硅对水稻防御性关键酶活性的影响及其与抗稻瘟病的关系

通过室内溶液培养试验,研究了硅酸盐对接种稻瘟病菌后水稻的病情指数、植株生物量、过氧化物酶（POD）、多酚氧化酶（PPO）和苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性的影响。结果表明,施硅能显著降低水稻稻瘟病的发病率和病情指数,防治效果达60.59%;显著减轻稻瘟病对水稻地上部的危害,干物质量显著高于不施硅处理,但对地下部生长影响不明显;接种后水稻叶片POD活性均升高,在第5 d达到最大值,施硅处理显著低于不施硅处理,与稻瘟病抗性成负相关;水稻叶片PPO活性在接种后第5 d达到峰值,从第4 d开始施硅处理显著高于不施硅处理;接种后水稻叶片的PAL活性快速升高,在第24 h达到最大值,施硅处理显著高于不施硅处理,是其1.44倍。说明硅能提高防御性关键酶的活性,参与水稻本身防卫机制,通过一系列的生理生化作用来增强水稻的抗性。     

硅对水稻几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶活性的影响及其与抗纹枯病的关系

在溶液培养条件下,以水稻抗病品种91SP和感病品种Lemont为材料,研究施硅和接种纹枯病菌对水稻纹枯病发生情况、外切几丁质酶、内切几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶活性的影响。结果表明,施硅能降低抗病品种91SP的纹枯病病级和病情指数,显著降低感病品种Lemont的病级和病情指数。在未接种纹枯病菌条件下,施硅增加了抗病品种几丁质酶活性,增加了感病品种的几丁质酶活性,但对β-1,3-葡聚糖酶活性影响不大。接种纹枯病菌后,水稻几丁质酶活性被迅速激活后又下降,施硅通过提高抗病品种91SP几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶活性,以及通过提高感病品种Lemont几丁质酶活性来增强对纹枯病的抗性,但感病品种Lemont施硅处理的几丁质酶活性降低幅度小于抗病品种91SP。     

施硅对感染白粉病小麦叶片抗病相关酶活性及硅微域分布的影响

以抗/感白粉病的南农99-18/苏麦3号为试验材料,研究外源硅对接种白粉病后小麦叶片的几丁质酶、β-1,3葡聚糖酶、苯丙氨酸解氨酶(PAL)、多酚氧化酶(PPO)活性和叶片硅微域分布的影响,以探讨外源硅增强小麦抗白粉病的作用机理。结果表明,在不接病原菌时,施硅与否对抗/感病品种的PAL、PPO、β-1,3葡聚糖酶活性和感病品种的几丁质酶活性无显著性影响,但施硅可显著地提高抗病品种的几丁质酶活性;接种病原菌后,抗/感品种小麦叶片的几丁质酶、β-1,3葡聚糖酶、PAL和PPO活性均显著提高,而施硅处理显著地提高了感病品种的这四种酶活性和抗病品种的几丁质酶与β-1,3葡聚糖酶活性,但施硅处理对于抗病品种的PAL和PPO活性影响不显著。同时,施硅处理下,叶片硅元素相对重量都有不同程度提高,并有向刺状体基部和维管束组织富集趋势;接种病原菌后,叶片硅元素明显向病原菌侵染位点聚集,尤其有外源硅供给条件下,这种富集效应尤为显著。这意味着,硅不仅通过调节植株体内与抗病性密切相关的酶活性,而且同时可通过在侵染位点的淀积而构建了防病原菌侵入的"物理或机械屏障",以达到增强小麦的抗病性,从而抑制小麦白粉病病害发展。     

