苹果炭疽叶枯病病原菌侵染下外源甜菜碱和壳聚糖的诱抗效应分析

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我国是世界上苹果栽培面积最大、产量最多的国家。近年来,苹果炭疽叶枯病(GLS)作为影响苹果产业健康发展的主要真菌病害之一,在我国苹果主产区内普遍发生,严重降低了苹果的产量和品质,急需对其进行有效控制。真菌病害防控的传统方法是利用化学杀菌剂,但是随着环境保护和绿色健康的概念逐渐深入,利用绿色无污染的植物免疫诱抗剂防治植物病害的方法应运而生。目前,植物免疫诱抗剂在不同植物上提高非生物胁迫抗性的研究较多,而在提高生物胁迫抗性的研究相对较少,更鲜有报道其对GLS抗病性影响的研究。因此,本研究以‘嘎啦-3’(‘GL-3’)组培生根苗为试材,通过外源喷施甜菜碱(GB)和壳聚糖(CHT)后,离体苹果叶片接种炭疽叶枯病原菌(Glomerella cingulata)的方式,筛选出两种外源物质提高抗病性的适宜浓度,并分别分析了喷施适宜浓度的外源GB和CHT后,苹果叶片响应炭疽叶枯病病原菌侵染的过程中抗氧化酶系统相关酶的活性、内源激素水平、氨基酸和酚类物质含量、病程相关基因的表达等方面的动态变化,研究了两种植物免疫诱抗剂对苹果叶片炭疽叶枯病抗性诱导的效应,以期为苹果产区炭疽叶枯病的防控提供一定的理论和技术依据,从而促进苹果产业的健康发展。主要研究结果如下:1.接种炭疽叶枯病病原菌第6 d时,苹果离体叶片产生病斑,但是施用外源GB可以在一定程度上减小病斑面积。喷施不同浓度的GB,离体叶片的坏死面积、相对电导率和相对叶绿素较之喷施清水组均有不同程度的变化,外源喷施GB时能抑制苹果炭疽叶枯病原菌侵染叶片,2 mM GB为外源施用的适宜浓度。随着接种时间增加,与GLS组相比,2 mM GB预处理可使过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)活性进一步最高增强353.3%、151.0%和168.7%;可使内源激素水杨酸(SA)和茉莉酸(JA)含量在接种前期迅速升高,使脱落酸(ABA)、1-氨基环丙烷羧酸(ACC)和吲哚乙酸(IAA)含量在接种后期减少37.9%、34.0%和55.0%;同时,脯氨酸(Pro)、谷氨酸(Glu)、缬氨酸(Val)、酪氨酸(Tyr)和组氨酸(His)含量在不同时间段出现降低,而绿原酸、龙胆酸、咖啡酸和阿魏酸含量在接种前期出现降低;并且使病程相关基因PR1、PR4、PR8、PAL、几丁质酶、β-1,3-葡聚糖酶表达上调,衰老基因ERF3表达下调。可见,炭疽叶枯病菌能引发叶片抗病反应,外源2 mM GB预处理使抗病反应更迅速发生,使抗病物质积累更多更快、抗病基因更高更快表达。2.接种炭疽叶枯病病原菌第6 d时,病原菌使苹果离体叶片出现坏死斑点,但是施用外源CHT在减小病斑面积上起到作用。喷施不同浓度的CHT后,可以观察到在叶表形成透明薄膜,因而叶片的病斑面积、相对电导率和相对叶绿素较之0 g·L-1 CHT处理组均有不同程度的变化,外源喷施CHT能在一定程度上抵御病原菌侵染叶片,0.5 g·L-1 CHT为外源施用的适宜浓度。随着接种时间增加,与GLS组相比,0.5 g·L-1CHT预处理可使CAT和SOD活性最高增强为其2.0和1.5倍,但对POD活性无影响;可使内源SA和JA含量在接种前期迅速升高,使ABA、ACC和IAA含量在接种后期减少12.0%、34.0%和27.5%;使Pro、Glu、Thr(苏氨酸)、Ala(丙氨酸)和His含量在接种后期降低了25.3%、47.4%、37.4%、7.0%和34.9%,并且儿茶素、绿原酸、对香豆酸、芦丁、金丝桃苷和根皮苷含量在接种前期出现升高后期降低;同时,使病程相关基因PR1、PR2、PR4、PR8、PAL、几丁质酶、β-1,3-葡聚糖酶高表达,衰老基因ERF3低表达。可见,病原菌引发了叶片的抗病反应,外源0.5 g·L-1 CHT预处理能在物理防御的同时,更快速的激发叶片一系列防御反应,使抗病物质迅速合成、抗病基因迅速表达。综上所述,外源2 mM GB和0.5 g·L-1 CHT分别喷施后,可对苹果叶片产生诱抗作用,抑制炭疽叶枯病原菌的侵染,同时增强叶片抗氧化酶系统活性、调控内源激素水平、调控氨基酸和酚类物质含量、增强病程相关蛋白和抗病关键基因表达水平,由此增强苹果叶片抗病性。
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