不同抗性青稞材料接种大麦黄矮病毒后防御酶活性变化研究

摘要 ［目的］探究不同抗性青稞材料感染大麦黄矮病毒（Barley Yellow Dwarf Virus，BYDV）后防御酶活性的变化规律。［方法］以黄矮病高抗品系C280、高感品种康青3号为材料，测定接种BYDV后不同时间点叶片超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、苯丙氨酸解氨酶（PAL）、多酚氧化酶（PPO）的活性。［结果］接种BYDV后，2个青稞材料的SOD、POD、CAT、PAL、PPO活性均显著高于未接种对照；SOD、PAL活性呈上升趋势，POD、CAT、PPO呈先上升后下降趋势，且抗病材料酶活性增幅高于感病材料；大部分时间点，抗病材料的5种防御酶活性均显著高于感病材料。［结论］SOD、POD、CAT、PAL、PPO活性变化可作为反映青稞黄矮病抗性的生理指标之一。

关键词 大麦黄矮病毒；青稞；抗病性；防御酶

中图分类号 S 512.3  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2023）02-0027-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.02.007

Changes of Defense Enzyme Activities of Hulless Barley Materials with Different Resistance after Inoculation with Barley Yellow Dwarf Virus

YANG Hai-zhen1，2， Dunzhujiabu1，2， Wangmu1，2 et al

（1. State Key Laboratory of Barley and Yak Germplasm Resources and Genetic Improvement， Lhasa， Tibet 850032;2. Tibet Academy of Agricultural and Animal Husbandry Sciences， Lhasa， Tibet 850032）

Abstract ［Objective］ Explore the changes of defense enzyme activities in different resistant hulless barley materials infected with barley yellow dwarf virus （BYDV）. ［Method］ With high resistant strain C280 and high susceptible cultivar Kangqing 3 as materials， the activities of superoxide dismutases（SOD）， peroxydase（POD）， catalase（CAT）， phenylalanine ammonia lyase（PAL）and polyphenol oxidase（PPO） at different time points after inoculation were analyzed. ［Result］ Activities of SOD， POD， CAT， PAL and PPO in hulless barley leaves were significantly higher than the uninoculated control. The activities of SOD and PAL showed an upward trend， where POD， CAT and PPO increased first and then decreased， and the increased amplitude of resistant material was larger than that of the susceptible material. Activity of defense enzymes of resistant material were significantly higher than those of susceptible material at most of time points. ［Conclusion］ The activities of SOD，CAT， POD， PAL and PPO can be used as one of the physiological indexes to reflect the resistance of hulless barley to BYDV.

Key words Barley yellow dwarf virus;Hulless barley;Disease resistance;Defense enzymes

基金项目 省部共建青稞和牦牛种质资源与遗传改良国家重点实验室自主课题（XZNKY-2021-C-014-Z07）；西藏自治区重大科技专项（XZ202101ZD0004N）。

作者简介 羊海珍（1992—），女，云南建水人，研究实习员，硕士，从事青稞遗传育种研究。通信作者，副研究员，博士，从事青稞遗传育种研究。

收稿日期 2021-11-29

青稞（Hordeum vulgare L.var.nudum Hook.f.）是藏族人民粮食和畜牧饲料的主要来源，在高原农牧业中一直占据举足轻重的地位［1］。大麦黄矮病毒（Barley yellow dwarf virus，BYDV）是世界范围内分布最广泛、危害最大的禾本科作物病毒之一，由特定的蚜虫传播［2］。作物感染BYDV后，通常表现出矮化、叶片退绿等症状，导致减产，严重情况下甚至会绝收［3］。近年来，黄矮病在西藏多个青稞种植区均有报道［4］，部分地区危害严重，制约了青稞产业的发展。

植物受到病原物侵染后，防御酶会催化一系列复杂的生理生化反应。很多研究表明，SOD、POD、CAT 、PPO、PAL等多种防御酶与植物的抗病原物侵染能力密切相关，其活性变化一定程度上可以反映寄主与病原的互作关系［5-9］。目前，对于青稞黄矮病抗病机制缺少系统研究，国内外也鲜见BYDV影响青稞生理学的报道。鉴于此，笔者选用黄矮病抗性不同的2个青稞材料，测定接种BYDV后青稞叶片SOD、POD、CAT 、PPO、PAL的活性，分析其变化与青稞抗性之间的关系，为进一步揭示青稞抗黄矮病的生理生化机制提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试青稞材料为高抗黄矮病品系C280、高感品种康青3号。供试毒源为大麦黄矮病毒GAV株系，传毒介体为麦长管蚜（Sitobion avenae），由西藏自治区农牧科学院农业研究所姚小波副研究员提供。

1.2 病毒接种

供试青稞种子催芽后，在温度21 ℃/18 ℃、光周期 16 h/8 h（昼/夜）的人工气候室内进行育苗。接种前用毛笔将无毒麦长管蚜接到感染BYDV-GAV的青稞病株上，饲毒72 h，获得带毒蚜虫。待青稞苗生长至2～3叶期时，将带毒蚜虫转接至供试植株的第2片叶子上，每株接种10头蚜虫，以不接蚜虫植株作为对照。接种后每个盆分别罩上防虫罩，传毒7 d后喷洒吡虫啉进行灭蚜。