施硅对水稻白叶枯病抗性及叶片抗氧化酶活性的影响

【目的】水稻白叶枯病是一种细菌性枯萎病害,是限制水稻生产的重要生物因素之一。通过田间接种白叶枯病菌,研究施硅对水稻叶片中丙二醛含量及抗氧化系统酶活性的影响及其抗白叶枯病的机理,为安全有效的防治病害提供理论依据。【方法】以唐粳2号水稻品种为材料,2013年在河北省秦皇岛市进行田间试验,试验在两个施氮水平 [N 180 kg/hm2(正常供氮,N180), 450 kg/hm2(高量供氮,N450)]下设3个硅处理[不施硅(-Si),施硅酸钠(Si1, 以SiO2计,70 kg/hm2), 施硅钙肥(Si2, 以SiO2计,70 kg/hm2)],在水稻孕穗期采用剪叶法接种白叶枯病菌,研究硅对接种后30 d水稻病情指数和第1 d、 3 d、 5 d、 7 d和10 d水稻叶片中丙二醛(MDA)含量、 超氧化物歧化酶(SOD)活性、 过氧化氢酶(CAT)活性、 抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性的影响。【结果】接种白叶枯病菌后,正常供氮水平,施硅处理的病情指数比不施硅处理平均降低17.8%(P0.05); 高量供氮水平,施硅钙肥的病情指数比不施硅降低15.1%(P0.05),而施硅酸钠的病情指数差异不显著。接种白叶枯病菌后,施硅处理的水稻叶片MDA均低于不施硅处理,且在正常供氮水平第7 d和高量供氮水平第3 d、 第7 d差异达显著水平。接种白叶枯病菌后,正常供氮水平第1 d、 第7 d和高量供氮水平第1 d、 第5 d,施硅处理的水稻叶片中SOD活性均显著高于不施硅处理,且第1 d施硅钙肥的叶片SOD显著高于施硅酸钠处理; 接种白叶枯病菌后,施硅处理的水稻叶片中CAT活性均高于不施硅处理,但未达显著水平; 高量供氮水平第1 d、 第7 d和第10 d施硅处理的水稻叶片中APX活性均显著高于不施硅处理。【结论】施硅能提高感病水稻叶片中SOD、 CAT和APX的活性,降低水稻叶片中MDA含量,有效清除植物体内活性氧(ROS),从而增强了水稻抗白叶枯病的能力; 在高量供氮水平下,硅钙肥抵御白叶枯病效果好于硅酸钠。     

水杨酸诱导玉米对大斑病抗性的研究

外施SA可以显著减轻玉米大斑病的病害症状。表现为玉米叶片的病斑数目和病斑大小明显降低,诱抗效果超过56%。SA诱导玉米抗病机制研究表明：SA预处理,减缓了玉米大斑病菌侵染速度,表现为由侵入钉长出新菌丝,菌丝充满侵染细胞以及向邻近细胞扩展的时间推迟。SA预处理加速了病菌侵染过程中侵染点及周围玉米细胞的死亡。SA处理或SA预处理后接菌,明显增强了玉米叶片中PAL、几丁质酶、β-1,3-葡聚糖酶活性;增加了玉米叶片内木质素、丁布的含量;而单独接菌,这些酶活性及物质含量均无明显改变。SA处理后接菌,增加了玉米叶片内H2O2含量。     

水杨酸诱导对玉米大斑病抗性的影响

外施水杨酸(SA)可以显著减轻玉米(Zea mays)大斑病的病害症状.外施SA后玉米叶片的病斑数目和病斑大小明显降低和缩小,诱抗效果超过56%.SA诱导玉米抗病机制研究发现,SA预处理减缓了玉米大斑病菌侵染速度,表现为由侵入钉长出新菌丝,菌丝充满侵染细胞以及向邻近细胞扩展的时间延迟;SA预处理加速了病菌侵染过程中侵染点及周围玉米细胞的死亡.SA处理或SA预处理后接菌,明显增强了玉米叶片中苯丙氨酸解氨酶、几丁质酶、β-1,3-葡聚糖酶的活性;增加了玉米叶片内木质素、丁布的含量;SA处理后接菌,增加了玉米叶片内H2O2含量;而单独接菌,这些酶活性及物质含量均无明显改变.     

