黄瓜根系自毒物质对其根系病害的助长作用及其缓解机制研究

【摘要】： 设施农业已成为我国农业中最有活力的产业之一。黄瓜是我国人民喜爱的重要蔬菜之一，是设施生产中的主要栽培种类。但随着有限的设施面积与市场周年需求的矛盾，黄瓜的连作现象十分普遍，连作障碍也十分严重。自毒作用(Autotoxicity)是其中重要的原因之一，业已证明黄瓜具有明显的自毒现象，并已成功地从其根系分泌物中分离和鉴定出包括苯甲酸、肉桂酸等在内的十余种生长抑制物质，这些化合物通过影响黄瓜的离子吸收、水分吸收、光合作用和呼吸作用等生理代谢过程来影响植株生长。黄瓜枯萎病是一种分布较广、危害较重、防治困难的典型根际土传病害，它能在土壤中存活多年，严重影响着黄瓜作物的产量和品质。迄今为止对连作障碍的研究大多停留在单因子水平上，缺乏对连作障碍因子内在相互关系和本质的了解。本研究是在明确黄瓜根系分泌物中自毒物质对其光合作用、离子吸收、酶活性和膜透性影响的基础上，研究了黄瓜根系自毒物质肉桂酸对其根系病害的助长作用及其机理，在此基础上探讨了嫁接和筛选肉桂酸降解菌等途径来缓解自毒物质和枯萎病菌对黄瓜生长影响的可行性，从而为减轻或消除黄瓜的连作障碍提供理论依据和解决途径。研究结果如下： 1)为研究黄瓜自毒物质的短期效应，分别用黄瓜根系分泌物、提取物以及鉴定的一些化感物质研究了它们对光合作用和抗氧化特性的影响。结果发现，这些物质能显著地减低气孔导度、光合作用和蒸腾作用，并伴随着抗氧化保护酶如过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)活性的提高和膜脂过氧化。 2)为证实自毒物质和土传病害之间的相互关系，研究了黄瓜根系分泌物中一种主要的自毒物质—肉桂酸(CA)和枯萎病病原菌(Fusarium oxysporum．f sp．Cucumerinum，FO)对黄瓜植株生长、光合作用以及枯萎病发病率的影响。结果表明，在黄瓜培养液中添加0.10mM或0.25mM浓度的CA或接种FO(10~4孢子／毫升)均显著降低了植株的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和光系统Ⅱ量子传递效率(φ_(PSII))，并伴随着植株生物量的降低，但并不诱导光抑制产生。CA预处理2天后枯萎病发病的效果明显增加并伴有轻微的光抑制发生。CA预处理也明显提高了维管束的褐变指数及培养液中的镰刀菌孢子数目。因此，自毒物质在对植株产生直接抑制作用的同时，也可能通过间接地通过减低植株抗性从而影响植物的生长，加剧连作障碍的产生，从而首次提供了自毒物质助长根部病害导致连作障碍加剧的证据。 孙讲究了自毒物质肉桂酸(005一025mMCA)对黄瓜枯萎病助长作用机制，发现不同浓 度的C气处理后其植株生长明显受到抑制的同时，枯萎病发病率也随着肉桂酸浓度的增加而 增加。病原菌接种显著提高了黄瓜根系中PoD，SOD，APX，ASA等抗氧化系统和苯丙氨酸 解氨酶。队L)等抗病相关酶活性或含量并伴随着HZOZ，O:一等氧自由基及膜脂过氧化产物 MDA含量的增加，而自毒物质的存在显著加剧了以上过程，并导致了根系汗一ATPase及液 泡膜PP二e酶活性及含量也随着自毒物质肉桂酸浓度的增加而呈现逐渐下降趋势，最终导致 其细胞膜结构的损伤。同时，队L、多酚氧化酶(P PO)和酚类物质及类黄酮含量也都相应增 加。因此肉桂酸加剧枯萎病的发生是同其导致的氧化胁迫有密切关系。 4)研究发现黄瓜中的自毒物质具有一定的选择性，虽对黄瓜的生长产生抑制作用，但对 黑籽南瓜并不表现出生长抑制现象。进一步研究表明肉桂酸和枯萎病菌处理对黄瓜嫁接和自 根幼苗根系抗氧化酶系统的影响存在响应差异，500等抗氧化酶活性在防卫反应中的启动 时间先后和种类是不一致的。黑籽南瓜根系比黄瓜根系具有更高的抗氧化酶活性与抗氧化物 质含量，但对自毒物质和枯萎病病原菌表现出一定的迟钝性，添加自毒物质和病原菌并不能 启动黑籽南瓜根系的抗氧化系统，而HZOZ，O2一等氧自由基含量则明显低于自根苗，对根系中 关键酶H子一ATPase活性及根尖细胞亚显微结构都未造成任何影响或伤害。因此，我们认为黄 瓜根系中的自毒物质可能被黑籽南瓜根系作为正常的前体所“代谢”，从而避免生长抑制作 用的产生，但这种差异的具体原因有待于进一步研究。 5)自毒物质肉桂酸加速黄瓜枯萎病的发病率，而嫁接则有效地克服了枯萎病的发生。 进一步研究发现，嫁接苗根系在接种后其队L和PPO活性以及木质素和多酚含量的变化幅 度均没有自根苗明显，其中嫁接苗中pPO活性、木质素和多酚含量均普遍高于自根苗根系。 这表明黑籽南瓜根系具有较强的抗病防卫系统，从而有效地兼具抗枯萎病和自毒的作用。黄 瓜自根苗在CA预处理后再接种FO则诱导了根中可溶性总糖含量的增加。 6)自毒吻质肉桂酸加剧了由枯萎病病原菌引起的光合作用的下降，最后表现为植株生长 的抑制，即连作障碍的加剧。进一步的研究发现，o.25mM肉桂酸及枯萎病菌〔]夕抱子/毫 升)(CA十F())处理后黄瓜叶片叶绿素含量、饱和光合速率(Asat)、Rubisc。最大梭化效率 (Ve，max)、RUBp再生速率(zmax)、Ps 11光合电子传递量子效率(中。S。)、光化学碎灭 (qP)和光化学量子效率(Fv丫万m’)出现显著下降而胞间co:浓度(Ci)则有明显上升，但Psll最