外源褪黑素对大白菜根肿病抗性的生理机制研究

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根肿病是由芸薹根肿菌(Plasmodiophora brassicae L.)侵染引起的土传性病害,直接致使根部肿大,地上部生长不良,具有传播范围广,危害污染性强,严重制约我国十字花科蔬菜产业的发展。外源物诱导植株提升抗病性具有广谱性强、防治效果稳定、绿色安全等特点,受到广大研究者的重视。研究发现褪黑素(Melatonin,MT)可以参与植物多种生理活动,在提高植物病害抗性方面发挥重要作用。已有研究表明,褪黑素参与防御根肿菌对植物的入侵,但作用机制尚不明晰。本试验以大白菜根肿病感病品种“金冠”和抗病品种“文鼎绿旺”为材料,筛选了适宜的褪黑素处理浓度、处理时期及处理方式,探讨了褪黑素对大白菜生长发育、根肿病发病情况、抗氧化系统及抗逆境相关物质的影响,初步揭示了褪黑素诱导根肿病抗性的作用机制,为十字花科蔬菜根肿病防控提供新的途径和技术支撑。主要研究结果如下:1.在大白菜幼苗不同处理时期进行不同浓度褪黑素处理,结果表明:(1)一叶一心期,二叶一心期和四叶一心期灌施褪黑素均能够有效缓解大白菜幼苗根肿病的发病情况,其主要指标株高、地上部鲜重、根长及侧根数均得到提高,三个时期的平均病情指数分别较对照降低18.5%、39.4%、20.6%,平均诱抗指数分别达到1.30、1.81、1.4;(2)褪黑素处理在时期与浓度上存在交互效应,一叶一心期,二叶一心期和四叶一心期最佳褪黑素浓度分别是200μM、400μM、400μM;(3)三个不同处理时期大白菜幼苗的平均壮苗指数较对照分别提高了10.6%、28.2%、27.2%,平均相对壮苗指数较对照分别提高了11.5%、26.8%、24.5%。2.大白菜幼苗经褪黑素浸种处理和灌根处理后,结果表明:(1)灌根和浸种处理均可以有效缓解根肿病发病程度,浸种处理发病率和病情指数分别较对照平均显著降低25.6%、20.4%,灌根处理显著降低25.0%、14.6%;(2)浸种处理和灌根处理后大白菜幼苗生物量较对照均显著增加,株高分别平均增加4.7%、2.9%,地上部鲜重平均提高8.4%、18.1%,叶绿素含量显著增加7.3%、10.1%,净光合速率提高111.1%,SOD活性显著增强12.2%、17.8%,POD活性显著增强12.7%、7.6%,PAL活性增强6.5%、12.1%;(3)大白菜浸种处理最佳诱导浓度是200μM。3.大白菜幼苗经褪黑素预处理后进行盆栽试验,结果表明:经褪黑素灌根预处理不结菌大白菜后,叶片NO、类黄酮含量分别较对照提高34.7%、4.1%,褪黑素灌根预处理结菌大白菜后,NO含量、类黄酮含量分别较对照增长了27.2%、31.7%,同时过氧化氢(H2O2)和超氧阴离子的含量均降低,ROS的积累量减少。4.大白菜幼苗经褪黑素预处理后移栽田间根肿病圃试验,结果表明:(1)通过灌施褪黑素显著增加大白菜株高、株幅,叶片等生理性状,增加生物量积累,与田间清水对照相比,叶缘黄化程度和死苗率分别降低13.8%、72.5%,根长、侧根数和单株产量分别增长13.9%、6.7%、29.9%;(2)田间病圃中大白菜保护酶SOD和POD活性、可溶性糖、Vc含量和可溶性蛋白,与田间清水对照相比分别增长了21.0%、6.0%、16.6%、7.3%和24.4%,MDA含量降低了7.54%。综上分析,褪黑素诱导大白菜幼苗抗性的最佳时期、浓度和处理方式是在二叶一心期根部灌施400μM的褪黑素溶液。外源褪黑素可有效降低大白菜根肿病的病情指数和发病率,增加植株生物量的积累,提高植株光合作用,增强抗氧化酶的活性,提升活性氧的清除能力,减少细胞膜损害程度,增加叶片NO含量和类黄酮含量,从而提高大白菜抗病能力。
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