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。     

水稻新嫩组织的硅质化及其与稻瘟病抗性的关系

采用供硅处理与否的溶液培养水稻作供试材料,研究了硅在新嫩组织中的含量、分布、形态分组和动态变化及其与稻瘟病抗性的关系。结果表明,水稻组织硅质化在展叶( 或出穗) 前即已开始,在稻瘟病菌入侵的关键时期展叶( 或出穗) 后最初几天,供硅与否其组织硅质化状况已存在悬殊差异。前者新嫩叶片SiO2含量达5-45% ,难溶性硅占全硅量94-5% ;后者新嫩叶片SiO2含量仅为1-20 % ,难溶性硅占全硅量只78-33% 。供硅的新嫩叶片表面已有明显亚铃状硅化细胞出现,乳突粗大,X-射线硅的能谱分析线在硅化细胞和乳突处出现较高的峰,表明该处硅的分布密度较高。而未经供硅处理的对照此时新嫩叶片表面未见明显硅化细胞,乳突小,X-射线硅的能谱分析线为无曲折变化的平滑直线。供硅与否水稻新嫩组织间上述差异是导致日后稻瘟病发病率明显不同的基础。试验还表明,无论供硅与否,水稻体内可溶性硅含量始终维持在0-3% 左右,表明这可能是稻体组织内由可溶性硅转化为难溶性硅的一个阈值。     

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。     

硅对水稻病程相关蛋白活性和酚类物质含量的影响及其与诱导抗性的关系

为阐明硅提高水稻抗稻瘟病的生理机制,采用室内溶液培养试验,研究了硅对接种稻瘟病菌后水稻叶片的几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶活性以及总可溶性酚和木质素含量的影响。结果表明,接种稻瘟病菌能诱导几丁质酶活性的快速上升,不施硅处理的几丁质酶活性在第2 d达到第一个峰值后就开始下降,而施硅处理的几丁质酶活性则继续上升直到第4 d才开始下降,从第4～8 d显著高于不施硅处理。β-1,3-葡聚糖酶活性在接种后的第4 d之前均上升缓慢,处理间差异不显著;第4 d后开始上升,到第8 d达到最大值;不施硅处理上升更快,显著高于施硅处理。接种稻瘟病菌能诱导水稻叶片总可溶性酚含量快速上升,施硅处理和不施硅处理分别在接种后的第3和第4 d达到峰值,并开始快速下降;施硅能显著提高总可溶性酚含量。水稻叶片中的木质素含量在接种后的第1 d快速上升,并维持较高水平,施硅处理显著高于不施硅处理;但在感病后期（第6 d）,施硅处理开始显著低于不施硅处理。     

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。     

硅锌锰配合施用对水稻产量和稻瘟病的影响

水稻硅锌锰配合施用能提高水稻产量７．０％－１１．２％，并明显增加稻谷蛋白质的含量，提高稻株含硅量，使稻株硅氮比增加，因而增强了稻株的抗病性，减少了稻瘟病的发病率。     

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。     

空间诱变选育抗稻瘟病水稻品种研究进展与展望

长期的生产实践证明挖掘新的抗病资源、鉴定和利用抗病基因是防治稻瘟病最为经济有效的策略。因此,挖掘新的抗病资源以改良水稻品种的抗病持久性,是当前稻瘟病抗病育种的当务之急。空间诱变育种在创造优异新种质、诱导新的基因资源和培育农作物新品种上已发挥其独特的优势和作用,是农作物遗传改良的新途径,是未来作物育种新技术的重要组成部分。实践证明,空间诱变手段可对水稻品种的稻瘟病抗性进行有效改良,且已育成多个抗稻瘟病优良品种。本文对近20多年来水稻空间诱变抗稻瘟病育种研究现状进行概述,如空间诱变水稻稻瘟病抗性变异特点、空间诱变抗稻瘟病育种成果以及空间诱变稻瘟病抗性变异机理等,以期为进一步揭示空间诱变变异机理和开展水稻空间诱变抗病育种工作奠定理论基础。     

