植物病理学

简述利用生物技术防治植物病害的方法、途径、存在的主要问题及解决思路

生物技术对植物病理影响最突出的可能有如下三个领域植物细胞和组织的培养，单克隆抗体的生产，核酸的分析和操纵。1）利用组织培养技术大规模生产无病原植株。2）病原鉴定和病害诊断：各种免疫技术如单克隆抗体等和核酸技术如PCR技术的应用，尤其是各种快速检测试剂盒的出现，提高了植物病害诊断的效率和准确度。

3）寄主和病原物间的关系：利用现代生物技术，鉴定了大量的寄病互作相关的基因和蛋白质，在分子生物学层面明确了许多植物病原物致病机理，为植物病害的防治提供了分子基础。4）DNA重组技术：近几年通过转基因培育抗病植物抗病品种的技术发展很快，许多植物源和病原菌来源的抗病相关基因已转入作物中，产生了大批抗病高产的转基因材料，但是由于转基因安全性问题的存在，严重限制了这新材料和品种的推广和应用。虽然可通过与传统品种的杂交，把这些优良品质转移至杂交品种中去，但这一方法耗时费工。5）分子标记辅助的抗病育种的技术的发展，大大缩短了育种周期，加快了育种的效率。

植物病害生物防治常用的微生物有哪些？生物防治的机制是什么？

1）链霉菌。所产生的抗生素主要有井冈霉素、效霉素等。研究证明，链霉菌代谢产物几丁质酶是造成菌丝畸变、细胞质凝集和外溢的直接原因。2）木霉菌。木霉菌的生防因子是代谢过程中产生的一系列水解酶类,如几丁质酶、纤维素霉、木聚糖酶、葡聚糖酶和蛋白酶，这些酶类对真菌细胞壁的降解有重要作用,可抑制病原菌孢子萌发，引起菌丝崩解。二是次生代谢产生的各种抗生素类物质, 主要的有木霉素，胶毒素、绿木霉素、胶绿木霉素和抗菌肽等。3）拮抗细菌。是枯草芽孢杆菌、荧光假单孢杆菌和放射性土壤农杆菌。芽孢杆菌的主要生防物质是蛋白质和多肽类物质，其抑菌谱甚广, 可使病原真菌菌丝体溶解，原生质外溢。4）拮抗真菌。A、我国共有3个属的食线虫真菌。其中淡紫拟青霉对大豆胞囊线虫的致死作用主要是其代谢产生的几丁质酶。B、梨胶锈菌的重寄生菌(Tubercu linavinoso)，其孢子萌发形成芽管从病菌的性子器口和锈子器口侵入, 不能直接侵入。

我国水稻上有哪些重要病害，目前江苏水稻最重要的病害有几种，其关键的防治技术是什么？

我国水稻重要病害主要有稻瘟病、水稻白叶枯病和细菌性条斑病、水稻纹枯病、水稻条纹叶枯病、稻曲病等。目前江苏省最重要的病害为稻瘟病、白叶枯病和条纹叶枯病。条纹叶枯的防治：a、推迟移栽期7-10，避免灰飞虱的主要传毒高峰。b、拔除病株，控制病害。C、秧苗期全程药控，防

病保秧。D、选用抗病品种。稻瘟病：采取以消灭越冬菌源为前提，选用抗病丰产良种为中心，农业栽培技术为基础，药剂防治为辅助的综合防治策略。白叶枯病：A、种子处理。福尔马林或浸种灵浸种；b、加强检疫，严防病害传入无病区，在病区建立无病育秧田；c、选用抗病品种是最经济有效的防治方法，注重肥水管理；d、药剂防治。

植物病害诊断的原则是什么？大豆田里出现了成片的叶片黄化，如何确定原因与对策？

柯赫氏法则：a、在植物上常伴有一种病原物存在；b、该微生物可以在离体或人工培养基上分离纯化获得纯培养；c、将纯培养接种到相同品种的健株上，表现出相同症状的病害；d、从接种发病的植物上再分离到其纯培养，性状与原来的记录（b）相同。诊断方法：首先，询问当地农民发病阶段田间的肥水及天气等的状况，仔细观察发病植株的根茎叶各部位看有没有病害症状，并结合镜检排除药害，缺素等自然因素。观看发病植株上是否有寄生植物。再利用科赫氏法则确定病原生物。然后，通过各种专项检测鉴定该病原物。最后，针对病原物设计出有效地防治方法，并给以实施。

