氯化鉀抑制玉米莖腐病發(fā)生的機(jī)理研究.pdf

1、本研究采用12年氯化鉀肥長(zhǎng)期定位試驗(yàn)研究了氯化鉀對(duì)莖腐病的抑制效果；結(jié)合室內(nèi)生物培養(yǎng)試驗(yàn)研究了不同鉀量級(jí)土壤浸提液對(duì)主要致病菌禾谷鐮刀菌(Fusariumgraminearum)生長(zhǎng)的影響；利用平板計(jì)數(shù)法分析了長(zhǎng)期施用氯化鉀對(duì)玉米根際土壤微生物區(qū)系的變化。通過(guò)鉀和氯不同量級(jí)的大田試驗(yàn)和氯化鉀長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，進(jìn)一步比較了氯化鉀中鉀和氯的抑病作用；結(jié)合室內(nèi)生理生化分析方法研究了鉀和氯對(duì)玉米各生育時(shí)期植株體內(nèi)糖分分配的影響，并結(jié)合抽雄期接種處理

2、探討了鉀對(duì)病原菌侵染前后酚類(lèi)物質(zhì)代謝的影響。通過(guò)水培試驗(yàn)，利用高壓液相色譜定量分析了鉀對(duì)玉米苗期根系分泌物中各組分含量的影響；并結(jié)合室內(nèi)生物培養(yǎng)試驗(yàn)，研究了根系分泌物中糖和酚酸對(duì)禾谷鐮刀菌生長(zhǎng)的影響。采用土培試驗(yàn)，利用透射電鏡對(duì)接種后寄主與病原菌互作過(guò)程中根尖細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的變化進(jìn)行了觀察。從施用氯化鉀對(duì)土壤微生態(tài)和植物生理生化代謝影響的角度，對(duì)氯化鉀抑制玉米莖腐病發(fā)生的機(jī)理進(jìn)行系統(tǒng)研究和深入探討，取得以下主要研究結(jié)果： 1.在缺

3、鉀土壤上，施用氯化鉀和硝酸鉀均能夠顯著抑制玉米莖腐病的發(fā)生，而氯素的抑病作用不明顯。在缺鉀條件下，抗病品種(吉單180)較感病品種(吉單327)具有更強(qiáng)的吸鉀能力。玉米各生育時(shí)期的根、莖和葉部鉀素含量均與玉米莖腐病的發(fā)生率存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，莖腐病發(fā)生率隨著植株體含鉀量的提高而顯著降低。 2.室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，一定濃度的氯化鉀不能直接抑制禾谷鐮刀菌(Fusariumgraminearum)的生長(zhǎng)，長(zhǎng)期施用氯化鉀的土壤浸提液對(duì)其具

4、有明顯的抑制作用。與不施鉀處理相比，長(zhǎng)期施用氯化鉀對(duì)玉米生育前期根際土壤細(xì)菌數(shù)目無(wú)明顯影響，適量的氯化鉀可以顯著增加根際土壤放線菌數(shù)目和真菌數(shù)目，且施鉀處理的苗期根際土壤真菌以木霉菌占優(yōu)勢(shì)。而且施鉀處理與不施鉀處理的根際土壤真菌和放線菌數(shù)目差異顯著時(shí)期正是玉米莖腐病病原菌的主要侵染期(生育前期)。說(shuō)明長(zhǎng)期施用氯化鉀引起的根際土壤微生物區(qū)系的變化可能與病原菌對(duì)寄主根系的侵染存在一定的聯(lián)系。 3.，與缺鉀處理相比，在以硝態(tài)氮為主要氮

5、源的條件下，氯化鉀和硝酸鉀能夠抑制根系糖的分泌，促進(jìn)有機(jī)酸和酚酸的分泌。缺鉀處理導(dǎo)致根系總糖尤其是還原糖的分泌量顯著增加，有利于禾谷鐮刀菌在體外的生長(zhǎng)繁殖，可能由此提高了病原菌與寄主識(shí)別的幾率，利于病原菌的侵染。阿魏酸是玉米根系分泌的主要酚酸組分，抗病品種吉單180阿魏酸分泌量明顯高于感病品種吉單327，且隨著鉀的供應(yīng)而大幅度提高。抗病品種綠原酸分泌量明顯低于感病品種，供鉀導(dǎo)致兩個(gè)品種根系綠原酸分泌量下降。體外培養(yǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，阿魏酸和綠原

