密級： 論文編號： 中國農(nóng)業(yè)科學院 博士學位論文 氯化鉀抑制玉米莖腐病發(fā)生的機理研究 N F F N F F I 中 文 摘 要 玉米莖腐病在 我國 玉米主產(chǎn)區(qū)發(fā)生嚴重 。它 作為一種典型 的 土傳病害，在防治上難度較大，應用一般的化學農(nóng)藥 、 種子包衣等均 難以 有效控制該病的發(fā)生 。有 研究 發(fā)現(xiàn)， 鉀肥能夠顯著 降低玉米莖腐病的發(fā)生 率 ，但是關(guān)于鉀在抑制玉米莖腐病方面的作用機制尚不清楚 。本研究采用 12年氯化鉀肥長期定位試驗研究了氯化鉀對莖腐病的抑制效果； 結(jié)合室內(nèi)生物培養(yǎng)試驗研究了不同鉀量級土壤浸提液對主要致病菌禾谷鐮刀菌（ 生長的影響；利用平板計數(shù)法分析了長期施用氯化鉀對玉米根際土壤微生物區(qū)系的變化。通過鉀和氯不同量級的大田試驗和氯化鉀長期定位試驗，進一步比較了氯化鉀中鉀和氯的抑病 作用 ；結(jié)合室內(nèi)生理生化分析方法研究了鉀和氯對 玉米 各生育時期 植株體內(nèi) 糖分 分配的 影響 ，并結(jié)合抽雄期接種處理探討了鉀對病原菌侵染前后酚類物質(zhì)代謝的影響。 本研究 通過水培試驗，利用高壓液相色譜定量分析了鉀對玉米苗期根系分泌物 中 各組分含量的影響；并結(jié)合 室內(nèi)生物培養(yǎng)試驗，研究了根系分泌物中糖和酚酸對禾谷鐮刀菌生長的影響。采用土培試驗，利用透射電鏡對接種后寄主與病原菌互作過程中根尖細胞超微結(jié)構(gòu)的變化進行了觀察。 本文 主要從施用氯化鉀對土壤微生態(tài) 和 植物生理生化代謝 影響的角度 ，對 氯化鉀抑制玉米莖腐病發(fā)生的機理 進行系統(tǒng)研究和深入 探討，取得以下主要 研究結(jié)果 ： 1. 在缺鉀土壤上 ，施用 氯化鉀和硝酸鉀均能夠顯著 抑制 玉米莖腐病的發(fā)生，而氯素的 抑病 作用 不明顯 。 在缺鉀條件下，抗病品種 （吉單 180） 較感病品種 （吉單 327） 具有更強的吸鉀能力 。玉米各生育時期的根 、 莖 和 葉 部 鉀素含量均 與玉米莖腐病的發(fā)生率存在顯著負相關(guān)關(guān)系，莖腐病發(fā)生率隨著植株體 含鉀 量的提高而顯著降低 。 2. 室內(nèi)培養(yǎng) 試 驗發(fā)現(xiàn)，一定濃度的 氯化鉀不能直接抑制禾谷鐮刀菌 (生長 ， 長期施用氯化鉀的土壤浸提液對 其 具有明顯的 抑制 作用。 與不施鉀處理相比， 長期施用氯化鉀對玉米生育前期根際土壤細菌數(shù)目 無 明顯 影響，適量的氯化鉀 可以 顯著增加 根際土壤 放線菌數(shù)目 和 真菌數(shù)目，且 施鉀處理的 苗期 根際 土壤真菌以木霉菌占優(yōu)勢 。 而且 施鉀處理 與 不施鉀處理的根際土壤真菌和放線菌數(shù)目差異顯著時期正是玉米莖腐病病原菌的主要 侵 染期 （ 生育前期 ） 。說明 長期施用 氯化鉀 引起的根際土壤微生物區(qū)系的變化可能與病原菌對寄主根系的 侵 染存在一定的聯(lián)系。 3.， 與缺鉀處理相比，在以硝態(tài)氮為主要氮源的條件下， 氯化鉀和硝酸鉀 能夠 抑制 根系 糖 的分泌， 促進 有機酸 和酚酸 的分泌 。缺鉀 處理 導致根系總糖尤其是還原糖的分泌量顯著增加， 有利于 禾谷鐮刀菌 在體外的生長繁殖， 可能由此 提高了病原菌與寄主識別的幾率， 利于病原菌的侵染。阿魏酸是玉米根系分泌的主要酚酸組分， 抗病品種 吉單 180阿魏酸 分泌量 明顯高于感病品種 吉單327，且隨著 鉀的供應 而 大幅度提高。 抗病品種 綠原酸分泌量明顯 低于感病品種， 供 鉀導致 兩個品種根系 綠原酸分泌量下降。 