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干旱抑制葡萄依科病(esca)叶片症状新进展
2022-1-21
来源:hansatech
点击数: 301          作者:hansatech-inch
  • 干旱抑制葡萄依科病(esca)叶片症状新进展

    原创

    文章链接:https://doi.org/10.1073/pnas.2112825118

    在当前全球气候变化背景下,全世界自然生态系统和农业生态系统的植物死亡率均呈现增加态势。并且植物的生长面临着生物胁迫(如植物病原体)和非生物胁迫的巨大挑战。然而,对于植物病原体的侵染与非生物胁迫之间的相互作用是协同的、拮抗的还是中性的,在很大程度上仍然未知。葡萄依科病是由几种不同的病菌引起的叶片疾病。葡萄染病后,叶脉之间颜色首先变淡,而后慢慢扩展;叶片逐渐丧失正常功能,最后边缘变为棕色并坏死(图1)。依科病目前无法治愈;它会影响木质部维管网络,使植物叶片气体交换减少、水力传导性损失、萎蔫和叶片焦化,不但会干扰光合作用使葡萄减产,严重时甚至会造成葡萄树的死亡。而干旱与依科病对葡萄的影响表现一致。

    1. 葡萄感染依科病的表现

    因此,有观点认为干旱和依科病之间具有强大协同作用,而这种作用可能会加速植物死亡。由于葡萄并不能依靠人为的病原菌接种来感染依科病,而自然条件下被感染的植物又缺乏环境数据的记录,因此这一观点是否成立仍有待进一步进行研究证明。

    近期法国国家农业食品与环境研究院(INRAEChloé E.L. Delmas团队在国际权威学术期刊PNAS发表了题为“Grapevinesunder drought do not express esca leaf symptoms”的研究论文。该研究通过比较两年内干旱和正常条件下葡萄感染依科病的比例,利用美国PP SYSTEMS公司制造的TARGAS-1便携式光合作用测定系统测定叶片气体交换参数等相关生理指标,发现干旱并未起到促进作用,反而抑制了依科病的感染,并揭示了干旱和依科病影响葡萄生长的不同机理。

    为了可以在实验室条件下研究干旱和依科病之间的相互作用,该研究将田间自然条件下生长的葡萄树(30年树龄)移至可控的实验环境中,并按其有无依科病感染史分为无症状植物(pA)和有症状植物(pS)。将这些植物随机分成两组,并对其中一组进行缺水处理。经过连续两年的实验发现,正常生条件下,约有33%的植物出现了依科病症状;而缺水条件下生长的植物都没有出现依科病症状,这表明干旱对葡萄树感染依科病并没有促进作用,只有抑制作用(图2)。

    2. 水分供应对葡萄感染依科病的影响

    干旱可以诱使植物关闭气孔以减少水分蒸发,降低蒸腾速率,受依科病侵染的叶片也表现出相同症状。分析其可能原因为:(1)病原体引起的或植物源性的维管组织阻塞,进而降低导水率,导致气孔关闭;(2)病原体衍生的毒素或诱导物导致细胞死亡,进而影响光合作用,导致气体交换减少。两年的测量结果显示,缺水处理后(II期)植物的气孔导度显著降低,最后进入一个只有初始水平1/5的稳定状态(III期)。植物在感染依科病后(II期)也表现出下降,但是随后又上升并维持在起始的75%水平左右(图3A)。并且在水分充足的情况下,依科病并不影响植物吸收水分,植物也不需要调控气孔的开合(图3B)。

    3. 干旱和依科病对植物和叶片生理特性的影响

    进一步研究发现,植物的绿叶面积和气孔导度有一定相关性,植物感染依科病后(II期),绿叶面积的减少可能和气孔导度的下降相关,并且新的未感染叶片的生成可能和气孔导度的回升(III期)有关(图3C)。

    4. 干旱和依科病对植物和叶片生理特性的影响

    另外,依科病对光合作用的影响更大(图3D),而在叶片水平上,观察到在整个生长季中,对照和依科病植株上无症状健康绿色叶片之间的气体交换参数(gsAWUE)和叶绿素含量差异不显著(图4)。图5表示在2018年和2019年干旱处理中,在2012年至2017年间未感染(pA,浅黄色)或感染(pS,深黄色)依科病的材料,在净光合速率(A)、植物叶片气孔导度(B)、水势(C)、总NSCD)上,pApS差异并不显著。

    5. 依科病疾病史对植物干旱生理反应的影响

    病原体感染和干旱通过影响植物光合作用和植株生长,从而影响碳平衡(碳水化合物的合成和消耗)。通过对叶片中非结构性碳水化合物(NSC)的测量,发现干旱和依科病对植物的总NSC都没有影响。但2019年试验结果显示,干旱和依科病处理对植株各部位NSC分布存在显著差异,依科病处理下NSC在叶片的分布多于茎;而干旱正好相反(图6)。

    6. 干旱和依科病对植物NSC的影响

    综上,该研究发现干旱并不能促进,反而完全抑制依科病的感染,尽管二者都改变了植物的水分运输和碳平衡,但它们以完全不同的方式改变。这一发现有力的反驳了先前干旱和依科病之间具有协同作用的观点。



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