周寶利 謝玉宏 陳志霞 杜 亮 葉雪凌
(沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院,遼寧 沈陽 110866)
茄子黃萎病是由大麗輪枝菌(Verticillium dahliae)引起的一種頑固的土傳病害。隨著蔬菜專業(yè)化生產(chǎn)和設(shè)施栽培的發(fā)展,茄子連作栽培越來越普遍,致使茄子黃萎病逐年加重,輕者減產(chǎn)30%~40%,重者絕收。目前,生產(chǎn)上用來防治茄子黃萎病的抗病品種尚不具備理想的抗病性,只是耐或感病程度的差異。用于防治黃萎病的化學(xué)藥劑也不十分理想,且大量用藥會造成環(huán)境污染和蔬菜體內(nèi)殘留,影響生態(tài)環(huán)境和人類健康。近年來,許多研究表明,很多化學(xué)物質(zhì)對植物抗性具有誘導(dǎo)作用(廖春燕 等,2003;郭海淵和云興福,2005;侯琿 等,2006;蔡洪生 等,2007;姚秋菊 等,2008,2009)。有研究表明,過氧乙酸、氟樂靈、草酸鉀和水楊酸浸種處理對茄子黃萎病誘導(dǎo)抗性的防效較高(唐保宏,2003);井岡霉素A、核黃素、VK3、水楊酸、硫酸銅處理茄子后對黃萎病的抗性均有不同程度的提高(王慶芳,2008)。但關(guān)于礦質(zhì)元素誘導(dǎo)茄子黃萎病抗性的研究較少。礦質(zhì)元素是植物正常生長發(fā)育所必需的。一方面,礦質(zhì)元素可作為植物組織的構(gòu)成成分或直接參與新陳代謝;另一方面,礦質(zhì)元素還可改變植物的生長方式、形態(tài)和解剖學(xué)特性,改變生物化學(xué)特性來增強或減弱植物對病蟲害的抵抗力,影響植物的生長。鑒于此,本試驗以茄子黃萎病為研究對象,采用田間施用鉀(K)、鈣(Ca)、硼(B)、硅(Si)的方法,探討 4種元素對接種茄子黃萎病菌后茄子幼苗的發(fā)病率、植株生長狀況及防御酶活性的影響,從而篩選出最佳處理組合,為生產(chǎn)上防治茄子黃萎病提供依據(jù)。
供試茄子品種為西安綠茄,由沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院提供。試驗中 4種礦質(zhì)元素分別以硫酸鉀(K2SO4)、硝酸鈣〔Ca(NO3)2〕、硼酸(H3BO3)、硅酸鈉(Na2SiO3)形式施用,均為化學(xué)分析純,采購于沈陽國藥集團(tuán)化學(xué)試劑沈陽有限公司。試驗中黃萎病病原菌大麗輪枝菌來源于茄子連作病圃中的發(fā)病植株,分離純化后經(jīng)沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院真菌室鑒定,備用。
試驗中將4種物質(zhì)分別設(shè)計成5個不同濃度處理,即:K2SO4120、160、200、240、280mg·L-15種濃度梯度的水溶液(簡稱K處理);Ca(NO3)280、100、120、140、180mg·L-15種濃度梯度的水溶液(簡稱Ca處理);H3BO330、40、50、60、70mg·L-15種濃度梯度的水溶液(簡稱B處理);Na2SiO350、100、200、400、800mg·L-15種濃度梯度的水溶液(簡稱Si處理);以清水作對照。
試驗于2009年3~6月在沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)蔬菜基地10號溫室內(nèi)進(jìn)行,常規(guī)育苗,選取子葉展平、生長勢一致的茄子幼苗移栽于盛有珍珠巖、草炭與蛭石(3 V∶2 V∶1 V)基質(zhì)的育苗缽(11 cm×12 cm)中,每缽1株。待幼苗長至兩片真葉展平時,選取健康、長勢一致的茄子幼苗施用K、Ca、B、Si溶液,每個處理在植株根際約10cm范圍內(nèi)均勻施100mL,每5 d施1次,連續(xù)3次。每處理20株,3次重復(fù),隨機區(qū)組排列。
