黄瓜枯萎病是由半知菌亚门镰孢属的尖抱镰刀菌黄瓜专化型(Fusarium oxysporum f.sp.cucumerinum)引发的世界性真菌土传病害。目前,关于黄瓜枯萎病的发病机制,主要有导管堵塞和毒素作用两种学说。导管堵塞学说认为病原菌侵染后进入植物维管束导管,产生大量的菌丝和菌核,而植物体会形成胼胝质、胶质和侵填体等限制菌丝扩展,这些物质的形成会影响水分的运输,引起植株地上部失水萎蔫。毒素学说认为病原菌产生的毒素能够扰乱植株的代谢活动、破坏细胞膜,导致水分直接从受伤害的细胞中扩散出去,破坏植株水分平衡,引起植株萎蔫死亡。氮素作为植物生长和发育的必需营养元素,通过调控植物的生长和生理、改变根系环境、影响病原菌的生长及毒性来影响植物的发病状况,在植物病害防控中起着至关重要的作用。本试验室课题组前期采用水培试验的方式,研究发现硝态氮营养与铵态氮营养相比,能够抑制黄瓜枯萎病的发生。由于黄瓜枯萎病是土传病害,因此本文采用土壤培养的方式,进一步研究硝态氮营养在黄瓜枯萎病发生中的作用,通过研究不同氮素形态(铵态氮和硝态氮)对黄瓜植株生长、病原菌数量、毒素(枯萎酸)产生以及根际土壤pH和微生物类群的影响,探讨硝态氮营养的抗病机制。在盆栽试验结果的基础上,为进一步研究氮素营养如何影响植物与病原菌的交互作用,我们采用室内营养液培养的方式,通过分析不同氮素形态及浓度下病原菌侵染对黄瓜植株光合特性和水分关系、木质部汁液成分变化、枯萎酸FA的响应能力以及转录水平上碳氮代谢变化,探讨了不同氮素形态及浓度对黄瓜枯萎病发生的影响及其抗病生理机制,主要研究结果如下:1.盆栽试验结果表明,与铵态氮处理相比,硝态氮处理显著抑制黄瓜枯萎病的发生,且硝态氮处理显著促进了黄瓜的生长。病原菌侵染后,与铵态氮处理相比,硝态氮处理植株根系和茎的病原菌数量分别降低了 17%和30%,茎和叶片中的枯萎酸含量分别降低了 49%和76%。病原菌的侵染显著抑制了铵态氮处理植株的生长,增加了铵态氮处理植株叶片电导率,对硝态氮处理植株并无显著影响,说明硝态氮植物的抗病可能与毒素形成有关。离体培养条件下,硝态氮营养显著促进了病原菌的生长和枯萎酸的产生,由此可见,氮素对病害的影响主要是植物-病原菌-环境共同作用的结果。与硝态氮处理相比,铵态氮处理植株根际土pH显著降低,且根际土尖孢镰刀菌的数量显著升高,说明pH能够影响铵态氮处理植株的发病。此外,病原菌侵染后,微生物类群发生改变,铵态氮处理植株根际土真菌数量显著增加,而放线菌的数量显著降低也可能导致铵态氮植株更易感病。2.水培试验研究结果表明,病原菌侵染植株后,高浓度硝营养更能抑制黄瓜枯萎病的发生,而高浓度铵营养更能促进黄瓜枯萎病的发生。与铵态氮营养处理和低浓度硝营养处理相比,高浓度硝营养更能促进黄瓜植株的生长。高浓度铵营养处理的植株光合速率、气孔导度、胞间(CO2浓度以及蒸腾速率较高浓度的硝营养处理分别升高了约23%、29%、10%和18%,水分吸收和叶片温度均显著降低。病原菌侵染显著抑制了铵态氮处理植株光合特性和水分吸收,提高了铵态氮处理植株的叶片温度,尤其是高浓度铵营养处理植株的。高浓度铵营养处理的植株根系、茎和叶片中的氮素、可溶性糖以及蛋白质含量均显著高于高浓度硝营养处理的,而病原菌侵染显著抑制了高浓度铵营养处理植株根系中可溶性蛋白向地上部的转移,叶片中可溶性糖向地下部的转移。