Горленко, 1959）：植物侵染性病害的免疫简明教程 ⑥斯特拉霍夫（Т.Д.Страхов，1959）：《植物对侵染性病害的免疫机制 ⑦鲁宾（ВАРубин，1960）：植物免疫生理生化 ⑧林传亮等（1961）：植物免疫学 4．抗病性研究和利用的指导思想 开始在基因水平上，从病原菌的致病性与寄主的抗病性及其相互关系方面，研究植物的抗病性，但未能从根本上摆脱“唯病原论”和“绝对防治论”的束缚，因而也就未能从根本上扭转植物抗病性研究和利用工作的被动地位。 （三）现代植物免疫学发展阶段 该阶段是传统植物免疫学向现代植物免疫学转变的阶段。 1．该阶段提出以下学说 ①Vanderplank(1978)蛋白质对蛋白质假说 ②苏联学者提出了植物免疫的微生物学理论 ③Kae：诱导抗性理论 2．研究方向发生根本转变 ①在植物抗病性利用方向：单基因或寡基因 综合利用垂直抗性和水平抗性 ②在研究的现实方面：个体、病原→群体流行和发展变化 ③在育种目标方面，从单抗育种――多抗育种 ④在研究手段方面：生理生化和细胞遗传学――分生物学手段 3．抗病性研究和利用的指导思想 植物病害防治研究开始利用生态体系（Ecosystem）观点和系统工程学即系统分析方法研究植物病害阶段，并开始摆脱“唯病原论”和“绝对防治论”的思想束缚。提出“植物病害体系”和“相对防治论”的观点，把综合治理做为防治的指导原则，使植物病害防治研究的指导思想得到根本改变。由此可见，在植物抗病性的研究利用方面也从指导思想和研究方法上做了相应改变。 四、我国植物免疫工作的成就和存在的问题 我国学者的植物免疫工作大致是本世纪三十年代才开始，例如，1928～1929年俞大绂研究了小麦品种对秆黑粉病（Urocystis tritici）的抗性，发现中国小麦“金大7/6”具有高度抗病性；1934年，沈其益研究了小麦对秆黑粉病的的抗病遗传，1944年方中达研究了小麦条锈病菌的生理分化。解放后植物免疫学有较快的发展，在全国植物病理学者和育种工作者的配合下，基本搞清了为害性比较严重的一些植物病害（小麦条锈病、秆锈病、稻瘟病、玉米大、小斑病、棉花枯、黄萎病等）的流行规律；鉴定了小种类型和分布，选育出一大批抗病品种。如丹东农科所的吴纪昌在80年代就育出了把玉米大斑病的丹玉13、丹玉16，抗玉米丝黑穗病的丹玉－2号、中单2号、辽单2号、吉单101等。江苏省苏州地区农科所育出了抗赤霉病的苏麦3号，并研究出一种剪颖滴抗的鉴定抗性的方法，还筛选出一批如苏麦3号一样抗扩展的农家品种，充实了抗赤霉病的抗源，在病菌致病力及其变异方面，近年来我国对小麦条锈菌毒性变异规律，生理生化性流行规律，稻瘟病菌生理小种时、空间变化规律和水稻白叶枯病菌致病相关基因，生理小种功能和同源性，棉黄萎病菌毒素（VD-toxin）作用机理等方面做了大量工作，取得了显著进展。在抗病机理方面，明确了不同小麦品种对白粉病、锈病、赤霉病和根腐病抗性；不同水稻品种对稻瘟病、白叶枯、恶苗病抗性与寄主防御酶系，抗菌物质（植保素、木质素）的相互关系。在诱导抗性方面，主要研究了柑桔炭疽病菌对黄瓜炭疽病、非杀菌剂化合物对棉花枯萎病的诱导抗性及作用机理。尽管我国在作物品种抗病性遗传变异规律、病菌生理小种变异机制等方面研究已达到一个新水平，但存在不少问题，如在抗病性遗传的基因分析、植物免疫生理生化、抗病机制研究不够深入；选育多抗性稳定的品种方面也未很好开展；能利用的高产抗病品种的数量远远满足不了实际需要。由于抗病性的遗传缺乏研究，因此对抗病品种的布局和轮换等方面缺乏预见性。这一切都说明今后我国的植物免疫任务是非常艰巨的。 第二章??植物免疫性的概念和分类 第一节??植物抗病性的概念及特点 一、植物抗病性的定义 广义的免疫性是指有机体对病原微生物及其有毒产物的不感染性或抵抗性。植物免疫性是植物在一定条件下，对一感病原物及其有毒产物的抵抗性或不感受性或少感受性。 二、特点 1．植物抗病性是植物与微生物共同进化的产物。 2．植物抗病性是相对的广泛存在。 3．抗病性与感病性是同一事物两个方面。 第二节??植物抗病性的性质 一、植物抗性是进化的结果 二、植物抗性的生理生化本质 1．已有；2．诱发 三、植物抗性的遗传本质 植物抗病基因志植物病菌致病共同产物之间互作。 1．免疫性与抗病性 免疫性可以看作“绝对”抗病的一种遗传潜能。实际并非“绝对”，只不过是一种高度的抗病潜能。抗病性也是一种抗病的遗传潜能，在一定程度上通常比免疫性差一些，所以两者无明显的界限。 2．植物免疫性或抗病性与感病性关系 在自然界中，植物免疫性或抗病性是相对的、连续的，可与感病性共存于一体。 3．亲合和不亲合 从生理生化角度或在细胞及分子水平上植物表现出对病菌和其有物质的感受性叫亲合性。反之叫不亲合性。 4．抗病与抗病性 抗病是形容其表现，可能是基因型决定的，也许是环境造成的，也许是药剂诱导的。 抗病性：一般是指植物本身的遗传特性，指的是基因型决定的抗病潜能，至于其具体表现，则还要看病原物、环境条件而定。习惯上我们常把抗病性和“抗病性表现”混淆一起。例如：“高温削弱了植物的抗病性”，这里的抗病性实际上是指“抗病性的表现程度”或“抗病性现象”，品种的遗传本性并未改变。 抗病性有广义和狭义之分。广义的抗病性包括了：避病（抗接触），抗侵入、抗扩展、抗繁殖、耐病以及诱导抗病性。狭义的则只指抗侵入、抗扩展、抗繁殖。 5．经济抗病性与代谢抗性 经济抗性是指植物因抗病保证其商品价值能力，代谢抗病性是指植物未因病菌侵染而丧失繁殖力的能力。经济抗性包括代谢抗性，但后者不能包括前者。 6．先天免疫与后天免疫 先天免疫性：是植物在长期演化和系统发育过程中所获得的免疫性。 ①被免疫性：是指植物在受病原物侵染前已存在的免疫性。如气孔数量等。 ②主动免疫性：是指仅在植物受到病原物侵染以后产生的免疫性，如过敏性反应、植保素等。 后天免疫性（获得免疫性）：是指植物个体发育中受到某些因素的刺激所产生的免疫性。 ①非侵染性获得免疫性：是指非病原物侵染而获得的免疫性，如理化免疫、栽培免疫 ②侵染性获得免疫：是指由病原物侵染而获得的免疫性，如交叉保护等。 7．个体免疫性 在植物的属、种、品种的个体之间免疫性差异。 8．全生长期抗病性与阶段抗病性 ①全生长期抗病性：是指从苗期到成株期各个阶段都具有抗病性。 ②阶段抗病性：是指植物在生长发育过程中，有的阶段抗病，有的阶段感病。 9．整株抗病性与器官抗病性 ①整株抗病性：是指植物在整个生长期中的各个部位都有抗病性。 ②器官抗病性：是指植物的某些器官抗病，某些器官则感病。 10．个体抗病性与群体抗病性 ①个体抗病性（定性抗病性）：在个体水平上就能明显观察的抗病性，如过敏性反应。 ②群体抗病性（定量抗病性）：在个体水平上仅有微小的数量差异的抗病性，在群体的病害流行过程中，能显示出很大的定量差异，如侵入机率、潜育期、产孢量方面的抗病性。 按抗性鉴定方法分类 （1）个体抗病性 （2）群体抗病性 11．垂直抗性与水平抗性 ①垂直抗性：主效基因控制，显性、抗初侵染，易被克服。 ②水平抗性：多基因控制，阻止病菌扩展和繁殖、延长潜育期，稳定。 12．既存抗病性及侵染诱发的抗病性 ①既存抗病性：是指植物在爱病菌侵染前，已存在的免疫性。 ②侵染诱发的抗病性：植物受到病菌侵染或机械损伤后，其生理代谢和细胞壁结构要发生一系列变化，构成了阻止病菌侵染的化学和物理障碍。 13．寄主抗病性与非寄主抗病性 寄主抗病性：植物对其寄生物的抗病性。 非寄主抗病性：寄主范围以外的植物对病菌产生的抗性。 第三节??植物抗病性的本质 一、抗病性是进化的产物 1．单源进化 2．多源进化 3．抗病性是动态的 二、抗病性是以生理生化反应实现的 1．兼性寄生菌产生侵袭力 2．专性寄生菌活体营养 3．寄主防御反应 三、抗病性是遗传的潜能 1．寄主－病原结合体（aegricopul）决定表型 2．寄主抗病基因型和病原物致病基因型相互选择的进行产物。 第三章??植物病原菌的致病机制 第一节??致病性的概念 一、致病性 二、毒力 在垂直病害体系中，小品－品种水平上的致病力 三、侵袭力 在水平病害体系中，在相同发病强度的条件下，某小种对某一品种在孢子萌发速度、侵入后定植速度产孢速度等方面的表现出来侵染能力。 第二节??植物病原物的侵袭手段 为了探索植物如何抵抗病原物，首先要知道病原物如何侵染植物和植物发生怎样的病变。实际上，病原物的侵袭，植物的病变和抵抗是发生在同一空间，同一时期内，是同一场斗争的不同侧面观，尤其是在消极的病变和积极抵抗之间，有时很难截然区分。 一、植物病原物的侵袭手段 病原物主要靠机械压力突破植物表皮蜡质层，依靠化学力量突破植物表皮角质和细胞壁，主要化学力量有酶、毒素、激素。 （一）酶（角质酶，细胞壁降解酶） 1．角质酶类 ①在介绍角质酶之前，首先介绍角质酶作用的底物――植物表皮的结构。植物表皮结构分成三个区，蜡质层、网状区、片层区。 C18：9,10,18――三羟基十八烷酸；9,10－环氧－18－羧基十八烷酸 C16：16－羧基十六烷酸；16－二羧基十六烷酸；10,16－二羟基十六烷酸。 ②催化特性 角质酶是一种糖蛋白，是诱导产生的，它具有酶活中心，酶活中心由三个基因组成，丝氨酸残基上的羧基，羧基和组氨酸的咪唑基，催化机理属于亲核反应，符合酸碱催化理论。 O R O 角质酶 O R O 多角体－C－OCH2(CH2)n－C－O－多聚体 多聚体－C－OH＋HOCH2(CH2)n－C－OH ③角质酶在病菌侵入中的作用 a.侵入位点角质酶的确定 角质酶是否存在于侵入位点是证实是否有致病作用的先决条件，对于角质酶的定位，目前主要是应用免疫技术和电镜观察技术。 首先，将病菌孢子悬液接种寄主。病菌侵入后用兔子角质酶抗血清处理侵入部位，然后用电镜观察。如在侵入部位有电子密集颗粒，就说明有抗源－抗体复合体存在，即角质酶与抗血清发生了结合，也就证明了角质酶的存在。 b.钝化角质酶阻止病菌侵入 如果病菌需要产生角质酶才能侵入寄主，那么对角质酶的专化性抑制效应应该能阻止病菌侵入。利用角质抗血清和酶抑制因子与病菌孢子悬液混合，然后接种寄主植物，如果不能引起侵染，说明角质酶活性被钝化，也就说明病菌产生了角质酶。众所周知，有机磷杀虫剂能够作用于昆虫的胆碱酯酶，而胆碱酯酶和角质酶一样均是丝氨酸水解酶，因此有机磷杀虫剂的抑制机制，可能是控制了酶活中心的丝氨酸三分体结构。 c.角质酶缺失变株致病性减弱或无致病力 利用紫外光线或化学药剂处理，使病菌产生突变，即丧失了利用角质做碳源的能力，在培养基中没有角质酶产生，将角质酶缺失突变株接种表皮完整的和损伤的植株，观察其发病情况，如表皮完整植株接种后未发病，而突变株接种后表皮受伤的植株能发病，产生病斑，说明病菌是依靠角质酶进行侵染的。 d.向角质酶缺失突变株加入角质酶恢复致病力 如果病菌是依靠角质酶侵染植物表皮的，那么向病菌角质酶缺失突变株加入角质酶应该能恢复致病力。Koller等（1982）发现F.solanipisi T-8菌株对整豌豆茎表皮或受伤茎表皮的致病力高，萌发的孢子产生的角质酶也较多，而突变的T-30菌株仅对表皮受伤的茎致病力较高，它产生的角质酶相当少。然而，向T-30的孢子补充角质酶还不足以使该菌株致病性达到T-8的水平。如果同时还补充纤维素酶、果胶酶和果胶甲酯酶，就能使T-30菌株达到与T-8菌株同样的致病力。因T-30菌株缺少一套完整侵入酶系，不仅包括角质酶，还有些细胞壁降解酶。 2．果胶酶类 （1）果胶酶的种类 果胶酶是一组复合酶，属于诱导酶，主要包括果胶甲基酯酶（Pectin methylesterase, PME或PE），果胶酸酯裂解酶（Pectate lyase, PL, PGTE），果胶裂解酶（Pectin lyase PML, PMTE），多聚半乳糖醛酸酶（Polygalactuconase, PG），果胶甲基半乳糖醛酸酶（Pectin methylgalactuionase, PMG）。其中PME、PG和PMG属于水解酶，PE可将果胶或果胶酯酸的甲氧基脱掉产生果胶酸，PG和PMG能够水解果胶物质?-1,4糖苷键，除PME外，水解酶最适pH偏酸性，在4.5～5.5之间；pI偏低，在6.0～8.0之间，PME最适pH近中性。PL和PML属于裂解酶，能够裂解果胶分子中连接半乳糖醛酸的d-1,4糖苷键，一般称为反式消除酶（Transdiminase），它们作用于多聚糖残基生成不饱和的酸性寡糖，其裂解糖苷键的作用机制与果胶在碱性溶液中的?-消除反应类似，即反应产物的一个糖醛苷非还原端C5上的质子被消除，同时在C4和C5之间形成了不饱和键。这类型解酶最适pH偏碱性，在9.0～9.8之间；pI偏高，在8.0～9.0之间。上述果胶酶，除PME之外，都有两种形式“内切－”（endo-）和“外切－”（exo-）。凡以随机方式作用于底物的酶属于“endo-”，而以末端方式作用于底物释放出二聚体的酶属于“exo-”。 （2）果胶酶的作用 病菌产生的果胶酶引起的病害症状有软腐、茎斑和维管束枯萎。所谓软腐就是被侵染的新鲜薄壁组织变软，呈水渍状，无色或变褐。软腐症状概括起来有以下几个特点：1）病斑常常迅速扩展到大部或全部的现成组织；2）腐烂组织很少或没有粘着力；3）腐烂组织的细胞沿着胞间层分离；4）细胞分离后细胞壁和细胞在一定时间内保持原状；5）腐烂组织呈水渍状；6）在细胞分离前，原生质体同时对电解质渗透性迅速增加；7）腐烂组织在一些病害中变色，但在另一些病害中不变色；8）腐烂组织原生质体死亡，关于果胶酶在维管束枯萎病中的作用研究颇多，一般认为维管束纹孔膜或板的初生细胞壁中胶层复合体经酶解后，释放出的凝胶堵塞导管造成枯萎。关于果胶酶引起的叶斑和茎斑主要限于立枯丝核菌引起的病害。在R-solani引起的菜豆病害中，endo PG和果胶甲酯酶是侵染菜豆的主要酶。果胶酶引起寄主组织发生软腐的主要机制是寄主组织发生了浸解和原生质的死亡。植物细胞间主要是由果胶多糖物质粘在一起的。由于病原菌产生的果胶酶将这些果胶多聚体降解，使组织细胞间失去粘合，即所谓浸解作用。除浸解作用外，果胶酶还能引起原生质体死亡。目前认为，细胞壁因胞间中胶层及多糖组分受果胶酶降解，使初生壁松驰，壁压下降，原生质膜在低渗溶液中改变了弹性伸长结构，透性增大，质膜因超过弹性极限而破裂，最后导致原生质体死亡，这就是著名的渗透效应假说。 3．半纤维素降解酶 半纤维素酶（hemicellulases）这个词，代表专一性降解半纤维素的一组酶类，属于聚糖水解酶。典型的半纤维素酶只包括：L－阿拉伯聚糖酶、D－半乳聚糖酶、D－甘露聚糖酶和D－木聚糖酶。许多半纤维素的完全降解需要复合酶系统。内切型(1→4)-?-D-木聚糖可将?-1,4连接的木聚糖水解成木聚糖寡聚体，外切型(1→4)-?-D-木聚糖酶（?-木糖苷酶）又将寡聚体（木聚二糖）分解成木糖。甘露聚糖，半乳糖甘露聚糖等完全水解都需要复合酶系统。 4．纤维素酶 早在本世纪50年代，Rees提出了纤维素酶C1－Cx的概念，认为天然的结晶纤维素先与C1酶作用生成葡聚糖链，然后在Cx(?-1,4-内切-葡聚糖酶)作用下，将氢键和糖苷键裂解生成纤维二糖。?-葡萄糖苷酶（纤维二糖酶）最后将纤维二糖分解成葡萄糖。70年代在康宁木霉（T.koningii）纤维素酶复合体中发现了C2酶，该酶可将纤维素温和降解成短纤维。 