外源鈣和茉莉酸甲酯誘導(dǎo)番茄植株抗灰霉病研究.pdf

<p>西北植物學(xué)報(bào) ，（）： 文章編號(hào) ：（）外源鈣和茉莉酸甲酯誘導(dǎo)番茄植株抗灰霉病研究李天來 ，張亢亢 ，余朝閣 ，李琳琳（沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院 ，設(shè)施園藝省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 ，遼寧省設(shè)施園藝重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 ，沈陽）摘要 ：以 遼園多麗 番茄幼苗為材料 ，研究了經(jīng)鈣 （）、鈣螯合劑 （）和茉莉酸甲酯 （）處理后接種番茄灰霉病幼苗葉片的病情指數(shù) 、活性氧 （、·）含量和過氧化氫酶 （）、超氧化物歧化酶 （）、過氧化物酶 （）活性的變化 。結(jié)果顯示 ：（）、處理番茄幼苗的灰霉病發(fā)病率分別比對(duì)照顯著降低、和 ，而處理又顯著低于 、處理 和 ；處理高于 處理 ，但低于 處理 ；處理低于 處理 。（）、及 處理番茄幼苗葉片中活性氧積累量高于對(duì)照 ，處理又高于 、處理 ；但 處理活性氧積累量低于 處理 ，而高于 處理 ；處理的活性氧含量高于 處理 。（）、及 處理幼苗葉片的 、的活性均比對(duì)照提高，且以處理最高；而處理抗氧化酶活性低于 處理 ，但高于 處理 ；處理抗氧化酶活性高于 處理 。研究表明 ，鈣在茉莉酸甲酯誘導(dǎo)番茄抗灰霉病過程中具有重要調(diào)節(jié)作用 ，這種作用與鈣促進(jìn)茉莉酸甲酯誘導(dǎo)番茄活性氧積累和抗氧化酶活性有關(guān) 。關(guān)鍵詞 ：鈣 ；茉莉酸甲酯 ；灰霉病 ；番茄 ；誘導(dǎo)抗性中圖分類號(hào) ： 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 ： ， ， ， （ ， ， ， ，）： ， （ ·） ， ， ， ：（）， （） ， ， ， （） ， 收稿日期：；修改稿收到日期 ：基金項(xiàng)目 ：國(guó)家 “十二五 ”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目 （）；遼寧省重大科技攻關(guān)項(xiàng)目 （）作者簡(jiǎn)介 ：李天來 （），男 ，博士 ，教授 ，主要從事設(shè)施蔬菜栽培與生理研究 。： ， （） ， ， ， ， ：； ； ； 灰霉病是設(shè)施番茄生產(chǎn)中最重要的病害之一 ，長(zhǎng)期依賴于農(nóng)藥防治 ，極易導(dǎo)致環(huán)境和產(chǎn)品污染 ，而誘導(dǎo)抗性為蔬菜病害防治指明一條可持續(xù)途徑。茉莉酸是一種重要的植物激素 ，它不僅影響植物體的生長(zhǎng)和發(fā)育 ，而且與抵抗病原侵染有關(guān) ，它可啟動(dòng)植物體內(nèi)抗病防御基因的表達(dá) ，從而調(diào)控植物的防御反應(yīng) 。現(xiàn)已證明茉莉酸對(duì)增強(qiáng)水稻 、番茄 、馬鈴薯 、甜菜等抗病有積極的作用。近年來研究認(rèn)為活性氧的積累是植物抗病反應(yīng)的早期特征之一 ，并參與一系列抗病防衛(wèi)反應(yīng)的過程 。在植物與病原物不親和互作中 ，活性氧快速大量積累 ，而親和互作中則基本維持不變。病原菌侵染植株而激活信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)防御途徑 ，原生質(zhì)膜的受體激發(fā)子和透過細(xì)胞膜的離子流動(dòng)（、）調(diào)節(jié)下游反應(yīng) ，產(chǎn)生活性氧爆發(fā) （活性氧產(chǎn)物 ）、第二信使茉莉酸 、乙烯和水楊酸的形成。