病原物吸附pathogen adsorption to plants

病原物受自身和植物理化因子的作用，在植物细胞表面附着并与之紧密结合的现象。粘着或附着(adherence)是指不太牢固的吸附，由物理因子或某种化学粘着物质参与作用。吸附(adsorption或attachment)通常用于病原物与植物细胞紧密联结的情形，都要有双方生化因子的作用，是病原物侵染所必需的。
类型 通常根据吸附发生的部位、吸附方式、吸附状态划分。
按吸附部位可分为3类。❶根表吸附。从根系侵染的病原物对寄主根的不同分区和根毛细胞表面的吸附，可在人工接种条件下进行显微观察或回收计数。
❷叶表吸附。从叶片自然孔口或伤口侵入的病原物对自然孔口处的细胞或伤口表面的吸附。也可以用同样方法，在接种病菌后分离回收或在扫描电镜下计数吸附菌量。
❸在细胞间隙对细胞壁的吸附。一般由人工注射(infiltration)使病原细菌进入叶片细胞间隙，然后分离回收计数，或制成切片在电镜下观察。当病原细菌从伤口或自然孔口进入细胞间隙后，可发生对细胞壁的吸附。
按吸附方式可分为4类。❶极性吸附。细菌的一端吸附在植物表面，菌体纵长方向与植物表面近直角，多发生在根毛上。
❷卧式吸附。细菌以菌体纵长方向的一侧吸附在植物表面，多发生在根不同分区的表面或叶面上。
❸微菌落。多个菌体聚集吸附的现象。
❹菌体集结。细菌在吸附过程中菌体间相互联结，以絮状沉淀的形式吸附在植物表面，形成细菌团。后两种形式的吸附不包括细菌在植物表面繁殖的作用(图1)。
按吸附状态分为两类。❶可逆吸附。也叫松散吸附，吸附的菌体易被水洗解吸附，也可自行解吸附。
❷不可逆吸附。又叫牢固吸附，吸附的菌体只能由解吸附剂（如十二烷基苯磺酸钠）解吸附。可逆和不可逆吸附是病原细菌对寄主植物吸附的两个阶段。在一定条件下，由前者转化为后者。
机制 细菌对植物的吸附先后受物理因子和生化因子的作用及环境因子的调节，在遗传上受多种基因控制。

图1 大白菜软腐菌(Erwinia caro to vora subsp. caroto vora)对寄主植物吸附的几种方式（扫描电镜照片）
A.在叶片气孔细胞上的卧式吸附；B.在初生根毛上的极性吸附(→)和微菌落(⇉);C.在根成熟区细胞交界处的微菌落；D.C的放大，表示菌体间由纤丝联结
(引自王金生，1988年)

物理因子 细菌对植物的吸附过程中，物理因子的作用有两种：双方间氢键基团的氢键结合力、范德华力、植物表面的水膜压力和呼吸压力相结合，形成一个吸附正向力，迫使细菌向植物表面靠近；双方表面负电荷间的静电斥力、疏水基团的疏水斥力形成一个吸附反向力，可将菌体从植物表面推开。正向和反向作用力平衡的结果是细菌与植物表面相隔一定的距离，称为次级最小值(Secondary minimum value,SMV)。SMV是由显微测量得到的值，因寄主—病原物相互作用系统的不同而不同(表1)。在这个距离上，菌体并不与植物表面直接接触，吸附是可逆性的。

表1 几种直物—细菌互作体系中的次级最小值(SMV)和初级最小值(PMV)

植物	病原物	测定系统	SMV(nm)	PMV(nm)
烟草	Pseudomona
	solanacearun P.aptata P.pisi	叶片注射 叶片注射 叶片注射	57～82 47～376 33～68	0.1～0.4 0.1～0.3 0.2～0.4
苹果	Erwinia amylovora	叶片注射	33～166	0.1～0.4
大白菜	E.carotovon subsp.carotwora	根系接种	10～50	0.1～0.5

图2 细菌纤维素微纤丝(CF)及对菌体的联结
A.大白菜软腐菌的CF; B、C. 根癌土壤杆菌的CF联结菌体(B)并使菌体被集结、吸附在寄主细胞上(C)(照片B、C引自R.N. Goodman和A.G.Matthysse)

生化因子 有3类。❶在病原细菌与寄主植物接触识别中起作用的物质，分别称为细菌识别子(cognon)和植物识别子(cognor)(见寄主—病原物识别)。
❷纤维素微纤丝(CF)，由细菌产生，可以联结菌体并加固菌体的吸附(图1,D；图2)。
❸菌体表面的蛋白质，参与对伤口表面或悬浮培养的寄主细胞的吸附。它们的作用都要在细菌与植物表面接近到初级最小值(Primary minimum value,PMV)距离时才能发生，PMV的值为0.1～0.5纳米(表1)，这一距离允许细菌与植物表面间生化物质的联结，使吸附由可逆转变为不可逆状态。
在根癌土壤杆菌中，由生化因子参与作用的吸附分两步完成：第一步，由菌体脂多糖(LPS)或表面蛋白质起联结作用。第二步，菌体产生CF使吸附加固，同时联结尚未吸附的菌体使之发生吸附(图2,B、C)。1982年美国马蒂斯(Ann G.Matthysse)认为，在病菌对寄主叶或根伤口表面的吸附中，这3类物质的作用对成功侵染缺一不可。
环境因子 温度、pH条件和(Ca²⁺、Mg²⁺)等二价阳离子可通过调节理化因子的作用对吸附发生影响。❶温度。可以为细菌提供活动能量，增强细菌的运动能力，对吸附有两种影响：当温度低时，可提高温度增强细菌对植物表面的运动，使吸附能够发生，并在一定范围内增加吸附菌量；达到一定温度后，再提高温度则使可逆吸附的菌体解吸附。这两种作用在吸附动力曲线上表现为吸附的温度三基点：起始点、稳恒渐近范围、饱和点(图3)。
❷pH条件。通过3种作用对吸附发生调节：H⁺或OH-减弱或增强细菌与植物表面间的静电斥力；环境与菌体pH的差，造成化学势(H⁺浓度差)或电化学势（电位差），与细菌的耗能机制发生关系从而影响菌体运动，和吸附状态的转变；植物识别子的作用要求一定的pH值条件，如大白菜对软腐菌的识别子是细菌凝集素(agglutinin)，在根表作用的pH值范围为5.8～7.2。
❸Ca²⁺、Mg²⁺。一般认为它们有两种作用：减弱静电斥力；结合到植物识别子或细菌识别子分子中增强分子联结力。

