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硅提高黄瓜白粉病抗性和耐盐性的生理机制研究

魏国强  
【摘要】: 硅是植物生长的有益元素,尽管硅在农业上被作为抗病物质的研究已有很长时间,但是它的特性及其在植物中的作用方式仍不明确,硅在增强植物抗病性中的作用机理还有争议;最近的研究还表明,硅可提高大麦、小麦、玉米、水稻等作物的耐盐性,但国内外有关硅对黄瓜耐盐性影响的研究甚少,硅对作物耐盐性的影响及其机制仍不清楚。因此,本研究通过探讨施硅和诱导接种白粉菌对黄瓜幼苗的影响以及盐胁迫下施硅处理黄瓜幼苗生理生化的变化,阐明硅在抵御、缓解病害中的调控机制及提高黄瓜耐盐性的作用机理。主要研究结果如下: 1.接种白粉病菌(Sphaerotheca fuliginea)后,抗/感病品种施硅处理叶片的超氧自由基(O_2~-)产生速率、H_2O_2和丙二醛(MDA)含量明显低于不施硅处理,施硅提高了叶片抗坏血酸过氧化物酶(APX)、愈创木酚过氧化物酶(GPX)、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性;施硅显著提高抗病品种津春4号叶片脱氢抗坏血酸还原酶(DR)活性,但对感病品种ZJ02-09的DR活性影响不大;施硅降低黄瓜叶片中抗坏血酸(AsA)含量,但提高了还原型谷胱甘肽(GSH)含量。无论接种与否,施硅处理SiO_2的含量显著高于不施硅处理。施硅能显著降低感病品种的白粉病病情指数,提高其对白粉病的抗病能力。 2.接种白粉病菌(Sphaerotheca fuliginea)后,黄瓜抗/感病品种叶片的叶绿素含量、Fv/Fm、PSII、Fv/Fo、NPQ和qP明显降低,施硅处理提高了叶绿素含量、Fv/Fm、PSII、Fv/Fo和NPQ,并显著提高抗病品种津春4号叶片的qP值。 3.接种白粉病菌(Sphaerotheca fuliginea)后,黄瓜抗/感病品种叶片中苯丙氨酸解氨酶(PAL)、多酚氧化酶(PPO)活性明显升高,抗病品种津春4号叶片的酶活性明显高于感病品种ZJ02-09;伴随酶活性的变化,阿魏酸、绿原酸、HRGP、木质素、总酚和类黄酮含量也明显增加;施硅能显著提高黄瓜感病品种叶片中PAL和PPO活性,但施硅对抗病品种酶活性的影响不显著。 4.黄瓜感病品种ZJ02-09幼苗第2叶喷施20mmol·L~(-1)K_2SiO_3溶液后,叶片中几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶活性明显升高,并诱导第3、4片叶中几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶活性增强,从而抵制以后白粉菌(Sphaerotheca fuliginea)的侵入。上述结果表明,几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶活性与诱导系统抗病直接相关。喷施20mmol·L~(-1)K_2SiO_3溶液能安全、有效地诱导黄瓜抵抗白粉病。 硅提高黄瓜对白粉病抗性的可能作用机理是:在黄瓜-白粉菌的相互作用中,硅参与了植物的代谢或生理活动,诱发植物产生对病原菌的一系列抗性反应,增强植株的系统抗病性,从而抑制白粉病菌对黄瓜的危害。 5.盐胁迫抑制黄瓜幼苗生长,加硅处理幼苗地上部相对生长速率明显大于不加硅处 理。盐胁迫显著降低叶片叶绿素含量、净光合速率(即)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs) 和光系统H光合电子传递量子效率(中PSH),加硅提高了盐胁迫下黄瓜幼苗叶片叶绿 素含量、pn、Tr、Gs以及叶绿素荧光参数ps 11、Fv压m、Fv用。、qp和NPQ。盐胁迫 显著增加叶片细胞间隙CO:浓度(Ci),加硅处理叶片的Ci值显著小于不加硅处理。盐 胁迫下黄瓜叶片中脯氨酸和可溶性糖含量显著增加,加硅降低了盐胁迫下黄瓜幼苗叶片 中脯氨酸和可溶性糖含量。说明硅有利于黄瓜对光能的捕获和转换,明显促进植物生长, 降低盐胁迫对黄瓜的抑制作用。 6,在盐胁迫条件下,加硅处理黄瓜幼苗叶片中02一产生速率、电解质渗透率、HZOZ 和MDA含量显著低于不加硅处理;加硅处理黄瓜叶片中AsA和GSH含量明显高于不 加硅处理;加硅提高了盐胁迫下黄瓜幼苗叶片中”X、DR、SOD、GPX和谷肤甘肤过 氧化物酶(GR)活性;加硅对盐胁迫下黄瓜幼苗中CAT活性影响不大。因此,可以推 论,盐胁迫下加硅处理黄瓜幼苗叶片中较高的AsA、GSH含量和较高的”x、DR、SOD、 GPX和GR活性,较低的02一产生速率、电解质渗透率、HZO:和MDA含量与硅提高 黄瓜幼苗的耐盐性有关。硅可能参与了植物的代谢或生理活动。 7.经50 mmol·L-,NaCI分别处理5、10d后,2个黄瓜品种幼苗地上部和根系Ca、K、 Zn等元素含量明显下降,Na、Cl、Mn等元素含量显著高于CK,加硅显著提高盐胁迫 下黄瓜幼苗地上部和根系Ca、K、Zn等元素含量,并降低Na、Cl、Mn等元素含量; 硅提高盐胁迫下黄瓜植株的干物质量和相对含水量,显著改善了盐胁迫下黄瓜植株的养 分平衡状况。2个黄瓜品种地上部和根系P、Ca、Mg、K、Na、Si、Cl等元素浓度变化 均无明显差异,而地上部N元素及根系Mn元素含量变化方面存在差异。 8.盐胁迫严重抑制黄瓜幼苗生长,根细胞质膜H+一ATPase、液泡膜H十一ATPase、H气PPase 和ca2+一ATPase活性明显降低。硅处理提高盐胁迫黄瓜根质膜H+一ATPase活性,减缓盐 胁迫对根系生长的抑制作用;此外硅处理提高盐胁迫黄瓜根液泡膜H气ATPase、 H气PPase、C扩气ATPase活性,一定程度上维持了液泡膜质子泵活性,有效地防御了细 胞质酸化,这可能是硅提高黄瓜耐盐性的一个重要因素。 9.在盐胁迫条件下,黄瓜幼苗根系细胞质膜H十一ATPase活性降低、NADH和NADPH 氧化速率,Fe(c哟63一


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