擬南芥中發(fā)現(xiàn)胞外及胞內(nèi)共同參與茉莉酸誘導(dǎo)的鈣動(dòng)員，表明鈣信號(hào)參與了茉莉酸途徑 ，且鈣作為胞內(nèi)第二信使也參與植物抗病防衛(wèi)反應(yīng)。雖然迄今鈣和茉莉酸分別在植株抗病中的作用研究較多 ，但關(guān)于鈣在茉莉酸甲酯防御途徑中所起的作用和鈣與茉莉酸甲酯復(fù)合施用對(duì)植株的抗病性影響 ，國(guó)內(nèi)外鮮有報(bào)道 ，而且鈣對(duì)茉莉酸甲酯誘導(dǎo)番茄抗病 、活性氧及抗氧化酶系統(tǒng)的影響機(jī)制尚不明確 。因此 ，本實(shí)驗(yàn)通過鈣 、鈣螯合劑與茉莉酸甲酯分別及復(fù)合施用后接種番茄灰霉病 ，測(cè)定番茄葉片活性氧及抗氧化酶等指標(biāo) ，探討鈣在茉莉酸甲酯誘導(dǎo)下番茄抗灰霉病途徑中的作用 ，并為番茄品種抗病性改良和防治措施制定提供理論依據(jù) 。 材料和方法 材料本實(shí)驗(yàn)于年月在沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科研基地日光溫室內(nèi)進(jìn)行 ，供試番茄品種為 遼園多麗 （ ）。供試灰霉菌（ ）由田間分離所得 。病菌培養(yǎng)基為馬鈴薯 葡 萄 糖 瓊 脂 培 養(yǎng) 基 （）。茉 莉 酸 甲 酯（ ）為公司生產(chǎn) ，鈣抑制劑為上海國(guó)藥生產(chǎn) 。 設(shè)計(jì) 番茄幼苗培養(yǎng)年月日 ，挑選籽粒飽滿 、大小均勻的番茄種子 ，經(jīng)溫水處理后 ，于水溫浸種，然后置光照培養(yǎng)箱中催芽 ，選擇出芽一致的種子 ，進(jìn)行穴盤基質(zhì)育苗 。植株長(zhǎng)到片真葉時(shí) ，選擇長(zhǎng)勢(shì)一致的植株于×塑料缽中進(jìn)行分苗 。待植株長(zhǎng)到片真葉時(shí) ，轉(zhuǎn)至安有空調(diào)的拱棚中 ，保證：到：棚內(nèi)溫度。 灰霉病孢子懸浮液的制備將灰霉菌常規(guī)方法純化后 ，接種到培養(yǎng)基上 ，下培養(yǎng)，在超凈工作臺(tái)上將培養(yǎng)基切下放入裝有無菌水的錐形瓶中 ，振蕩，層紗布過濾 ，鏡檢調(diào)整孢子懸浮濃度為× 。 幼苗處理試驗(yàn)共設(shè)置 ：茉莉酸甲酯 （）、（）、（）、茉莉酸甲酯（）和茉莉酸甲酯（）等個(gè)處理 ，以 蒸 餾 水 為 對(duì) 照 （）。其 中 的、濃度分別為、和·，每組處理株 。按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)將上述溶液分別均勻噴施于番茄幼苗葉片背面 ，直到滴水為止 。為增強(qiáng)吸收效果 ，在上述溶液中加入的。噴施處理第天噴施灰霉菌孢子懸浮液于植株第、片葉 ，濃度為× ，接菌后內(nèi)進(jìn)行遮蔭 ，保證濕度在以上 ，第天正常光照 。于接菌后的、取植株第、葉 ，經(jīng)液氮速凍后置于的冰箱保存 ，用于相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定 。單株取樣 ，次重復(fù) 。 測(cè)定項(xiàng)目與方法 病情指數(shù)接種后調(diào)查發(fā)病情況 ?；颐共“l(fā)病程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為 ：級(jí) ，無病斑 ；級(jí) ，病斑西北植物學(xué)報(bào)卷面積占葉面積以下 ；級(jí) ，病斑面積占葉面積；級(jí) ，病斑面積占葉面積；級(jí) ，病斑面積占葉面積；級(jí) ，病斑面積 占葉面積以上 。