苄嘧磺隆残留下烟草抗病虫效应及对生长调节剂反应

来源 :福建农林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lsw19880811
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除草剂作为农业现代化产物,在生产应用方面有效杀灭害草,降低了劳动成本。苄嘧磺隆(bensulfuron-methyl,BSM)作为磺酰脲类除草剂(sulfonylurea herbicide)中重要成员,其由于高效、低毒、安全等特点,目前在大田中广泛被使用。但是在福建省等许多地区的烟稻轮作田中,前茬稻田中苄嘧磺隆等除草剂的残留给后茬烟草等经济作物带来了严重的危害。对于苄嘧磺隆危害下的烟草等敏感作物所带来的一些间接生态学效应,如对重要病虫害抗性的改变的研究并不多见,而且缺乏时效性,并且基于这种抗病虫害效应所带来的一些生理学变化,如JA与SA在除草剂胁迫下的反应也鲜有研究,而现有的除草剂药害修复手段具有局限性。本研究力图通过研究苄嘧磺隆对烟草所带来的对害虫、病毒等有害生物的抗性改变,并挖掘苄嘧磺隆胁迫下导致出现抗病虫害效应改变的包括JA/SA在内的一些因子的变化情况,并且对JA/SA等作为植物生长调节剂施用于除草剂胁迫植株,观察其反应。本研究首先对福建省目前除草剂的使用及烟稻轮作田的烟草受害情况进行了相关调查。福建省可对烟草造成危害的几种除草剂使用中,只有苄嘧磺隆用量在逐年大幅度递增。调查发现一些烟田出现了前茬稻田除草剂导致的间接危害,主要为苄嘧磺隆与二氯喹啉酸或其他药剂所形成的复配剂危害。因此本实验确定将苄嘧磺隆作为下一步研究的对象。本实验研究了不同施药量梯度苄嘧磺隆对烟草所造成的危害。本研究选取了2.0 mg·kg-1,1.0 mg·kg-1,0.25 mg·kg-1,0.1 mg·kg-1,0.05 mg·kg-1,0 mg·kg-1(CK)这几个施药量梯度毒土处理烟草,模拟田间的药害残留。不同组植株在药剂处理后2天(d)左右均发生了相应的药害症状,但随着浓度的改变轻重不一。通过症状分级评估,本研究选取了 0.25 mg·kg-1作为下一步研究使用的施药剂量,并且设定施药后10 d进行后续实验,同时证实了这种条件下其对叶长、叶宽均出现了显著性抑制。苄嘧磺隆在敏感植株上产生的症状如何影响植株的抗病虫效应?害虫侵袭实验中,苄嘧磺隆处理与健康烟草同时进行投喂烟粉虱(Bemisia tabaci)成虫,15 d后除草剂处理烟草上的成虫虫口密度小与对照组,而害虫在不同植株上产卵的密度没有显著差异。蚜虫(Myzuspersicae)取食了经过处理的叶片后,其虫体各个龄期持续时间、寿命以及繁殖能力均未收到显著影响。在烟草花叶病毒(Tobacco mosaic virus,TMV)侵染实验中,同时对除草剂处理及对照组植株接种病毒,表型症状评估结果发现在病毒接种10d时处理组植株症状程度显著低于对照组;同样处理组植株心叶所表现出来的病毒相关症状在10 d时轻于对照组植株,但是在15 d与20 d时重于对照组。本研究通过RT-qPCR方法检测植株的病毒量后发现,病毒侵染10 d时,除草剂处理组病毒量显著低于对照组,但是在20 d时则显著高于对照组,与所观察到的的表型较为吻合。病毒侵染低剂量苄嘧磺隆处理后烟草后,其积累量的波动性显著轻微了,证实了植株的药害程度影响了病毒的活性。基于除草剂处理后植株所表现出来的抗病虫害反应,本研究对除草剂胁迫下的植株的茉莉酸(jasmonic acid,JA)与水杨酸(salicylic acid,SA)进行检测。本研究应用RT-qPCR与LC-MS分别对JA/SA信号通路上的关键基因表达水平及植株中JA/SA水平进行分析。在除草剂胁迫下,JA信号通路中的WIPK,SA通路中的PR1a与PAL表达水平均出现了显著性上调,同时JA/SA水平也相应出现了显著上调。而本研究针对除草剂胁迫后植株病毒量出现差异的时间点,对SA信号通路PR1a与PAL表达进行检测后发现,接种病毒后10d时除草剂处理组中其表达水平远低于对照组,说明SA的合成受到了阻碍,从而为病毒的爆发式增殖提供了有利条件。RDR家族受到SA调控,在植物的抗病毒病中起到了重要作用,本研究检测了病毒侵染前后各个时期RDR1与RDR6的表达水平发现,两个基因的表达水平在苄嘧磺隆胁迫下没有受到显著影响,只在病毒侵染后期RDR1被抑制而RDR6则被诱导。那么基于上述实验结果,我们对药害胁迫植株施用JA/SA或它们的抑制剂二乙基二硫代氨基甲酸盐(diethyldithiocarbamic acid,DIECA)与水杨羟肟酸(salicylhydroxamic acid,SHAM)会产生什么样的结果呢?结果表明施用后,苄嘧磺隆症状均不能够被抑制,且出现时间相近,但是实验通过症状评估与叶片生长统计结果发现,JA/SA对植株生长均具有恢复倾向,且SA效果更佳,而DIECA与SHAM混合施用更加抑制了苄嘧磺隆胁迫下植株的生长。通过SA合成阻断突变体拟南芥种子萌发研究发现,SA水平的抑制增加了植物对于除草剂的敏感性。本研究单独提高SA的施药频率后发现,植株生长仍未有显著性的改观。本实验再对提高SA施用频率下的植株进行抗氧化胁迫相关酶类基因表达水平检测,苄嘧磺隆处理10d时,在SA的作用下,除草剂胁迫下植株的活性氧(Reactive oxygen species,ROS)水平出现了提高,植株中APX与SOD活性降低,而POD与CAT的活性却提高了。但是在除草剂处理植株20 d时,SA的存在对于植株清除体内活性氧物质的能力没有显著改变,其存在只显著降低了苄嘧磺隆胁迫烟草体内的POD水平。本研究通过氯化硝基四氮唑蓝(DAB)/3,3’-二氨基联苯胺(NBT)染色证实了这一点。SA对于没有苄嘧磺隆胁迫下的植株在前期显著提高了 POD与CAT水平,基本不影响ROS水平,但无法说明对烟叶质量是否有影响。本研究立足于目前的生产实际情况,分析了稻田除草剂苄嘧磺隆对后茬敏感作物烟草所造成的危害及其带来的间接的抗病虫害效应,并挖掘了基于这种现象下的生理反应,之后再基于这种生理现象本研究观察了不同植物生长调节剂的施用对烟草所带来的影响。本研究从另一个角度来反映了除草剂残留问题,并为解决这一问题提供了一条可能的途径。
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