烟草黑胫病游动孢子迁移特征及影响其侵染的主要因素研究

发布时间：2020-04-07 16:31

【摘要】：烟草黑胫病是常见的具有毁灭性的土传真菌性病害,给烟农及烟草行业造成了巨大损失。如何有效防控烟草黑胫病一直是烟草生产的研究重点和热点。了解烟草黑胫病游动孢子在土壤中的吸附、迁移行为并构建数学模型来预测其迁移行为,以及明晰影响其侵染烟株的主要因素,对于完善烟草黑胫病的防控体系,实现烟草的绿色植保和绿色种植有重要意义。因此,本研究以绿色荧光蛋白标记的烟草黑胫病病原菌为供试菌,通过室内平衡吸附实验和土柱迁移实验,较为系统的研究了不同利用方式的土壤(红壤水稻土和红壤旱地土)和土壤中施用木本泥炭对黑胫病游动孢子在土壤中吸附、迁移的影响;采用室内实验,研究了根损伤、干旱胁迫和氮素形态对黑胫病游动孢子侵染烟株的影响。试验主要研究结果如下:(1)不同利用方式的土壤对烟草黑胫病游动孢子的吸附、迁移有影响。烟草黑胫病游动孢子在红壤水稻土和红壤旱地土中的等温吸附曲线都最符合Freundich吸附平衡模型,在红壤水稻土中的等温平衡吸附常数k为1.0836 mL?g~(-1),在红壤旱地土中的等温平衡吸附常数k为1.5125 mL?g~(-1)。黑胫病游动孢子在红壤水稻土中40 min内基本达到吸附平衡,可逆吸附常数(K_(att))为1.7147×10~-11 s~(-1),可逆解吸常数(K_(det))为5.3639×10~-22 s~(-1);在红壤旱地土中50 min内基本达到吸附平衡,可逆吸附常数(K_(att))为6.7439×10~-22 s~(-1),可逆解吸常数(K_(det))为2.0211×10~-22 s~(-1)。红壤水稻土和红壤旱地土对黑胫病游动孢子的纵向迁移均有强烈的阻滞作用,使其主要滞留在土柱的0~5 cm范围内。游动孢子在非饱和土壤中存在再分布现象,再分布能增加其向下的迁移量。(2)木本泥炭能增强土壤对黑胫病游动孢子的吸附。红壤水稻土和红壤旱地土施入木本泥炭后,黑胫病游动孢子在其中的平衡吸附常数k都升高,向下迁移量都增大。黑胫病游动孢子在施入木本泥炭的红壤水稻土中的平衡吸附常数k为1.6058mL?g~(-1),40min基本达到吸附平衡,可逆吸附常数为1.1851×10~-11 s~(-1),可逆解吸常数为2.5015×10~-22 s~(-1);在红壤旱地土中的平衡吸附常数k为2.2156 mL?g~(-1),40 min基本达到吸附平衡,可逆吸附常数为8.011×10~-22 s~(-1),可逆解吸常数为1.580×10~-22 s~(-1)。(3)根系损伤程度和游动孢子数量对烟苗发病率、病情指数和保护酶系都有极显著影响。随着根系损伤程度和黑胫病游动孢子数量增加,小黄金1025(易感品种)和K326(中抗品种)叶片SOD、POD、CAT、PAL活性,MDA含量,发病率和病情指数均随之而升高。相同处理条件下K326叶片SOD,POD,CAT,PAL活性及其增加速度整体高于小黄金1025,但发病率和病情指数则反之。游动孢子浓度相同时,各根系损伤处理的叶片抗氧化酶系活性整体上比完整根系处理的增加更快。(4)适度干旱胁迫可以提高烟苗抗病性,降低黑胫病游动孢子对烟苗的侵染。随着干旱胁迫加重,各处理的烟苗发病率和病情指数整体上均下降,烟苗根系SOD、CAT、POD和PAL活性以及游离脯氨酸和木质素含量都随之而升高,但增幅逐渐减小。轻度和中度干旱胁迫时烟苗发病率和病情指数均以干旱胁迫前后都接种游动孢子的处理(T3处理)最高,以干旱胁迫后接种游动孢子的处理(T2处理)最低,重度干旱胁迫时以干旱胁迫前接种游动孢子处理(T1处理)的烟苗发病率和病情指数均最低,T2处理次之,T3处理最高。正常培养至中度干旱胁迫时T2处理发病率和病情指数均低于T1处理,并且二者差距逐渐增大,但病情指数增大更显著。(5)氮素形态能影响黑胫病游动孢子的萌发和侵染。适宜比例的硝态氮(NO-N)和铵态氮(NH-N)配比能提高烟苗抗病性,降低烟苗黑胫病发病率和病情指数,高浓度的NH-N对烟苗根系生长发育有抑制作用。硝态氮、铵态氮及其混合液均可以促进烟草黑胫病游动孢子的萌发,但最终萌发率并无显著差异。随着溶液中NH-N浓度的升高,烟苗根系形态发生改变,生物量降低,生长发育受到抑制,但烟苗发病率和病情指数均显著下降,根系木质素、纤维素,MDA含量以及抗氧化保护酶活性都随之升高。蛋白组学研究表明NO-N:NH-N为10:0,5:5和0:10处理的根系有40个蛋白表达发生显著变化,其中的36个被成功鉴定,主要涉及能量、信号转导、胁迫与防卫等代谢途径。本研究表明红壤旱地土和红壤水稻土对烟草黑胫病游动孢子的纵向迁移都有强烈的阻滞作用,使其主要滞留在土柱的0~5 cm范围内;施用木本泥炭能增强土壤对游动孢子的吸附能力。因此,建议烟草生产中把0~5 cm的土层作为烟草黑胫病的防治重点并增加生物炭的施用以降低游动孢子在烟田中的扩散范围。此外,还建议通过适度的干旱胁迫和施用NO-N:NH-N为7:3~5:5的氮肥来提高烟苗的抗性,育苗、移栽以及农事操作时应避免烟株根系受损伤,建议部分烟区尝试开展新型育苗方式的研究。
【图文】：