图3 大白菜软腐病菌在不同温度下对寄主根表的吸附量

遗传因子 在根癌土壤杆菌中，至少有3类染色体基因与参与吸附的3类物质的遗传控制有关。❶psc类基因(polysaccharide-encoding genes)。最初叫exo基因(exo-polysaccharide genes)，与菌体表面多糖的合成有关。已鉴定的一个位点pscA(=exoC)控制胞外多糖(EPS)的合成，它与苜蓿根瘤菌(其EPS参与吸附作用)的该位点所处的染色体位置相同，但与发根土壤杆菌(A.rhizogens)的pscA无同源性。在pscA位点突变中，EPS合成量的增加导致吸附能力减弱。psc基因还与脂多糖(LPS)的合成控制有关，插入突变可使LPS发生3种变化：❶分子量增加；中心低聚糖组分增多；O-抗原中β-2葡聚糖丢失，都导致吸附能力丧失。
❷Ivr类基因(Tn5 insertion sites)。是指用转座子Tn5插入失活的染色体基因位点中与吸附有关的基因。其中一个位点Ivr-225控制一个79×1000的表面多肽的合成，它的突变导致病菌不能合成这个多肽，并使吸附能力丧失。
❸其它基因。包括chv (chromosome-encoded virulence) A和B、att(attachment)基因及控制CF的基因（见病原物趋性）。病菌的吸附能力随它们各自的插入失活而丧失；失去CF合成能力的突变体不能完成吸附的第二步。
专化性 在不同的植物-细菌相互作用系统中提出不同的学说或证据，认为吸附与寄主专化性有关。
豆科植物一根瘤菌系统 选择吸附学说(selectiveadsorption hypothesis)认为，根瘤菌对寄主与非寄主植物根毛吸附的选择性，是病菌致瘤专化性的重要原因。主要有4方面证据：一种根瘤菌或其某菌株只能浸染少数几种或一种豆科植物并致瘤，只有先发生吸附才能引起根瘤；吸附缺失导致致瘤能力丧失；人工突变引起的寄主范围的变化，与根瘤菌对新寄主的吸附能力相一致；在互作的9个阶段(表2)中，前面某个阶段的行为缺失突变，可使后面的反应不能继续发生。

表2 豆科植物一根瘤菌相互作用的发展阶段

阶段	反 应	基因符号
1 2 3 4 5 6 7 8 9	趋性聚集，根表增殖 根毛吸附 根毛卷曲 侵染线形成 根瘤发生、成长 菌体释放 菌体结构分化 固氮 根瘤功能稳定性	Roc Roa Hac Inf Noi Bar Bad Nif Nop

据格尔文(S.B.Gelvin 1984)和纳卡和哈格多恩(J.P.Nakas and C. Hagedorn 1990)。
双子叶植物—根癌土壤杆菌系统 位点吸附学说(site attachment hypothesis)认为，毒性菌株对寄主伤口上吸附位点的吸附，是侵染和致瘤的先决条件；如果无毒菌株或其它吸附竞争菌事先占据吸附位点，毒性菌株的吸附和致病作用就不能发生。学说的最初证据是：吸附竞争菌对毒性菌株致瘤作用的抑制能力，与它们对寄主伤口的吸附能力相一致；等量混合接种时，吸附竞争与致瘤的抑制存在一对一的数量关系，一个竞争菌菌体的吸附正好抑制一个瘿瘤的形成，统计结果是致瘤抑制效应为50%。
大白菜软腐病系统 病菌吸附的专化性表现为：吸附在植物间、寄主品种间及菌类间、病菌菌株间有明显差别，并与根系侵染能力相一致。吸附竞争菌对病菌吸附的抑制能力，与它们对大白菜根表的吸附能力相一致。以病菌LPS和寄主细菌凝集素间分子结合为机制的吸附，对软腐欧文氏菌类有专化性。
叶斑型植物细菌病害系统 吸附在亲和与非亲和菌株间明显不同。亲和菌株或始终处在SMV距离上，或产生CF类物质在菌体周围形成叶鞘状结构，由它与寄主细胞壁联结，细菌在里面可以自由增殖。非亲和菌体多数能在短时间内到达PMV距离，牢固吸附后引起寄主产生过敏反应(HR)（见病原物定殖）。