6、酸均能夠抑制Fusariumgraminearum的生長(zhǎng)，但阿魏酸的抑菌效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于綠原酸。這說(shuō)明鉀主要通過(guò)阿魏酸分泌量的提高抑制根際禾谷鐮刀菌的生長(zhǎng)繁殖，從而可能降低其對(duì)寄主的侵染幾率。 鉀能夠促進(jìn)寄主細(xì)胞壁加厚，形成阻止病原菌侵染的第一道屏障；即使在病原菌侵染后，鉀也能夠刺激寄主細(xì)胞迅速分泌降解物質(zhì)，抑制病原菌的進(jìn)一步擴(kuò)展。缺鉀則導(dǎo)致寄主細(xì)胞內(nèi)線粒體堆積，呼吸異常。 4.鉀可以促進(jìn)玉米碳水化合物的運(yùn)輸，增加抽雄期后根

7、和莖部總糖、還原糖和蔗糖的含量，并促進(jìn)玉米根系的發(fā)育；在灌漿期玉米根系中總糖、還原糖和蔗糖與莖腐病的抗性均存在顯著相關(guān)性；在蠟熟期，莖稈總糖含量和蔗糖含量與莖腐病發(fā)生率存在極顯著負(fù)相關(guān)；并且發(fā)現(xiàn)在灌漿期和蠟熟期玉米根系和莖稈的總糖含量比單獨(dú)的還原糖和蔗糖含量更能體現(xiàn)玉米對(duì)莖腐病的抗病能力。鉀對(duì)玉米糖代謝和糖運(yùn)輸?shù)母纳剖翘岣哂衩讓?duì)莖腐病抗性的一個(gè)根本原因。 5.抗病品種玉米莖基部髓組織原生木質(zhì)素含量低于感病品種，但接種誘導(dǎo)產(chǎn)生的木

8、質(zhì)素含量高于感病品種，說(shuō)明原生木質(zhì)素含量與玉米對(duì)莖腐病的抗性無(wú)關(guān)，而接種誘導(dǎo)產(chǎn)生的木質(zhì)素能夠反映其抗性。施鉀則降低了抽雄期玉米原生木質(zhì)素含量，但提高了病原菌侵染后木質(zhì)素的合成速度，促進(jìn)了誘導(dǎo)木質(zhì)素的積累。施鉀還能夠促進(jìn)接種后苯丙氨酸解氨酶(PAL)、過(guò)氧化物酶(POD)、酪氨酸解氨酶(TAL)和肉桂醇脫氫酶(CAD)活性的提高，在酶活性高峰時(shí)表現(xiàn)最為明顯，說(shuō)明施鉀可以誘導(dǎo)玉米接種后防御酶體系的快速應(yīng)激表達(dá)，從而促進(jìn)病原菌侵染后酚類(lèi)物質(zhì)的

9、轉(zhuǎn)化，加速木質(zhì)素的合成，增強(qiáng)玉米對(duì)莖腐病的抗性。 6.抗病品種玉米莖基部髓組織固有的水溶性總酚含量及其接種誘導(dǎo)后的總酚含量均低于感病品種，說(shuō)明玉米莖基部總酚含量和誘導(dǎo)產(chǎn)生的酚類(lèi)物質(zhì)均不能用來(lái)衡量玉米不同抗性基因型之間的抗病能力。鉀可以增加接種誘導(dǎo)后玉米水溶性總酚含量，施鉀還能夠提高接種后多酚氧化酶(PPO)活性，促進(jìn)酚向木質(zhì)素的轉(zhuǎn)化，增加酚的合成速率。綠原酸是接種后玉米莖基部髓組織的主要酚酸，長(zhǎng)期施用氯化鉀促進(jìn)了玉米接種后莖基部

10、髓組織綠原酸的積累，而且綠原酸具有一定的抑菌效果，說(shuō)明由施鉀引起的綠原酸含量的增加可能對(duì)禾谷鐮刀菌迅速擴(kuò)展具有一定的抑制作用。 綜上所述，氯化鉀抑制玉米莖腐病發(fā)生的可能機(jī)制是：施用氯化鉀通過(guò)增加細(xì)胞壁厚度直接阻止病原菌的侵染，通過(guò)根系分泌物和根際微生物區(qū)系的變化間接降低病原菌對(duì)寄主的侵染幾率，通過(guò)改善植株糖代謝和促進(jìn)糖的運(yùn)輸，增加生育后期根和莖部糖分含量，維持植株生命活力，防止早衰，增加植株抗性；通過(guò)誘導(dǎo)玉米在病原菌侵染后防御酶