草酸影响青枯雷尔氏菌与烟草互作的机制研究

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I 烟草青枯病是发生在烟草种植过程中的一种典型的维管束病害,严重影响着烟草的产质量,严重时几乎绝收。作为一种典型的土传病害,烟草青枯病的发生与其生长的土壤环境密切相关。植物在生长的过程中不断向根际分泌根系分泌物,而植物可以通过根系分泌物与土壤微生物进行物质、能量以及信息传递,并形成了寄生和侵染等复杂的互作关系,构成了一个由根系分泌物介导的特殊的根际微生态环境,显著影响着土传病害的发生。草酸是一个二元羧酸,也是根系分泌的酸性最强的有机酸之一。近年来研究表明草酸大量分泌可以通过其致酸性给植物根部带来酸性胁迫,激活根部有益菌群,提高植物抗性。也有研究表明草酸可以促进青枯雷尔氏菌的生物膜的形成,影响青枯病的发生。但关于草酸如何影响青枯雷尔氏菌和寄主之间的互作,是直接影响还是通过影响根际环境来影响发病,目前还没有相关的研究报道。本论文以烟草为模式作物,通过系统的研究,明确草酸与青枯雷尔氏菌和烟草的互作关系,以及草酸在烟草青枯病发生中扮演的角色。在烟草青枯病调控方面,以期通过调控根系分泌物来调控烟草青枯病的发生。通过研究得到结果如下:1不同抗感烟草品种分泌的草酸的含量不同通过盆栽试验对云烟87和PVH1452的品种抗感性进行鉴定,PVH1452对青枯病的抗性优于云烟87,经HPLC检测,云烟87和PVH1452的根系分泌物中均含有草酸。其中,云烟87烟草品种分泌的草酸含量高于PVH1452烟草品种,云烟87的草酸分泌量为135.65±4.3μg/g干根重,显著高于PVH1452品种的29.98±19.02μg/g干根重。2草酸可以降低培养基的pH,但不影响青枯雷尔氏菌的生长在B培养基条件下,外源添加草酸后青枯雷尔氏菌的生长对数期被略微提前,但是最终的生长量与对照趋于一致,表明草酸在B培养基中不影响青枯雷尔氏菌的生长。同时对培养液pH的检测结果表明草酸的添加会导致培养基pH的降低,但随着培养时间的增加,pH逐渐趋于一致。这说明,草酸添加引起的pH降低对青枯雷尔氏菌的生长没有造成影响。在基础培养基条件下,草酸不影响青枯雷尔氏菌的生长。草酸添加到NA固体培养基中,发现青枯雷尔氏菌在200μg/mL草酸浓度下菌体形态减小,但青枯雷尔氏菌可以正常生长。总的来说,草酸在固体和液体培养基中均不影响青枯雷尔氏菌的生长。3草酸可以显著促进青枯雷尔氏菌生物膜的形成和定殖特性通过结晶紫染色法检测草酸对青枯雷尔氏菌生物膜形成的影响,结果表明,不同浓度的草酸均能促进青枯雷尔氏菌生物膜的形成,且促进作用随浓度的增加而增强。其中,200μg/mL的草酸处理与清水对照相比,增加率达到16.4%。通过水培定殖试验表明,100-200μg/mL草酸可以显著促进青枯雷尔氏菌在烟草根部的定殖。此外,通过RT-PCR反应测定几条关键致病基因的转录表达情况,不同浓度草酸对青枯雷尔氏菌致病基因的表达没有显著的影响。说明草酸可以刺激青枯雷尔氏菌生物膜的形成,并诱集青枯雷尔氏菌在烟草根部的定殖。4草酸不影响烟草的生长,在水培和盆栽环境下能加重烟草青枯病的发生草酸在水培条件下对烟草的生长表现出低促高抑的作用,但均没有达到显著差异。同时在水培和盆栽试验中均发现草酸能够促进青枯雷尔氏菌侵染烟草,加重烟草青枯病的发生。其中,在水培环境下,接菌后第21 d,100-200μg/mL草酸处理的病情指数分别为75,72.5和90,而对照的病情指数仅为60。而在盆栽环境下,在接菌后第15 d,150和200μg/mL草酸处理的病情指数分别为95和86.25,而对照的病情指数仅为72.5。5牡蛎粉拌土施用有利于改良土壤酸性,减少草酸含量,同时提高草酸氧化酶的活性,进而减轻烟草青枯病发生的严重度土壤调理剂(牡蛎粉、生石灰、草木灰)拌土施用后能够显著降低烟草根际土壤中的草酸含量,提高了酸性土壤的pH。移栽10天后,牡蛎粉处理后的草酸含量为140.39μg/g干土,显著低于对照的649.91μg/g干土。而在移栽后8天,牡蛎粉和草木灰处理的pH分别为7和7.11,显著高于对照的5.54。土壤调理剂同时增强了烟草草酸氧化酶的活性,草酸含量和草酸氧化酶的相关性结果表明土壤调理剂的添加主要是通过草酸氧化酶降解草酸这一途径调节草酸含量的。此外,盆栽试验表明土壤调理剂可以减轻烟草青枯病的发生率。综合来看,牡蛎粉施用后可以有效地调控草酸的含量,同时对烟草青枯病也具有较好的防控效果,防效可达80.06%。综上所述,草酸主要是由于其本身的酸性影响青枯雷尔氏菌和寄主之间的互作,首先草酸并不影响青枯雷尔氏菌的生长和致病基因的表达,但可以降低培养基的pH,其次草酸可以促进青枯雷尔氏菌生物膜的形成和对烟草的侵染,进而拌土施用土壤调理剂后可以减少草酸的分泌,同时提高烟草根际pH,减轻烟草青枯病的发生。综合以上三个方面,证明草酸的大量分泌主要是通过其致酸性加重了烟草青枯病的发生。
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