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水稻(Oryza sativa L.)是世界上最重要的粮食作物之一。稻瘟病(Magnaporthe oryzae)是分布广、危害大的水稻主要病害之一。本研究采用砂培实验,以抗病性不同的一对水稻近等基因系--感病CO39和抗病C101LAC(Pi-1)为实验材料,探讨外源施硅和喷施水杨酸后在接种稻瘟病菌条件下对增强水稻稻瘟病抗性的生理学和分子学的可能机制。实验共设4个处理:对照(CK)、单独施硅(Si)、单独喷施水杨酸(SA)和既施硅又喷施水杨酸处理(Si+SA)。主要实验结果如下:
两品系水稻在Si、SA和Si+SA处理下,稻瘟病的发病率和病情指数相对于对照(CK)都有显著下降,且Si+SA处理的抗病效果好于Si或SA单独处理,差异显著。
与对照(CK)及单独喷施水杨酸(SA)处理相比,外源施硅(Si和Si+SA)处理的水稻植株地上部硅含量显著增加,而根部硅含量则有所下降,两个品系趋势一致。同样,与对照(CK)及单独施硅(Si)处理相比,在接种稻瘟病菌后,外源喷施水杨酸(SA和Si+SA)处理的水稻叶片游离水杨酸含量显著增加,两个品系趋势也一致。单独施硅(Si)不能提高水稻叶片中游离水杨酸的含量。
不同处理对感病材料CO39生物量的影响要大于抗病材料C101LAC(Pi-1)。CO39在Si、SA和Si+SA处理下,其地上部和根部干重均显著高于CK。C101LAC(Pi-1)则只有Si+SA处理的地上部干重显著高于对照,Si或SA单独处理的地上部干重虽然也高于CK,但差异不显著;不同处理对根部干重的影响差异不显著。
对保护酶活性的影响:水稻在感染稻瘟病菌后,Si+SA处理能显著增强感病和抗病品系叶片的过氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)和苯丙氨酸解氨酶(PAL)的活性,并且这种增强作用大于它们的单独处理的作用。施硅和喷施水杨酸处理对稻瘟病菌感染下水稻叶片的β-1-3-葡聚糖酶(GLU)和几丁质酶(CHT)活性没有显著影响,甚至某种程度上还降低了它们的活性。
对酚类物质的影响:在接菌后,C039加硅处理(Si)的比CK反应更快,能显著增加植株叶片的总酚含量,虽然SA和Si+SA处理的也能较快增加水稻植株的总酚含量,但都没有达到显著差异;C101LAC(Pi-1)则是Si+SA处理的反应最快,与CK相比能显著增加总酚含量,SA处理也能显著增加总酚含量,但Si处理的总酚含量则出现下降。
对于木质素,两个抗病性不同的水稻材料表现出几乎一样的变化规律,不同处理在接菌后叶片木质素含量都迅速升高,对照升高最快,C101LAC(Pi-1)和CO39的最高值分别出现在接菌后第3 d和第5 d。
对抗性基因表达的影响:诱导接菌后,Si、SA和Si+SA处理的两个品系水稻体内PAL、PR3-1和PR3-2基因的表达量与对照相比都有所上升;PR1α口和PR4基因的表达量在感病材料CO39中有上升,在抗病材料C101LAC(Pi-1)中则出现下降;PR2基因的表达基本上没有显著变化。
综上所述,外源施硅和喷施水杨酸都能显著增强水稻对稻瘟病的抗性,硅处理可能通过诱导抗性作用增强植株体内防御酶的活性,但其并没有提高植株体内游离水杨酸的含量,因此,可以推测硅的诱导抗性作用并不是通过水杨酸途径来诱导的。