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《浙江大学》 2008年
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黄瓜自毒物质和枯萎病的致害及其调控机制研究

丁桔  
【摘要】: 设施栽培业已成为我国现代农业中的重要组成部分,但是由于设施栽培复种指数高、作物种类单一等特点,随着栽培年限的增加,连作现象十分普遍,严重影响了蔬菜作物的产量和品质,成为设施栽培中亟待解决的瓶颈问题之一。因此,探明连作障碍对蔬菜的影响机制、提高设施蔬菜的抗性是现阶段的重要任务。本文以不同基因型的黄瓜(Cucumis sativus L.)及与黄瓜同科不同属的黑籽南瓜(Cucurbitaficifoli Bouché)作为试材,研究了自毒物质肉桂酸(CA)、根系枯萎病菌(FO)对根系活性氧代谢、基因表达和根际微生物群落等方面的影响,并研究了外施24-表油菜素内酯(EBL)缓解黄瓜枯萎病发生的生理分子机制。所取得的主要结果如下: 1.同科不同属的黄瓜和黑籽南瓜幼苗对黄瓜根系分泌物中的自毒物质肉桂酸(CA)存在着不同的生理响应。CA处理导致黄瓜根系NADPH氧化酶、过氧化物歧化酶(SOD)、愈创木酚过氧化物酶(GPX)和过氧化氢酶(CAT)活性及O_2~(·-)产生速率和H_2O_2含量上升,膜H~+-ATPasc活性降低,细胞膜脂过氧化,最终导致根系细胞活力下降。但是,这些变化均未在黑籽南瓜的根系中出现。 2.在研究黄瓜和黑籽南瓜幼苗对自毒物质CA响应差异的过程中,还发现黄瓜对自由态CA有较高的吸收量,但是两种作物结合态CA含量均未发生变化,因此将自由态CA转化为结合态不是黑籽南瓜对自毒物质的解毒机制。CA处理还导致黄瓜根系细胞内Ca~(2+)由液泡向细胞质释放,[Ca~(2+)]_(cyt)水平上升,最终抑制根系生长。而黑籽南瓜对CA不敏感。[Ca~(2+)]_(cyt)动态平衡的破坏可能是触发CA毒害黄瓜的主要原因之一。 3.对枯萎病有不同抗性的黄瓜基因型(抗病型津优1号和感病型津研4号)的抗氧化系统与抗性相关基因表达对枯萎病菌FO的响应差异可能是植株对病害有不同抗性的原因之一。接种FO诱导了抗病型津优植株抗性相关基因的全面表达及抗氧化酶活性的暂时上升,从而提高植株的整体抗性,抑制病原菌的侵染。而感病型津研植株受到病原菌侵染后,未激活体内抗性相关基因的全面表达,而是造成ROS的大量积累,抗氧化酶活性的递增,膜脂过氧化的发生,最后导致病害的普遍发生。 4.根际微生物群落受植株基因型和病原菌的复杂相互关系的影响。津研植株接种FO后,营养液中的FO能迅速寄生到根表,根系还分泌大量有利于FO繁殖和生长的分泌物。接种FO引起津优植株根表细菌、真菌和放线菌数目的上升,这些菌通过有效寄生和分泌抗生素,增加植株对病原菌的抗性。PCR-DGGE的结果表明FO的加入使津研植株根表的微生物群落结构发生了显著的变化,但是津优植株根表的微生物群落结构仍保持相对稳定。 5.研究了利用EBL提高黄瓜植株对枯萎病抗性的可行性。灌根和叶面喷施EBL能缓解枯萎病的发生,从而缓解病害对植株生长的抑制作用。同时,EBL预处理显著降低了根系SOD、APX、GPX和CAT等抗氧化酶的活性、PPO和PAL的活性及类黄酮、总酚的含量。但是,灌根和叶面喷施两种处理方式之间没有显著差异。由于EBL的不可移动运输性,使得叶面喷施对根系病害的缓解作用尤有意义。因此,EBL对黄瓜枯萎病的缓解作用不是依赖于抗氧化能力的提高,而可能是通过某种可移动运输的次生代谢物质作为信号物质使植株获得系统抗性。 6.在对根际微生物群落的研究中发现,EBL预处理能减缓由FO侵染引起的微生物数目和细菌群落结构的变化。与FO处理相比,EBL预处理降低了根表和营养液FO的数目,增加了真菌和放线菌的数目,缓解了细菌群落结构的变化,这些结果都表明,EBL诱导的微生物群落平衡状态的保持可能是EBL诱导植株抗性提高的原因之一。 7.为了探讨EBL缓解黄瓜枯萎病发生的分子机理和信号转导途径,研究了叶面喷施EBL和接种FO对黄瓜根系基因表达和ROS代谢的影响。结果表明,EBL能诱导一系列抗性相关基因的表达和酶活性的暂时上升。同时,EBL处理还诱导了H_2O_2的迅速积累,但随着处理时间的延长,H_2O_2的积累效应逐渐消失。这些都表明EBL诱导的对枯萎病的抗性与处理早期H_2O_2的猝发密切相关。 8.研究了叶片喷施EBL后,处理叶片和上下系统叶片H_2O_2积累和基因表达情况,并施用百草枯(PQ)验证了H_2O_2在EBL诱导抗性过程中的重要作用。结果表明,EBL能显著缓解处理和系统叶片由PQ氧化胁迫引起的F_v/F_m下降。喷施EBL可以引起处理叶片H_2O_2的猝发和抗性相关基因的表达。同时,EBL也诱导了邻近系统叶片H_2O_2的积累和基因的表达,但是H_2O_2猝发时间晚于处理叶片,基因表达丰度也低于处理叶片。这些都表明,H_2O_2可能作为信号物质在EBL诱导抗病的过程中起着重要的作用。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:S436.421

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【引证文献】
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