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。     

施硅提高玉米抗蚜性的组成型和诱导型生理代谢机制

  【目的】  禾谷缢管蚜 (Rhopalosiphum padi) 是危害玉米的主要害虫之一,其生长繁殖严重影响了玉米的产量和品质。分析施硅 (Si) 诱导玉米植株对蚜虫的抗性对玉米正常生长尤为重要。本研究从玉米抗氧化系统、次生代谢和信号传导途径3个方面,探究了施硅提高玉米抗蚜性的生理代谢机制。  【方法】  采用玉米水培试验方法,共设置4个处理:不施硅不接蚜虫 (–Si–A)、不施硅接蚜虫 (–Si+A)、施硅不接蚜虫 (+Si–A)、施硅接蚜虫 (+Si+A)。分别于蚜虫侵染后48、60、72、96、120 h,调查玉米植株蚜虫密度,并取样分析玉米植株抗氧化系统 (CAT、SOD、H₂O₂和MDA)、次生代谢 (PAL、PPO、LOX和木质素含量) 和信号传导物质 (JA、SA) 含量,以未接虫玉米3个系统中的相关成分含量为组成型抗性,以接虫前后各成分含量的差值为诱导型抗性,讨论了硅对玉米抗蚜组成型和诱导型抗性的影响。  【结果】  随着蚜虫侵染后时间的延长,蚜虫密度增加,与侵染后48 h相比,在–Si处理下,侵染后60～120 h时蚜虫数量显著增加了12.50%～40.18%;+Si处理下,侵染后60～120 h蚜虫数量显著增加了12.36%～49.44%;在侵染后48～120 h相同时间点下,与不施硅处理相比,施硅处理的蚜虫种群密度显著降低了15.29%～20.64%。整个培养时间内,与不施硅处理相比,施硅处理的玉米抗氧化系统中组成型CAT、SOD活性均显著提高,组成型H₂O₂、MDA含量分别降低了4.41%～15.35%、5.35%～17.95%,诱导型CAT活性显著增加 (除侵染后72 h外),诱导型SOD活性显著降低,诱导型H₂O₂含量先提高后降低;施硅处理显著提高了次生代谢中组成型PAL、LOX和PPO活性、木质素含量,降低了诱导型PPO活性、木质素含量,诱导型PAL活性表现为先提高后降低,诱导型LOX活性表现为先降低后升高随后又降低;施硅处理显著提高了信号传导中组成型JA、SA含量,增加了诱导型SA含量43.77%～117.48%,降低了诱导型JA含量。同一时间点,无论是否施硅,组成型CAT、SOD活性、H₂O₂和MDA含量、PAL、LOX和PPO活性、木质素、JA和SA含量均显著高于诱导型。PCA与相关性分析结果表明,组成型和诱导型CAT、SOD活性和诱导型H₂O₂、SA含量为体现玉米抗蚜虫的组成型和诱导型抗性的较优指标。  【结论】  施硅可显著降低蚜虫的密度,并显著提高玉米抗氧化系统、次生代谢和信号传导途径各物质的组成型与诱导型抗性,因此,施用硅肥为玉米田间蚜虫的生态调控提供了理论基础和科学依据。     

钾素对玉米茎腐病抗性反应中糖类物质代谢的影响

通过砂培试验比较人工接种禾谷镰刀菌（Fusarium graminearum）后,不同钾处理对玉米幼根中糖含量及糖代谢关键酶活性和基因表达的影响。结果表明,不施钾处理中,接菌比未接菌处理玉米幼根中蔗糖和葡萄糖含量显著降低,且蔗糖的下降速率高于葡萄糖的下降速率。随着病原菌入侵时间的延长,不施钾处理葡萄糖与蔗糖比值显著升高,接菌8 d后,缺钾幼根葡萄糖与蔗糖的比值是充足供钾幼根的近10倍。此外,钾素有利于病原菌入侵,幼根中蔗糖合成酶（SS）和蔗糖磷酸合成酶（SPS）活性提高,ss和sps基因表达量增加; 而缺钾处理中,ss基因的表达量几乎没有发生变化,sps基因的表达量在接菌后6 d才有所增加。说明在病原菌入侵后,钾素可以通过调节受侵染组织糖代谢相关酶的活性,协调受侵染部位糖代谢过程,增强抗病能力。     

玉米纹枯病菌侵染的病理学观察及基因组甲基化敏感扩增多态性分析

植物基因组DNA甲基化的变化是调节基因功能的重要手段,是生物体应对各种胁迫的表观遗传反应.本研究对玉米(Zea mays)高耐纹枯病材料R15和高感纹枯病材料478进行人工接种纹枯病病菌(Rhizoctonia solani Kühn),利用扫描电镜及数码拍照技术观察病菌侵染自交系R15的病理学变化,结果显示,菌丝主要通过叶鞘部位气孔进行侵染,病斑大小的变化表明病菌对寄主的侵染具有一定的梯度性;利用基因组甲基化敏感扩增多态性(MSAP)技术,采用24对选择性扩增引物对两个抗性不同玉米材料接菌0、6、12和24 h的DNA甲基化模式进行分析,结果显示,两个材料中半甲基化水平均呈上升趋势,且R15变化幅度较大,全甲基化水平呈现先上升后下降的趋势.本研究表明,DNA甲基化与玉米纹枯病抗性反应密切相关,在抗性反应调节系统中可能起重要的作用.     