硅处理对镉锌胁迫下水稻产量及植株生理特性的影响

以郑稻18为材料,通过盆栽试验研究了镉(Cd)、锌(Zn)污染胁迫和硅(Si)处理对水稻产量、不同生育时期植株生理特性的影响,从而揭示硅缓解Cd、Zn胁迫的生理机制。结果表明,水稻植株受到Cd、Zn毒害时,不同生育期植株生物量、产量、叶片叶绿素含量及可溶性蛋白质含量均显著下降,而叶片质膜透性、丙二醛(MDA)含量、可溶性糖含量和过氧化物(POD)活性显著增加。施硅处理显著提高水稻植株对重金属的抗性,主要反映在植株生物量显著增加,叶片叶绿素含量及可溶性蛋白质含量显著上升,而叶片质膜透性、MDA含量、POD活性和可溶性糖含量显著降低,产量显著增加,说明硅缓解植株体内重金属毒害的代谢机制与其对抗氧化酶系统的调控作用及作物抗性的提高有关。     

硅对黄瓜白粉病抗性的影响及其生理机制

以黄瓜感病品种为材料,研究了施硅和诱导接种白粉菌对抗坏血酸过氧化物酶(AsA-POD)、脱氢抗坏血酸还原酶(DR)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)、多酚氧化酶(PPO)活性与酚类物质含量变化的影响。结果表明:诱导接种后,营养液中加硅酸盐显著降低黄瓜白粉病病情指数,显著提高了黄瓜叶片中AsA-POD、PPO的活性,而DR、PAL活性低于不施硅处理,但差异不显著。施硅处理的酚类物质含量较高,并显著降低病情指数。     

UV-B辐射和稻瘟病菌胁迫对水稻幼苗苯丙氨酸解氨酶活性和类黄酮含量的影响

本文通过盆栽试验研究增强UV-B辐射和稻瘟病菌联合作用对水稻幼苗叶片苯丙氨酸解氨酶活性(PAL)和类黄酮含量的影响。试验采用3个UV-B辐射强度(2.5 kJ·m^-2、5.0 kJ·m^-2和7.5 kJ·m^-2)、2个稻瘟病菌生理小种(Y98-16T和Y99-63C)对水稻(品种为“黄壳糯”和“合系41”)幼苗叶片进行处理, 测定水稻幼苗苯丙氨酸解氨酶活性和类黄酮含量的变化。结果表明: “黄壳糯”幼苗叶片苯丙氨酸解氨酶活性和类黄酮含量在2.5 kJ·m^-2和5.0 kJ·m^-2 UV-B辐射条件下显著增加, 而在7.5 kJ·m^-2 UV-B辐射条件下显著降低; 2.5~7.5 kJ·m^-2 UV-B辐射导致“合系41”的类黄酮含量显著增加, 5.0 kJ·m^-2 UV-B辐射导致“合系41”的苯丙氨酸解氨酶活性显著增加, 其他UV-B辐射条件下“合系41”的苯丙氨酸解氨酶活性增加不显著。接种稻瘟病菌Y98-16T导致“合系41”的苯丙氨酸解氨酶活性和类黄酮含量显著增加, “黄壳糯”的苯丙氨酸解氨酶活性降低, 类黄酮含量增加; 而接种稻瘟病菌Y99-63C显著降低了“黄壳糯”和“合系41”的苯丙氨酸解氨酶活性和类黄酮含量。UV-B辐射和稻瘟病菌联合作用导致“黄壳糯”苯丙氨酸解氨酶活性和类黄酮含量总体表现出降低的趋势, 而“合系41” 苯丙氨酸解氨酶活性和类黄酮含量一定程度上具有稳定或上升的趋势。总的来讲, UV-B辐射和稻瘟病菌联合作用导致“黄壳糯”敏感性增加, 而“合系41”抗性增强。     