病菌产生的细胞壁降解酶降解寄主细胞壁具有时间顺序，其顺序为果胶酶－半纤维素酶→纤维素酶。细胞壁降解酶的产生之所以有这样的顺序与寄主细胞壁内各种多糖的分布有一定关系。一种果胶酶的作用可以促进另一种或一些细胞壁降解酶的作用。Endo-PG和endo PGTE首先进攻植物细胞壁，松驰其结构，使其它植物细胞壁成分暴露于其它降解酶作用之下，这两种内切果胶酶常称作“壁修饰酶”或细胞壁改性酶。除细胞壁降解酶以外，病菌产生的某些蛋白酶能降解中胶一层和细胞膜中的蛋白质。在胡萝卜软腐欧氏杆菌（E.carotovora var. cacotovora）中引起的软腐病中，蛋白酶和果胶酶是协同作用的，即果胶酶降解了植物细胞壁中的果胶物质，而蛋白酶则降解了植物细胞壁和膜内蛋白。 （4）毒素诱导抗性中的作用 无论是寄主专化性毒素还是非寄主专化性毒素都具有激发子的功能。用HV-toxin处理感冠锈病的PC-2基因燕麦品种，发现可诱导出比原来激发子所诱导出高达10倍量的植保素。 （5）其它方面 毒素还可用于微生物分类、病害诊断、测报等方面。 一、酶 （一）角质酶 1．化学特性 2．致病作用 3．证病的方法 a.侵入位点角质酶的确定 b.钝化角质酶阻止病菌侵入 c.角质酶缺失突变株致病性减弱或无致病力 d.向角质酶缺失突变株加入角质酶恢复致病力 （二）果胶酶 1．果胶酶种类 果胶甲基酯酶（PME），果胶酸酯裂解酶（PGTE、PL），果胶裂解酶（PMTE、PML），多聚半乳糖醛酸酶（PG），果胶甲基半乳糖醛酸酶（PMG）。 2．果胶酶的作用 病菌果胶酶引起的病害症状有软腐、茎斑和维管束枯萎。 果胶酶致病机制 原生质体死亡，渗透效应假说。 二、植物病原菌毒素 （一）毒素的定义和分类 植物病原菌毒素是植物病原菌代谢过程中产生的，在生理浓度范围内，便干扰植物的正常生理功能的非酶类化合物。目前真菌可产生110种毒素，细菌可产生21种毒素。毒素可按病原分为真菌毒素、细菌毒素和线虫毒素、病毒毒素等；但按毒素对寄主的选择性分类较为常见。即分为寄主专化性毒素（Host-specific toxin, HST）和非寄主专化性毒素（Non-host-specific toxin, NHST）。 1．寄主专化性毒素 寄主专化性毒素是由病原菌产生的一类对其寄主植物种或栽培品种具有特异性生理活性和高度专化性作用位点的代谢物，亦称为寄主选择性毒素（Host-selective-toxin），该类毒素具有以下几个特征：①病菌和它所产生的毒素有类似的寄主的专化性，寄主植物对该病菌的抗性和感病性与对该毒素的敏感性相互平行，即控制寄主植物对病菌抗性的基因就是控制对毒素敏感性的基因；②病菌的致病随该病菌产生的毒素的能力而变化；③该毒素能够在寄病寄主中产生典型的症状；④对寄主植物作用位点具有高度的专化性。因此寄主专化性毒素在病菌与寄主建立寄主关系中起重要作用，是寄主植物的致病因子（pathogenicity factor），一般浓度为1~10ug/ml。目前已明确了18种HST毒素。 寄主专化性毒素及产毒菌 HST 产毒菌  1．十字花科植物黑斑病菌毒素(AB） Aternaria brassica  2．粗皮柠檬橘黑斑病菌毒素（ACR） A.. citri lemon race  3．宽皮橘子黑腐病菌毒素（ACT） A. citri tangenine race  4．草莓黑斑病菌毒素（AF） A. fragigariae  5．梨黑斑病菌毒素（AK） A. kikuchiana  6．番茄茎枯病菌毒素（AL，AAL） A. alternata f.sp. lycopersici  7．苹果轮斑病菌毒素（AM） A. mali  8．烟草赤星病菌毒素（AT，ALO） A. longipes  9．玉米圆斑病菌毒素（HC/BC） Helminthosporium carbonum (Bipolaris carbonum)  10．玉米小斑病菌T小种毒素（HMT/BMT） H.maydis (B. maydis)  11．甘蔗眼斑病菌长蠕孢苷（HS/BS） H.sacchari (B.sacchari)  12．燕麦疫病菌维多利亚毒素（HV/BV） H.victoriae (B.victoriae)  13．高粱买罗病菌毒素（PC） Periconia circinata  14．玉米黄叶枯病菌毒素（PM) Phyllosticta maydis  15．番茄轮斑病菌毒素（CC） Corynespora cassiicola  16．烟草枯萎病菌毒素（FON） Fusarium oxysporum f.sp. nicotana  17．小麦褐斑病菌毒素（PTR） Pyrenophora tritici-repentis  18．大麦网斑病菌毒素（PT） Pyrenophora teres  2．非寄主专化性毒素 非寄主专化性毒素是由病原菌产生的一类对其寄主或非寄主植物种或栽培品种具有一定生理活性和非专化性作用位点的代谢物。亦称为非寄主选择性毒素。该毒素具有以下特点：①该类毒素对病原物的寄主和非寄主植物都有毒性，因此它侵染的寄主范围广，如菜豆毒素可危害10种以上植物。②病原物产生的毒素对其寄主有一定的选择能力，即对其寄主栽培种或品种虽有一定的毒性或致病力，但有时会出现寄主植物对病原物的感病性与对毒素的敏感性不很相似，因此寄主植物抗病基因可能与控制对毒素敏感性基因不是同一基因，该类毒素在一定浓度下能引起寄主植物敏感性反应，这种反应也能区分寄主植物的抗性的差异。③寄主植物无高度专性作用位点。因此非寄主专化性毒素在病菌与寄主建立寄主关系中无重要作用。非寄主专化性毒素多为植物病原细菌所产生，只有少数植物病原真菌产生这类毒素，由于它在加重病害严重度中起作用，因此是一种毒力因子。 非寄主专化性毒素 NHST 产毒素  1．火疫菌毒素（amylovorin） 梨火疫欧氏杆菌（Erwinia amylovora）  2．烟草野火毒素（tabtoxin） *假单胞菌烟草野火致病变种（Pseudomonas syringae pv. Tabaci）  3．根瘤菌毒素（rhizobiotoxin） 大豆根瘤菌（Rhizobium japonicum）  4．菜豆萎蔫毒素（phaseolotoxin） *假单胞菜豆萎蔫致病变种（Pseudomonas syringae pv. phaseolicola)  5．腾毒素（tentoxin） 细链格孢菌（Aternaria tenuis）  6．壳梭孢素（fusicoccin, FC） 高桃壳梭孢菌（Aternaria tenuis）  7．镰刀菌酸（fusaric acid） 镰刀菌（Fusarium spp.）  8．尾孢素（cercosporin） 尾孢霉（Cercospora spp.）  9．稻瘟菌素（piricularin） 稻梨孢霉（Pyricularia oryzae）  10．旋孢腔菌素A（ophiol） 稻胡麻斑病菌（Helminthosporium oryzae）  （二）毒素的化学本质 按化学性质毒素大体上可分为8类： ①简单化合物，包括氨、氰化氢、乙烯、草酸、延胡索酸等。②酚类化合物和杂环化合物，如百日草酚、根酚、醌类和半醌类。③多肽类，包括多肽，寡肽，如玉米圆斑病菌炭色长蠕孢毒素HC-toxin、腾毒素（tentoxin）。④氨基酸衍生物，如镰刀菌酸等。⑤类萜化合物，包括倍半萜、二倍半萜、双萜，如壳梭孢素（Fusicocin）是双萜，甘蔗长蠕孢毒素（HS-Toxin）为倍半萜。⑥多糖类，绝大多数野生细菌菌株均产生多糖类或糖肽类物质，造成萎蔫。⑦生物碱类，如章鱼碱、冠瘿碱等。⑧蛋白类，如小麦褐斑病菌产生的毒素。 （三）毒素的作用机制 1．作用位点 毒素的作用位点主要包括寄主细胞的质膜蛋白、线粒体、叶绿体、酶。一般只有寄主专化性毒素具有识别受体。感病植物细胞膜上具有毒素的植物受体（receptor），在抗病基因型细胞膜上则缺乏毒素受体或所有的毒素受体发生变化。毒素与受体一旦结合后，细胞膜发生损伤、电解质外渗，最后导致受害症状。如AK-toxin。线粒体也是毒素的受体，如HMT-toxin可使T型雄性不育玉米中的线粒体发生解偶联。作用于叶绿体的毒素有ACT-toxin和AM-toxin。作用于酶的毒素有菜豆毒素、烟草毒素和根瘤菌毒素等。菜豆毒素可作用于鸟氨酸氨甲酰基转移酶。 2．作用方式 ①毒素可引起寄主细胞膜透性发生改变，质膜电势去极化和超级化，电解质大量外渗。 ②对呼吸作用的影响主要是抑制氧化磷酸化。 ③对酶的抑制作用，如菜豆毒素可作用于鸟氨酸氨甲酰基转移酶，使精氨酸减少，减少蛋白合成（叶绿素酶合成），引起失绿症状。烟草毒素能抑制谷氨酰氨合成酶的活性，使谷氨酰氨合成减少，氨生积累引起叶片中毒，形成晕圈症状。 ④能抑制RNA的合成，如菜豆毒素处理的叶片，核糖体变成螺旋状，这是一种钝化的结构。 ⑤对光合磷酸化的抑制，如腾毒素与叶绿体偶联欢因子I（CFI）结合从而抑制了ATP酶和光合磷酸化。 ⑥对水分代谢的影响，如糖肽类毒素堵塞导管。 （四）植物病原菌毒素的反利用 1．鉴定植物对于病害的感病性 由于有些植物病原菌泌的毒素在植物上可以引起与活菌一样的症状和病理变化。因此可以替代活菌进行品种抗性鉴定，这种方法快速、简便、定量性好，使繁重的田间抗性鉴定工作改为室内完成。例如用Alternaria kikuchiana产生的AK-toxin，接种不同抗性的梨品种，得出的品种间抗性差异结果与用病菌直接接种的结果完全一致。王贺祥等（1988）用镰刀菌酸测定10个陆地棉品种，发现了棉花对于枯萎病菌的抗性与该病菌产生的毒素的抗性是一致的。 2．在植物抗病育种上的应用 利用病菌产生的毒素或含毒素的培养物滤液可以筛选抗病植株，例如利用燕麦维多利亚叶斑病菌毒素处理4.5×109粒燕麦感病品种的种子，播种后得到3973株苗，然后再接种冠锈菌，进行选择，最终获得了对两个病害均有抗性的株燕麦。美国有人在雄性不育系“Cms-T”愈伤组织的固体培养基中，加入一定浓度0.1～5％玉米小斑病菌T小种毒素，获得了抗毒素的14个愈伤组织。 3．利用毒素的抑制因子防治病害 毒素的抑制因子包括毒素的解毒剂或钝化剂、毒素释放的抑制剂和毒素受体的竞争性抑制剂。KH2PO4 K2HPO4甲硫氨酸、胱氨酸、半胱氨酸、酵母浸出液蛋白胨CuSO4均可钝化Alternaia solani产生的毒素。类毒素（Toxoids）或非毒素（Nontoxins）具有与毒素竞争受体位点的作用。 4．毒素在诱导抗性中的应用 无论是寄主专化性毒素是非寄主专化性毒素都具有激发子的功能。用HV-toxin处理感病冠锈病具Pc-2基因燕麦品种，发现可诱导出比原来激发子所诱导出高达10倍量的植保素。用玉米弯孢菌叶斑病菌毒素（100ppm）处理感病品种掖单13的叶片（第5～8叶）可诱导出对该病菌的展局部和系统的抗性，防效达50％以上。 5．其它方面应用 毒素还可用于微生物分类、病害诊断、测报等方面。 玉米大斑病抗性有两种类型： 1．褪绿斑抗性：受显性单基因控制，垂直抗性 2．数量抗性：受多基因控制水平抗性 2号小种对Ht1(丹玉13)有毒力??Ht2Ht3HtN/Ht1 2号小麦对Ht2Ht3HtN没有毒力 普遍率：发病的植物体单元数占植物体单元调查总株数百分比。 严重度：是发病的植物单元上发病面积占该单元总面积或总体面积的百分率。 病情指数：是植物群体的平均严重度。 DI＝I（普遍率）×S（严重度） 麦类锈病：发病面积5％??10％??25％??40％??65％??100％ 其它抗性各同： ①寄主抗性和非寄主抗性 ②基因抗病性，生理抗病性 ③高效基因，微效基因（正纯方式） ④抗性效果，广谱 ⑤整株抗病性 ⑥器官抗病性 关于水抗与垂抗的看法：Chipoid认为自然界不能这样划分；Zodok和Parleliet认为水平抗性品种与病原物小种之间也有特异性相互作用。 ??禾谷类秆锈菌有9个变种 P.g.tritici??寄生小麦、大麦和其它禾本科杂草。 P.g.secalis（黑麦变种）??寄生于黑麦、大麦和某些禾本科杂草 P.g.avenae??则寄生于燕麦和以上两个变种不能侵染的一些禾本科杂草 （三）激素 正常植物的天然激素有生长素、细胞分裂素、赤霉素、脱落酸和乙烯等，是植物细胞分裂、长大、休眠、衰老和活化等所必需的。但在病组织中激素的含量往往比健组织多，引起各种异常生长的症状。 1．生长素 一般而言病菌侵染的组织内IAA增加，而且在感病品种内增加量比抗病品种高。如小麦感染锈病时，组织内IAA含量增高。导致徒长、增长、畸型。IAA含量增加的原因，主要是由于病菌侵入常使寄主组织形成酚类化合物积累，如咖啡酸、绿原酸的积累，强烈抑制IAA氧化酶。另一方面，有时病菌侵染可导致IAA含量下降，子叶成剑状窄叶，顶端优势丧失，节间不伸长等，IAA含量下降的原因主要有三种：①生长素合成和运输受到干扰；②病原菌诱导寄主增加IAA氧化酶活性；③病原菌在寄主组织内分泌IAA氧化酶。关于IAA来源，目前认为来自病菌和寄主。 2．细胞激动素 病菌侵染寄主植物可以引起细胞激素素（6－呋喃新嘌呤）的失调。某些病害能使激动素含量下降，多数病害使植物细胞激动素含量异常增加，如烟草野火病假单孢菌Pseudo mmas talaci产生的毒素可引起烟草退绿症状，TMV引起的烟草花叶病，也是细胞激动素含量下降造成的，因此上述病害通过施用外激动素后，病状变得到控制，缠绕棒杆菌Corynebacterium fascians侵染豌豆则能引起激动素的增加，导致“扃化”病的发生，Plasmodiophora braccicae引起甘兰根肿病也是激动素异常增加造成的。锈病和白粉病引起小麦叶的“绿岛”现象也与细胞激动素分布失调有关，一般在侵染点周围的组织，细胞激动素含量增加，使RNA和蛋白质合成受到刺激，叶绿素未受到破坏，而未被侵染的部分的营养物质向绿岛内输入，导致未侵染组织由于营养枯遏而衰老死亡。与IAA协同作用。 尽管病菌在离体培养下可以产生细胞激动素，但目前研究认为病组织中增加激动素主要是寄主植物受病菌刺激后产生的。 3．赤霉素 很多病菌产生赤霉素，其中最有名的水稻恶苗病菌产生的GA3是水稻出现徒长的主要原因。Verticillum albu-atoum和V.dahciae也能产生赤霉素。赤霉素异常增加主要造成节间伸长、卷叶、小叶及花序缺少等症状；其中节间伸长是最主要的症状，有时要比健株长4倍之多。某些病毒或真菌的侵染引起寄主生长迟缓，是与某些赤霉素水平降低有关。某些病菌产生的毒素具有赤霉素的功能，如小麦根腐菌产生的长嚅孢二醛可刺激淀娄酶合成。长蠕孢羟醛能刺激水稻苗茎种的伸长，但对小麦无效。这也就说明，为什么该病菌对小麦侵染未造成茎秆明显伸长的原因。 4．脱落酸（ABA） 脱落酸是由三个异戊烯单位组成的倍半萜，其结构与赤霉素类似。不少真菌和细菌引起维管束病害的“矮化”症都是与感染的寄主组织中该生长抑制物含量增加有关。P.solanaceanum侵染的烟草组织中ABA含量明显比健组织高，由于该病菌不能在人工培养基上产生，所以推断这部分增加的ABA是寄主对病菌侵染反应形成的。番茄受黄萎轮枝菌（W.albo-atrum）侵染后ABA含量明显提高，在感病品种顶叶中的含量比抗病品种高4倍。