氯化钾对玉米茎腐病抗性反应中酚类物质代谢的影响

采用田间试验,比较人工接种禾谷镰刀菌（Fusarium graminearum）后,不同氯化钾处理对玉米酚类物质代谢的影响,揭示氯化钾提高作物抗病过程中的酚类物质代谢机理。结果表明,诱导接菌加速了玉米对K+的吸收,且施用氯化钾可以提高接菌后玉米茎髓中苯丙氨酸解氨酶（PAL）的诱导活性,加速多酚氧化酶（PPO）活性的升高,提高过氧化物酶（POD）活性的峰值。此外,施钾还有利于增加茎髓中固有木质素的含量,增加诱导产生的木质素和总酚的积累量。说明钾素可以通过调节酚类物质的代谢,增强次生代谢能力,提高玉米对茎腐病的抗性。     

外源水杨酸对锰污染红壤中玉米的生长与抗氧化酶活性的调节作用

采用盆栽实验方法研究了外源水杨酸（SA）对锰污染红壤中玉米的生长、脂质过氧化程度、活性氧水平以及抗氧化酶活性的影响。结果表明,过量锰明显降低玉米植株干重,显著提高了茎叶和根中锰的含量。SA促进锰胁迫下玉米的生长,但对植株中锰的含量与分布无影响。过量锰处理下,玉米叶片超氧阴离子（O.2-）和过氧化氢积累显著增加,脂质过氧化、电解质渗透率和脯氨酸含量显著升高;而SA和过量锰复合处理下,这些指标则显著降低。过量锰诱导超氧化物歧化酶（SOD,EC1.15.1.1）、过氧化物酶（POD,EC1.11.1.7）活性升高,抑制过氧化氢酶（CAT,EC1.11.1.6）和抗坏血酸过氧化物酶（APX,1.11.1.11）活性;SA处理促进锰胁迫下SOD和POD活性进一步升高,减小CAT和APX活性下降的程度。这些结果提示,SA调节抗氧化酶活性,保护组织细胞免遭氧化损伤,是SA缓解过量锰对玉米毒害作用的重要生理原因。     

不同土壤水分供应下锌对玉米叶片超微结构的影响

选择 土为供试土壤, 进行盆栽玉米试验, 设定0和5.0 mg·kg^-1两个锌处理, 按土壤饱和持水量的40%~45%和70%~75%在玉米的4叶1心期实施干旱和正常水分处理。生长50 d后, 测定不同土壤水分与锌供应状况下植株生物量和锌含量, 利用透射电子显微镜观察完全伸展新叶的超微结构变化, 以期揭示不同土壤水分供应下, 植物对施锌的响应机理。结果表明: 土壤水分供应充足条件下, 与不施锌相比, 施锌玉米地上部生物量和总干重分别增加78%和52%, 根系和地上部锌含量和锌吸收量增加较多; 而干旱条件下, 施锌对玉米生物量无显著影响。干旱条件下缺锌玉米叶片维管束鞘细胞中叶绿体结构基本保持完好, 淀粉粒和基质片层清晰可见, 但叶肉细胞中叶绿体膜受损, 基质片层结构出现皱缩, 基粒片层减少; 施锌玉米叶片维管束鞘细胞中叶绿体结构保持完好, 叶绿体周围的线粒体数目较多, 叶肉细胞中叶绿体中脂肪颗粒增多, 叶片维管束鞘细胞与叶肉细胞之间可见清晰的胞间连丝。土壤水分充足处理下, 缺锌叶片细胞膜出现皱缩, 维管束鞘细胞叶绿体淀粉粒增多, 片层结构受损, 严重时维管束鞘细胞中内溶物消失, 残存的叶绿体中仅有淀粉粒和少许片层; 叶肉细胞中叶绿体可见淀粉粒, 但片层结构少, 有些出现断裂、收缩。土壤水分充足条件下, 施锌玉米维管束鞘核叶肉细胞结构清晰, 叶绿体结构完整。结论认为: 锌对干旱胁迫下玉米叶片细胞结构的破坏有一定的缓解作用; 但土壤水分正常供应下, 缺锌导致细胞结构受损程度比干旱情况下更严重。     