稻瘟菌细胞壁热解物诱导水稻抗稻瘟病的研究

以水稻近等基因系和广东省稻瘟病菌优势小种ZC13的细胞壁热解物(HDS)为材料进行诱导抗病性的研究。HDS通过细胞壁121°C 20 m in热解获得。HDS中葡萄糖质量浓度为176.83 m g/mL。HDS在体外对稻瘟病菌的孢子萌发和菌丝生长均无抑制作用,但处理水稻后可以显著提高水稻对稻瘟病菌的抗病性。在亲和性品系中,诱导抗病效果最高可达82.47%,且浓度与活性间存在正相关趋势;在非亲和品系中,热解物处理引起HR反应。HDS处理后,水稻过氧化物酶(POD)和苯丙氨酸解氨酶(PAL)活力明显升高。     

盐胁迫下添加外源硅提高水稻抗氧化酶活性与钠钾平衡相关基因表达

  【目的】  盐胁迫是影响全球作物生长的主要非生物胁迫之一,添加外源硅可有效提高植物对盐胁迫的抗性。本研究通过水培试验,分析硅对盐胁迫下水稻生长、光合系统、钠钾含量、抗氧化酶活性和钠钾平衡关键基因表达量的影响,以探究硅缓解水稻盐胁迫的机制。  【方法】  供试材料为日本晴水稻 (Oryza sativa L. cv. Nipponbare),设置NaCl 0 (CK)、50 (Na1) 和100 mmol/L (Na2) 3个盐胁迫浓度与Na₂SiO₃ 0 (Si0)、0.5 (Si1) 和1.5 mmol/L (Si2) 3个硅浓度,共9个处理。处理5天后,测定水稻长度与生物量、光合与蒸腾速率、氧化伤害、钠钾含量。结果表明,在100 mmol/L NaCl与1.5 mmol/L硅处理下,硅盐互作效果最显著,据此进一步测定了该处理下水稻的抗氧化酶活性与钠钾转运关键基因表达量。  【结果】  盐胁迫显著降低了水稻地上部与地下部的长度与干重,同时显著降低了光合速率、蒸腾速率和叶绿素含量,并明显促进丙二醛的累积。盐胁迫下,外源硅显著增加了水稻地上部高度与干重,但对地下部长度与干重无显著影响;盐胁迫下添加硅显著提高了叶片光合速率和叶绿素含量,显著降低了丙二醛含量,但对蒸腾速率无显著影响。盐胁迫均引起地上部与地下部钠含量显著上升与钾含量显著下降,盐胁迫下添加外源硅可显著降低地上部钠含量,但是对钾含量没有显著影响,并且硅对根系钠钾含量均无显著影响。总体而言,100 mmol/L NaCl处理在水稻中造成的生长抑制、氧化伤害与钠钾失衡等胁迫伤害比50 mmol/L NaCl处理更为严重,而添加1.5 mmol/L的硅对盐胁迫的缓解效果优于添加0.5 mmol/L的硅。在100 mmol/L NaCl处理下,添加1.5 mmol/L的硅显著提高了SOD、CAT、APX的活性,但是对POD的活性无显著影响;同时,添加1.5 mmol/L硅显著提高了盐胁迫下水稻钾吸收基因 (OsHAK1、OsHAK7、OsHAK11与OsHAK12)、钠外排基因 (OsSOS1) 与钠区隔化基因 (OsNHX1、OsNHX3与OsNHX5) 的表达。  【结论】  营养液中添加1.5 mmol/L的硅比0.5 mmol/L的硅对盐胁迫下水稻的生长、光合系统和离子平衡调控效果更好,能更有效地缓解水稻盐胁迫。硅可通过调控SOD、CAT、APX等抗氧化酶活性与钾吸收、钠外排和钠区隔化等钠钾平衡关键基因的表达,从而缓解水稻盐胁迫。     