棉花叶片受落叶型黄萎轮枝菌侵染后，脱落酸含量比健康高一倍，但非落叶型黄萎轮枝菌相反。至今尚未发现有植物病原菌产生脱落酸的报道，但已发现有的病物可产生脱落酸类似物。例如，引起烟草矮化的霜霉病菌（Permoposa tabacina）的孢子抽出物中会有能明显抑制烟草生长的物质。 5．乙烯 ①病菌侵染刺激乙烯的增加 很多真菌、细菌病害能够刺激乙烯的增加，引起早熟、脱落、偏上性、不走根形成和各种畸形现象。已经明确乙烯含量的增加实际上是病菌侵染造成寄主细胞损伤的结果。黄萎轮枝菌（Verticillium albo-atrum）的落叶型菌系和非落叶型菌系接种棉花叶片都能提高叶片内乙烯含量，尤其是落叶型菌系刺激作用更为明显。虽然某些细菌在体外可产生乙烯，甚至有时与毒力有一定相关性，但对于多数病菌而言体外不能产生乙烯，因此病组织中乙烯的增加主要是由病菌侵染刺激的结果。例如用细菌产生的酶处理寄主也能刺激乙烯的产生，例如E.carotovora产生的果胶酶裂解酶对乙烯有专化性刺激作用。 ②乙烯与诱导抗性的关系 许多研究结果表明：抗病品种产生的乙烯较感病品种多。在抗性反应中，寄主释放的乙烯能诱导植物组织内苯丙氨酸解氨酶（PAL），多元酚氧化酶，过氧化物酶和脂肪氧合酶，几十质酶和?-1,3葡萄聚糖酶活性的增加，从而刺激了植保素和芳香市民力物质（如绿原酸）的形成。乙烯增加寄主抗病性的机制还未完全搞清。有人提出寄生物与寄主识别后产生一种信号（乙烯）或信号被乙烯强化，信号传递给接触的细胞和邻近的细胞的细胞核，相继发生DNA转录和RNA转译，产生特定的酶催化植保素的合成。同时寄主也会由于细胞器的破坏，最终导致整个细胞坏死或部分组织的损失，即所谓过敏性反应。根据这一假说乙烯可能是抗病性的诱导因子，即乙烯的产生与抗病性之间存在一定的因果关系。最近Broglie等（1989）发现，乙烯可在转录水平上调节几丁质酶基因的表达。 综上所述，病菌扰乱寄主正常的生理程序主要通过以下二个途径：1）病菌在不恰当的时间、地点和条件下产生激素；2）产生寄主植物本来没有的激素；3）影响寄主植物正常生长所需激素的合成和控制。 应用外源激素可以防治病害。生长调节物质可以改变细胞壁果胶物质的可溶性，提高细胞壁对病菌的抗性。尤其用奈乙酸（NAA）处理番茄植株后，番茄植株的可结果胶减少，与Ca2+离子结合的果胶增多，意味站不溶性果胶增多，对果胶酶的抗性增强。施用外源赤霉素和细胞分裂素可以用来防治各种病害，施用GA可以解除Tilletia controvevia侵染小麦造成的矮化症状。细胞分裂素能够防治二孢白粉菌Erysiphe cichoraceavum对黄瓜叶片的侵染。乙烯预处理黄瓜苗可以提高对C.lagenavium的抗性。 二、感病植物的代谢变化 生理病变主要包括细胞渗透性的改变，水分生理的失调，呼吸作用的失常，光合作用的降低，有机物质运输、贮藏的受阻及蛋白质和核酸代谢的变化。 1．细胞膜渗透性的变化 细胞膜的最主要功能是控制水分、离子和其它各种物质的进出。主要有原生质体膜和细胞器膜。病组织发生的渗透性变化是各种致病因素的早期反应。寄主植物受病原物侵染后，因细胞膜的结构受到伤害，导致渗漏性加强，溢出大量水分，漏出大量电解质和其它有机物质。同时也丧失了细胞器收和积累无机盐的能力。引起膜渗透变化的因素中最主要的是果胶酶的毒素。例如马铃薯块茎切片用多聚半乳糖醛酸处理3分钟，可见大量电解质的外渗，10～15分钟后组织开始浸解。HV毒素处理燕麦感病品种的组织，立即发生电解质外渗。 2．水分生理失调 病植物的水分生理失调主要表现在吸收水分机能减弱，水分转运障碍及气孔功能的失调。①降低其根系的吸收；②阻碍导管中液流的上升；例如番茄茎内液流上升速度较健康茎内小200倍。多糖机械堵塞可能是影响液流上升的主要原因。③影响蒸腾；质膜的渗透性增强，气孔关闲失灵、表皮撒裂等所致。如大麦白粉病侵染后期，寄主表皮蒸腾作用增强；蒸腾作用增加同时使细胞渗透热下降，保水能力降低。 3．呼吸失常 （1）呼吸速率改变：几乎所有病害都是病程前期和中期病组织的呼吸作用增强，到末期呼吸作用才下降乃至消失。如白粉病和锈病在产孢盛期呼吸作用最强，以后下降。 （2）呼吸途径的改变：植物感染病菌后由原来的糖酵解－TCA途径转向磷酸戊糖途径（HMP）转变。表现为C6/C1下降；巴斯德效应消失。 （3）呼吸失常的病理学意义 呼吸作用可以提供抗病有关的原料和能量。 4．光合作用的失调 （1）光合速率变化 一般而言，病菌侵染初期光合速率和叶绿素含量略有增加，但后期两者均下降。 （2）叶绿体的衰退 叶绿体的数量的减少，叶绿体超微结构变化，叶绿体RNA减少或细胞质RNA刺激增加。光合磷酸化作用受到抑制。 5．核酸和蛋白质代谢的失调 DNA和RNA合成在侵染前期合成受到刺激，后期受到抑制。核糖核酸酶活性的提高（RNase）。与抗性相关的酶活性前期提高，后期下降。部分蛋白质合成增加（病毒外壳蛋白），部分蛋白质合成减少，或降解加快。 第四章??植物免疫性（抗病性）机制 研究植物免疫机制的目的是为了搞清植物抗病的本质，掌握植物抗病的内在规律，以便在实践中有目的地诱发、培育和利用植物的抗病性，进而还可以以人工合成免疫来用作防治植物病害。植物病原物在侵染寄主植物的过程中，并不是畅行无阻的，都会遇到寄主某些性状的障碍、抵抗、抑制甚至伤害。这就是寄主植物的抗病性。抗病性不是单一因素，也非简单性状，而是由多种手段，多种因素所形成的综合性状。正如Kui和Tuzun等（1983）指出，植物的抗病性不可能完全依赖于一种机制或某种化合物，而是决定于多种机制以不同方式和不同部位而表达的联合作用。因此植物对病原物的抗病机制是复杂多样的。按抗病因素各种手段为性质，可以把抗病性分为形态的、机能的、组织结构的和生理生化的抗性；也可按病程的各个阶段，把抗病性分为避病（抗接触）、抗侵入、抗扩展和耐病等。我们采用后种划分办法叙述。 第一节??避????病 避病是指寄主植物逃避病原物侵染的特征。可分为时间避病和空间避病。 1．时间避病 是使植物易受侵染的生育期与病原物大量散布的时期错开。在自然情况下，当病原物的接种体不存在或低于危害的水平，或病原物处于不活动状态时，感病植物常能逃避病原物的为害。有些病害在季节流行过程中需要有个菌量的积累过程或适宜的环境条件，只有菌量积累到一定程度后或遇到适宜的环境条件，才会引起植物病害。对于这类病害我们可以采取以下几种方法实现避病。 ①调整种植日期。选择某一播种时期的环境因子（温度、湿度传毒介体）对寄主植物生长和发病比对病原物的繁殖有利。例如玉米丝黑穗病菌萌发后是从玉米的幼芽或幼根侵入，因此，玉米播种至出苗期间的土壤温度、湿度与发病关系最为密切。一般土温在20℃左右，土壤含水量在20～24％时，玉米发芽生长迅速，纳径6～10天即可出苗。这种条件虽也适于病菌孢子萌发和侵染，但由于玉米出苗快，缩短了易感染的期间，发病常轻；当土温在15℃左右，土壤含水量低于20％，则不利于种子萌发和生长，出苗迟缓，延长了易受侵染的期间，为病菌侵染提供了有利条件，发病常严重。另外早播和播种过深病重。玉米粗缩病在玉米4-5叶期易感病，10叶期以后发病轻。在河北省5月中旬播种发病最重，4月和6月上旬播种的发病较轻，麦收后播种最轻。因为一月中旬播种的，玉米苗期正遇上第一代灰飞虱成虫发生期，所以发病最重。4月中旬播种的到麦收前后玉米已长大，抗病性增强，发病较轻。6月上旬播种的，玉米出土后，第一代成虫已近尾声，故发病轻。由于北方春播季节的气候特点一般气温低、风大、蒸发量高，有利黑穗病发生。所以在生产上我们提出适期晚播，雨后抢墒播种或保水浅播、催芽播种等一系列促苗早出土的措施。 ②改变栽培方法。玉米矮花叶和粗缩症早播转晚播后，调整株行距。如防治玉米茎腐病的一个措施之一就是适当稀植，降低田间温度，增加通风透光，玉米茎腐病发生明显减轻。防除杂草减少传毒蚜虫可减轻玉米矮花叶病。 ③采用无病种苗把无病种苗在无病地区种植。 2．空间避病 是植物形态或机能方面的抗接触。如马铃薯株形直立的品种比匍匐优型品种抗晚疫病；小麦叶片上举与茎秆角度小的品种比叶片平伸的品种抗锈病，小麦小穗排列较稀，小穗与穗轴的夹角较大，且花期短的品种较抗赤霉病。玉米果穗包叶长的而且包得紧的品种较抗黑粉病。 应指出，植物的避病特性不受病原物寄生性变异的影响，在生产实践中很有价值。 第二节?? 抗侵入 病原物战胜了植物的抗接触特性后，在侵入寄主植物组织时，还会遇到各种各样的物理和化学障碍物。 1．蜡质与茸毛 植物茎、叶表面蜡质和茸毛的有、无及多少，常成为抗侵入的特性之一。在玉皮、金大4197等小麦品种上，用喷雾法接种条锈菌不发病，而用涂抹法接种则严重发病，因为涂沫可以破坏表皮的蜡质，此外蜡质内有时还含有一些抑菌物质。叶毛主要有三方面作用：①作为阻止侵染结构生长的障碍，如叶较多的小麦品种，禾柄锈菌的附着胞形成较少，当接种体浓度低时，叶毛可成为芽管生长的物理障碍，能减少它们到达气孔的数量；②叶毛数量增加，可使露水更有效地覆盖叶表，因而成了喜爱干表面的锈菌芽管的有效障碍；③叶毛内可能含有一些酚类物质，在受到外界刺激时，便释放出来。如棉花叶叶毛中存在对病菌有毒的棉酚。 2．角质层和木栓层 表皮角质层中的角质和木栓层中的栓质是天然存在于植物表面的结构成分。这些聚合物所固有的作用是保护植物免于脱水和免受病原物的侵染。角质层和木栓层和厚度和硬度与抗菌直接侵入关系密切。如橡胶白粉病菌不能侵染老化叶片是由于老叶的角质层增厚之故。木栓层是块茎、根和茎等抗病菌侵入的重要结构。木栓层中的栓质是不透水、不透光的亲脂性物质，能有效防止病菌侵入。 角质和栓质在抗侵入中除了物理机械障碍外，近年来还发现有化学毒杀作用。角质和栓质的某些羟茎酸单体和环氧酸单体对侵染病原物具有高度毒性。 3．气孔和水孔 ①气孔 对于由气孔侵入的病菌，植物表面气孔的密度、大小、构造及开闭习性等常成为抗侵入的重要因素。某些小麦品种在早晨气孔张开较晚，晚上关闭得较早，往往能抗秆锈菌侵入，柑桔（Citrus nobilis）的气孔较橙（C.sinensis）和柚（C.grandil）的气孔狭窄，开口也小；溃疡细菌不易侵入，因而表现抗病。 ②水孔 水孔构造不同也可影响作物抗侵入的能力。例如，水稻白叶枯病菌在自然情况下可以侵染鞘糠草（Leersia sayanra），但不能侵入同一场所同属的苇（L.japonica）。这是由于两者的水孔结构不同之故。鞘糖草的水孔保卫细胞无突点，而苇的水孔保卫细胞有突起，可防止细菌侵入。 4．木质素 不少植物的组织呈高度木质化。木质化的重要作用在于植物受伤或受病原物侵染的部位迅速产生木质素，大多数植物病原物不能分解木质素。因此，木质素的形成在抗病原物侵入中具有重要作用。 （1）木质素抗侵入中的作用 ①作为病原物侵入的物理法障碍；②防止病原物产生毒素进入寄主内；③它的亲脂性使病原物得不到养分；④酚类化合物的前体对真菌、细菌有毒；⑤酚类物质的氧化产物可以钝化病原菌产生的脂外毒素和酶；⑥确保护细胞壁和乳头状突起不受病原真菌所产生的酶的消解；⑦可在多糖分子和蛋白质分子外而形成一层膜，使植物组织不易被病原菌水解。例如，小麦品种对白粉病的抗性与感染组织内木质素的增加量呈正相关。 （2）木质化的诱导 用病组织的磨碎液处理健康的组织，就可引起木质化，后来人们发现在某些真菌和植物细胞壁的某些成分是木质化作用的诱导因子，真菌细胞壁中的几丁质及植物细胞壁多聚半孔糖醛酸释放的寡聚半乳糖醛酸，都是木质化的诱导因子。 5．胼胝和乳突 胼胝质也称愈创葡聚糖，是吡喃葡萄糖通过1,3键相连而成的聚合物，其上连有许多酚类化合物。当植物受损伤或受病原菌侵染时，在受伤或受侵染的部位可形成胼胝质，阻止病原菌侵入，推迟病原菌侵染过程。 当病原菌的菌丝或吸器侵染抗病品种细胞壁时，寄主通过合成新的碳水化合物，尤其是合成愈创葡聚糖和纤维素，这些碳水化合物位于病菌侵染位点的寄主质膜外侧和细胞壁内侧，构成乳头状突起。乳突出含有上述两种物质还有一些酚类物质、木质素等。因而乳突具有抗侵入的作用，例如大麦感病品种的细胞，经过磷酸钙处理后，可形成乳头状突起，从而提高了对白粉病菌侵入的抵抗性。 6．植物外渗物 植物体内的有机酸、糖分、氨基酸、维生素、酶、生物碱酸、核苷酸和无机离子等物质渗到体表时，其中有机成分可阻止病菌孔子萌发和侵入。例如抗病品种水稻叶片的外渗物质碳酸钾能抑制稻瘟病菌菌丝的生长和附着胞的形成，可有效防止侵入。紫皮洋葱品种的外层鳞片中的细胞中含有几苯酚、原儿茶酸，当外层鳞片受潮后可以渗到体表抑制炭疽菌（Colletotrichum circinans）、灰霉病菌（Botrytie allil）等孢子萌发。如果把紫皮洋葱的外层鳞皮剥掉，就象白皮洋葱一样感病。此外根系外渗物还可通过影响拮抗微生物区系来抑制病菌侵入。它将给抗病育种中的亲本选样增加新内容。可以预言，对土传病害的抗病育种将会由此而有新的突破。 第三节??抗??扩??展 侵入一旦完成，病原物便开始和寄主植物的细胞或原生质开展面对面较量。它们不仅继续使用机械力量开辟扩展的道路，而且更主要的是运用多种化学力量夺取养分，因而伤害寄主。 1．组织结构抗扩展 寄主表皮下的厚壁组织可有效地限制薄壁组织中的病原菌的向外扩展。据观察严重感染小麦秆锈病的小麦品种Cittle cluk，其茎秆表皮下的薄壁组织是连片的因而病菌很容易突破表皮，形成大孢子堆。中、高抗品种的薄壁组织被厚壁组织隔开，因而抗病。 寄主组织内细胞壁的厚度和硬度对病菌丝体扩展也有影响。例如马铃薯干腐病菌腐霉菌（Pythim dabanyantion）菌丝主要以机械力量侵入块茎，抗病块茎穿过需要204分，感病块茎穿过仅需43分～50分，前者机械压力为62.9公斤/cm2，后者为31.3公斤/cm2。 寄主在导管组织内的病原菌，因导管的不同结构而影响病菌扩展。①通常导管细胞壁厚而硬，管道窄可有效地抗扩展，相反则抗扩展能力较强。例如有些棉花品种的导管细胞壁厚而破，且管道狭窄，常常是抗枯萎病（Fusarium oxysporum f. Vasinfectum）的因素之一。②导管内侵填体和凝胶体的形成速度也是抗扩展的指标之一。在棉花、番茄和甘薯中，抗病品种形成侵填体速度比感病品种愉。形成的数量比感病品种多。 植物对病毒抗扩展因素主要是物理性障碍，如原生质丝不退或某种物质结构阻止病毒运转。对病毒的抗扩展还体现对病毒繁殖的抑制，包括对脱壳、外壳蛋白或病毒特异复制酶，病毒核酸复制、装配的抑制。 2．营养物质的抗扩展 寄主植物组织内对于某些病原物所必需的营养物质缺乏或不足时，可成为抗扩展的因素。①植物的含糖量与抗扩展有关。某些病害，植株含糖量高发病重（如小麦锈病），而有些病害，是在植株含糖低发病重（如番茄早疫病）。某种糖分的含量也与抗病性有关，如洋葱、胡萝卜和甘蓝品种蔗糖比率大不易发生腐烂病。可溶性碳水化合物比率低的马铃薯抗晚疫病。②氮素形成和含量与抗扩展有关。C/N大、非蛋白氮/蛋白氮水，Si/N或K/N的水稻植株抗病性强。水稻对于白叶枯的抗性，凡游离氨基酸多，多酚类物质品种感病，天门冬氨酸和谷氨酸含量高品种感病性强。 3．抑菌物质的抗扩展 寄主植物体内常会有各种抗生物质和存毒物质。植物体内的抗生物质种类很多，其中杀菌素抗菌素最为常见。