玉米||大豆间作对AMF时空变化的影响

为探究农田生态系统中不同种植模式下丛枝菌根真菌(AMF)生长发育及产生孢子和球囊霉素状况,本试验设置两种结构的间作模式(6M6S:6行玉米与6行大豆间作; 3M3S:3行玉米与3行大豆间作)以及单作玉米(CKM)和单作大豆(CKS)4个处理,分析不同种植模式对AMF生长时空变化的影响。结果表明:菌根侵染率、侵染密度和菌丝密度随着AMF与作物共生期延长逐渐增加,丛枝丰度呈现先增加后减少的趋势。两年试验中,玉米乳熟期(大豆鼓粒期), 3M3S处理的菌根侵染率、侵染密度和丛枝丰度,土壤孢子密度、易提取球囊霉素含量和总球囊霉素含量均显著高于单作。在作物生育期内, AMF的孢子密度从269.40个·(100g)~(-1)增加至1 484.20个·(100g)~(-1),易提取球囊霉素含量从430.88μg·g~(-1)增加至600.78μg·g~(-1),总球囊霉素含量从942.59μg·g~(-1)增加至1 304.03μg·g~(-1)。玉米乳熟期,间作边行玉米的菌丝密度、孢子密度、易提取球囊霉素和总球囊霉素含量最高;大豆鼓粒期,间作边行大豆的菌丝密度和易提取球囊霉素含量最高,孢子密度最低。相关性分析表明,总球囊霉素和易提取球囊霉素与菌丝密度呈极显著正相关,相关系数分别达0.71和0.73;孢子密度和菌丝密度与侵染率呈极显著正相关,相关系数分别达0.72和0.75。因此,农田生境中AMF能与根系建立良好的共生关系,并随着季节变化和作物生长呈现周期性变化。间作促进了AMF的侵染,增加了球囊霉素和孢子的产量,间作处理中AMF与各行作物共生表现出边际效应。3M3S处理是最有利于AMF生长的种植模式。     

不同种植密度下丛枝菌根真菌对玉米磷吸收的影响

【目的】利用土著丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AM真菌)与作物形成互惠互利的共生关系提高作物对土壤磷的利用效率是解决农业生产中磷供需矛盾的主要途径之一,本研究在大田玉米不同种植密度条件下,研究AM真菌对玉米根系的侵染及磷吸收作用,为揭示集约化玉米高效获取磷的机理提供理论依据。【方法】以大田作物玉米的两种种植密度(5104 plants/hm2和9104 plants/hm2)体系为研究对象,在田间原位埋设PVC管装置,通过测定菌丝生长室中的菌丝密度和有效磷耗竭来确定不同种植密度体系条件下AM真菌对玉米磷吸收的作用。【结果】相对于低密度种植群体,高密度群体显著降低了玉米拔节期土壤有效磷的耗竭量,同时增加了玉米地上部的磷含量,即磷吸收效率,增幅达20%; 在玉米拔节期,增加种植密度使根际的根外菌丝生物量(菌丝密度)降低了4%,而非根际土壤中的根外菌丝生物量(菌丝密度)增加了37%; 高密度玉米种植密度群体中AM真菌的根外菌丝对土壤有效磷耗竭的贡献增加了22%。【结论】集约化玉米生产中土著AM真菌依然帮助植株从土壤中吸收有效磷; 高密度体系下玉米对磷的吸收更加依赖于AM真菌。高密度种植增加AM真菌对玉米的侵染、 根外菌丝量和对土壤有效磷的吸收。     

玉米内生芽胞杆菌的抗菌活性物质及其拮抗玉米大斑病菌机理的初步研究

为了研究生防菌株对玉米大斑病菌的抑菌作用,深化对生防菌抗菌机制的认识,本研究从玉米(Zea mays)植株体内分离拮抗玉米大斑病菌(Setosphaeria turcica)的内生细菌,对其抗菌物质及其抑菌机理进行初步研究。结果表明,所分离的内生菌株YY1经形态学观察、生理生化测定及16SrDNA序列分析,鉴定为枯草芽胞杆菌(Bacillus subtilis)。菌株YY1发酵液的硫酸铵沉淀物具有抑菌活性,且在硫酸铵50%饱和度时抑菌活性最强,说明YY1菌株产生的抗菌活性物质可能是蛋白类物质。该菌株及其蛋白粗提液均对禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)、苹果轮纹病菌(Botryosphaeria dothidea)、灰霉病菌(Botrytis cinerea)、玉米弯孢霉叶斑病菌(Curvularia lunata)等7种植物病原真菌有较强的拮抗作用。用蛋白粗提液处理菌丝、分生孢子、原生质体后经显微观察发现,大斑病菌的基内菌丝由丝状畸变为串珠状,当蛋白粗提液浓度为0.78μg/μL时,可完全抑制分生孢子萌发,并导致原生质体裂解。通过抑制孢子萌发过程中信号途径相关基因的半定量RT-PCR分析和玉米大斑病菌不同信号途径相关基因突变体的抑制率统计,初步判定该抑菌过程主要通过cAMP信号转导途径发挥作用。本研究为寻找玉米大斑病菌新的防治方法和途径提供基础资料。