施用元素處理后,采用灌根法接種黃萎病菌。黃萎病菌孢子懸浮液濃度為2×107cfu·mL-1,每株接種10mL。接種后第14天開始發(fā)病,第20天調(diào)查田間發(fā)病情況,計算發(fā)病率和病情指數(shù)。黃萎病病情分級標(biāo)準(zhǔn):0級,無病株;1級,全株黃化萎蔫葉片少于1/4;2級,全株黃化萎蔫葉片占1/4~2/4;3級,全株黃化萎蔫葉片占2/4~3/4;4級,全株黃化萎蔫葉片達(dá)到 3/4以上至全部萎蔫枯死。
同時取樣調(diào)查茄子幼苗的株高、莖粗、根長、全株鮮質(zhì)量。每處理取樣5株,3次重復(fù)。
接菌后第 20天取根系和葉片進(jìn)行根系活力及防御酶活性的測定,每處理取樣 5株。根系活力采用氯化三苯基四氮唑(TTC)法測定;過氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚法測定;多酚氧化酶(PPO)活性采用鄰苯二酚法進(jìn)行測定;苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性采用 L-苯丙氨酸的硼酸緩沖液反應(yīng)測定(郝建軍和劉延吉,2001)。
由表1可知,施加不同濃度K、Ca、B、Si能顯著降低茄子黃萎病的發(fā)病率和病情指數(shù)。各元素最佳濃度為 K 240mg·L-1、Ca 160mg·L-1、B 50mg·L-1、Si 400mg·L-1,發(fā)病率分別為23.33 %、33.34 %、21.67 %、31.67 %。綜合4種元素比較,最好的處理為B 50mg·L-1,其發(fā)病率比對照低46.66個百分點。
表1 不同濃度K、Ca、B、Si對茄子黃萎病發(fā)病率、病情指數(shù)的影響
從表2可以看出,施加不同濃度K、Ca、B、Si各處理均促進(jìn)了幼苗的生長發(fā)育。隨著濃度的升高,促進(jìn)作用呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。K 240mg·L-1、Ca 160mg·L-1、B 50mg·L-1、Si 400mg·L-14個處理組合對茄子幼苗生長發(fā)育的促進(jìn)作用最佳。雖然各元素主要影響的生長指標(biāo)不同,但綜合比較,B 50mg·L-1處理最好,其生長指標(biāo)較對照顯著提高。
如表3所示,施加不同濃度的K、Ca、B、Si促進(jìn)了根系活力及 PAL、POD、PPO的活性,隨著濃度的增加,促進(jìn)作用表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢。其中,活性增加最顯著的濃度處理為K 240mg·L-1、Ca 160mg·L-1、B 50mg·L-1、Si 400mg·L-1。4個最佳處理的根系活力顯著高于對照,分別提高118 %、156 %、286 %、130%;PAL活性分別比對照提高80%、103 %、87 %、92 %;POD活性分別比對照提高18 %、20%、20%、23 %;PPO活性分別比對照提高77 %、65 %、80%、73 %。結(jié)合根系活力綜合比較,最好的處理為B 50mg·L-1。
表2 不同濃度K、Ca、B、Si對茄子幼苗生長發(fā)育的影響
表3 不同濃度K、Ca、B、Si對茄子幼苗根系活力及防御酶活性的影響
本試驗結(jié)果表明,施用不同濃度4種元素處理均降低了茄子黃萎病的發(fā)病率和病情指數(shù),提高了抗病性。在試驗濃度范圍內(nèi),低濃度的 K、Ca、B、Si促進(jìn)了茄子幼苗生長發(fā)育,提高防御酶(POD、PPO、PAL)活性,當(dāng)達(dá)到一定濃度時促進(jìn)作用最強,而后隨著濃度增大,促進(jìn)作用減弱。這種趨勢與田間抗病性調(diào)查結(jié)果一致。