例如有些抗锈病小麦品种的汁液中具有杀菌素可抑制锈菌芽管生长。日本在受稻瘟病菌侵染的水稻植株下部叶片发现了一种分子量为300以上的抗菌素，西瓜汁可抑制南瓜白粉菌菌丝的生长。植物体内还有一些对病菌有毒的酚类、糖苷、生物碱、有机硫等化合物。酚类物质中如绿原酸可使病菌的氧化还原反应平衡破坏，从而使病原物的酶和蛋白钝化。胡金香内有一种葡萄糖苷－郁金香苷，它本身无毒，但当病菌侵染过程中胡金香苷转变成有毒的郁金香素，从而抑制病菌（F.oxysporum）的扩展。番茄苷是一种皂角苷，它可以和病菌质膜的甾醇结合形成复合体，从而抑菌。 此外，有的植物对病原物产生的毒素具有抑制或解毒能力，这也属于抗扩展的范围。例如，番茄和棉花植株通过代谢途径使枯萎病菌（Fusavium spp.）分泌的毒素－镰刀菌酸消失，这种代谢速度抗病品种要比感病品种快得多。这里可以看出抗扩展有时是由解毒和抑菌两个因素协同作用完成的。 4．保卫反应?????????? （1）产生植物保卫素 植物保卫素的概念早在1940年就由Muller和Boger提出。1960年Cruickshank和Peiion首先得到结晶并从化学上鉴定出第一个植物保卫素－豌豆素。此后，由于植物保卫素的研究有助于对植物抗病性机制的认识，而且可能提供新的防治植物病害的有效手段。 植物保卫??是植物在遭受侵染或抑压后而产生的低分子量的抗微生物的化合物。植物保卫素分布于侵染部位或侵染点附近。植物产生和积累植物保卫素的遗传度和程度，似乎决定着植物－病原物相互作用中的一些致病反应。 （2）过敏性坏死反应 是指寄主植物受病原物侵染后，受侵染细胞及其相邻细胞的过度敏感，迅速坏死，并新起入侵病原物的钝化和死亡。目前已在苹果黑星病、马铃薯晚疫病、麦类白粉病、燕麦冠锈病、番茄叶霉病以及细菌类的豌豆疫病、茄科青枯病、番茄病毒病的局部斑，番茄线虫病都发现了过敏性现象。 关于真菌病害的过敏性坏死应的组织学过程，以马铃薯受晚疫病菌侵染后的坏死过程可分成5个阶段。①寄主的细胞核移向被侵染的部位，且在被侵染部位的四周形成原生质丝。②原生质形成小颗粒呈布朗运动，细胞核膨大，病菌开始形成胞囊。③原生质呈纤维状，变褐，原生质颗粒停止运动，病菌继续形成泡囊。④细胞失水，核收缩，原生质变褐，病菌停止生长。⑤细胞变为深褐色或黑色且和菌丝相继或同时死亡。在组织学变化过程中，也发生了相应的生化过程。当植物受侵染后，糖和糖苷消解，呼吸作用增强，磷酸化提高（相当于组织学过程②）；酚类物质被氧化成醌（相当于组织学过程③），醌、丹宁和其它植物保卫素大量积累，使蛋白质凝固，导致寄主细胞原生质死亡，同时病原菌受抑制或死亡。 必须指出上述5个阶段在感病品种中进度较慢。 在细菌病害中，过敏性反应分三个阶段。①诱导期：是指接种后3～4小时，决定以后变化时期；②潜育期：是指诱导期后4～5小时，此后寄主细胞开始受害；③崩解期：细胞膜破坏或作用失常；直接或间接导致细胞死亡，并释放出酚类物质和其它毒素，致使细菌受抑制或死亡。 病毒病害中，局部坏死斑的形成伴随着某些酶（尤其多元酚氧化酶和过氧化物酶）活性的增强，同时也发现醌的形成，醌既能抑制病毒，也可伤害寄主细胞本身。 过敏性坏死反应的特点是具有特异性和稳定性。这里的特异性是指过敏性坏死反应只发生于一定的品种和小种组合种。稳定性是指在正常环境条件下，过敏性坏死反应受环境影响较小，能表现出具有一定抗性特征的反应型。因此，过敏性坏死反应易于识别、鉴定和选择。 目前对于过敏性坏死反应究竟是抗病的原因，还是抗病的结果，目前有不同的看法，尚待研究。 第四节?????耐病性（抗损害） 耐病性是植物固有的或忍受病害的能力。既当植物具有耐病特性时，病原物虽能在其体内生长繁殖并能进行再侵染，但植物不发生病状或只发生轻微的病状或虽有严重病状而产量不受损失或损失较少。耐病性和过敏性反应实际上是寄主反应谱的两个极端。耐病的机制主要是：耐病株生生理调节能力较强（如根系吸水）。意义：耐病性在生产上有一定利用价值，虽然防治效果不如高抗品种，但它不易促使病原菌变异。当暂时缺乏免疫或高抗品种时，选用耐病品种作为过渡或辅助措施仍有一定价值。其缺点是：耐病品种上会繁殖病原菌威胁四邻，如果菌量在以后的病害流行中作用很大，则不直接采用耐病品种。如果菌量早已存在，且不成为流行的主导因素，象许多土水层菌引起的根病，采用耐病品种影响不大。 第五节????抗再侵染（获得免疫） 抗再侵染特性是指寄主受病原物侵染后，不论是否发病或发病轻重，寄主植物就不再受同种或同类病原物的再侵染，此现象将为获得免疫。获得免疫性最早是在动物界发现的，由于从解剖学和组织学角度，植物没有动物体内的那种循环系统和淋巴系统，而且迄今尚未证明植物体内有和动物体中相同的抗原－抗体体系，因而对这种免疫性持怀疑态度。但近年来各类病害中的确出现一各类交叉保护现象。因此很多学者认为，植物中也一定存在着受侵染后产生抗再侵染能力的机制。例如Kui在黄瓜上用瓜类炭疽刺盘孢菌（Colletotrichum lagenarium），黄瓜角斑病菌（Poeudomonal lachrymanl）或烟草坏死病毒（TNV）对黄瓜叶片进行局部侵染，可以保护黄瓜从整体上免受11种与上述病原菌无关的病害的侵染。此外，用番茄花叶病弱毒株系接种番茄3～4片真叶，便可防治番茄花叶病。 第五章??植物侵染诱发的抗病性 第一节??植物保卫素 一、植物保卫素的定义 植物保卫素是植物受病原微生物或其它因素的压抑刺激而在受感染或压抑刺激部位及其周围产生和积累的具有抗菌作用的亲脂性的低分子量物质。 二、植物保卫素的性质 （1）对植物的病原微生物具有拮抗性。 （2）为植物的代谢产物，在健康的未受刺激的植物组织中含量极微，一般测不出来，但一旦受到侵染或刺激便能迅速产生和积累。 （3）对植物和病原微生物都不具备高度专化性，一种植保素对一种植物的多种病原物，甚至对其他种植物的病原菌都具有抑制作用。 （4）在抗病品种上植物保卫素产生和积累比感品种上快，且一般量也较多。 （5）植物保卫素不同于植物杀菌素，前者是诱发性的，后者是植物体内的既存物质。 三、植物保卫素的发现范围和化学结构 目前发现的植物保卫素都不是蛋白质，且大部分都是亲脂性的烃类族化合物。目前已在22科植物中发现植物保卫素。主要集中在豆科和茄科植物上。科植物中发现102种植物保卫素，其中是类黄酮（iloflabrvoids）的衍生物84种，呋喃乙炔8种，1,2-二苯乙烯4种苯胺呋喃3种，Chromones 2种，黄烷酮1种；茄科植物发现43种植物保卫素，其中萜类衍生物34种，类苯丙烷酚6种，多聚乙炔3种，日本学者已在水稻上分离到双萜类植保素A、B、C。在葫芦科植物上还未找到植物保卫素。 四、植物保卫素的诱发与合成 （1）??植物保卫素的诱发：植物保卫素是诱导的产物，生物因子、病原微生物、非病原微生物、机械刺激等均可诱植保素的产生。来自微生物的诱导因子（或激发子）可分为专化性激发子和非专化性激发子。前者是只有非亲合小种诱导产生（糖蛋白类或蛋白类），后者亲合与非亲合小种均能产生（葡聚糖类）。 日齐素即为糖蛋白类激发子所诱导。 （2）?植保素的合成 合成有三条途径：莽草酸途径，醋酸-甲羟戊酸途径，醋酸—丙二酸途径。 五、植物保卫素的降解 植物体内存在两种酶系：一套为分解酶，一套为降解酶。两者同时作用植保系合成与转化的过程。植物保卫素积累量=植物保卫素合成量 — 植物保卫素的降解量。病原菌可以产生豌豆素脱甲基酶将豌豆素结构上的甲基脱去，换上一个羟基，就变成了无毒化合物。 六、植保素在抗病中的作用 第六章??病原物的寄生专化性及其变异 第一节??植物病原物的寄生类型 一、植物病原物的寄生类型 植病原物可按寄生性分为专性寄生物、兼性寄生物、兼性腐生物。 专性寄生物：只能从活的植物细胞和组织获取营养，不能腐土。 兼性寄生物：以寄生为主，寄主死后可腐生。 兼性腐生物：以腐生为主，在寄主生活力衰弱条件下，也可寄生，但寄生性很弱。 70年代以后，植物病原物又分为活养生物或活养寄生菌（biotrophs），半活养生物（hemibiotrophs）和死养生物或死体寄生菌（perthotrophs）。 活养生物：在自然条件下，只能在活的植物组织上生长发育，如锈菌、白粉菌、霜霉菌和病毒，大麦黑粉（Usfilago nuda）相当于专性寄生菌。 半活养生物：开始时侵染活的植物组织，但在植物组织死亡后，仍能继续生长、发育并形成孢子。在病斑周围行活体寄生，但在病斑中心附近行死体寄生，如大麦云纹病菌Rhynchosporium secalis，马铃薯晚疫病Phytophthora infestans，菜豆炭疽病Colletotrichum lindemuthianum，水稻稻瘟病Pyricularia oryzae；豌豆褐斑病Ascochyta pisi，向日葵霜霉病Plasmopara halsfedii，甜椒细菌性病Xanthomonas campestris pv. vesicatoria。 死养生物：这类病原菌在侵入前杀死植物组织，然后进行腐生生活，玉米大斑病菌Trichometasphaeria turaica（毛座球腔菌），玉米圆斑病Cochliobolus carbonum，白娟病菌Sclerotium rolfsii。 病原物： 专性寄生物：寄生能力很强，只能从活的寄主细胞和组织中获得养分，当寄主植物的细胞和组织死亡后，病原物停止生长和发育，甚至死亡，病毒、部分真菌（霜霉菌白粉菌和锈菌）寄生性种子植物，植物病原线虫。 非专性寄生物：该病原物既能寄生又能腐生，且可在人工培养基上培养，寄生能力有强有弱，黑粉菌寄生性强必须有植物存在时才能完成生活史。腐霉菌、丝核菌寄生能力弱，以腐生为主，它们在自然界和人工培养基上可以不断茎腐生活，完成生活史，如遇到适宜寄主就能营寄生生活，侵染为害植物。 实际上我国学者划分的非专性寄生物是兼性寄生物和腐生物的综合。 划分寄生性专化性意义 通常寄生性强的病原物所引起病害，较容易育出抗病品种；寄生性弱的病原物不易获得抗病品种，对于这类病害应着重提高作物抗侵染力。 （二）植物病原物的寄生专化性 1．寄生专化性的概念：寄生物对植物一定的属、种或品种的适应性称为寄生专化性。对于植物属、种的寄生专化性就是寄主范围。 专化性和寄生性的发展水平是密切相关的。在大多数情况下，寄生性愈强，专化性愈窄，生理分化越明显，如小麦锈病菌，通常每个小种上能侵染1个或几个小麦品种；寄生专化性弱的病原菌，如棉花枯萎病菌，其小种可侵染棉花的一个或几个种。病毒寄生性严格但寄主范围广无明显专化性。 生理小种的概念在真菌、细菌、线虫等病原物种都适用，细节不同。通常细菌的生理小种称为菌系，病毒的称为株系，病毒株系间的差异，主要表现在对寄主病状反应的严重程度，而不在于对不同寄生的致病力上。 2．生理小种的鉴定意义和方法 （1）意义：作物品种抗病性的衰退或丧失与生理小种区系的消长有密切关系。分析小种变化动态，掌握其种类、分布及消长规律，可提高对潜在毒性小种流行的预见性，从而提高粒数，做到有计划、有针对性、有步骤地选育和部署抗病品种。此外也可为抗原、原始材料、杂交后代等工作提供依据。 （2）生理小种的鉴定方法 Ⅰ．选择鉴别寄主：选择鉴别寄主四个条件：（A）鉴别能力强；（B）稳定性好；（C）纯系；（4）具抗病亲本代表性。鉴别寄主类型：①国际鉴别寄主；①国际鉴别寄主。 改进国际鉴别寄主局限性的方法（A）加入辅助品种和筛选品种，如我国秆锈菌生理小种鉴定的鉴别寄主中（履浪-Reliance、爱因元-Einkorn、浮纳尔Vernal、明尼2761 Minn2761、免字52、华东6号、如罗Rulofen、欧美Orofen），后5种就是加入的辅助鉴别寄主。（B）经常变动的鉴别寄主，用国际鉴别寄主核对。（C）各国采用自拟的鉴定寄主，如我国稻瘟病菌生理小种鉴定，采用了特特勃、玲龙13、四丰43、东农363、关东51、合江18、丽江新黑谷7个鉴别寄主，条锈菌采用了23个鉴别寄主。（D）基因鉴别寄主，只含有一个不同的抗性基因，其它背景相同的寄主，如小麦秆锈菌的单基因鉴别寄主Ⅰ，Sr5，21,9,7L；Ⅱ．Sr11，6，8a，9g；Sr36，96，3017。目前又增加了Sr7a 9a 9d，9f，10，12，13，14，15，16，18，19，22，23，24，25，26，27，28，29，31，32，33，34，35，37(Tt-2)，38（Tt-3），GTt Wld-1等29个单基因系，测定菌株29它们的毒力频率。 马铃薯晚疫病菌鉴别寄主 11个R1-11  小麦秆锈菌鉴别寄主 27个Sr1-27  小麦叶锈菌鉴别寄主 26个Lr1-26  小麦??锈菌鉴别寄主 11个Yr1-11  小麦网光腥鉴别寄主 15个Bt1-15  小麦白粉病菌鉴别寄主 6个Pm1-6  燕麦秆锈菌鉴别寄主 10个Pg1-10  如日本的学者清泽（1974）在日本和外国水稻品种中鉴定出13个抗稻瘟病的主效基因，并采用具有不同的单一垂直抗性基因的9个品种作为鉴别品种。司权民等（1987）采用抗小麦白粉病的Pm基因，在我国18个省、市、自治区内249个标样中定出32个小麦白粉病菌。 Ⅱ．致病性鉴定程序：标样采集、登记、分离、保存、生鉴定和反应型记载，以及最后结果的分析。 Ⅲ．鉴定结果与分析，对照已知文献是否是新小种。 Ⅳ．生理小种的命名 A．普通命名法，是按生理小种鉴定先后程序，并用阿拉伯字母给生理小种编号，如小麦秆锈菌生理小种命名，优点：①容易命名；②小种号码与抗性无关，不能反映寄主与病原物相互关系。 B．毒力公式命名法。Green 1971提出表示方法为无毒力（R）/毒力（S），后Hoffman（1976）把它改为S/R，并用来鉴定小麦腥黑穗病菌小种。还有人直接用基因型表示如表示玉米大斑病菌小种的毒力公式：有效抗性基因无效寄主基因。 玉米大斑病菌 生理小种病斑反应型与小种命名 小种名称 病斑反应型 毒力公式 Leonard(1989)新小种命名   Ht1 Ht2 Ht3 Ht4    1号 R R R R Ht1 Ht2 Ht3 HtN/0 0号小种  2号 S R R R Ht2 Ht3 HtN/Ht1 1号小种  3号 R S S R Ht1 HtN/Ht2 Ht3 23号小种  4号 R S S S Ht1/Ht2 Ht3 HtN 23N号小种  5号 R S R S Ht1 Ht3/Ht2 HtN 2N号小种  C．小种“加抗”或“加感”命名法 (a)“加抗”命名法：我国学者对稻瘟菌小种类型的划分，是根据其在鉴别寄主顺序中分群品种的感病性来确定。所用的7个鉴别品种按抗病性由强至弱依次排列，并以A、B、C、D、E、F、G表示临别品种特特勃、珍龙13、四丰43、东农363、关东51号、合江18号、丽江新团黑谷。在小种分类时先分一群，后编号。第一个表现感病的品种 分群品种。7个品种最大鉴定限度2（128）个小种。 例如在7个鉴别品种上依次表现为RSRSSRS不同反应的某一菌株，在A品种上为抗病，B品种上为感病，则属B群小种，而在B品种后面各个主鉴别品种上只有C和F两品种呈抗病反应，则该小种的编号为C、F两品种同志编码号之和fm1，即16＋2＋1＝19，得出菌株为B群19号小种（B19）. (b)“加感”命名法：也称分段加数法，是日本学者176年提出的。