土壤施硒油菜秸秆溶解性有机质对核盘菌的抑制作用及其机理

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核盘菌(Sclerotinia sclerotiorum)是一种土传病原真菌,其引起的油菜菌核病是我国油菜生产上最为严重的病害之一。硒(Selenium,Se)是人体的必需微量元素之一,也是植物生长的有益元素。我国有70%以上的地区缺硒,促使富硒农产品生产快速发展,由此伴生了大量富硒农作物废弃物如富硒作物秸秆。作物秸秆的溶解性有机质(Dissolved organic matter,DOM)是土壤微生物重要的营养来源,关于富硒作物秸秆DOM对土传病菌的影响鲜见报道。本研究以富硒油菜秸秆资源化利用为切入点,建立硒-油菜-核盘菌供试体系,获取土壤施硒油菜秸秆溶解性有机质(Dissolved organic matter derived from rape straw,RSDOM),明确其增强对核盘菌的抑制作用,深入揭示其抑制核盘菌的生理机制及其原因,为富硒秸秆利用和菌核病防治提供新的思路。获得的主要结果如下:1.0.5 mg L-1Se对核盘菌的生长表现出轻微的抑制作用,诱导菌丝产生更多的蛋白质、脂质、醇类、烷烃等物质。随着硒浓度的增加,抑制作用逐渐增强。20 mg L-1Se严重影响了核盘菌菌丝的形态特征,导致形成扭曲的菌丝体和产生肿瘤状突起。硒(≥0.5 mg L-1)损伤了核盘菌的膜系统,改变了细胞膜的通透性,导致膜内电解质的渗漏;同时也造成菌丝体内可溶性蛋白、还原糖和丙酮酸等内含物含量的变化。硒通过抑制核盘菌的能量代谢达到抑菌目的,下调细胞壁降解酶的活性降低核盘菌的致病力。2.土壤施硒显著提高了油菜秸秆和RSDOM的硒含量。RSDOM主要含有羧酸、氨基酸、醇类和芳香杂环等物质,且随着施硒浓度增加,有机酸和芳香杂环的含量也有所提高;RSDOM中存在芳香环结构和类富里酸物质,土壤施硒降低了RSDOM分子量和芳香性,但提高了RSDOM腐殖化程度导致更多复杂结构分子的存在。3.20 mg mL-1的RSDOM能有效抑制核盘菌的生长,且土壤施硒RSDOM(RSDOMSe)表现出更好的抑菌效果。RSDOMSe能够加速菌丝体萎缩、衰老,提高细胞膜的通透性以及增加电解质和内含物的渗透量从而限制了菌丝向四周扩散;RSDOMSe显著降低了核盘菌分泌细胞壁降解酶的活性,以及下调了致病因子Ggt1和Bi1的基因表达量,从而降低了核盘菌的致病力。4.不施硒的RSDOM(RSDOMN)与对照相比共产生了29种差异代谢物,而RSDOMSe产生了36种差异代谢物;两种RSDOM均显著下调了菌丝中的三羧酸循环和丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢,且RSDOMSe产生了乳酸、亚麻酸和肉豆蔻酸等对病原菌有害的物质。5.土壤施硒RSDOM中26种代谢物含量发生了显著性变化,即8种代谢物上调,18种代谢物下调;8种上调代谢物中7种有机酸对核盘菌分别表现为不同程度的抑制作用,且苯乙酸>马来酸>丙二酸>富马酸>葡糖二酸>粘酸>琥珀酸;18种下调代谢物主要是维持有机体生命活动的物质,如氨基酸、糖类和核苷类等。因此,RSDOMSe中抑菌物质含量增加可能是其增强对核盘菌抑制作用的主要原因,低浓度的菌核净与RSDOMSe联用也能获取较好的抑菌效果。6.预防实验中,RSDOMN和RSDOMSe均没有显著抑制菌斑的扩散;治疗实验中,RSDOMSe显著性降低叶片病斑的大小,抑制率达到了16.9%。活体盆栽实验中RSDOMN、RSDOMSe和苯乙酸(PA)均显著抑制了病斑的扩散,抑制率分别为5.4%、20.1%和54.2%。三者均显著提高了被核盘菌侵染的油菜叶片中叶绿素、二元酚的含量和PAL、PPO两种防御酶的活性。
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