采用分級(jí)計(jì)數(shù)法計(jì)算病情指數(shù) 。病 情 指 數(shù) （）（各級(jí)病葉數(shù)×各級(jí)代表值 ）調(diào)查總?cè)~數(shù)×最高一級(jí)代表值× 超氧陰離子產(chǎn)生速率和過氧化氫含量葉片超氧陰離子 （·）的產(chǎn)生速率采用羥胺氧化法測(cè)定，過氧化氫 （）含量采用等的方法測(cè)定 。 抗 氧 化 酶 活 性葉 片 超 氧 化 物 歧 化 酶（）活性的測(cè)定采用光氧化還原法 ，以抑制光氧化還原的酶量為一個(gè)酶活性單位；過氧化氫酶 （）活性的測(cè)定采用紫外吸收法 ，以每分鐘吸光度減少為一個(gè)酶活力單位 ；過氧化物酶 （）活性的測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法 ，將每分鐘吸光度增加時(shí)為一個(gè)酶活力單位。 數(shù)據(jù)處理試驗(yàn)所得數(shù) 據(jù) 采 用軟 件 處 理 ，軟件進(jìn)行單因素方差 （）分析 ， 軟件進(jìn)行繪圖 。 結(jié)果與分析 不同處理對(duì)番茄幼苗病情指數(shù)的影響由圖可知 ，與相比 ，、處理病情指數(shù)分別顯著降低、和（），而處理病情指數(shù)與對(duì)照相比沒有顯著差異 ；處理病情指數(shù)比、單獨(dú)處理顯著下降、，但處理病情指數(shù)比單獨(dú)處理顯著升高，低于處理；處理比處理極顯著降低。此結(jié)果說明和茉莉酸甲酯均能顯著誘導(dǎo)降低番茄灰霉病發(fā)病率 ，外源鈣對(duì)茉莉酸甲酯誘導(dǎo)番茄抗灰霉病具有促進(jìn)作用 ，而缺鈣處理則抑制茉莉酸甲酯對(duì)番茄抗灰霉病的誘導(dǎo)作用 。 不同處理對(duì)番茄葉片活性氧代謝的影響圖，顯示 ，隨著接種時(shí)間的延長(zhǎng) ，番茄幼苗葉片的·產(chǎn)生速率在、和處理中變化趨勢(shì)相似 ，均表現(xiàn)為先上升后下降的單峰曲線 ，并均在接種時(shí)達(dá)到高峰 。而、處理的·產(chǎn)生速率均出現(xiàn)個(gè)峰值 ，且各處理出現(xiàn)峰值的時(shí)間有異 。其中 ，處理·產(chǎn)生速率在接種之后迅速上升 ，在達(dá)到高峰之后下降 ，·產(chǎn)生速率顯著高于；處理·產(chǎn)生速率在接種和時(shí)形成個(gè)峰值 ，均顯著高于期李天來 ，等 ：外源鈣和茉莉酸甲酯誘導(dǎo)番茄植株抗灰霉病研究處理 ，之后·產(chǎn)生速率減慢 ；處理·產(chǎn)生速率的變化趨勢(shì)與類似 ，但始終低于處理 。處理·產(chǎn)生速率低于處理 。就含量而言 ，除處理產(chǎn)生個(gè)峰值外 ，各處理的變化趨勢(shì)基本相同 ，即均在接種和達(dá)到峰值 ，之后逐漸下降 （圖，）。其中 ，處 理個(gè) 峰 值 的含 量 分 別 高 出、；處理達(dá)到峰值的含量分別高出處理、；處理的兩個(gè)峰值均低于處理 ，但高于處理 。對(duì)照組和處理的含量變化是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過程 ，前期波動(dòng)上升 ，之后下降 。說明外源鈣能夠促進(jìn)了茉莉酸甲酯誘導(dǎo)番茄抗灰霉病信號(hào)物質(zhì)的合成 ，而缺鈣處理則抑制了茉莉酸甲酯誘導(dǎo)的合成 。 