氮素形态,烟苗,形态,总表面积

*表示相关性达 0.05 显著水平；**表示相关性达 0.01 显著水平。6 氮素形态对烟苗根系蛋白表达的影响6.1 根系形态和生物量如图 6.6 所示，随着溶液中NH 浓度增加烟苗根系变短，变硬，颜色变深，木质重。根系扫描仪获得的相关数据如表 6.5 所示，方差分析表明随着溶液中NH 浓度重、干重，总根长，根总表面积和根总体积均极显著降低(P＜0.01)。NO : NH 10 处理的烟苗根鲜重、干重，总根长，根总表面积和根总体积分别比由NO : NH:0 处理降低 50.69%，45.79%，53.62%，49.81%和 62.11%。由此可知，高浓度的N烟苗根系的生长发育有抑制作用。

烟苗,双向电泳,差异表达,蛋白

由图 6.9 和表 6.6 可知，随着溶液NO : NH 由 10:0 至 0:10，7 个蛋白(Spot 2,3, 5, 6,8, 11 and 12)表达丰度显著下降，，17 个蛋白(Spot 14, 16, 17, 19~27, 30~33 and 35)表达丰度显著上升。1 个蛋白(spot 13)表达丰度只在NO : NH 为 5:5 时显著上升。 NO : NH为 5:5 时 4 个蛋白(Spots 1, 4, 34 and 36)未表达，而蛋白点 9, 18 和 28 均分别只在NO : NH 为 5:5, 0:10, 10:0 时表达。NO : NH 为 10:0 时蛋白点 10 和 15 未表达。NO : NH 为 0:10 时蛋白点 7 和 29 未表达。如图 6.8 所示，对成功鉴定的 36 个差异蛋白进行功能分类，可分将其为 6 类：(1)代谢，(2)胁迫与防卫，(3)信号转导，(4)能量，(5)结构组成，(6）功能未知；对其进行 GO 生物过程分类：（1)生物合成过程，（2)分解代谢过程，（3)胁迫应答过程，（4）细胞氮复合过程，（5)分子代谢过程，(6)辅因子代谢过程，(7）前提代谢和能量过程，(8）碳水化合物代谢过程，(9）脂代谢过程，(10）硫化合物代谢过程。图 6.11 和图6.12 分别为所列举的苯丙素生物合成途径和氧化磷酸化途径的 KEGG 通路图。
【学位授予单位】：湖南农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S435.72

【参考文献】