具体是把所有鉴别寄主分段，并按顺序分别加以数码，后把某小种在鉴别寄主上的感染反应的数码相加即得该小种代号。 D．MM法：近年来在小麦秆锈菌生理小种命名常采用此法，先将12个鉴别寄主用阿拉伯数编码，顺次分三组，1、2、3、4，5、6、7、8，9、10、11、12。将生理小种在鉴别寄主上的反应型按R、S、值顺序写成三组，拿每组R、S值去查对MM号，然后按一、二、三组的MM号顺序排列起来，给小种命名。 鉴别寄主代号 1 2 3 4  5 6 7 8  9 10 11 12  反应型 R S S S  S S R R  R R S R  小 种 D  G  K  二、植物病原物的变异性 （一）研究植物病原物变异的意义 植物病原物的寄生专化性和变异性是一个事物的两个方面。寄主专化性能使病原物有稳定的小种组成和对寄主植物的适应性；变异性则使病原物能更好地保存和发展自己，即能更好地适应外界环境的变化，使生命不断延续。而人们研究植物病原物变异规律的意义在于：①为防止农作物品种抗病性丧失提供理论和实践上的依据。②为克服病原物的抗药性提供可靠依据。③为选育新抗生菌和解决老菌退化问题提供科学依据。 （二）植物病原物的变异类型 病原物特点是可塑性大，数量多，生活史周期短，因此变异机率大。病原物的变异可包括致病性的改变，产孢量和产孢周期的改变，孢子形态和菌丝体颜色的改变，孢子传播能力（寿命、发芽率）以及病原物营养特性等的改变。 1．表型变异（phenotppic vaciatility）：表型变异是遗传物质制约范围内的变异。这种变异常可随着外界因素的改变而改变，不涉及到质的改变，这种变异往往是可逆的。 2．基因变异是一种遗传物质方面的改变，从而引起病原物的形态、生理、生化、致病性、或侵袭力的改变。这种变异已涉及到质的改变，因而变异较稳定具持久，通常是不可逆的。 （三）植物病原物的变异途径 目前已知病原物的变异有突变异核现象、准性生殖、有性杂交、胞质变异和适应性变异等。 1．突变 病菌在致病力等方面发生突然的飞跃性的质的变化，性质上属于基因型的改变，称为突变。①突变包括基因突变和染色体畸变。前者为基因内部变异，后者为基因间变异。②突变的机制是指某一个或几个基因变为与自己本来的遗传特性略有不同的等位基因。也就是说，某基因的突变是DNA或RNA分子链上该基因范围内分子结构的改变。③大多数变异的基因，经过2～3代后，就能稳定为新基因。④突变常可使染色体成条死亡，从而导致病菌的死亡。个别不死的病菌则染色体中的核酸分子链的部分分子结构就发生改变。例如，出现染色体某一区段的缺乏、倒位等，或者在小范围内某个核苷酸分子结构的变化。这种变化最终都导致基因型的改变。⑥病菌的突变可分为自发突变和人工诱发突变。 2．诱发突变 自发突变在自然界普遍发生，目前已在小麦秆锈菌、马铃薯晚疫病菌、番茄叶霉病菌、玉米黑粉病菌、小麦根腐病菌及某些病毒和细菌上发现突变。Watson(1957)报导，澳大利亚小麦秆锈菌21－2、4、5号小种是由21－2、5号小种及21－4、5号小种突变而来的；21－1、2、3、7号由21－22－2、3、7号小种突变来；34－2、4、5号小种由34－2、4号小种突变来的。突变量可引起大多数菌体死亡，但也可导致新小种产生，从而使推不久的品种丧失抗性。 人工诱变 物理诱变：辐射线、x－射线、紫外线、热中子 化学诱变：亚硝酸、亚硝酸钠、秋水仙素 低剂量的紫外线和低浓度的亚硝基甲基甲醯二铵和亚硝基胍可引起稻瘟病菌突变，产无色素型突变体和生长缓慢型突变体。国外有人在60年代末和70年代初，以为害番茄的烟草花叶病毒为材料用高温处理或亚硝酸处理使原有病毒产生突变，形成弱毒力株系用以防治强毒株系的侵染。 病菌常见的突变性状如病菌形态和颜色的改变，数量的改变及致病性改变，并不一定都是突变引起的，有些可能是环境条件变化引起的。 不同病菌的突变机率不同，Helminthocpovium lativum突变率为1︰2,400～20,000，Glomesecla SP为1︰7000，Vstilago maydic为8︰1000；puccinia recondita为1︰400,000；Puccinia strifiormis为1.6︰200,000。黑麦冠锈病菌的非致病菌系中得到对抗病品种有致病力菌系的突变率为83/40000。亚麻锈病菌对抗病基因L3和M3有致病力的突变率分别为1×10－5和6×10－5。 突变率的计算以锈菌为例：在锈菌的非致病菌系能形成病斑时，将单孢子产生的孢子用接种到抗病品种上，计算“致病孢子堆”/“全部孢子堆”＝突变率。如果非致病菌系不能充分形成抗性病斑时，可取遗传上较纯的菌系进行培养，再将孢子接种到抗病品种上和感病品种上，H－感病品种形成的病斑数作为被接种的孢子数、抗病品种上形成的病斑数作为致病孢子数。如果两个品种田间抗性相同时，突变率为抗病品种上病斑数/感病品种上病斑数。若田间抗性不同时则要修正，突变率＝ 。 在抗病品种上的突变是病菌针对某一个基因或几个基因按顺序突变完成的，以马铃薯晚疫病菌为例： 2．异核现象（heterokaryosis） 在病原真菌的单个菌丝细胞或孢子中含有多个遗传性性质不同的核的现象简称为异核现象，具有核现象的个体称为异核体（heterokaryon）。 异核现象在半知菌中比较多，尤其在小麦叶种、条锈菌中较为普遍。 ①新异核体大多数是不稳定的，可出现核游离现象。因此，在人工培养过程中或自然界中可出现异核现象消失，使恢复内两个原来的同核菌系，导致致病性或颜色等变异随之消失。如：小麦秆锈菌 11号小种（红褐色）＋121号小种（灰色褐） 桔红色（侵染Vernal小麦） 失去桔红色和对Vernal致病力。 ②有一部分异核体可发展为新的致病类型 关于异核现象在品种抗病性丧失上的作用目前尚无定论，有人认为在小麦秆锈菌的毒性变异方面的异核现象作用可能不大。而异核现象的作用在条锈菌中更为致病性变异中更为重要。康振生观察发现：胞间菌丝的融合形成异核菌丝，使致病力发生变化。在自然条件下，同一小麦叶片不可避免比令被多个生理小种同时侵染。不同小种的胞间菌丝间可通过融合发生核的交换或数目的变化，最终导致致病力改变而形成新的小种，迄今小麦条锈菌有性世代仍未发现，也许菌丝体细胞间融合和交换是小麦条锈菌毒性变异的主要途径之一。 3．准性生殖（parasexudlity） 无性重组或体细胞重组（Somatic recombination）。所谓准性生殖是真菌的一种导致基因重组的过程。是一个细胞或孢子中的遗传上性质不同的核融合后形成双倍核，称为合子，然后经过包括非正倍体性分裂在内的一系列的细胞分裂过程。准性生殖和有性生殖的区别主要有以下两个方面： 第一，有性生殖过程导致有性孢子的产生，有性孢子在形态和生理上都和营养体细胞不同；而且往往产生在特殊的囊器内。准性生殖过程虽然也导致基因重组，但重组体细胞和一般的营养体细胞没有差异，具不产生在特殊的囊器内。 第二，在有性生殖中，是通过减数分裂过程中的染色体交换和它的随机分配而导致基因重组，且在减数分裂中染色体交换和每一对染色体的减为半数是一个很有规律的协调过程。在准性生殖中染色体的交换和减少是不规则的且不协调。 准性生殖是Pontecorvo和Ranes于1952发现的。现已发现小麦秆、叶锈菌、玉米黑粉菌、棉黄莓病菌、蚊麻黄姜病菌、小麦根腐病菌、大麦坚黑穗病菌等许多真菌有准性生殖现象。但在小麦条锈菌方面迄今尚未发现准性生殖，准性生殖在分裂过程中发生染色体缺，多余，交换或倒位，导致基因组成改变和新的毒性小种产生。 4．有性杂交（hybridizatio） 多种植物病原真菌，如锈菌、黑粉菌、白粉菌、长蠕孢菌和霜霉菌等可通过有性杂交方式使基因发生分离和重组，从而引起遗传变,了后导致新小种的产生。 植物病原真菌的有性杂交可分小种向杂交、专化型或变种间杂交，小种内自交及种间杂交等方式。Stakman在小蘖丛生的枕区发现43个秆锈菌的生理小种，而在无小蘖地区只发现5个小种。Watahouse（1929）将小麦秆锈菌小种34号、43号接种在小蘖上导致两品种性孢子间杂交。小麦秆锈菌同一小种内自交中，也得到新的生理小种。病原菌种间杂交的例子很多。如玉米同园斑病菌（Cochliobolus casbonum）和燕麦叶枯病菌（Pyrenophora avenae）杂交，其后代分离1︰1︰1︰1四种致病型，即1/4能侵染玉米，1/4能侵杂燕麦，1/4能侵染玉米和燕麦，1/4不能致病。 5．适应性变异 是指植物病原物在一定条件（桥梁寄主或环境因素等）的作用下，寄生性和致病性走向地逐渐改变，最终形成新的病原类型。适应性变异是群众变异，且是可逆的。Ward于1903年提高桥梁寄主的假设，他将一个原来只侵染雀麦A品种，不侵染C品种的叶锈菌小种，在B品种上接种并适应儿代后，就能侵染C品种了。苏联学者发现，病菌甚至可以通过桥梁寄主，最后侵染抗病性极强的野生植物。例如：小麦叶锈菌原来不能侵染野生小麦“提莫菲维”（Triticum timopheevi），但通过对其与普通小麦（Trificum vulgace）杂交得到的种间杂种的侵染，最后就可侵染“提莫菲维”小麦。 关于病原菌适应性变异的机制仍不明确。①阶梯式的微突变加选择作用；②中间反应型的产生可能与修饰基因或其他背景基因的影响有关。 除了以上五种变异途径外，还有以下几种变异途径：①转变；②转导；③质粒；④线粒体。 应指出，病原物发生变异和新小种的产生，是品种抗性丧失的预兆，也是对抗病育种工作者的一种新挑战，但不论是何种变异所产生的新个体，只有少数能发展成新的致病类型，因为适合新变异个体的发展条件（包括地理条件），不是经常存在的。只有当生产上大量种植新小种的哺育品种时才能引起新小种的建立和流行。 第七章??抗病性的遗传 植物病害是寄主和病原物拮抗性的共生结果。因此研究抗病性遗传实际上是研究共生体的遗传，即研究寄主的抗病性遗传和病菌的致病性遗传，以及两者的相互关系、发展过程、病菌生理分化 致病遗传→针对小种的抗性遗传 基因对基因学说 水果抗性学说 分子遗传学研究致病机制。 一、植物抗病性和病原物毒性遗传 植物抗病性遗传研究是侧重于抗病育种的重要抗源和病菌生理小种鉴别寄主的抗病性遗传分析。 经典抗病性遗传分析：①抗病基因数；②已知抗病基因；③单基因系；④确定该基因染色体的位置并编号定我。迄今在马铃薯上发现抗晚疫病基因（R）12个，小麦抗秆锈基因（Sr基因）49个，抗叶锈基因（Lr基因）41个，抗茶锈基因（Yr基因）15个。抗性遗传很复杂，多数是柱遗传，少数胞质遗传，还有特质互作遗传。 （一）植物抗病遗传 1．植物垂直抗性的遗传 （1）在真菌病害中，大多数品种的单基因抗性属于显性遗传，只有少数属于不完全显性或隐性遗传。 例如：何家泌在研究7个小麦品种对条中1号小种的单基因抗性遗传时，发现显性遗传的6个品种（T.E.阿勃、内乡36、早洋、2419、Impala）表现隐性遗传的只有一个品种（矮粒多）。Day（1974）发现燕麦对维多利亚叶斑病的抗性和豌豆对白粉病的抗性都是隐性遗传。植物对病毒的抗性多数为隐性遗传。隐性遗传是杂种一代（F1）表现感病，杂种（F2）分离，但抗病植株的出现率较低。 如果显性基因是独立遗传，而抗病基因对其他位点上的感病基因呈上位作用，则一对、二对、三对…杂种F2的表现型即抗病与感病之比分别为3︰1、15︰1、63︰1…，它们相应的基因型比例分别为1︰2︰1、9︰3︰3︰1、27︰9︰9︰9︰3︰3︰3︰1用F2的单株与隐性亲本测交可明确某个基因型有抗性纯合体、抗性杂合体还是隐性纯合体，测交法一般就是把被测验的个体与隐性纯合的亲本杂交。根据测交子代（Ft）所出现的表现型种类和比例，可以确定被测验个体的基因型。 （2）抗病基因有复等位和连锁现象 某个基因位点上有多个等位基因。如亚麻抗锈病各位点上等位基因数分别为L位点13个，M位点7个，N位点3个，D位点5个。由于每个等位基因抗不同的小种，因此具有复等位性的基因常具超显性作用。也就是说，如果一个杂合体具有两个不同的抗病等位基因，就能抗更多的小种，且抗性强而稳定，而纯合体因每个位点只含有一个抗病基因，故只能抗较少的小种。 抗病基因的连锁现象在对高级寄生物的抗病性中较为常见。①当同一染色体上两个位点的抗病基因相距很近，小于50个交换单位时，常常发生连锁现象。例如亚麻抗锈病基因K、L、M三个位点位于三个不同染色体上，均可独立分离，而和P位点位于同一染色体上相距只有26个交换单位，是紧密连锁的。②对不同病害的抗性基因也可发生连锁，如燕麦品种“乌克兰”抗秆锈和抗冠锈病的基因连锁，又如小麦的Sr24和Lr24，Sr15，Lr20与抗白粉病基因Ｐml间的连锁，这类抗不同病害的基因间连锁具有较大实用价值，有利于选育兼抗和多抗品种。③还有一些不利于抗病育种的连锁，例如，对一种病害的抗性基因和对另一种病害感病基因连锁以及抗病基因和某些不良农艺性状的基因连锁。 （3）抗病基因的效能和表现有明显差异。多数主效抗病基因可控制全生育期的抗病性，但有的只能控制生育期中某个时期的抗性。如小麦的Sr1、Sr2、Sr3、Sr4和Lr12、Lr13、Lr22a、Lr22b、Lr25、Lr26等只控制成株期抗性、Sr5－Sr1b这12个基因控制苗期抗性。抗性程度从免疫到中度抗病。 （4）品种遗传背景对抗病基因效能有明显影响。例如小麦的Lr2a、Lr2b和Lr2c三个基因在Thatchec品种中抗性最强，在Preludo品种中较弱，在Red Bobs品种中最弱，这可能与某些品种遗传背景中有抗病基因的抑制因子和修饰因子。抑制因子一般要抑制抗病基因效能而修饰因子一般要增强偌因的效能。 （5）环境条件，尤其是温度可以影响基因效能，易受环境条件中的温度影响而改变效能的基因，称为温敏基因，例如小麦的Sr6基因在20℃时表现抗病，而在26时表现感病。此外，基因的温度敏感性还因品种背景和病菌小种不同而有差异。 （6）等位基因间有效量效应：例如具有Lr9杂合型的抗病程度介于显性纯合型和隐性纯合型之间。 （7）各抗性基因间多少独立发挥作用，也有少数抗性基因间有互作现象，表现为互补、累加、抑制和上位。a.各抗性基因间的独立作用：当2～3对主效抗病基因分布在不同染色体上，或分布在同一染色体的不同位点上，而两个位点间的距离大于50个交换单位，没有连锁现象时，它们各自独立发挥作用。由于彼此互不通信息，因此基因间的抗性作用还可发生重叠现象，即不同基因同可抗同一小种，从而强化了抗性。b. 各抗性基因间的互作：主要是指同一染色体上等位基因之间互作，或同一染色体上不同位点的基因间互作。即主效基因间影响了同一性状，彼此发生互作。基因间的互作包括互补、抑制、累加、上位和修饰等。互补作用：是指主效抗性基因之间的抗病效应相互补充。这种互补可使抗性强化且稳定。 上位作用一个位点的基因掩盖了另一个位点的基因发挥作用，这种不同基因间的掩盖作用称为上位作用。这种掩盖另一个位点基因发挥作用的基因，称为上位基因。上位基因可能是显性的，也可能是隐性的。例如，小麦抗锈病品种中，控制高抗水平（反应型0、0；）的基因掩盖了另一位点控制中感水平（反应型2～3）的基因，高抗基因就成了显性上位基因（12︰3︰1），反之，当中感基因掩盖高抗基因，使抗性显示不出来，就成了隐性上位基因（9︰3︰4）；累加作用是指2～3对主效抗性基因的抗性作用的相互累加。