不同處理對(duì)番茄葉片抗氧化性酶的影響圖，顯示 ，隨著接種時(shí)間的延續(xù) ，蕃茄幼苗中活性在處理和處理均出現(xiàn)個(gè)峰圖 不同處理番茄幼苗的 （）、（）、（）活性隨接種時(shí)間的變化 （），（），（） 值 ，并顯著高于，而在其他處理則呈現(xiàn)先逐漸上升后平緩下降的單峰曲線 。處理活性前期明顯增加 ，而后呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡 ，但始終高于；處理的活性顯著高于處理 ，而處理的活性始終低于處理 ，但高于單獨(dú)處理 。同時(shí) ，各處理番茄幼苗活性的變化趨勢(shì)與對(duì)照相似 ，先升高然后較緩慢地下降 ，、處理均在接種第天達(dá)到最大值 ，和處理則在第天達(dá)到峰值 ，并且均高于（圖，）。各處理活性在接種后變化幅度差異不大 ，其中處理在接種上升之后始終處于較高水平 ，說明其幼苗中能清除過多超氧陰離子 ，有效減輕體內(nèi)氧化損傷 。番茄幼苗活性在處理中隨接種時(shí)間的延續(xù)逐漸升高 ，于第天時(shí)達(dá)到峰值 ，之后下降 ；其他處理的活性均在接種第天時(shí)達(dá)到峰值 ，之后逐漸下降 ，每個(gè)處理都高于（圖，）。其中 ，處理活性顯著高于，在接種第天時(shí)是對(duì)照活性的倍 ；處理的活性始終高于處理 ，接種第天時(shí)約是處理的倍 ；處理的活性始終低于處理 ，高于處理 ?？梢?，誘導(dǎo)能茉莉酸甲酯提高番茄幼苗的活性 。 討論已有研究證實(shí) ，在很多植物系統(tǒng)中和茉莉酸在調(diào)控病原菌引起的防御反應(yīng)中起關(guān)鍵作用。本研究結(jié)果表明 ，外源鈣能提高茉莉酸甲酯誘導(dǎo)番茄抗灰霉病能力 ，而鈣螯合劑抑制茉莉酸甲酯抗灰霉病能力 ，即鈣信號(hào)途徑對(duì)茉莉酸甲酯抗灰霉病防御途徑有影響 ，這和 等及等研究結(jié)果一致 。病原菌或者其他激發(fā)子侵入植株后可誘導(dǎo)超氧陰離子 、過氧化氫等活性氧爆發(fā) ，·的產(chǎn)生速率增加 ，可以誘導(dǎo)植保素的積累；低濃度可抑制真菌孢子萌發(fā) ，高濃度活性氧對(duì)植株有害。在本實(shí)驗(yàn)中 ，外源鈣能提高茉莉酸甲酯誘導(dǎo)番茄抗灰霉病過程中的·產(chǎn)率 ，·產(chǎn)生速度快 ，表明處理對(duì)灰霉病菌侵染更敏感 ，能較早 、較快地產(chǎn)生·；同時(shí) ，外源鈣也增加誘導(dǎo)茉莉酸甲酯抗灰霉病過程中的含量 ，可直接作為信號(hào)傳遞過程中的中間體 ，在轉(zhuǎn)錄水平和調(diào)控植物體內(nèi)各種防御相關(guān)基因的表達(dá)。而外源抑制了茉莉西北植物學(xué)報(bào)卷酸甲酯誘導(dǎo)番茄抗灰霉病活性氧的積累 ，這是因?yàn)殁}螯合劑影響了防御途徑 ?？寡趸冈谥仓牦w內(nèi)相互協(xié)調(diào) ，限制病菌侵染 ，從而有效保護(hù)細(xì)胞膜穩(wěn)定性和功能 ，增強(qiáng)植株抗病能力 。但、在植株抗病反應(yīng)中的變化規(guī)律說法不一 。一種是酶活性增加與抗病性呈正相關(guān) ，另一種是酶活性與抗病性呈負(fù)相關(guān) 。本實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn) ，抗氧化酶活性與番茄抗灰霉病強(qiáng)弱呈正相關(guān) ，這與前人研究結(jié)果一致。是主要的活性氧清除酶類 ，它催化·轉(zhuǎn)化為和。經(jīng)處理的番茄葉片中·產(chǎn)生速率高 ，刺激活性增強(qiáng) ，所以處理活性高于其他處理 ，且長(zhǎng)時(shí)間保持較高水平 ，導(dǎo)致葉片含量升高 。