纳米硅肥对水稻离体叶片衰老的影响

以水稻离体叶片模拟叶片衰老过程,通过不同的硅处理方式,研究水稻衰老过程中硅对叶片体内丙二醛(MDA)含量以及过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响。结果表明,无论是在叶片离体前还是离体后进行硅处理,都能增加丙二醛(MDA)的含量,提高过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)活性,施硅处理尤其对过氧化氢酶(CAT)活性的影响较为显著。因此,硅可通过参与植株体内代谢并调节抗氧化系统酶活性,来延缓水稻的衰老。     

Stimulation of phenolic metabolism by silicon contributes to rice resistance to sheath blight

Sheath blight caused by Rhizoctonia solani is a major disease of rice worldwide. Silicon (Si) can enhance rice resistance to sheath blight, but the relation with phenolic metabolism is poorly known. Two rice cultivars with different levels of resistance to R. solani (resistant Teqing and susceptible Ningjing 1) were studied to determine the effects of Si on disease intensity (rated from 0 to 9) and the involvement of phenolic compounds in disease resistance. Variation in the concentrations of phenolics (including total soluble phenolics, flavonoids, and lignin) and in the activities of defense‐related enzymes polyphenoloxidase (PPO) and phenylalanine ammonia‐lyase (PAL) in rice leaf sheaths was investigated. The results show that Si application reduced sheath‐blight disease ratings of Ningjing 1 and Teqing by 2.96 and 0.65, respectively. In uninoculated plants, Si application alone had no significant effects on the concentrations of phenolic compounds or on the activities of PPO and PAL. In inoculated plants, Si application increased phenolics concentrations and PPO and PAL activities only in the susceptible cultivar Ningjing 1. We conclude that Si‐induced enhancement of phenolic metabolism contributed to the improved resistance of rice to sheath blight in the sensitive cultivar.     

硅对水稻叶片抗氧化酶活性的影响及其与白叶枯病抗性的关系

以感白叶枯病的水稻品种日本晴(Oryza sativa L. cv. Nipponbare)为材料,在溶液培养条件下,研究了硅对接种白叶枯病菌后的水稻病情指数、叶片丙二醛(MDA)和过氧化氢(H2O2)含量以及超氧化物岐化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、脂氧合酶(LOX)、过氧化物酶(POD)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性的影响。结果表明,施硅能显著降低水稻白叶枯病的病情指数,防治效果达62.86%。接种白叶枯病菌后48 h内,施硅处理的水稻植株,叶片中丙二醛(MDA)和过氧化氢(H2O2)含量显著升高;显著提高感病植株叶片中脂氧合酶(LOX)和超氧化物歧化酶(SOD)活性;降低过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性;促进过氧化氢(H2O2)在植物体内积累,加强膜脂过氧化作用。因此,硅可通过参与植株体内代谢,调节抗氧化系统酶活性,激发机体过敏反应(HR),增强植株对白叶枯病抗性。     