一般显性纯合的累加抗性（RR）剂量效应强，能抗强毒性小种或强株系；显性杂合的（Rr），则剂量效应弱，通常只能抗弱毒性小种或弱株系。抑制作用：是指同一位点上主效基因之间的互相抑制作用，即一对主效基因抑制了另一对主效基因的显性效应，或主效基因抑制了微效基因的显性效应。这样抑制基因本身并不抗制。抗性表现，只起抑制其它基因作用（F2 13︰3） （8）抗病基因残余效应：是指抗病基因被毒性基因克服后，仍旧会表现出微小抗病性。 2．植物水平抗性遗传 植物的品种抗病性除了过敏性坏死反应抗病性以外，还有数量性状抗病性，表现为侵染率降低，潜伏期延长，产孢量减少，产孢期缩短等特征。这类抗性一般为微效基因所控制，表现为数量性状遗传，Vandeplank(1963)把它称为“水平抗性”。水平抗性具有以下特点：①隐性；②对温度敏感；③集合起来提高抗病性（水平抗性，通常三个微效基因集中起来可相当于一个主效基因）；④可存在于多品种内；⑤比较稳定，是持久抗性的来源；⑥是专化性；⑦超亲遗传；⑧具有基因间互作。温度敏感小麦抗条锈病的微效基因易受温度影响，Kego（高温抗性变弱）×P.I.1178383（低温抗性变弱）→抗病（广泛温度范围内）。超亲遗传：玉米对锈病（puccinia sorghi）的成株期抗性的遗传是数量性状的遗传。在F3中可选到比抗病亲本更抗或比感病亲本更为感病后代。即使是感病品种与感病品种之间杂交，只要组合得适宜，也可在后代中选出抗病性超亲的个体。 植物对非专性寄生物引起的病害的抗性多属于水平抗性为主，其抗性遗传多属微效基因的数量遗传。例如，稻胡麻斑病、玉米大斑病、丝黑穗病、棉花枯萎病、烟草黑斑病、黄麻灰疽病。关于微效基因作用机制有如下几种观点：①微效基因共同控制抗性；②微效基因不是直接控制抗性或不完全直接控制抗性，而是控制植物本身的代谢程序，因此对专性寄生菌和维管束病害寄生菌可能更为有效，因为寄生关系愈密切就愈易受寄主正常代谢程序改变。 关于主效基因与微效基因相互关系的区别，只有统一的抗病基因，同样一些基因，它分别起作用时为主效基因，共同起作用时则为微效基因（Nelson,1970～1978）。具体表现在：a.稳定实验条件下，一些数量性状（如侵染水平，病菌世代潜育期）不表现为多基因遗传，而表现质量遗传；b.主效基因一旦被病菌克服，其残余效应支配数量抗性；c.主效基因和微效基因间可互作修饰；d.主效基因有累加作用，可控制数量抗性（Pm4基因对白粉病的抗性）；e.主效基因和微效基因可相互遮蔽对方的作用；f.主效基因的等位基因间有剂量效应；g.抗病基因在一个背景下为主效基因，在另一个背景下为微效基因。Ellingbao (19676, 1981)曾向小麦品种对白粉病抗性变化检验Vanderplank水平抗性理论，认为不能片面地划为主效基因或微效基因，水平抗性是尚待证明的垂直抗性，在粗放实验中的水平抗性，在精密实验中可表现为垂直抗性，这就是著名的“爱林堡论断”。 3．植物细胞质抗病性遗传 除了上述核遗传外，植物还存在核外的细胞质抗性遗传，也称染色体外的抗性遗传。由于正交与反交的F1都只发育母本性状，因此也有母性遗传之称。细胞质内的这种抗性遗传物质即胞质抗性基因一般存在于线粒体，质粒等细胞器内。例如，玉米对小斑病菌（Helmiutholporium maydic）T小种的抗病性主要决定于细胞质，正常细胞质以及某些雄性不育细胞质都抗T小种，而T型细胞质对T小种都高度感染。玉米对O小种的抗性则受核控制。由于细胞质抗性是针对某个小种的，所以容易因新小种的产生而丧失抗病性，采用轮回选择法增加玉米品系的细胞质多样性，是改进玉米群体抗性的有效办法。玉米对黄叶枯病（Phyllosticta sp.）抗性也属细胞质遗传，T型细胞质对Phyllosticta sp.敏感。 （二）病原菌毒性遗传 植物病原物毒性遗传分析比较困难。这向工作主要是麦类锈菌开始的。麦类锈菌毒性遗传分析方法：诱发锈菌产生冬孢子→诱发担子→接种转主寄主产生性子器→同菌系自交不同菌子杂交产生锈孢子→接种小麦自交、杂交、F1和F2受孢子→接种小麦单基因系。 在真菌毒性遗传研究中，以苹果黑星病菌的毒性遗传较为清楚。该菌小种间杂交后，能生成大量子囊，每个子囊产生8个子囊孢子，按其子囊中的顺序取出，培养成8个单倍体菌系，通过接种测定其毒性，从而可分析毒性基因的独立分离。 真菌毒性遗传有以下几个特点：①病原真菌的非毒性基因（A）大多为显性或不完全显性毒性基因（a）为隐性。②毒性基因没有复等位现象，基因连锁也不常见，但毒性基因之间以及毒性基因与遗传背景之间可有条件互作。如北美叶锈菌系对Lr2位点表现出三种基因互作类型。③病原真菌有两个基因与寄主一个基因相区配的现象，如小麦叶锈菌11号小种有两个非毒性基因与Lr3bg相匹配，大麦坚黑穗病菌毒性基因U4和U5与大麦的Cu相对应。④病原真菌基因型的变异的途径主要有有性杂交、突变和菌丝融合。非毒性基因可向毒性基因隐性突变。b.有性杂交可产生毒性重组。c.菌丝最终融合、细胞核发生交换产生新类型。双核元间染色体的交换和准性生殖也可能是锈菌变异主要途径。 （三）基因对基因学说及其作用 1．基因对基因学说（genforgentheory） 早期的抗病性遗传研究是对寄主与病原菌分别进行的，后来Flor根据亚麻锈菌的毒性遗传研究结果于1954年正式提出：针对寄主植物的每一个抗病基因，病原菌中迟早也会出现一个相对应的毒性基因。毒性基因只能克服其相对应的抗病基因，才能表现毒性反应。以亚麻抗锈病的研究为例，在具有一个抗病基因的亚麻品种上，锈菌小种杂种的F2出现一对因子的分离（3︰1），在具有2、3、4个抗病基因的品种上，锈菌小种杂种的F2出现2、3、4对因子的分离。 2．基因对基因学说的作用 （1）预测寄主的抗病基因 在一定条件下，我们可以利用病原物的毒性基因来测知寄主的抗病基因。 （2）改进鉴别寄主，建立单基因鉴别寄主 生理小种鉴别寄主最好是一套各含有一个不同抗病基因的品种，且其它遗传背景完全一致或尽可能一致。使同单基因鉴别寄主后，可测知有一定频率的毒性基因的存在。如果有的菌系含有多个毒性基因，则可把它与无毒性菌系杂交分离后，再分别鉴定，从可分析出菌系的全部毒性基因。 （3）预测新小种，按照基因对基因关系，用几个抗病单基因的鉴别寄主应能测出理论上小种数2n，实际查到的小种数远比理论数小。 （4）有利于抗病性遗传和生理机制的研究 可用各种已知基因的寄主作为钥匙，按照基因对基因的模式分析和推测病原物遗传结构及其变化。 使用单基因系相应的毒性菌系作物材料测定抗病基因的有无。 （5）解释寄主－寄生物平行进化。从寄主－寄生物平行进化的观点来看，基因对基因学说是符合生物进化规律的。①在寄主及其寄生物的共同发源地内，寄主的抗病类型和病原菌的毒性类型最为复杂。②这个学说只适用于垂直抗性的品种和寄生性水平较高的寄生物的相互关系。③只能反映寄主－寄生相互关系中的一部分，而不是全部。 3．植物和病原物基因间的作用机制 植物与病原物专化性互作用是调节基因控制的，而不是结构基因，调节基因位点突变可改变基因表达的类型，引起生物进化。Britten和Bavidson（1979）提出一个基因调节模型，该模型有5个遗传基因：①传感基因，与诱导因素结合使连锁基因的活化。②合成基因合成（即被活性的基因）。③合子成与合成“活化RNA”。④活化RNA与接受基因结合成特异性复合物。⑤接受基因与“生产基因”连锁，生产基因形成各种有关RNA。 调节转化性作用的细胞学过程：①传感基因 引发子＋传感合体→激活调节基因位点→结构基因表达。①植物－病原小种间的非亲合性反应，如HR必证明抗病性是由调节基因控制的。②显然许多物理和生物因素能诱导HR，但非亲合反应关键是能早期引发上述变化，而其它因素不能。③控制抗病性基因很可能就是调节过敏性反应的启动基因。④在亲合反应中，病菌产生的抑制子可阻止调节基因引发结构基因的表达。病菌小种间的差异很可能是专化性引发子性质和非专化性抑制子的差异。 4．蛋白质对蛋白质的共属假说 寄主和病原物相互关系的特异性是由一种识别机制控制的，双方的原生质接触后，如果认识了，就发生抗病的一系列事变。识别的基础就是蛋白质。 在基因对基因病害中，寄主和病原物的相互识别，来自蛋白质对蛋白质的识别，来自蛋白质对蛋白质的共聚作用。共聚结果，寄主破坏了该种蛋白质合成的自我调制，大量合成该种蛋白质，不断地为病原物提供食物，保证了病原物的寄生，导致了感病现象，这就是识别→亲合→感病。相反，如果双方的蛋白质不能共聚，则病原物的蛋白质仍以酶的状态存在，对寄主呈异体蛋白，其催化作用全干扰异并破坏寄主的正常代谢。同时，病原也得不到足够的食物，甚至还可能受到寄主酶作用的抵制和伤害，最后导致抗病现象，这就是不相识→不亲合→抗病，共聚作是一种吸热反应。 蛋白质对蛋白质共聚的两个条件：①双方蛋白质的疏水性要强到一走程度。②双方蛋白质的表面结构在换向上要能互补，互相嵌合。病菌可能与寄主的何种蛋白共聚？推测是一种在正常时刻植物并不需要多少，而在危机时刻大量需要的蛋白，可能是一些防御酶系。 （四）细胞和亚细胞水平的基因对基因关系。 1．基因对基因关系的病理学组织表现 寄主和病原物的非亲合性反应在细胞水平上的表现很不一致，不同组合反应不一。以麦类锈菌为例。 （1）锈菌生长早期受抑制：在P5/Sr5组合中，锈菌附着胞形成24小时后，侵染丝就停止生长，菌落微小，只生1～2吸器母细胞，寄主细胞的坏死出现较晚。 （2）侵染点寄主细胞早期坏死型：例如P/Sr6的非亲和反应的最初表现为寄主细胞崩溃，但菌丝生长受到抑制较晚。 （3）非亲合性表达延迟型：在P8/Sr8中需接种后60小时，菌尖已相当大时，非亲合性反应才得到表达。菌落边际出现寄主细胞的坏死，72小时后，同游走菌丝生长受到抑制。但菌缘直径明显小于亲合反应，对于麦锈病而言，吸器使寄主细胞质膜内隔，是非亲合性反应在细胞水平上表达的关键，寄主细胞坏死并且一定是非亲合性反应的决定因子。 2．非亲合性反应超微结构的特点 超显微结构和细胞化学研究表明：寄主和病原菌的专化性识别作用很可能发生在真菌的吸器器与寄主细胞质膜之间。吸器坏死并是寄主细胞坏死的原因。 （五）分子水平的基因对基因关系 抗病基因和非毒性基因之间的专化性识别的生物化学机制可能不只一种。近年研究最多的是活化子――受体膜型。 已经有研究表明：病菌非毒性基因编码一种糖苷转移酶，该酶把糖基连接到病菌细胞表面或胞间糖蛋白的碳水化合物侧链上，这些糖基只与抗病基因控制的受体糖蛋白发生识别作用。值得指出的是，某些毒性菌系也能诱发植保素产生，如毒素，说明活化子是非专化的。 毒性菌系可能有专化性抑制子，直接抑制非专化性活化子的作用，或与寄主的受体匹配，阻止活化子与受体发生关系。 二、抗病性和致病性的群体遗传 寄主抗病性和病原致病性的共同进化是在群体对群体的相互作用中实现的。 （一）垂直体系和水平体系 1．垂直体系的保持稳定的基本条件 垂直体系保持稳定的基本条件是保持寄主的异质群体，各种垂直抗病基因新药或者寄主群体在时间或空间上不连续性。否则体系难以维持相对稳定。垂直抗性基因多的群体遗传特性大，易维持体系抗性平衡。当垂直抗性基因多种并存、寄主群体异质性具空间分布疏散时，病原物的各种致病类群也保持均衡分布，难以分化成优势或劣势。垂直抗性基因的这种集体作用造成了流行学上的异源流行为主。 垂直体系中的病害流行大多是人为造成的，主要是人们对抗病性认识不足和利用不当所致。 2．水体系的特点 在自然病害体系中，水平抗性一般能保持中等程度，且有自我调节的能力，天然异交作物比自交作物自我调节能力强。 （二）垂直抗性育种过程中水平抗性的丧失 垂直抗性品种对于某一优势小种高度抗病，使病害不能发生，因而品种水平抗性也无从表达。在多代不加选择，缺乏选择压力情况下，培养出来的品种虽具有垂直抗性基因，但水平抗性削弱，甚至消失了，一旦新小种流行，垂直抗性基因失效，则这些原来免疫或高抗性品种就变为高感品种。因此在垂直抗性育种过程中，真正丧失的是水平抗性，水平抗性的削弱，使新小种顺利繁殖，迅速积累，加速了病菌生向选择。在Vertifolia马铃薯上明显（疫病抗性品种）。 （三）寄主－病在物群体的遗传变动 定向选择：是指抗病品种推广后，相应的毒性小种（新小种）得到迅速发展，抗病品种在寄主群体内所占比例愈大，相应的小种繁殖愈多。就是说，寄主抗病品种有利病原物匹配毒性基因的选择作用，称为走向选择。 稳定化选择：抗病品种撤除后不利于病菌“多余”的毒性基因的小种的增长。并使选择压力趋于消失的选择作用，称为稳定的选择。 相对适合度：某一基因组合在确定的时间和空间条件下对应于其它组合的繁殖和生存能力，称为相对适合度（W）。W＝1－5，W＞0＜1，S为选择系数（表示选择压力）。病原物群体的遗传变动可用选择压力和适合度的变化来解决。 病菌毒性基因的相对适合度，可用对毒素受寄主抗病基因“质量”决定。所谓抗病基因的质量就是指抗病基因的程度。抗病基因程序起伏，病菌毒性基因相对适合度越小，抗病基因撤除后，相应的毒性小种也迅速被淘汰，则该抗病基因是强基因，若相应的毒性小种的频率降低很慢或不降低，则为“弱基因”，这就是所谓的“第二基因对基因假设”。 在抗病品种引入前：Wa(高)＜WA(非毒) 在抗病品种引入后，Wa＝1,WA＝1－SA（对新小种） 在引入感病品种之后：Wa＝1－Sa??WA＝1 如果寄主群体是由抗病品种和感病品种按不同比例混合Wa＝m＋n(1－SA)=1－nSA Wa＝n＋m(1－Sa)＝1－m＜a MSa＝nSA：病菌处于平衡状态 如SA＞Sa(抗病品种上)????m＞n??病菌处于平衡态 稳定化选择和定向选择的研究促进了寄主和病原物群体遗传变动的研究，以小麦秆锈菌为例：①小麦秆锈菌有性群体内毒性基因型多，毒性基因分布是随机的。无性群体内毒性基因型较少，但菌株毒性位点多，毒性基因分布多数不随机，由于基因突变和选择作用的结果，无性群体内可以产生新毒性基因和基因型（小种）。②小麦秆锈菌突变有单步突变、连续突变两种方式。③小麦品种更替可引起秆锈菌毒性基因和小种频率的消长，有三个阶段：a.抗病品种引入前；b.抗病品种引入之后；c.抗病品种被淘汰后。④环境因素也可引起小种适合度和频率变动。⑤锈菌群体内具有许多多余的毒性基因。 第八章??植物免疫性的变异 一、寄主本身的变异影响免疫性丧失 （一）作物品种群体免疫性的分化 1．繁殖器官的异质性 品种群体内由于每粒种子或每个果实的着生部位不同，它们的形成条件不同，同一品种群体内种子来源和繁殖代数不同，因此种子必然会出现异质性分化。 2．天然杂交 天然杂交可产生抗病植株，也可产生感病植株，异交或常异交植物容易发生变异。自交植物的天然异交率较低。如水稻天然异交率为0.2～1.5％，小麦为0.0～30％，混杂不良气候条件能提高自交植物的异交。品种推广时应进行去杂去劣，提纯复壮。 3．机械混杂 种子的机械混杂是引起种性不纯和自花授粉植物免疫性分化的重要原因。 4．人工选择不合理 选留壮苗时误把杂种优势苗留下，造成品种群体内免疫性分化。 （二）生活力降低 生活力是指生物保持生命活动和生存的能力。 1．自交植物的自身衰老 自交植物由于长期近亲交配，引起生活力降低，衰老快，引起免疫性丧失。 2．异交植物的被迫自交 被迫自交后，可引起生活力明显降低。