镁对大豆叶片细胞膜透性和保护酶活性的影响

采用溶液培养方法研究不同的镁水平对两个大豆品种在五叶期和盛花期叶片细胞膜透性和保护酶活性的变化。结果表明,在缺镁胁迫下,大豆叶片的质膜透性(MP)和丙二醛(MDA)含量显著增加,产生的活性氧物质诱导超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性升高,而过氧化氢酶(CAT)活性下降;而施镁则能明显降低大豆叶片MP和MDA含量,提高CAT活性,有利于大豆抗膜脂过氧化胁迫。在施镁1～10.mg/L浓度下,大豆叶片的质膜透性和MDA以及SOD和POD活性均达最低值,而CAT活性则达最高值。说明在低镁胁迫下,大豆叶片的CAT活性受到抑制,而适量施镁则大大增强了CAT活性,有利于大豆体内活性氧的清除和抗逆境胁迫能力的提高。各处理下,大豆盛花期SOD和CAT活性明显降低,说明随着时间的延长,大豆叶片细胞内产生过多的活性氧超出了酶的防御能力,造成了酶活性伤害,而POD活性则变化不大;说明POD对活性氧具有较强的耐受性,是盛花期时起主要清除活性氧的作用的保护酶。本试验表明,大豆体内保护系统所存在的酶类在抵御逆境胁迫中相互协调,协同抗氧化。     

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.     

Mineral deficiencies effect on resistance-related enzymes activities in tomato leaves

Abstract

Crop yield and quality are limited by different biotic and abiotic factors. This study focused on the ability of phenylalanine ammonia-lyase, ascorbate peroxidase and polyphenol oxidase to impart resistance to mineral deficiencies. Tomato plants (Lycopersicon esculentum L.) were grown for 48, 72 and 96?hr with different specific deficiencies of minerals, including Mg²⁺, Ca²⁺, Fe²⁺, PO₄^2?, K⁺, NO₃^? and SO₄^2?, and then the soluble protein content and enzymatic activities (phenylalanine ammonia-lyase, polyphenol oxidase and ascorbate peroxidase) were analyzed. The impact of the mineral deficiencies varied in the tomato leaves. Mineral deficiencies that caused early significant protein accumulation were detected in tomato leaves grown in hydroponic cultures deficient in Ca²⁺, PO₄^2? and NO₃^? after 48, 72 and 96?hr of incubation, whereas the soluble protein level was drastically reduced in tomato leaves grown in cultures deficient in Mg²⁺, Fe²⁺, K⁺ and SO₄^2? that reveal remarkable time-dependent increase in resistance-related enzymes' activities. The resistancerelated enzymes' activities were not correlated with the soluble protein levels. These findings suggest that these activities depend on the amount of foliar nutrients, particularly Mg²⁺, Fe²⁺, K⁺ and SO₄^2?. These nutrients act synergistically on the phenolic compound biosynthesis and degradation-dependent enzymes, and this synergistic process could be considered as a mechanism of acclimation for plants against specific mineral deficiencies.     

Suppression of the fungal pathogen Magnaporthe grisea by Stenotrophomonas maltophilia,a seed-borne rice (Oryza sativa L.) endophytic bacterium

The present work was carried out to study the potential of bacteria isolated from the seeds of rice plant for the biocontrol of five rice pathogenic fungi. Eleven endophytic bacteria isolated from rice seeds were evaluated for their antagonistic potential. Of five pathogens studied, only the growth of Magnaporthe grisea was inhibited by one bacterial isolate in an in vitro dual culture assay. Based on 16S rDNA sequence analysis, and biochemical and morphological characteristics, this strain was closely related to Stenotrophomonas maltophilia. We named this new isolate to be S. maltophilia SEN₁ (seed endophyte). This isolate was further tested for the production of volatile and diffusible antibiotics against M. grisea, for plant growth-promoting (PGP) traits and colonization of some rice cultivars. In addition, S. maltophilia SEN₁ was tested for its ability to promote plant growth and reduce the incidence of rice blast disease under greenhouse conditions. When applied to the soil, this isolate increased seedling growth and suppressed blast disease in plants of three studied cultivars. This study also showed this isolate could colonize the root interior of other rice cultivars. This study indicates that the S. maltophilia isolate studied has an excellent potential to be used as biocontrol agents of M. grisea or biofertilizer under in vitro and in vivo conditions.     

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。