说明病原菌侵染后植株物质代谢发生了变化,铵态氮处理植株可能为病原菌提供了更多的营养,从而促进了病原菌的生长和发病率的增加。而离体培养条件下,与高浓度铵营养处理相比,高浓度硝营养下病原菌的菌落直径、孢子浓度及枯萎酸含量分别升高了 21%、4倍和106倍,说明高浓度硝态氮更能促进病原菌的生长和毒素的产生,同时进一步说明了氮素对黄瓜枯萎病发生的影响是植物-病原菌交互作用的结果。3.与铵态氮营养处理相比,高浓度硝营养处理的植株木质部汁液流速显著升高。病原菌侵染后,高浓度铵营养处理的植株木质部汁液中铵态氮、可溶性糖、氨基酸、苹果酸、柠檬酸以及琥珀酸含量均显著升高,与接菌后的高浓度硝营养植株相比,分别升高了 19倍、78%、2.3倍、1.1倍、15倍及5倍;并且木质部汁液中柠檬酸的含量与病情指数呈正相关性,说明铵态氮处理植株木质部汁液可能为病原菌的生长提供了较好的营养,有利于病原菌的生长和繁殖。铵态氮处理植株病原菌的数量显著高于硝态氮处理的,且高浓度铵营养处理植株茎的病原菌数量较低浓度铵营养植株升高了80%,高浓度硝营养处理植株根的病原菌数量较低浓度硝营养处理降低了 1.4倍。与铵态氮处理相比,硝态氮处理植株茎和叶片中的枯萎酸含量均显著降低。鉴于黄瓜植株根系和茎中病原菌数量与铵态氮浓度呈正相关关系,而与硝态氮浓度呈负相关关系,且病原菌数量和FA含量以及发病指数均呈正相关系,表明FA可能是导致高浓度硝处理植株抗病的因素。高浓度铵处理植株病原菌侵染后细胞膜严重受到伤害,而高浓度硝处理植株无显著影响,细胞膜伤害程度与FA的含量呈正相关关系,进一步表明FA含量较低是高浓度硝营养抗病的原因。4.FA处理黄瓜植株后,铵态氮营养中生长的植株表现出萎蔫症状,且高浓度铵营养生长的植株萎蔫症状较低浓度铵营养植株严重;而硝态氮营养生长的植株萎蔫症状不明显,尤其是高浓度硝营养生长的植株,无显著变化。FA处理后,铵态氮营养中生长的植株与硝态氮营养植株相比,水分吸收显著受到抑制,叶片温度以及细胞膜伤害均显著增加,且高浓度铵营养植株变化更显著。此外,与铵态氮营养植株相比,硝态氮营养中生长的植株吸收FA的总量无差异,但吸收FA浓度显著降低,且高浓度硝营养植株FA吸收浓度最低,这可能与FA的选择吸收有关。与高浓度铵营养植株相比,高浓度硝营养植株根系中FA含量增加了 58%,叶片中FA含量降低了 37%,说明高浓度硝营养植株吸收的FA主要积累在根系中,限制了 FA向地上部的转移,使植株根系更耐FA毒性,而叶片中较低浓度的FA降低了对叶片细胞膜的伤害,从而减少了枯萎病的发生。5.不接菌条件下,硝态氮处理的植株叶片和根系的草酸、苹果酸、柠檬酸、琥珀酸、延胡索酸的含量均显著高于铵态氮处理。铵态氮处理的植株根系和叶片内大多数氨基酸含量都显著高于硝态氮处理。病原菌侵染使铵态氮处理的植株叶片中丙氨酸和谷氨酸的含量显著增加,苏氨酸、天冬氨酸、丝氨酸和精氨酸的含量显著降低:而根系内的氨基酸含量均显著增加。转录水平分析结果表明,不接菌条件下,与铵态氮处理相比,硝态氮处理植株中涉及碳代谢的大多数基因的表达水平都上调,而涉及氮代谢的大部分基因的表达水平都下调。病原菌侵染后铵态氮处理植株和硝态氮处理植株根系中调控氨基酸表达的大部分基因的表达水平都上调。因此,铵硝营养影响黄瓜枯萎病的发生可能是由于涉及到有机酸代谢和氨基酸代谢的基因表达水平不同。