氯化钾抑制玉米茎腐病发生的机理研究

摘要

本研究采用12年氯化钾肥长期定位试验研究了氯化钾对茎腐病的抑制效果；结合室内生物培养试验研究了不同钾量级土壤浸提液对主要致病菌禾谷镰刀菌(Fusariumgraminearum)生长的影响；利用平板计数法分析了长期施用氯化钾对玉米根际土壤微生物区系的变化。通过钾和氯不同量级的大田试验和氯化钾长期定位试验，进一步比较了氯化钾中钾和氯的抑病作用；结合室内生理生化分析方法研究了钾和氯对玉米各生育时期植株体内糖分分配的影响，并结合抽雄期接种处理探讨了钾对病原菌侵染前后酚类物质代谢的影响。通过水培试验，利用高压液相色谱定量分析了钾对玉米苗期根系分泌物中各组分含量的影响；并结合室内生物培养试验，研究了根系分泌物中糖和酚酸对禾谷镰刀菌生长的影响。采用土培试验，利用透射电镜对接种后寄主与病原菌互作过程中根尖细胞超微结构的变化进行了观察。从施用氯化钾对土壤微生态和植物生理生化代谢影响的角度，对氯化钾抑制玉米茎腐病发生的机理进行系统研究和深入探讨，取得以下主要研究结果： 1.在缺钾土壤上，施用氯化钾和硝酸钾均能够显著抑制玉米茎腐病的发生，而氯素的抑病作用不明显。在缺钾条件下，抗病品种(吉单180)较感病品种(吉单327)具有更强的吸钾能力。玉米各生育时期的根、茎和叶部钾素含量均与玉米茎腐病的发生率存在显著负相关关系，茎腐病发生率随着植株体含钾量的提高而显著降低。 2.室内培养试验发现，一定浓度的氯化钾不能直接抑制禾谷镰刀菌(Fusariumgraminearum)的生长，长期施用氯化钾的土壤浸提液对其具有明显的抑制作用。与不施钾处理相比，长期施用氯化钾对玉米生育前期根际土壤细菌数目无明显影响，适量的氯化钾可以显著增加根际土壤放线菌数目和真菌数目，且施钾处理的苗期根际土壤真菌以木霉菌占优势。而且施钾处理与不施钾处理的根际土壤真菌和放线菌数目差异显著时期正是玉米茎腐病病原菌的主要侵染期(生育前期)。说明长期施用氯化钾引起的根际土壤微生物区系的变化可能与病原菌对寄主根系的侵染存在一定的联系。 3.，与缺钾处理相比，在以硝态氮为主要氮源的条件下，氯化钾和硝酸钾能够抑制根系糖的分泌，促进有机酸和酚酸的分泌。缺钾处理导致根系总糖尤其是还原糖的分泌量显著增加，有利于禾谷镰刀菌在体外的生长繁殖，可能由此提高了病原菌与寄主识别的几率，利于病原菌的侵染。阿魏酸是玉米根系分泌的主要酚酸组分，抗病品种吉单180阿魏酸分泌量明显高于感病品种吉单327，且随着钾的供应而大幅度提高。抗病品种绿原酸分泌量明显低于感病品种，供钾导致两个品种根系绿原酸分泌量下降。体外培养试验发现，阿魏酸和绿原酸均能够抑制Fusariumgraminearum的生长，但阿魏酸的抑菌效果远远大于绿原酸。这说明钾主要通过阿魏酸分泌量的提高抑制根际禾谷镰刀菌的生长繁殖，从而可能降低其对寄主的侵染几率。 钾能够促进寄主细胞壁加厚，形成阻止病原菌侵染的第一道屏障；即使在病原菌侵染后，钾也能够刺激寄主细胞迅速分泌降解物质，抑制病原菌的进一步扩展。缺钾则导致寄主细胞内线粒体堆积，呼吸异常。 4.钾可以促进玉米碳水化合物的运输，增加抽雄期后根和茎部总糖、还原糖和蔗糖的含量，并促进玉米根系的发育；在灌浆期玉米根系中总糖、还原糖和蔗糖与茎腐病的抗性均存在显著相关性；在蜡熟期，茎秆总糖含量和蔗糖含量与茎腐病发生率存在极显著负相关；并且发现在灌浆期和蜡熟期玉米根系和茎秆的总糖含量比单独的还原糖和蔗糖含量更能体现玉米对茎腐病的抗病能力。钾对玉米糖代谢和糖运输的改善是提高玉米对茎腐病抗性的一个根本原因。 5.抗病品种玉米茎基部髓组织原生木质素含量低于感病品种，但接种诱导产生的木质素含量高于感病品种，说明原生木质素含量与玉米对茎腐病的抗性无关，而接种诱导产生的木质素能够反映其抗性。施钾则降低了抽雄期玉米原生木质素含量，但提高了病原菌侵染后木质素的合成速度，促进了诱导木质素的积累。施钾还能够促进接种后苯丙氨酸解氨酶(PAL)、过氧化物酶(POD)、酪氨酸解氨酶(TAL)和肉桂醇脱氢酶(CAD)活性的提高，在酶活性高峰时表现最为明显，说明施钾可以诱导玉米接种后防御酶体系的快速应激表达，从而促进病原菌侵染后酚类物质的转化，加速木质素的合成，增强玉米对茎腐病的抗性。 6.抗病品种玉米茎基部髓组织固有的水溶性总酚含量及其接种诱导后的总酚含量均低于感病品种，说明玉米茎基部总酚含量和诱导产生的酚类物质均不能用来衡量玉米不同抗性基因型之间的抗病能力。钾可以增加接种诱导后玉米水溶性总酚含量，施钾还能够提高接种后多酚氧化酶(PPO)活性，促进酚向木质素的转化，增加酚的合成速率。绿原酸是接种后玉米茎基部髓组织的主要酚酸，长期施用氯化钾促进了玉米接种后茎基部髓组织绿原酸的积累，而且绿原酸具有一定的抑菌效果，说明由施钾引起的绿原酸含量的增加可能对禾谷镰刀菌迅速扩展具有一定的抑制作用。 综上所述，氯化钾抑制玉米茎腐病发生的可能机制是：施用氯化钾通过增加细胞壁厚度直接阻止病原菌的侵染，通过根系分泌物和根际微生物区系的变化间接降低病原菌对寄主的侵染几率，通过改善植株糖代谢和促进糖的运输，增加生育后期根和茎部糖分含量，维持植株生命活力，防止早衰，增加植株抗性；通过诱导玉米在病原菌侵染后防御酶系统的快速应激表达，增加病原菌侵染后诱导酚类物质及木质素的合成速率，抑制病原菌在植株体内的迅速扩展，进而抑制玉米茎腐病的发生。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的声明

第一章绪论

第二章氯化钾中钾和氯对玉米茎腐病的防治效果分析

第三章氯化钾对土壤微生物区系的影响及其与玉米茎腐病发生的关系

第四章钾对玉米根系分泌物和超微结构的影响及其与抗茎腐病的关系

第五章钾对玉米可溶性碳水化合物分配的影响及其与抗茎腐病的关系

第六章钾对玉米木质素含量和防御酶活性的影响及其与抗茎腐病的关系

第七章钾对玉米总酚含量和多酚氧化酶活性的影响及其与抗茎腐病的关系

第八章全文结论与展望

参考文献

致谢