鈣可從維持生物膜的穩(wěn)定性、加強細(xì)胞間的粘結(jié)作用、有效抑制多聚半乳糖醛酸酶的活性、提高植物體內(nèi)多種酶活性等方面影響植物病害的發(fā)生,高鈣濃度處理植物體,有利于植物清除逆境脅迫下增加的有害自由基,防止膜脂過氧化(Tobias et al.,1993;Wisniewski et al.,1995;馮東昕和李寶棟,1998;關(guān)軍鋒 等,2002;蒲熙和溫圣賢,2007)。迄今研究表明,有30多種不同作物病害與鈣關(guān)系密切(伍燁,2008)。本試驗結(jié)果表明,鈣可降低茄子黃萎病的發(fā)病率,并伴隨防御酶活性的升高。這與前人的研究結(jié)果(鈣可提高植物的抗性)相一致(Peng et al.,1999)。鉀可調(diào)節(jié)滲透壓,協(xié)調(diào)運輸及控制氣孔的開關(guān),增厚細(xì)胞壁,提高光合作用,刺激產(chǎn)生木質(zhì)素、纖維素等(劉曉燕 等,2006)。本試驗結(jié)果表明,施鉀有效控制了黃萎病的發(fā)生。這與楊紹聰?shù)龋?009)的研究結(jié)果相一致。
硼能夠促進(jìn)植物體內(nèi)碳水化合物的運輸和代謝,參與半纖維及有關(guān)細(xì)胞壁物質(zhì)的合成,促進(jìn)細(xì)胞伸長和細(xì)胞分裂,促進(jìn)生殖器官的建成和發(fā)育,以及調(diào)節(jié)酚的代謝和木質(zhì)化作用(牛義和張盛林,2003),在木質(zhì)素形成和木質(zhì)部導(dǎo)管分化過程中,硼對羥基化酶和酚類化合物酶的活性起控制作用(劉術(shù)新,2009)。迄今研究表明,硼對不同作物、不同真菌引起病害的抗病效果不同(Raese,1991;Gupta et al.,1995)。本試驗結(jié)果表明,硼能提高茄子防御酶活性,提高茄子對黃萎病的抗性。這與Raese(1991)的報道相反,與Gupta和Singh(1995)的研究結(jié)果一致。
硅的特性及其在植物中的作用方式仍不明確,硅在增強植物抗病性中的作用機理還有爭議。目前,關(guān)于硅抗病的作用機理有兩種觀點:一種是硅沉積假說,認(rèn)為硅沉積在乳突體、表皮層或受真菌侵染部位、傷口處。硅增加了植物細(xì)胞壁的機械強度,起著天然的“機械或物理屏障”作用(Bowen et al.,1992;Samuels et al.,1993);另一種觀點認(rèn)為,在寄主—病原菌的相互作用中,硅起代謝調(diào)節(jié)作用,誘發(fā)植物產(chǎn)生對病原菌的一系列抗性反應(yīng),而且認(rèn)為硅的作用是一種系統(tǒng)性作用,可在植物不同器官中增強其抗病性(Bowen et al.,1992;楊艷芳 等,2003)。本試驗結(jié)果顯示,施硅后茄子對黃萎病的抗病性與POD、PAL、PPO 3種防御性酶活性呈正相關(guān)。硅可能間接參與了植株的代謝,影響了防御酶的活性,誘導(dǎo)植株產(chǎn)生抗病性,為第2種觀點提供了依據(jù)。而且,本試驗與孫萬春等(2009)對硅與水稻稻瘟病的研究結(jié)果一致。
綜上所述,施加鉀、鈣、硼、硅能顯著降低茄子黃萎病的病情指數(shù)和發(fā)病率,具有顯著的抗病效果。4種元素均能提高防御性酶的活性,直接或間接地參與了植株體內(nèi)與防衛(wèi)反應(yīng)有關(guān)的代謝過程,起著積極的生理生化抗病作用。礦質(zhì)元素的抗病機制復(fù)雜,尚需要進(jìn)一步從生理和分子水平上進(jìn)行研究。
蒲熙,溫圣賢.2007.礦質(zhì)元素硅、鈣對水稻抗逆性影響的研究進(jìn)展.作物研究,21(5):616-619.
蔡洪生,晨芳,馬青,馮東昕,高保利.2007.BTH和K2HPO4誘導(dǎo)黃瓜抗霜霉病研究.西北農(nóng)業(yè)學(xué)報,16(1):95-97.
馮東昕,李寶棟.1998.可溶性硅在植物抵御病害中的作用.植物病理學(xué)報,28(4):293-297.
關(guān)軍鋒,高敏,樊秀彩,顧采琴,李廣敏,張繼澍.2002.草莓果實成熟衰老與 Ca2+、CaM、Ca2+~ATPase和活性氧代謝的關(guān)系.中國農(nóng)業(yè)科學(xué),35(11):1385-1389.
郭海淵,云興福.2005.氯鉀離子共體誘導(dǎo)黃瓜抗霜霉病方法的研究.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,26(1):9-15.