體外培養(yǎng) 試 驗發(fā)現(xiàn)， 阿魏酸和綠原酸均能夠抑制 阿魏酸的抑菌效果遠遠大于綠原酸。 這 說明 鉀 主要通過 阿魏酸分泌 量的提高 抑制根際禾谷鐮刀菌的生長繁殖， 從而 可能 降低 其 對寄主的侵染幾率。 鉀 能夠 促進寄主細胞壁加厚，形成阻止病原菌侵染的第一道屏障；即使在病原菌侵染后，鉀也 能夠刺激寄主細胞 迅速 分泌降解物質(zhì)，抑制病原菌的進一步擴展。缺鉀則導致寄主細胞內(nèi)線粒 堆積，呼吸異常。 4. 鉀 可以 促進玉米碳水化合物的運輸，增加抽雄期后根 和 莖部總糖 、 還原糖和蔗糖的含量 ，并促進玉米根系的發(fā)育 ； 在灌漿期玉米根系中總糖、還原糖和蔗糖與莖腐病的抗性均存在顯著相關(guān)性 ； 在蠟熟期，莖稈總糖含量和蔗糖含量與莖腐病發(fā)生率存在極顯著負相關(guān) ；并且發(fā)現(xiàn) 在灌漿期和蠟熟期玉米根系和莖稈 的 總糖 含量 比單獨的還原糖和蔗糖含量更能體現(xiàn)玉米對莖腐病的抗病能力。 鉀對玉米糖代謝和糖運輸?shù)母纳剖翘岣哂衩讓ηo腐病抗性的一個根本原因。 5. 抗病品種玉米莖基部髓組織原生木質(zhì)素含量低于感病品種，但接種誘導產(chǎn)生的木質(zhì)素 含量高于感病品種，說明原生木質(zhì)素含量與玉米對莖腐病的抗性無關(guān)，而接種誘導產(chǎn)生 的木質(zhì)素能夠反映其抗性。 施鉀則降低了抽雄期玉米原生木質(zhì)素 含量 ， 但 提高了病原菌侵染后木質(zhì)素的合成速度，促進了誘導木質(zhì)素的積累。施鉀還 能夠 促進接種后 苯丙氨酸解氨酶（ 、 過氧化物酶（ 、酪氨酸解氨酶（ 肉桂醇脫氫酶（ 活性的提高 ， 在酶活性高峰時表現(xiàn)最 為 明顯 ， 說明 施鉀 可以 誘導玉米接種后防御酶 體系 的快速應激表達，從而 促進 病原菌侵染后酚類物質(zhì) 的轉(zhuǎn)化， 加速 木質(zhì)素的合成，增強玉米對莖腐病的抗性 。 6. 抗病品種玉米莖基部髓組織固有的水溶性總酚含量及其接種誘導后的總酚含量均低于感病品種，說明 玉米莖基 部總酚含量和誘導產(chǎn)生的酚類物質(zhì)均不能用來衡量玉米不同抗性基因型之間的抗病能力。鉀可以 增加 接種誘導后 玉米水 溶性總酚含量 ， 施鉀還 能夠提高 接種后 多酚氧化酶（ 活性，促進酚向木質(zhì)素的轉(zhuǎn)化，增加酚的合成速率。 綠原酸是接種后玉米莖基部髓組織的主要酚酸， 長期施 用氯化鉀促進了玉米接種后莖基部髓組織綠原酸的積累， 而且綠原酸具有一定的抑菌效果，說明由施鉀引起的 綠原酸 含量的增加可能對 禾谷鐮刀菌迅速擴展 具有一定的抑制作用 。 綜上所述，氯化鉀抑制玉米莖腐病發(fā)生的 可能 機 制 是：施用氯化鉀通過增加細胞壁厚度直接阻止病原菌的侵染，通過 根系分泌物和根際微生物區(qū)系的變化間接降低病原菌對寄主的侵染幾率，通過改善植株糖代謝和促進糖的運輸，增加生育后期根 和 莖部糖分含量，維持植株生命活力，防止早衰，增加植株抗性；通過 誘導玉米 在病原菌侵染 后防御酶系統(tǒng)的快速應激表達，增加病原菌侵染后誘導酚類物質(zhì) 及 木質(zhì)素的合成 速率 ， 抑制病原菌在植株體內(nèi)的迅速擴展，進而抑制玉米莖腐病的發(fā)生。 