例如：异系的玉米被迫自交后产生的自交系可严重感染大、小斑病。 3．选种和留种方法不当 大粒种子与小粒种子混选，长势好的与长势差的种子混收、留种。人为削弱了生活力。 （三）个体发育龄期的变化与免疫性分化。 1．杜宁植物免疫发生论（杜宁，1946）：植物病害分为三类：①病害发生在幼小阶段，即侵染幼株或幼嫩的植物组织。②病害主要发生在个体发育阶段比较衰老的植物或组织上，认为中部的茎阶段年龄和理年龄都达到比较衰老的程度上抗性较弱，而上部或下部其中有一项年龄是小的，所以抗性就强些。③侵染阶段没有明显分化的病害。 该理论的缺点：①只把植物的发育过程分为幼嫩和衰老两个阶段，与客观情况不符。②将整个植物和个别组织或器官的免疫性变化相提交论。 2．高又曼（1951）理论 ①个体发育过程中抗侵袭力的改变 禾谷类作物穗子上的镰刀菌穗腐病，因穗子的发育程度不同，其抗性也不同，并且在不同寄主上反应也不同。如黑麦穗腐病（随发育抗性增强），小麦穗腐（随发育抗性减弱）。 ②个体发育过程抗侵入力的改变 ③个体发育过程中抗扩展力的改变 ④个体发育过程中保卫反应的改变 表现为早期抗病，后期感病（马铃薯晚疫病）早期感病，后期抗病（小麦条锈病）；早期和后期抗病，中期感病（菜豆锈病）；早期和后期感病，中期抗病（棉铃病）。 3．林传光理论 林传光综合分析了杜宁和高又曼的论点，提出了植物个别器官在发育过程中的免疫性变化及整株植物发育过程中抗病性变化的理论，认为植物个别器官抗病性，主要反映生理年龄与抗侵入和抗寄生的关系，但不同意生理年龄和阶段年龄处于中间状态的黄中部最感病的观点，中期抗病、后期感病很常见，一次性侵染的病害划分前、中、后期没有意义（如小麦腥黑穗病）。 二、病原物毒性的改变对品种抗病性丧失的影响 （一）新的生理小种产生 植物病菌可通过有性杂交、突变、异核作用、准性生殖、适应性变异等途径产生新的生理小种。 （二）原有小种的潜在致病型的发展 由于生理小种内有生物型的分化，因此当条件适宜时，具有二个以上不同毒性基因型的小种通过筛选，可改变内部毒性基因型即生物型的组成，使其中具有最适毒性基因型的生物型得到发展，从而改变原有小种致病力。 （三）病原物群体内优势小种的变化 通常生理分化程度高的病原物往往在其种群内有多个小种存在。在一种条件下，这一小种可能成为优势小种，而在另一条件下，则另一小种可能成为优势小种。随着病原物群体内优势小种的变化，病原物群体内毒性基因的结构也发生改变，从而使该种病原物的毒力也发生改变。近40年我国已有5批重要小麦品种相继丧失了条锈病的抗病性，病菌优势小种从条种1号演变成了29号。 新产生的小种能否成为优势小种取决于以下几个因素：①病菌毒性小种本身的适应度。（对自己相应的品种）。②垂直和水平抗性品种种植的面积。如果新小种遇到的是垂抗和水抗，耐病或感病品种插花种植具占一半，且两种选择作用强度相等，则新小种的发展控制在一个平衡点上。例如：我国1965～1975年期间小麦条锈病能得到基本控制，是由于1965年后在陇南、陇东和陕西、华北一带改变了品种单一化种植之故。③环境条件（气候、地形和地势），我国陇南地区之所以为条锈菌“易变区”是由于该地区山川交叉和气温低有利于病菌越冬越夏。小麦秆锈这些年抗发生轻主要是由于气候还适合小种变异。 三、环境条件对植物免疫性的影响 植物免疫性是指植物在一定的周围环境条件下对寄生物发生抵制或限制其侵染的一种反应，农作物的品种都有其自然区域及栽培条件的适应性。周围环境愈符合品种适应范围，品种的优良性状就表现得愈明显。反之，可导致优良性状（包括免疫性的丧失）。 （一）温度 植物整个新陈代谢过程均受环境温度制约。 1．低温：苗病重，木栓化，伤口愈合需高温。冻害，由利于兼性寄生菌侵染。 2．高温：具Sr基因的小麦，具b、BN基因棉花，具N基因烟草，马铃薯退化病都是在高温下变得感病。 （二）湿度 湿度主要是指大气湿度和土壤湿度，它既可影响寄主，也可影响病原物。湿度的变化可影响多种生理过程。 1．多湿加重病害：烟草野火病（Pseudomonas tabaci）常在暴雨后流行，①造成伤口；②充水，细菌繁殖。 2．干旱发病重：干旱地区或干旱年份，玉米容易感染黑粉病（Ustilago maydic），因为玉米植株受旱时，喇叭口松散，病菌孢子易落到喇叭口基部的幼嫩组织上，加上水分不足，细胞分化缓慢，延长了易感染时期。 （三）光照 光主要是影响寄主的抗病性，只有白粉菌、稻粒黑粉病菌等少数病菌受先的影响。各种植物对光照的要求不同，因此，在不同的光照下抗病性表现不同。 1．光照不足发病重 光照不足主要是由于柔膜细胞厚度变薄，叶绿素层发育不良，细胞壁软化，木质化不良，抗性细胞减少（硅细胞）以外，光照不足可引起叶片内可溶性氮、还原糖、游离氨基酸、酰胺、无机磷增加；干物重、淀粉酚、抗坏血酸、冬胱葡肽、核酸、磷蛋白减少。光照不足也有利于非专性寄生菌侵染，例如镰刀菌根腐病。 2．弱光抗病 主要是指锈病。①弱光下植株叶片内氨含量高，抗性增强。100g植株 6mg NH3，反应型3～4→ 22mg NH3反应型2→ 540mg NH3，反应型1。②弱光下锈菌需要的植物磷酸酯合成受阻。 3．光照时间 一般而言，日照时间长，发病重。如果粉病的潜育期连补充光照（8小时）下潜育期提前9天，白天减少3小时光照潜育期则延长6天。 （四）养分 植物的营养状况一方面决定对其病原物抵抗的能力，另一方面影响它对病原物供应营养的可能性。营养元素分大量元素（N、P、K、S、Mg、Ca）和微量元素（Zn、Cu、Mn、Ni、Co、Mo）。 1．氮 ①氮肥过多，植物体内碳代谢失调，植株徒长，组织柔嫩，增加感病性（稻瘟病、白叶枯病和纹枯病，条锈病）。②氮的形态。NO3－N→小麦锈病、白粉病重；NH3－N两病较。稻瘟病和玉米大斑病相反。 氮的形式主要影响两方面：①植物生长，成分、根系分泌物；②影响病原菌及各种微生物的生长发育。 2．磷 施过磷酸钙可提高小麦对条叶锈病的抗性，减轻小麦此病发生。促进小麦菌根发育，提高小麦抗病性。施用过量降低了锌的吸收。 3．钾 缺钾可引起很多植物病害，尤其可引起水稻褐条病（Cenospora oryzae）、胡麻叶斑病等的严重发生。增施钾肥，可提高对多种病害的抗性。例如，钾肥可提高寄主对稻瘟病、稻纹枯病、棉花枯萎病、小麦锈病、麦类白粉病、小麦腥黑穗病、甜菜褐斑病（Cercospora beticola）、犁火疫病（Erwinia amylovora）、苹果白粉病、马铃薯晚疫病、番茄斑枯病（Septoria lycopersici）等的抗病性。 4．微量元素 植物对微量元素的需要量虽然不大，但它们与植物免疫性有着密切关系：①很多保卫反应的酪含有微量元素，做酶的辅因子。如多元酚氧化酶含有铜，细胞色素氧化酶含有铁，醛氧化酶含有钼。②某些微量元素是抗病性的诱导剂。如喷0.1～0.2％硫酸铜可提高马铃薯对晚疫病的抗性。 铜和锰：提高对番茄叶霉病、甜菜褐斑病、黑脚病、棉黄萎病、稻瘤病的抗性。 硼：提高对小麦条锈病、叶锈病以及三叶草镰刀菌根腐病抗性。 锌：提高对小麦白粉病、棉黄萎病、玉米矮花叶病。 这些元素抗病机制主要是诱导抗性，例铜和锌的作用是刺激了棉株内的保卫系统；钼是抑制凋萎素，而钴可中和调萎素，有些微量元素刺激了根内共生菌的发育。这种诱导作用如果使用得当可积累并遗传给后代。酶的辅因子。 微量元素对提高植物抗病性的作用常可因温度、湿度、土壤成分、作物品种、施用时期和方法等的不同而有差异。例如，在提高水稻对稻瘟病的抗性试验中，北京农业大学以铁、铜、钴三个元素效果好，而日本学者认为碘、锰、矽的效果最理想。这些微量元素最佳的使用时期是在植物生长发育转则阶段或有机体的遗传特性形成期效果最佳。因为这个时期最易接受外界条件的影响。 （五）微生物因素 1．一种微生物侵染加重另一种不同的微生物的侵染。例如感染了散黑穗病或根腐病的小麦提高了对小麦对种锈病的感染率。土壤中的某些线虫可削弱根部侵入的维管束病害。例如，多种线虫的活动和为害可削弱棉花、番茄、烟草等对镰刀菌枯萎病的抗性，线虫一方面造成病菌侵入的伤口，另一方面破坏了寄主植物出现如生化方面的抗扩展能力。 2．一种微生物侵染可提高植物对另一种病菌的抗性。例如小麦感染黑颖病菌（Xanthomonas transluscens pv. undulosum）不感染叶锈。小麦感染腥黑穗病后不感染白粉病。受花叶病毒X、Y、M、S株系侵染的马铃薯对晚疫病的抗性提高了，主要表现在叶片的抗扩展和抗繁殖能力的提高，抗侵入的特性则没有变化。内生菌根和外生菌根在根内外的生殖，也能增加作物的抵抗性。如VAM可增加烟草对根腐病（Thielaviopsis basicola）的抵抗性。外生菌根的免疫机制产生抗菌素，形成菌丝套（机械障碍），刺激寄主产生挥发性和非挥发性的条菌物质，影响根际微生物，内生菌根的免疫机制，根皮细胞增厚和木质化阻碍病菌侵入，诱导产生抗菌物质，改变植物根内化学成分及生理特性。 （六）化学药剂 1．化学药剂减弱植物的免疫性 多数化学药剂可以减弱植物的免疫性，例如用DDT防治小麦害虫时，可引起对秆锈病抗性的降低。福尔马林处理小麦种子，可降低幼苗对腥黑穗病的抗性。 2．化学药剂提高植物的抗性 喷射过波尔多液的甜菜可增强抗褐斑病的能力，硝茎苯类除草剂可诱导棉花抗黄萎病的能力，亚硝酸钠可诱导水稻对稻瘟病的抗性。2,4－D铵盐（0.0～0.005％）播种前处理春小麦种子，可明显提高麦株对腥黑穗病和根腐病的抵抗性。 综上所述，环境条件与植物免疫法变异有着密切关系。只有充分了解环境条件对植物免疫性关系基础上，才能采取多种方法，多种措施，更好地利用，调节和创造良好的环境条件来培育作物，提高其生活力，从而达到丰产抗病的目的，这就是栽培免疫的理论基础。 第九章 植物的抗病育种 一、植物抗病育种的意义 （一）植物病育种的意义 在植物病害的综合防治中，选育抗病品种，是一项经济有效的措施。与药剂防治相比，它既不需要增加生产投资，民没有环境污染和农药残毒之虑，又不会诱致耐药性病变出现，且收放大，易大面积推广。特别是对于发生范围广，流行速度猖獗性病害，种植抗病品种的效果更为明显。某种程度上，人类的作物育种史是战胜危险性病害病原物的历史。 我国玉米、小麦、水稻、棉花主要病害仍是兼种植抗病良种解决，每年作物总收益中有10％以上归功于抗病良种。 （二）植物抗病育种工作中存在的问题 1．病原物方面 ①对于寄主范围广和兼性寄生菌引起的病害很难育出抗病品种。②对于病原物易变异的病害很难育出稳定的抗病品种。如小麦锈病、水稻稻盾病。 2．育种方面 ①抗病基因与不良农艺性状连锁。②抗某一种病害的基因与感染一种病害的基因连锁。③远侵杂交很难成功和抗性稳定。 3．生产需要方面 随着生产不断发展，新病害的出现，需要培育新的抗病品种。职辽宁出现的玉米纹枯病、矮花叶病。陕西小麦雪霉病（Cerlachia nivalis），浙江等地的大麦黄花叶病。 二、抗病育种与其它基础研究的关系 抗病育种工作者必须掌握广泛的有关知识和基础理论，综合运用多学科知识，有针对性和预见性地选育新的抗病品种。尤其近年越来越重视多抗性育种，转基因抗病育种，品质育种，高光效育种，要求育种者既要掌握一般性的抗病育种理论（生物学、遗传学、育种学、栽培学、病理学），还要熟悉植物学、植物生理生化、分子生物学、农业昆虫学、农业气象学、生物物理学、细胞学等知识。因此今后的育种工作应是多学科协作研究。 三、植物抗病育种的程序 （一）抗源材料的搜集、鉴定和保存 1．抗源材料的搜集 （1）合理利用现有抗源材料：把全国现有的抗源材料广泛地加以搜集整理，并经过本地区鉴定后使用。 （2）搜集各地农家品种：我国农家品种资源丰富，是很好的抗源材料。例如抗赤霉病的小麦望水白，抗根腐的大青芒，抗稻瘟病的杜稻、荔枝红，抗白粉病唐山秋黄瓜，抗大豆根结线虫的北京小黑豆。 （3）广泛收集世界抗源 由于病原菌新的生理小种不断产生，育种工作者还必须在世界范围内和在作物的野生近缘植物中寻找新的，稳定的抗性材料。到植物与寄生物共同起源中心寻找抗病材料，在长期进化中，寄主与寄生物在共同起源中心内长期相互选择，相互淘汰，导致新的抗病基因不断形成。每个新的、危险性小种的出现，必然在寄主群体中淘汰感病个体，其抗病基因必然不同于原群体。因此，在共同起源中心内必然蕴藏着最丰富抗病基因，保存着最大量的抗病类型。例如玉米抗大斑病的抗源来源于秘鲁；玉米抗锈病的抗源来源于墨西哥、委内瑞拉、加勒比亚。 2．抗源的鉴定和保存 抗源的鉴定主要鉴定材料是具有垂直抗病性还是水平抗病性以及是否二者都具备。对已知垂直抗病性的材料还要进一步分别测定其对不同小种的抗性，而对水平抗性材料需注意观察其潜育期，发病程度，数量和发展速度以及对环境条件的反应。 建立基因库：①索取和应用的资料；②足够的种子或营养繁殖材料。 基因库类型：①长期基因库-10~-20℃ 几十年；②中期基因库0~5℃下保存20年以上；③短期基因库5℃，保存5年左右。 （二）抗病育种的途径 1．垂直抗病性和水平抗病性的抉择 在选择两种抗病性时，既要考虑易于育成，也要考虑育成后的抗病性持久问题，垂直抗性品种易于育成，抗病性也强，有的是免疫的，且对环境条件影响较为稳定，但如果遇上病原物容易变异情况下易失去抗性。水平抗性品种较难培育，虽然育成后抗性较稳定，但有时抗病程度不高，且在环境条件影响下有时也易于波动。两者各有优缺点。 ①流行性强，气流传播，再侵染频繁、病原毒性变异快的病害，宜选育水平抗性类型的品种或系间多系品种。②土传病害，无再侵染或再侵染少的病害，以及新小种虽能发生，但传播和流行慢的病害，如小麦秆黑粉病、根传线虫病，可育成垂直抗性品种（适当轮作）。如果连作还是利用水平抗性的品种为宜。③对于病原体休眠体能长期呆在土壤中的土传病害，也以利用水平抗性品种为好。④种传病害和只有种子带菌的病害，垂直抗性易丧失，因此以两者综合利用为好。⑤对作物而言，而大面积栽培的作物，最好综合利用两种抗性，栽培面积小的作物可利用垂直抗性。对多年生果树等则以利用水平抗性为妥。 有时具体情况还要具体分析，即使是同作物的同病害，同在不同地区条件下流行规律各异，会影响抗病性利用的选择。例如稻瘟病在高纬度地区和热带地区内流行规律不同，前者病菌越冬期长而活动期短，繁殖世代少，病菌变异慢，一般可选择垂直抗性品种。后者则几乎终年不断地交替的多季水稻上繁殖，其变异也快。因此有必要利用水平抗性品种。总之，要从实际出发，在全面权衡利弊的基础上来抉择两类抗病性。 2．抗病育种的途径 （1）引种：引进品种有较强的抗病性：①原育成地区具抗病的原始材料或②抗病育种历史较久，③两地区病菌流行的小种不同。抗小麦条锈病的南大2419和阿勃、阿夫是分别从意大利和阿尔巴尼亚引入的。同样我国的小麦、水稻、黄瓜、板栗等作物某些品种引到国外，也成为该地重要的抗病品种和抗源材料。引种时要注意检疫。 （2）单株选择法：由于生物变异是绝对的，因此在作物品种内也存在异质性，也就是说，在感病品种内一定可以找出少数比较抗病或免疫的个体。例如在棉花感病品种中存在着0.01～0.35％的免疫单株，在感玉米黑粉病的自交系中有高达1.1～1.9％的免疫单株；在花叶病毒严重感染的普通烟草中有0.001～0.006％的免疫单株。由于植株间抗病性异质性存在比率不高，所以需要在大群体普遍发病条件下才能进行抗病单株选择。