1.3 酶活性测定

于接种后第0、10、20、30和40天采集相同位置的青稞叶片，每个处理选取10株混合取样，重复3次，液氮速冻后放入-80 ℃冰箱中保存，参照李合生等［10］的方法进行酶活性测定。SOD活性测定采用氮蓝四唑（NBT）还原法测定，以抑制NBT光化学还原50%为1个酶活性单位（U）；POD活性采用愈创木酚比色法测定，以每分钟OD470变化1为1个酶活单位；CAT活性采用紫外吸收法测定，以每分钟OD240减少1为1个酶活单位；PPO 活性采用邻苯二酚法测定，以1 min内OD398变化0.001为1个酶活性单位；PAL活性采用苯丙氨酸法测定，以OD290变化0.01为1个酶活性单位。每个酶活性指标重复测定3次，取其平均值。

1.4 数据分析

采用 Microsoft Excel 2013软件作图；采用SPSS 20.0软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同抗性青稞材料SOD活性的变化

由图1可知，接种BYDV后，2个青稞材料叶片的SOD活性均显著高于未接种对照。随着接种后时间的延长，SOD活性总体均呈现上升趋势，接种前期（0～20 d）的增加幅度明显高于接种后期。抗病材料的酶活性在各时间段均高于感病材料，除接种10 d外，差异均达到了显著水平。抗病材料和感病材料在接种40 d时，分别比接种前（0 d）增加了6.12和3.65倍，抗性材料的增加幅度明显高于感病材料。

2.2 不同抗性青稞材料POD活性的变化

由图2可知，接种处理的2个青稞材料的POD活性均显著高于对照。接种BYDV后，抗病和感病材料叶片的POD活性均呈先升高后下降的趋势，且峰值均出现在接种后10 d，此时酶活性分别是对照的2.46和1.75倍，抗病材料显著高于感病材料。在随后的10～40 d，抗病材料POD活性急剧下降，感病材料下降则相对平缓。

2.3 不同抗性青稞材料CAT活性的变化

由图3可知，2个材料未接种处理下，各时期叶片CAT活性变化不大；接种BYDV后，CAT活性呈先升高后下降的趋势。相比之下，抗病材料的CAT活性上升更为剧烈，在接种后20 d达到最大值，是对照的2.48倍。感病材料在接种前期CAT活性上升较为缓慢，峰值在第30天出现，晚于抗病材料。在各时间段，抗病材料的CAT活性均显著高于感病材料。

2.4 不同抗性青稞材料PAL活性的变化

由图4可知，与SOD活性变化趋势相同，2个青稞材料的PAL活性呈现上升趋势。接种前20 d，对照和接种处理的PAL活性均迅速上升，之后对照变化趋于平缓，接种处理则持续上升。抗病材料在各时间段的PAL活性均显著高于感病材料，试验期间抗病材料的PAL活性增加幅度高于感病材料，40 d时分别比接种前增加了1.22和0.91倍。

2.5 不同抗性青稞材料PPO活性的变化

由图5可知，接种处理的PPO活性在各时间段均显著高于对照处理。接种BYDV后，抗病材料PPO的活性急剧上升，10 d达到最大值，此时活性显著高于感病材料，为对照的1.85倍，之后逐渐下降。感病材料峰值出现的时间（20 d）晚于抗病材料，且升高幅度小于抗性材料，但接种后期PPO活性与抗病材料无显著差异。

3 结论与讨论

植物遭受病原物侵染后，会富集大量的活性氧，引起细胞代谢功能异常［11］。SOD、CAT、POD是植物体内关键的活性氧清除酶，对保护自身免受活性氧和自由基的伤害有着重要作用［12］。该研究结果显示，无论是青稞抗病材料还是感病材料，在受BYDV侵染后，SOD、CAT、POD共3种防御酶的活性较不接种对照均有明显提高，但抗病和感病材料对BYDV的反应存在差异。SOD活性呈持续上升趋势，抗病材料增加幅度高于抗病材料；POD、CAT活性则先上升后下降，活性峰值均显著高于抗病材料。综合考虑各时间点活性差异、峰值出现时间，3种活性氧清除酶中，CAT活性在抗、感材料中的差异最大，猜测CAT在抗性材料C280的自身保护系统中发挥了更重要的作用。

PAL是苯丙烷类代谢途径中的关键酶，能将苯丙氨酸脱氨基最终转化成木质素［13］。当病原物入侵时，PAL活性增加，产生的木质素沉积在细胞壁周围，阻碍病原物的进一步扩散［14］。PPO能催化酚类物质的氧化，促进醌类物质的产生，从而抑制病虫害的侵染［15］。该研究中，在BYDV胁迫下，青稞叶片中的PAL活性呈持续上升趋势，表明寄主青稞与BYDV的抗争过程中，PAL持续发挥作用。PPO活性呈先上升后下降的趋势，抗病材料PPO活性峰值出现时间早于感病材料，可能是由于抗病材料的酶促反应速度较快，醌类物质产生和积累较早，对病毒的扩散起到了较好的抑制作用。