硅对甘蔗黑穗病抗性的影响及生理基础

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由甘蔗鞭黑粉菌(Sporisorium scitamineum)引起的甘蔗黑穗病是甘蔗生产中经济损失最严重的真菌病害,严重影响我国甘蔗产业的安全生产。选育抗黑穗病的甘蔗新品种是防治该病害最有效的手段,但甘蔗育种周期长,而且该病原菌致病力分化快,导致品种抗性丧失,使原抗病品种沦为感病品种。因此,探索新的甘蔗黑穗病防控途径十分必要。硅可提高作物的抗病性已有不少报道,但硅对甘蔗黑穗病抗性的影响尚未见报道。为了探索硅对甘蔗黑穗病抗性的影响及其生理机制。本研究选用感黑穗病品种ROC22和Badila为材料,采用温室桶栽试验,探讨在不同硅施用量处理条件下,硅对甘蔗黑穗病抗性、甘蔗生长及硅吸收量的影响;并基于甘蔗与黑穗病菌互作过程中,硅对病程相关蛋白、次生代谢物质、活性氧酶系等生理生化指标的影响揭示其对甘蔗黑穗病抗性影响的生理基础。主要结果如下:(1)硅能显著提高甘蔗植株各器官的硅含量,且与施硅量呈显著正相关关系(ROC22的Si处理茎硅含量除外)。适量的施硅(施硅量分别为5 g、10 g、15 g/桶)不仅能促进甘蔗根系生长,还能提高甘蔗的光合与蒸腾作用,能有效地提高甘蔗的株高、茎径、地上与地下干重,促进甘蔗生长。(2)硅能显著提高甘蔗对黑穗病的抗性,与不施硅相比,两甘蔗品种的株发病率显著降低,分别下降了11.57-22.58%、27.75-46.67%,同时各器官含硅量与发病率呈显著负相关(ROC22的Sis处理叶硅含量除外)。此外,与不接种黑穗病菌处理相比,接菌处理施硅后,甘蔗植株各器官硅含量显著提高。(3)在甘蔗黑穗病的胁迫下,与不施硅处理相比,施硅处理的甘蔗叶片几丁质酶与β-1,3-葡聚糖酶活性显著升高,有效提高甘蔗对黑穗病的抗性。说明硅可以通过调控甘蔗的生理生化代谢参与到抗病过程。(4)在甘蔗黑穗病的胁迫下,与不施硅处理相比,施硅处理的甘蔗叶片多酚氧化酶(PPO)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性显著升高,与株发病率降低一致;总可溶性酚与木质素的含量也显著升高,与PPO、PAL活性升高一致。说明硅参与甘蔗次生物质代谢过程并起到正面作用。(5)在甘蔗黑穗病的胁迫下,与不施硅处理相比,施硅处理的甘蔗叶片在苗期、分蘖期丙二醛(MDA)、过氧化氢(H2O2)含量显著提高,引起脂氧合酶(LOX)与过氧化物歧化酶(SOD)的活性显著升高,而过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)的活性降低,有利于活性氧积累以启动防卫反应;拔节期的MDA、H2O2含量显著降低,而LOX、SOD、CAT、POD、APX均显著升高,有利于清除过多的活性氧。说明在甘蔗与黑穗病菌互作过程中,硅参与活性氧代谢过程并起到积极作用。此外,不同施硅量处理,CAT、POD、APX的变化趋势不同,与适量施硅处理相比,过高施硅量的CAT、POD、APX活性均降低,说明虽然高施硅量有利于甘蔗抵御黑穗病菌侵染,但过高的硅浓度会使甘蔗面临新的胁迫,不利于甘蔗生长。综上所述,甘蔗作为一种喜硅作物,适量施硅既有利于甘蔗生长,还能显著提高甘蔗对真菌引起的黑穗病的抗性。其抗病机理可能是,在黑穗病胁迫下甘蔗需硅量升高以构建物理屏障抵御黑穗病菌的侵染;在甘蔗与病菌互作过程中,硅调控甘蔗生理生化代谢参与到抗病过程。
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