硅调节植物抗病性的机理:进展与展望

【目的】硅素营养增强作物对病虫害的防御能力已得到充分证实,但其作用机理至今仍然没有明确。本文对国内外有关硅素营养与作物病害发展的相互关系及相关机理的最新研究进展进行了归纳总结,为通过植物营养调节技术来提高作物病害防御能力的研究提供理论支撑。【内容】土壤有效硅包括土壤溶液中的单硅酸和易转化为单硅酸的盐类,土壤中有效硅含量一般在50～260 mg/kg。硅虽然不是植物生长发育的必需矿质营养元素,但是硅在减轻植物多种生物和非生物胁迫以及提高植物对病菌的抵抗能力等方面起着重要作用。施硅可以显著地抑制水稻稻瘟病、 纹枯病、 白叶枯病、 胡麻叶斑病,小麦、黄瓜、番茄等植物白粉病等多种病害的发生。关于硅调节植物抗病性的机理,首先提出了机械或物理屏障假设,认为施硅促进了细胞硅化作用的增强,细胞壁角质-硅双层以及表皮细胞乳突的增强,对病菌的入侵起到了物理防御作用。但随着研究的深入,发现物理屏障并非唯一机制,而后提出硅积极参与了生物化学防御过程,发现硅可以诱导感病植物产生酚醛类、黄酮类等抗毒素物质,以及施硅可以提高植物中几丁质酶、过氧化物酶、多酚氧化酶的活性、苯丙氨酸解氨酶等感病植物中病程相关蛋白酶的活性,从而通过化学防御过程提高植物对病害的抵抗能力。随着现代分子技术的发展,从基因组、转录组水平对其防御机制进行了阐明。研究认为硅通过主动的上调感病植物防卫基因及病程相关蛋白基因的表达,以应对病菌侵染。硅诱导植物产生乙烯、茉莉酸、活性氧等系列信号,使植物处于预激活化状态,从而减轻生物胁迫,但是硅在调节植物胁迫信号转导方面的机制还需要深入的研究。【结论】在缺硅土壤中施用硅肥,可以增强作物对病害的抵抗能力,从而大量降低杀菌剂的使用。关于硅调节植物抗病性机理,不能单一归因于某一方面,物理屏障防御机制与生物化学防御过程兼在。硅可能与关键的植物胁迫信号系统相互作用,而最终诱导产生对病原菌的抵抗, 但是这方面的确切机制还不是很清楚,是今后的研究重点。     

硅锌硼配施对红壤区双季稻产量和群体发育特征的影响

水稻是典型的喜锌、喜硅和低度需硼作物,而我国红壤区土壤中硅、硼、锌等主要中微量元素含量普遍偏低,施用硅、锌、硼对水稻生产存在重大影响。以早稻品种中嘉早17和晚稻品种H优518为试验材料,研究硅、锌、硼配施对红壤区双季稻产量和群体发育特征的影响。结果表明:与CK处理相比,早稻季Si+Zn和Si+Zn+B处理产量分别显著增加8.6%和12.6%,晚稻季仅Si+Zn+B处理产量显著增加10.6%;早稻季Si+Zn+B处理有效穗数、结实率和千粒重均显著高于CK处理(P0.05),晚稻季仅Si+Zn和Si+Zn+B处理有效穗数显著增加;早稻和晚稻群体总颖花量与产量之间呈极显著线性正相关关系(P0.001)。与CK处理相比,增施硅、锌、硼后各生育期分蘖数、叶面积指数、SPAD值、生物量积累均有增加的趋势,其中Si+Zn+B处理增加幅度最大。除早稻季Si处理外,早稻季和晚稻季增施硅、锌、硼肥后各处理地上部群体氮素吸收总量均显著高于对照,且Si+Zn+B处理显著高于其他处理(P0.05)。因此,在红壤区双季稻生产中应重视硅、锌、硼等中微量元素的平衡施用,尤其是温度条件较低的早稻季更应重视这些元素的施用。     

甘薯抗薯瘟病的苯丙烷类代谢研究

甘薯瘟病是甘薯的重要病害, 严重影响甘薯的品质和产量.本试验在甘薯苗期, 通过剪叶法接菌研究甘薯抗感病品种苯丙烷类代谢的变化规律.结果表明: 甘薯抗感病品种接菌后PAL、POD活性均有所提高, 且提高速度与品种抗性呈正相关; 抗病品种接菌后木质素和绿原酸含量显著增加, 感病品种接菌后绿原酸、总酚和类黄酮含量波动较大, 木质素含量降低.相关性分析表明, 接菌后木质素和绿原酸的积累与甘薯品种抗病性密切相关.接菌后PAL、POD活性迅速提高并积累木质素和绿原酸等抗病物质是甘薯抗薯瘟病的苯丙烷类代谢基础, 在抗病品种鉴定方面有一定的参考价值.