郝建軍,劉延吉.2001.植物生理學(xué)實驗技術(shù).沈陽:遼寧科學(xué)技術(shù)出版社:162-166.
侯琿,朱建蘭,周紅平.2006.BTH和水楊酸對甜瓜抗白粉病的誘導(dǎo)作用.果樹學(xué)報,23(5):736-739.
廖春燕,馬國瑞,洪文英.2003.殼聚糖誘導(dǎo)番茄對早疫病的抗性及其生理機制.浙江大學(xué)學(xué)報,29(3):280-286.
劉術(shù)新.2009.硼在土壤-植物系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)移規(guī)律及作物硼耐性的研究〔碩士論文〕.福州:福建農(nóng)林大學(xué).
劉曉燕,何萍,金繼運.2006.鉀在植物抗病性中的作用及機理的研究進(jìn)展.植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報,12(3):445-450.
牛義,張盛林.2003.植物硼素營養(yǎng)研究的現(xiàn)在及展望.中國農(nóng)學(xué)通報,19(2):101-104.
孫萬春,薛高峰,張杰,宋阿琳,葛高飛,李兆君,梁永超.2009.硅對水稻防御性關(guān)鍵酶活性的影響及其與抗稻瘟病的關(guān)系.植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報,15(5):1023-1028.
唐保宏.2003.茄子黃萎病系統(tǒng)誘導(dǎo)抗性機理及應(yīng)用技術(shù)研究〔碩士論文〕.沈陽:沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué).
王慶芳.2008.外源化學(xué)物質(zhì)誘導(dǎo)茄子對黃萎病的抗性研究〔碩士論文〕.雅安:四川農(nóng)業(yè)大學(xué).
伍燁.2008.礦質(zhì)元素(銅、鐵、鈣、鋅)對黃瓜白粉病發(fā)生及其生理生化特性的影響〔碩士論文〕.揚州:揚州大學(xué).
楊紹聰,呂艷玲,段永華,饒敏,張艷軍.2005.番木瓜植株鎂鉀含量變化與缺鉀葉枯病的關(guān)系.中國農(nóng)學(xué)通報,21(9):388-391.
楊紹聰,段永華,張艷軍,呂艷玲,陸松柏,孫鉞,陸星星.2009.“紅花大金元”烤煙葉枯病發(fā)生原因分析.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,23(5):613-620.
姚秋菊,張曉偉,魏國強.2008.硅酸鹽誘導(dǎo)黃瓜系統(tǒng)抗病中主要酶活性的變化.中國農(nóng)學(xué)通報,24(1):359-362.
姚秋菊,張曉偉,蔣武生,魏國強.2009.硅對黃瓜苯丙酸類代謝的影響及與抗白粉病的關(guān)系.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,31(1):16-21.
楊艷芳,梁永超,婁云生,孫萬春.2003.硅對小麥過氧化物酶、超氧化物歧化酶和木質(zhì)素的影響及與抗白粉病的關(guān)系.中國農(nóng)業(yè)科學(xué),36(7):813-817.
Bowen P,Menzies J,Ehret D,Samuels L,Glass A D M.1992.Soluble silicon sprays inhibit powdery mildew development on grape leaves.Journal of the American Society for Horticultural Science,11(7):906-912.
Gupta G K,Singh D.1995.Downy mildew control in pearl millet through nutrient application.Indian Phytopatho,48(4):439-443.
Peng H X,Sivasithamparam K,Turner D W.1999.Chlamydospore germination and Fusarium wilt of banana plantlets in suppressive and conductive soils are affected by physical and chemical factors.Soil Biol Biochem,31:1363-1374.
Raese J.1991.Calcium sprays fertilizers effective against disorders.Good Fruit Grower,42 (6):30-33.
Samuels A L,Glass A D M,Ehret D L.1993.The effect of sili-con supplementation on cucumber fruit:changes in surface character istics.Ann Bot,72:433-440.
Tobias R B,Conway W S,Sam S E.1993.Cell wall composition of calcium-treated apples inoculated with Botrytis cinerea.Phytochem,32(1):35-39.
Wisniewski M,Droby S,Chalutz E.1995.Effects of Ca2+and Mg2+on Botrytis cinerea and Penicillium expansum in vitro and on the biocontrol activity of Candidaoleophila.Plant Patho,44:1016-1024.