例如从感稻瘟病的南特16号品种内，选出抗病单株，育成了矮脚南特号。 （3）杂交育种和杂种优势利用 杂交育种：是通过杂交把抗病亲本的抗病性和优良品种的优良特性结合在一起而育成抗病良种。我国小麦抗锈品种的育成主要是应用杂交育种法。 选择亲本的原则：①其中一个亲本要具有抗病的能力。②利用多抗性新本，容易育成多抗性品种。③选用与当时生产上推广品种抗源不同的材料，避免抗源单一化。④农艺性状好的材料做亲本。⑤远距的优良材料做亲本。 抗病育种的杂交方法：①品种间杂交：选择两个或几个育成的良种，取长补短，进行品种间杂交，或选择一个或几个综合性状好的品种与抗病性好的品种配成组合。在杂交后代的选择中，应注意分离世代的选择。抗性为显性的可在F2代开始选择；抗性为隐性，则应从F3代开始选择，并根据F4代的反应继续进行鉴定。已知亲本抗病性为显性的，淘汰的标准可严格些，隐性的则宜适当放宽淘汰材料。 自花授粉作物的抗病性选择通常采用系谱选择法或集团选择法。系谱法中选择结合性状好的F2代单株，种成行，对每一相继世代后裔重复选择，直到纯合为止（一般到F6代）。集团法则在早期分离世代不加选择混合收种。在较后的世代，待大部分植株达到纯合状态时，进行抗病性的单株选择。集团法虽在早期世代单向易行，但在选择前许多世代要种植大量的后裔植株。因而人们愿意采用系谱法。②回交抗病育种：如果一个优良品种在抗病性上存在某些缺点，可用回交法弥补。在回交抗病育种上，选择一个综合性状优良的品种作为轮回亲本，然后选择一个具抗某些病原物的亲本，与之杂交。获得杂种后，再与轮回亲本作多次回交，最后可得到具有轮回亲本性状和抗病的新品系。A（轮回亲本）×B（非轮回亲本）→F1×A→Bc1×A→Bc2×A→Bc3×A…回交抗病育种的优点是在连续回交过程中，不需要作农艺性状的鉴定，只要在子代中选择抗病具有轮回亲本性状的个体即可。因此子代的群体可以缩小，可利用温室或异地种植，可缩短育成的年限和简化育成程序。但回交育种只能改善。一、二个或几个性状，同时在回交过程中，某些性状有减弱的可能。回交法对一些抗病性易丧失的作物尤为重要，因为它可把新抗病基因转移到丧失抗病性的优良品种内，使该品种获得新生。 ③远缘杂交：由于高度的、具有多样性的抗病性，往往来源于作物的野生近缘植物或其它属、种的植物，所以进行远缘杂交，把野生植物或其他属、种植物的抗病性引入栽培作物，在抗病育种工作中具有重要意义。如利用二粒小麦、硬粒小麦、提莫菲维小麦的高度抗病性育成的很多品种，成为抗秆锈病的主要来源。 B．杂种优势利用 就是利用杂交种第一代呈显性这一特点，选择杂交容易，杂种优势明显，种子繁殖量大，农艺性状好的品种，进行大量杂交制种，以获得抗病性强，经济性状优良明显的第一代杂种用于生产。 （4）人工诱变 通过理化方法诱发出自然界中常见的或没有的抗病基因或与打破抗病基因的不良性状连锁的方法。 诱变途径：①使一个优良品种产生抗病性突变，并保留其原有的优良性状。②改良抗病材料或品种，例如晚熟变早熟，高秆变矮秆。③诱发新的抗病基因，尤其是诱发那些不易发生自然变异的物种的抗性基因。④打破抗病性与不良性状间的连锁，使抗病性与优良性状相结合或在远缘杂交中使异属和异种植物染色体携带的抗性基因断裂，转移到栽培种内。 诱变方法：采用x射线，r射线、中子、紫外线、激光、超声波、秋水仙素、芥子、双氧乙烧等理化诱变剂单独或综合处理。目前用的最多的是r射线。处理时要考虑诱变剂种类、处理剂量和处理条件。诱发抗性的类别，要想促进不定芽发育，获得单细胞突变体，其照射量应低于半致死剂量，想要获得水平抗性突变，照射剂量也要低些。由于诱变处理时，抗病突变基因出现的频率很低（10-5）同时需要群体大。 由于人工诱变的M1代，为隐性突变或微突变，M2代还未修正和复原，因此，往往是在H3代开始进行诱发接种和鉴定，选择所需的抗病材料。 （5）组织培养 植物组织培养，通常是指植物细胞、组织和器官的无菌培养，其中细胞和原生质体的培养已开始应用于抗病育种。 ①体细胞无性繁殖系的概念：由体细胞再生成的植株称为体细胞无性繁殖系或称体细胞克隆（somadones）。由愈伤组织再生成的植株，称为愈伤组织无性繁殖系（cadiclones）；由原生质体再生成的植株，称无原生质体无性繁殖系（rotoclones）。再生植株中产生的变异称为体细胞无性繁殖系的变异。体细胞无性繁殖系具有以下特点： A．把抗病育种的场所由田间转移到实验室内，采用微生物学方法，在人工培养基上进行选择，可不受季节等环境条件的影响。 B．在培养基内可保持经常的、高浓度的选择压力。例如，在培养基中加入病菌的致病毒素，就可选出抗病的地我性繁殖系。 C．由于从细胞和原生质体可获得大量个体，因此在材料数量上占优势。 ②抗病体细胞克隆的选择 A．研究材料：①单倍体细胞；②叶片愈伤组织 B．诱变：化学诱变，例如用0.15～0.25％甲基磺酸乙酯处理30～240分，溴脱氧核糖处理活细胞DNA发生改变。 C．抗病性选择：对于产生致病毒素的病原物，可直接把提纯的毒素或毒素相提液放入培养基中，使其经常维持很高的选择压力，把不抗病的细胞杀死，选出少数抗病的体细胞克隆（突变率一般为10－6～5×10－7。在进一步培养中继续进行抗病稳定性测定。当消除选择压力后，仍保持其抗病性，便可使其分化出芽和根，长成完整植株。对于不产生毒素的病原物，如病毒等，可在体细胞分化成植株后再进行抗病性鉴定；也可把病毒直接接种于细胞质或后生质体，使严重感病的细胞不能分化成植株。 （6）细胞工程 根据人们设计，有计划地改变细胞遗传物质的技术和开发这种技术的研究领域，也就是用作改变存在于自然界中植物的遗传物质，育成符合于育种目标的个体的技术，称为细胞工程。①染色体工程：染色体切除、添加、置换，如小麦与黑麦杂交。②体细胞杂交，主要是原生质体融合、异核体筛选，融合体再生成植株。 （7）基因工程 基因工程是一种外科手术式的遗传操纵，它不是通过一般传统的有性杂交方法，而是采取类似于工程建设的方式，按照预先设计的蓝图，借助于实验室的技术，将某种生物的基因或基因组转移到另一种生物中去，使后者定向地获得新的遗传性状，成为新的类型。 基因工程施工大致分为四个步骤：①为施工准备“目的”基因、载体的工具酶；②目的基因与载体结合成重组DNA分子；③重组DNA分子引入受体细胞，建立分子无性繁殖系，。最后从细胞群体中选出所需要的无性繁殖系，并使外源基因在受体细胞中正确表达。 3．多系品种的选育方法 选用一个在当地推广的农艺性状优良的品种作为轮回亲本，分别与抗不同小种的品种进行杂交和回交，经过选育，可得到在农艺性状方面与轮回亲本相似，但具有不同垂直抗病基因的多个品系。在推广时，可根据当地病菌小种的组成情况，选择其中若干品系混合种植。当生产上病菌小种组成发生变化时，要及时以抗病品系取代相应的感病品系，把育成的具有不同抗性基因型的新品系加以机械混合，称为多种品种。 （4）水平抗病品种的选育方法 ①轮回选择法：利用此法可以将不同品种的微效基因集中到一个品种上。 ②复合杂交法：将几十个品种进行相互杂交，将其F2种子种植，通过早代自然选择和晚代人工选择，育出抗病新品种。“随机多变法”选用数十个农艺性状好且水平抗性较强的品种，进行混合播种，隔行去雄，令其随机杂交，去雄行的种子收获后，再进行混合播种和隔行去雄，继续令其随机杂交，如此连续随机杂交3～4代后，把得以的杂种种子进行自交繁殖成大群体，后逐代进行诱发鉴定，选择发病最轻的优良单株，这些单株常具有较高的水平抗病性。 （四）抗病性的鉴定 抗病育种的原始材料在应用于生产之前，均需进行严格的抗性鉴定，才能作为抗病育种的材料或生产上应用的品种。 1．病圃的建立和接种诱发技术 （1）病圃建立 病圃分为天然病圃和人工病圃。要求：①侵染强度均匀，与天然流行强度类似。②天然病圃选择老病区，多点设置。③人工病圃则应选择地势、土质、气候条件有利发病的地点；④生理小种圃要设在该病偶发区；⑤对土传和种传病害可选择无病地作为小种圃。⑥小种圃之间要有一定间隔。 （2）接种诱发技术 ①人工接种方法随病害种类而异，但每种方法都应力求近似于自然侵染规律。例如：小麦腥黑穗病（种子传播）采用播种前冬孢和拌种的方法；小麦散黑穗病（花器侵染）可用冬孢子悬浮液喷射花器方法接种。虽然气传病害可以采用喷射孢子悬浮液，但在较大面积的病圃上常用接种诱发行办法。②人工接种时，接种量要控制适当，不足则发病不充分，过量则不能反映自然情况下抗病性水平。③在建立或选择病圃和诱发病害时，尽可能要求做到既利于发病，又不降低作物的抗病力，以达到鉴定的准确性。 （3）田间设计 气传病害病圃要求：①诱发行均匀；②地势平埋；③灌水一致；④重复三次。 土传病害病圃要求：①地势平埋；②多次耕耙；③施肥、灌水、接种均匀；④3次以重复；⑤小区狭长为宜，方向也宜与肥力梯度和地势坡度平行。 2．抗病性鉴定方法 （1）直接鉴定 ①田间鉴定和温室鉴定 田间鉴定是借助于自然发病（自然病圃）或人工接种（人工病圃）的条件，在正常栽培条件下，测定全生育期的抗病性表现，并按其最后受害程度加以评定。包括避病、抗病及耐病性的总评。 温室鉴定：为了不受季节限制，加速抗病性鉴定的进程及便于控制使用多个小种或危险性病原物（新小种、新病原），常可用温室内鉴定。但温室鉴定必须注意减弱了自然光照和不自然的温、湿度、气流速度等对鉴定植物抗病性的影响。 人工气候室鉴定：人工气候室是加速抗病育种，进行抗病性鉴定的理想设备，其光照、室气温、湿度、气流速度、土壤温湿度等均可仿照作物生长期的正常条件或按特殊试验的规定加以控制，因此可克服在温室内抗性鉴定的一些缺点。另外，还可利用生长箱进行植物的抗性鉴定。 ②成株鉴定和幼苗鉴定 成株鉴定是鉴定农作物成株期的抗病性，在田间和温室内均可进行，但一般多在田间进行，这是评定品种抗病性强弱的主要依据，但成株鉴定有占地多、费时、费工的缺点。 幼苗鉴定：鉴定农作物苗期的抗病性，适用于大量材料（如杂交和回交后代）的筛选，具有省地、省时、省工的优点。只有幼苗期抗病性与成株期抗病性一致或基本一致时，才能采用此法鉴定，否则会把一些苗期感病而成株期抗病的有价值材料淘汰掉。由于幼苗鉴定一般均在温室内进行，因此接种的病原物不会给生产田带来威胁，并可以测定本地没有的小种。但需严格控制接种量和诱发病害的环境条件。 ③离体鉴定 采用试验植物的叶、枝或分蘖于温室或研究室内进行该植物的抗病性鉴定，称为离体鉴定。但要求离体组织维持正常的生活力，直至充分发病为止，否则组织衰老过程一开始，抗病或感病性与正常组织就有差异。在水培中可加入10ppm。激动素或25～40ppm的苯胼咪唑可使叶片保护防衰。例如小麦叶片在水培中进行抗锈性鉴定。 （2）间接鉴定 通过测定某种与抗病性密切相关的特性从而查明其抗病性的方法，称为间接鉴定法。①毒素鉴定：利用病菌产生的毒素代替病菌进行抗病性鉴定，例如用玉米小斑病菌T小种产生的T毒素来鉴定玉米品种对T小种的抗性。②酶活测定：通过测定不同品种过氧化物酶多酚氧化酶活性与抗病性相关性，来推知植物对病害的抗性。 ③血清学鉴定：根据感病品种和相应寄生物（以至相应小种）的蛋白质的相近性，因此以寄生物或相应小种的蛋白质为抗原而制备出的抗血清和感病品种的蛋白质将起血清学反应，而与抗病品种的蛋白质则不起反应或反应极为微弱。 （五）抗病性的记载和分级 目前我国除了少部分病害（如麦类锈病、棉花枯萎病、玉米大斑病和小斑病等）有统一的记载和分级标准外，大部分病害还缺乏统一的记载和分级标准。抗病性的分级方法可分为两类：定性分级和定量分级。 1．定性分级 对过敏性坏死反应的抗病性或抗扩展为主的抗病性，普遍采用按反应型分级的方法。其主要根据是植物个体受侵染后症状反庆的特点（如坏死反应的有无和强弱、病斑的大小和色泽以及孢子堆的发育程度）。这种方法要知用于叶斑病。 2．定量分级 主要是用于测定群体的抗病性，它是在均匀一致的发病条件下比较不同群体的发病强度。 （1）系统侵染病害的抗病性的定量分级法 ①按发病植株的向分率，很难有分化的统一分级标准。如小麦腥黑穗病和散黑穗病。一般以病株率10％者为感病，40％以上者为高度感病，如果单株发病程度有明显不同，则需将病株分为轻、重几级。根据各级病株数，按病情指数公式计算出病情指数，最后按病情指数高低划分抗病和感病。 在抗病性定量分级中，往同一品种在不同发病条件下发病百分率会有很大波动，这更给定量分级法带来复杂性。解决办法：①控制病圃的诱发强度；②每次鉴定时需加入生产中久经考验的高抗、中抗和感病品种作为对照。 定性分级和定量分级既是相对的，又是相关的。某品种如经定性分级法查明有一定抗病性时，其群体发病强度必然较轻。反之，经定量分级法肯定较为抗病的，即使在反应型上未表现，它必然也其有某种质上的抗病因素。实际工作中，两类分级法常结合使用。 （六）水平抗病性评定办法 1．历史考察法：假如一个老品种有几十年栽培中，其抗性一直稳定不变或基本稳定，这很可能是水平抗病性。 2．多点联合鉴定法：在病害流行地区，特别是在病菌易变区进行多点联合鉴定，如果在数年内各地的抗病性都表现稳定，则可能是水平抗性。 3．流行速度或流行曲线 如果流行始期早，以后病害增长速度缓慢，发病程度也较轻，即表示该品种是有水平抗性。 4．遗传分析法 将鉴定的材料与感病品种杂交，在杂交后代F1、F2、F3…同单一小种进行接种鉴定，观察各代抗病性遗传分离情况，如表现为数量性状遗传，即可肯定材料为水平抗病性。如表现为质量性状遗传，则多半为垂直抗病性，但也有可能是水平抗性。 5．特殊标志鉴定法 用标准浓度进行人工等量接种，发病后根据病斑密度大小，潜育期长短及产孢量等水平，抗性特殊标志进行评定。 四、解决品种抗病性丧失途径的探讨 品种抗病性的稳定是相对的，变异则是绝对的。寄主、病原、环境三者中任何一方发生变化，都有可能导致抗病性的丧失，但病原物的毒性变异是抗病品种在大面积上迅速失去抗病性的主要原因。 （一）合理利用垂直抗性品种 1．抗病品种合理布局，即基因部署 ①如果将抗病性不同的品种搭配种植，造成作物群体在遗传上异质性或多样性，将能缓冲病害的流行。②抗病性不同的品种搭配种植，可以对病原物的传播和流行设置障碍。如在小麦锈病易变区种植具有不同抗病基因型的品种，可以阻止病菌越夏、传播、越冬和新小种蔓延。切断了毒性小种定向选择，加强了稳定化选择。 2．选用多系品种 针对当地小种组成情况，选出一套农艺性状与轮回亲本相似，而含有不同垂直抗性基因品系，进行混系种植。这种异质混合群体，就其单独一个系而言，仍是垂直抗病性的纯系品种，但就群体而言乃是一个含套种抗病基因地水平抗病性品种，有人称它为“合成的水平抗性品种”。在多系品种内甚至允许有一定比例感病系。组成多系品种的品系越多越好。 3．应用聚合品种 聚合品种是通过复合杂交，把各种抗病基因结合到一个品种中育成。降低小种适应速率，延长品种使用年限。但选育费工费时，需要杂交后代群体大，才能分离出几个抗病基因都全纯全的个体。 4．实行品种轮换即基因轮换 根据病原因的小种区系分布或消长规律。轮换使用具不同垂直抗性基因的品种，从时间上切断小种走向选择。 （二）利用水平抗性品种 利用水平抗性品种已成功地防治了马铃薯晚疫病、水稻白叶枯病、玉米锈病、玉米黑粉病、烟草、花生青枯病、小麦条锈病、棉花枯萎病。增产幅度超过了单基因垂直抗性品种。