苹果树腐烂病是一种严重威胁苹果生产的毁灭性病害。近些年来,我国苹果树腐烂病的发生及危害呈上升态势,严重制约着苹果产业的发展。目前,在生产实践中缺乏有效的防治该病的方法。本实验室前期调查显示,苹果树腐烂病的发病程度与树体钾含量密切相关。因此本研究在此基础上,从“营养元素—植物—病原物”相互作用的角度出发,研究了苹果树体不同钾含量对苹果树腐烂病发生的影响,并进一步通过生理生化和蛋白组学等方法探究钾营养影响苹果树腐烂病发生的相关机制,以期为树体营养平衡调节控制苹果树腐烂病的研究提供理论依据。取得如下主要结果:1.在温室中,通过4种不同浓度钾营养液处理,使四组苹果枝条钾浓度达到不同水平,0.25%、0.34%、0.53%和0.65%,相对应叶钾含量分别为严重缺钾(0.45%)、低钾(0.67%)、正常(1.30%)和正常高值(1.75%)。接种后发现不同钾水平苹果枝条腐烂病的发生程度表现出明显差异:在接种7天后,在严重缺钾处理苹果枝条病斑长度最长,达3.84cm;低钾处理枝条病斑长度约为前者的50.2%;而正常钾处理和正常高值钾水平的枝条均未发病。接种14天后,严重缺钾的枝条病斑扩展依然最快至13.46cm,低钾处理枝条病斑相对较慢,为7.38cm;而正常和正常高值钾含量枝条不仅未发病,而且伤口开始愈合,同时正常高值钾含量枝条愈合能力明显好于正常钾含量的枝条。以上结果表明,钾含量的不同影响腐烂病的发生及扩展。但当树体钾含量达到正常值(叶钾1.25~1.75%)时,树体对腐烂病的抵抗能力几乎达到免疫水平。2.在田间小区施钾肥使不同处理间树体钾含量达到不同水平后,进行接种处理,结果显示,未施钾处理(叶钾0.75%)的苹果枝条病斑扩展最长,平均达7.14cm;仅叶面施钾处理(叶钾1.06%)和仅根施钾处理(叶钾1.07%)的病斑长度次之,分别为3.72和3.37cm;而叶面和根施钾肥处理(叶钾1.37%)的苹果树体绝大多数未见发病。以上结果进一步证实苹果树体钾含量显著影响苹果树腐烂病的发生与扩展。3.通过对苹果树腐烂病发生、扩展的周年调查及树体氮、磷、钾营养动态变化的周年测定发现,苹果树体腐烂病发生、扩展高峰与树体钾含量低谷出现的时间相吻合,而与氮、磷的含量变化没有明显关系。树体营养分析显示,苹果树体钾营养在一年中波动变化,随着其在4至5月向新梢和花芽移动及9月向果实移动使树干及多年生枝条中的钾降到低谷(0.27%和0.25%)。相对应的,此时腐烂病的发生也分别出现了两个高峰。该研究表明苹果枝干钾含量的周年变化影响苹果树腐烂病的周年扩展动态。4.树体可溶性糖及酚类物质的周年测定发现,枝条中可溶性糖及酚类物质含量的周年变化趋势与钾相似。而且相关性分析也发现,苹果枝条中钾含量的周年动态变化与可溶性糖及酚类物质含量正相关(R2=0.662和0.782)。表明苹果树体钾含量的周年变化影响苹果枝条中可溶性糖含量与酚类物质在不同时期的合成与积累。5.通过研究不同钾含量(枝条钾含量分别为0.25%、0.34、0.53和0.65%)苹果枝条在接种前后可溶性糖、酚类物质的含量变化发现,4组枝条可溶性糖含量随着钾含量的不同出现显著差异分别为7.37%、7.47%、8.07%和8.14%;而接种14天后差异更显著,4组处理枝条可溶性糖含量分别增加了3.2%、5.1%、8.0%及8.4%。同时,接种前钾含量不同的枝条酚类物质含量也有所不同,分别为6.82%、7.45%、8.25和8.33%,而接种后随着钾含量的升高枝条酚类物质的含量也显著增加,且增幅分别为5.76%、10.25%、23.3%及22.8%;表明树体钾营养不仅有利于枝条可溶性糖和酚类物质的积累,而且更有利于接种后枝条可溶性糖和酚类物质含量的增加。6.通过对不同浓度钾处理苹果枝条的伤口愈合情况进行观察,发现无菌接种14天后枝条伤口愈合率分别为6.4、12.5、55.8%和57.1%,接种14天后伤口愈合率分别为0、0、61.3%及66.2%。对枝条外卫周皮及创伤周皮的形成进行组织学观察,发现枝条钾含量与其外卫周皮厚度正相关(R2=0.966),且接种14天后严重缺钾的枝条,其创伤周围出现非常少量的木质素沉淀及木质-木栓化组织;低钾含量枝条,其创伤周围出现大量木质素沉淀及木质-木栓化组织,但没有形成完整的创伤周皮;而另外两组含钾量达正常水平的枝条,其创伤周围出现大量木质素沉淀及木质-木栓化组织,并形成了完整的创伤周皮。进一步测定4组不同钾处理苹果枝条的木质素含量,发现钾含量越低的枝条木质素含量也越低,分别为4.04%、4.16%、6.50%及6.73%;接种后钾含量较高的枝条木质素含量的增加也更显著,分别为32.2%、56.4%、75.1%及72.7%。以上结果表明,钾含量的提高有利于苹果枝条木质素含量及外卫周皮木栓层厚度的增加,并显著提高苹果树体的愈伤周皮形成能力,从而增强树体对病菌的抵抗能力。7.对不同钾含量苹果枝条抗病相关酶的活性的测定结果表明,接种树体钾含量的增加能显著提高苹果叶片苯丙氨酸解氨酶(PAL)、过氧化物酶(POD)及多酚氧化酶(PPO)酶的活性,但接种前钾含量的高低对这3种酶活性的影响并不显著。8.差异蛋白定量分析(iTRAQ)结果显示,正常钾水平苹果枝条与缺钾苹果枝条相比,可溶性糖合成相关酶(SS、XTH和AGPase)、酚类物质合成相关酶(PPO、CHS和ANS)及木质素合成过程中的关键酶(PAL、CCo AOMT和CAD)均上调表达,且接种后这些蛋白上调表达的更显著,表明这三种与树体对腐烂病抗性有关的物质合成受钾含量的调节。综上所述,本研究系统的证明了苹果树体钾含量显著影响苹果树腐烂病的发生,增施钾肥能有效降低苹果树腐烂病的发生;发现了苹果枝干钾含量在果树生长发育不同时期的变化是影响苹果树腐烂病发生及扩展的一个重要因素;本研究还从生理角度揭示了钾通过促进苹果树体可溶性糖、酚类物质的含量增加、及调控木质素的合成提高了苹果枝条外卫周皮木栓层厚度及创伤周皮的形成能力,增强了树体对苹果树腐烂病病菌入侵及扩展的抵抗能力,从而减轻苹果树腐烂病发生的生理机制。为苹果树腐烂病的防治提供了理论依据。