简述近20年来关于基因对基因学说研究的重大进展，指出目前的重大课题与今后5年可能取得突破的领域；举例阐述你熟知的互作体系，针对某个问题，论述你的研究思路。

Flor根据亚麻对锈菌小种特异抗性的研究在1942年提出了“基因对基因学说”，并于1957和1971年对该学说作了更精确的描述。这一学说的要义是：植物品种特异抗病性依赖于植物抗病（resistance, R）基因和与之互补的病原物无毒（avirulence, avr）基因的存在，R与Avr蛋白质分别以受体（receptor）和配体（ligand）的方式发生分子识别，激活植物防卫反应、导致抗病表型，只要任何一方不存在，植物便表现为感病。目前至少在40余种植物-病原物相互作用系统中证明Flor 的基因对基因学说是正确的。1）、无毒基因：Staskawicz 等于1984 年从大豆丁香假单胞菌中克隆了第一个无毒基因avrA。病原细菌中还存在一种称为hrp的致病基因簇, 它决定着植物病原细菌在寄主植物上的基本寄生性或致病性, 但它也可诱导非寄主植物比如烟草产生过敏性反应。无毒蛋白avrBs3是通过细菌的Ⅲ型泌出通道被注入植物细胞内。

无毒基因具有双重功能: 在含互补抗病基因植物中表现无毒效应, 而在不含互补抗病基因植物中显示致病性和毒性效应。第一个被证实同时具有毒性效应的无毒基因是从X anthomonascamp estris p v. V esica toria 分离得到的avrBs2 基因, 它在携带抗病基因Bs2的胡椒上引起HR 反应, 使寄主表现抗病; 而在缺乏B s2 的感病寄主上则增强细菌的致病力。2）、抗病基

因：近20 年来,世界上许多重要实验室一直致力于R 基因的克隆,直到1992 年才成功地克隆出第一个植物抗病基因—玉米抗圆斑病基因Hm1 , 但Hm1 并不是真正符合基因对基因抗病性学说的抗病基因。第一个被克隆的真正符合基因对基因抗病性学说的抗病基因是番茄的Pto 基因。3）、Avr蛋白与R蛋白的相互作用机制

R-Avr 蛋白相互作用的最简单模式是受体-配体模式，番茄Pto和丁香假单胞菌AvrPto蛋白质酵母中可以发生物理结合、即分子识别。然而,进一步的研究发现,由于很难检测到R蛋白和Avr 蛋白的直接相互作用,因而提出的假设认为,R 蛋白“监控”与Avr 蛋白作用的植物寄主靶蛋白(guardee) ,一旦监测到Avr-guardee 的相互作用,就会启动HR 和其他防御反应，这就是警卫学说。重大课题和展望：

至少存在三种R 基因的下游信号传导途径,一种是NDR1-依赖型,第二种是EDS 1 依赖型,第三种的具体遗传成分还没有报道。促使R 基因选择不同的信号传导途径的具体机制仍然不清楚。,尽管特定的R 基因进行信号传导途径可能是由R 基因的结构所决定;但可以肯定的是,还有另外的一些因子也参与此过程并且起重要作用。随着拟南芥基因组序列和病原物基因组序列的公布，以及更多抗性缺陷突变体的分离以及与抗性有关基因的克隆测序,将会在生化水平和分子水平更精确地揭示信号传导的途径。举例：番茄Pto与丁香假单胞菌番茄致病变种avrPto的直接互作

在细胞质中Pto 能够识别通过III型分泌系统分泌到细胞质中的无毒蛋白Avrpto。Prf 基因是Pto基因介导的产生对细菌性斑点病抗性和对倍硫磷敏感性所必需的。在抗病的番茄中，抗性蛋白Pto通过识别病原菌的无毒蛋白Avrpto或AvrptoB，激发的下游信号转导途径可能有两种：一种是Pti1参与引起HR反应；另一种是Pti4/5/6诱导引起防御基因的表达，从而而产生对细菌性斑点病的抗性。

植物与病原菌之间也进行着“军备竞赛”，谈谈你对植物与病原生物在协同进化的过程中军备竞赛的认识？

植物在长期进化过程中形成了多种形式的抗性，植物的先天免疫是适应的结果是同其他生物协同进化的结果。植物模式识别受体识别病原物模式分子(PAMPs), 激活体内信号途径，诱导防卫反应, 限制病原物的入侵, 这种抗性称为病原物模式分子引发的免疫反应PTI)。为了成功侵染植物，病原微生物进化了效应子(effector)蛋白来抑制病原物模式分子引发的免疫反应。同时，植物进化了R基因来监控、识别效应子, 引起细胞过敏性坏死(hypersensitive response, HR)，限制病原物的入侵，这种抗性叫效应分子引发的免疫反应(effector-triggered immunity, ETI)

已测序的植物病原物基因组有哪些？选择你熟悉的植物病原物基因组，简要说明其特征？病原生物基因组学的进展对你的研究有哪些帮助？