通過活性提高進(jìn)而引起含量的增加 ，這是鈣誘導(dǎo)茉莉酸甲酯抗番茄灰霉病的機(jī)制之一 。雖然活性氧維持在相對(duì)較高的水平對(duì)植物的抗病性是有益的 ，但過量的活性氧通過脂質(zhì)過氧化破壞植物細(xì)胞 ，所以必須有足夠的抗氧劑而使活性氧維持在一個(gè)較低水平。和能使轉(zhuǎn)化為和，在活性氧的清除和維持植物體內(nèi)活性氧的正常水平中起作用 。處理后 ，番茄葉片中、活性上升 ，且處理后番茄葉片、活性比處理顯著升高 ，更有利于植株體內(nèi)活性氧的平衡 ，而鈣螯合劑抑制茉莉酸甲酯抗灰霉病途徑中抗氧化酶活性 。這說明鈣提高了茉莉酸甲酯抗灰霉病途徑中抗氧化酶活性 ，減少活性氧爆發(fā)對(duì)番茄造成的傷害 。綜上所述 ，外源鈣在茉莉酸甲酯誘導(dǎo)番茄抗灰霉病過程中 ，一方面加快前期活性氧水平的升高 ，升高的活性氧作為信號(hào)分子調(diào)控植株抗病過程 ；另一方面也影響番茄葉片抗氧化酶系統(tǒng) ，維持植株體內(nèi)活性氧的平衡 。外源鈣促進(jìn)茉莉酸甲酯誘導(dǎo)番茄抗灰霉病的原因在于激活了活性氧代謝 ，進(jìn)而增加抗氧化酶活性 ，具體機(jī)理是激活了番茄抗灰霉病的防御途徑 ，降低番茄灰霉病發(fā)病指數(shù) ，對(duì)植株抵御番茄抗灰霉病起到了積極作用 。參考文獻(xiàn) ： ， ， ，： ， ： ， ，： ， ， ， ，（）： （張智慧 ）， （聶燕芳 ）， （何磊 ）， （植物病理學(xué)報(bào) ），（）：（ ） （余朝閣 ）， （李天來 ）， （孟慶娟 ）， （沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) ），（）：（ ）楊艷麗 外源茉莉酸影響馬鈴薯對(duì)晚疫病抗性的初步研究 長(zhǎng)沙 ：湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) ，石力偉 茉莉酸處理對(duì)甜菜抗叢根病性的作用 呼和浩特 ：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) ， ： ，： （宋鳳鳴 ）， （鄭重 ）， （葛秀春 ） （植物生理學(xué)通訊 ），：（ ） ， ，： ， ， ， ，： ， ，：期李天來 ，等 ：外源鈣和茉莉酸甲酯誘導(dǎo)番茄植株抗灰霉病研究 （潛宗偉 ）， （唐曉偉 ）， （吳震 ）， （中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào) ），（）：（ ） （孫清鵬 ）， （于涌鯤 ）， （萬善霞 ）， （中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué) ），（）：（） （龍書生 ）， （曹遠(yuǎn)林 ）， （康振生 ） （植物病理學(xué)報(bào) ），（）：（ ） （趙俊霞 ）， （陳穎 ）， （王立安 ） （微生物學(xué)通報(bào) ），（）：（ ） ： ，： ， ， ，（）：曹建康 果蔬采后生理生化實(shí)驗(yàn)指導(dǎo) 北京 ：中國(guó)輕工業(yè)出版社 ，：陳建勛 ，王曉峰 植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo) （第 版 ）廣州 ：華南理工大學(xué)出版社 ，： ， ， ， ，： ， ， ， ，： ， ， ，（）： ， ，： ， ， ， ，： ， · ，： ， ， ， （ ） ，（）： ，： （黃艷 ），（明建 ）， （鄧雨 艷 ）， （食品科學(xué) ），（）：（ ） ， ， ， ，（）：西北植物學(xué)報(bào)卷</p>