基于钙对番茄抗灰霉病的影响探究质膜钙泵和气孔的功能

发布时间：2020-06-13 11:23

【摘要】：番茄灰霉病是一种普遍发生的危害较重的真菌病害,在世界各番茄产区均有发生。目前我国番茄灰霉病的防治以化学防治为主,然而连续施用化学药剂使病菌产生抗药性,且造成农药污染破坏环境。因此迫切需要研究出防治效果好,对环境无污染且符合有机农业标准的生物防治方法。钙作为植物中功能最丰富的营养元素能够积极参与到植物的免疫反应中,在测定外源钙离子浓度和内源钙库对番茄抗灰霉病影响的基础上,深入分析拟南芥中质膜钙泵ACAs和气孔对生长发育和植物免疫的作用,可为制定新的植物病害防治策略提供理论依据。本研究具体包括以下几个方面:(1)通过水培番茄植株的方法,设计五个梯度的外施钙离子浓度,并在是否接种灰葡萄孢菌的两种条件下开展实验。发现外源施加7.50 mM Ca2+能够有效的降低活性氧ROS的生成并增强番茄的抗病性。接着测定叶片中钙(Ca2+)、水杨酸(SA)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)以及钙调素(CaM)的含量,发现Ca2+通过激活PAL从而诱导SA的生物合成。过高的Ca2+则会抑制PAL的激活,进而抑制SA的合成。在7.50mMCa2+的营养溶液中生长的番茄接种灰葡萄孢菌后,Ca2+激活CaM呈现规律波动,且Ca2+-CaM和SA含量之间为负相关的关系。(2)通过在叶片表面喷施胞内钙螯合剂BAPTA-AM和胞外钙螯合剂EGTA研究胞质钙库与番茄灰霉病之间的关系。结果显示没有外源钙离子条件下的番茄接种灰葡萄孢菌的12h内,胞质钙库释放的Ca2+是病原菌诱导产生钙震荡的重要来源。说明在植物免疫反应中,钙信号不仅依赖外源钙离子的施加,还依赖胞质钙库的释放,两者在一定程度上是相辅相成的。(3)测定上述儿种处理条件下番茄叶片钙泵基因LCA1的表达量,发现基因表达量越高,番茄抗灰霉病能力反而降低,说明钙泵和植物免疫有一定的相关性。利用模式植物拟南芥,分析4个质膜钙泵ACA8,ACA10,ACA12和ACA13在植物生长和免疫上的功能。结果显示ACA10和ACA8的作用比ACA12和ACA13大,ACA12和ACA13的功能在ACA10和ACA8功能缺失的情况下突显。(4)利用pGC1::BON1/bon1-1转基因株系和pGC1::SNC1转基因株系让BON1和SNC1基因分别特定表达在不同背景拟南芥叶片的保卫细胞中,测定转基因株系在ABA和病原菌诱导下的气孔运动及其抗病能力,结果表明BON1基因是调节气孔运动的正调控因子,是植物免疫反应的负调控因子;SNC1基因是调节气孔运动的负调控因子,是植物免疫反应的正调控因子。明确气孔运动和植物抗病能力之间存在着密切的关系。
【图文】：

ｘ为外源施加的钙离子浓度（ｍＭ），邋ｙ为叶片中的钙含量（昭／ｇ）。从图中可以看出，在邋＇定浓度逡逑范围内施加外源妈，叶片中的钙含量也能维持在很高的水ｆ邋，但是如果继续增加外施钙离子的逡逑浓度，叶片中的钙含量不升反降，说明外源钙离子浓度不宜过高（图２－２）。这个结论和ｈ述病逡逑情指数的研究结果基本保持？致。逡逑１２０逡逑１００邋－邋▲邋逦逡逑？８０邋■逦Ｚ逡逑之逦ｚ逡逑ｗ邋６０邋－邋Ｚ逡逑３逦？／逡逑Ｓ邋４０－／逡逑２０邋－逡逑０逦■逦■逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦ｉ逦ｉ逦ｉ逡逑０逦２逦４逦６逦８逦１０逦１２逦１４逦１６逡逑Ｅｘｏｇｅｎｏｕｓ邋Ｃａ邋（ｍＭ）逡逑图２－２番茄叶片中外源性Ｃａ２＋浓度与内源性Ｃａ２‘浓度之间的关系逡逑番茄Ｗ株用外源灚离子处埋二人从左到右的５个点依次分R%足Ａ、Ｂ、ＣＫ、Ｃ、Ｄ＆ｉ，八养液中包禽完全八逡逑养溶液配方ＣＫ：邋Ｃａ２＋浓度为３．７５ｍＭ：邋Ａ：邋Ｃａ２＋浓度为０ｍＭ：邋Ｂ：邋Ｃａ２＋浓度为０．７５ｍＭ；邋Ｃ：邋Ｃａ２７衣度为７．５０ｍＭ：逡逑０：S8３２＋浓度为丨５．０0１１１＼１。抛物线型方｜？为NB＝－５９丨．７１＼２＋丨丨９９４．＞（＋３７３５９．尺２＝０．％０６，１１：中＼为外源施加的钓离逡逑子浓度（ｍＭ），邋ｙ为叶片中的钙汴董（ｎｇ／ｇ）。逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－２邋Ｒｅｌａｔｉｏｎ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋ｅｘｏｇｅｎｏｕｓ邋［Ｃａ：邋］邋ａｎｄ邋ｅｎｄｏｇｅｎｏｕｓ邋［Ｃａ：

理条件下的叶片中钙含量在６ｈ内都出现明显卜．升，其中依次为：Ａ处理从６0ｎｇ／ｇ上升到７５ｐｇ／ｇ；逡逑Ｂ处理从７５（ｉｇ／ｇ邋ｈ升到１１０（ｘｇ／ｇ：邋ＣＩＣ处理从６０ｐｇ／ｇ卜．升到８０｜＾ｇ／ｇ；邋Ｃ处理维持在１００（ｉｇ／ｇ无逡逑明显变化；Ｄ处理从５0ｎｇ／ｇ上升到丨ｌ0ｎｇ／ｇ邋（图２－３ｂ）。逡逑当外源不施加钙离子（Ａ处理）的情况下，番茄叶片的钙含量在１２ｈ达到最高值约２０0ｎｇ／ｇ邋（图逡逑２－３ｂ），说明叶片细胞内部的钙库释放了大量的Ｃａ２＋用于抵抗病原菌的侵染。而Ｄ处理中的钙含逡逑量在６－１２ｈ内从ｌｌ0ｎｇ／ｇ下降到５０〖ｉｇ／ｇ邋（图２－３ｂ），在该时间段内叶片钙含量下降说明外源钙离逡逑子浓度过高并＋能维持叶片钙含量的氋浓度。然而Ｃ处理依然维持在ｌＯＯ＾ｇ／ｇ无明显变化（图逡逑２－３ｂ）0逡逑随后的１２－２４ｈ之间，Ａ处理中的叶片钙含量呈现大幅下降，，２４＊４８ｈ则农现缓慢下降，且到逡逑９６ｈ降到最低值约ｌＯｐｇ／ｇ邋（图２－３ｂ），表明植株自身钙痄中的钙含虽有限，当外源不能及时补充逡逑新的钙源时内源钙痄会消耗殆尽，：自：接表现为叶片中的钙含Ｍ不足。ＣＫ处理中的钙含虽从１２ｈ逡逑的８０卜ｉｇ／ｇ缓慢上升到４８ｈ的１２０卜ｉｇ／ｇ，随后到９６ｈ略微卜降为ｌｌＯｐｇ／ｇ邋（图２－３ｂ）。Ｂ处理中的钙逡逑含虽１２Ｗ８ｈ内出现稳定不波动的状态
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S436.412.13

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本文编号：2711103