關(guān)鍵詞： 玉米莖腐病， 鉀，氯， 抗性，根系分泌物，土壤微生物區(qū)系，糖，酚代謝 is of As a of is to by as of of is an to of to of of by A 12of to Cl on of on in of in A of to of Cl of on of in at in of by to of on of on . to of of of of of of by as 1. Cl of no on of to a in of at 2. to DA . Cl . of Cl Cl of at no in of to in at in of Cl in of of Cl 3. of IV as of by of of a in In by by of of of of in . of of it of in of in of 4. to in at in at to in or be as a of to to of by to 5. of in in of by in in it of of to . of in of in of of of of of 6. of by in in of of of to of of of in to . in a in . in of n of of be as 1) of by V of . by in 2) at by of to 3) of of of of by of to in of 錄 第一章 緒 論 . 1 1 玉米莖腐病的發(fā)生與防治 . 1 米莖腐病的危害 . 1 米莖腐病的病原 . 1 米莖腐病發(fā)生規(guī)律 . 1 響玉米莖腐病發(fā)生的環(huán)境因素 . 2 米莖腐病的防治及其鉀的抗病效果 . 2 米對莖腐病的抗病機制 . 3 株的形態(tài)結(jié)構(gòu)及細胞超微結(jié)構(gòu)的變化與抗莖腐病的關(guān)系 . 3 米對莖腐病的生理生化抗病機制 . 3 2 鉀改善植物健康的機理 . 5 對土壤微生物區(qū)系的影響及其與土傳病害的關(guān)系 . 5 壤微生物區(qū)系與土傳病害 . 5 鉀對土壤微生物區(qū)系的影響 . 5 對根系分泌物的影響及其與土傳病害的關(guān)系 . 6 系分泌物與土傳病害 . 6 鉀對根系分泌物的影響 . 7 改善植物健康的生理生化基礎 . 7 在植物抗病反應中的作用及其鉀對糖代謝的調(diào)控 . 7 類物質(zhì)在抗病反應中的作用以及鉀對酚類物質(zhì)代謝的調(diào)控 . 8 類物質(zhì)代謝中相關(guān)酶的活性變化在植物抗病反應中的作用 . 10 對酚類物質(zhì)含量及其防御酶活性的影響 . 12 響鉀肥對植物抗性的因素及相關(guān)機理 . 13 肥的施用方式 . 13 肥形態(tài) . 14 壤鉀素狀況 . 14 3 本文研究契機和技術(shù)路線 . 15 究契機 . 15 術(shù)路線 . 16 第二章 氯化鉀中鉀和氯對玉米莖腐病的防治效果分析 . 17 1 引言 . 17 2 材料與方法 . 17 間試驗設計 . 17 長期鉀肥定位試驗 . 17 通大田試驗 . 17 品采集 . 18 品 測定方法 . 18 3 結(jié)果與分析 . 19 期施用氯化鉀對玉米莖腐病發(fā)生率和產(chǎn)量的影響 . 19 期施用氯化鉀對植株養(yǎng)分吸收的影響 . 19 期施用氯化鉀對玉米各生育期鉀素含量的影響 . 19 期施用氯化鉀對玉米各生育期氯素含量的影響 . 19 用鉀素和氯素對玉米莖腐病發(fā)生率和產(chǎn)量的影響 . 20 用鉀和氯對不同抗性品種玉米養(yǎng)分吸收的影響 . 22 同抗性品種玉米根部和莖部鉀素積累的動態(tài)變化 . 22 用鉀和氯對玉米各 生育期植株鉀素和氯素含量的影響 . 23 米各生育期植株鉀素和氯素含量與莖腐病發(fā)生率的關(guān) 系 . 26 4 討論 . 27 5 小結(jié) . 29 第三章 氯化鉀對土壤微生物區(qū)系的影響及其與玉米莖腐病發(fā)生的關(guān)系. 30 1 引言 . 30 2 材料方法 . 30 間試驗設計 . 30 化鉀營養(yǎng)與土壤浸提液對禾谷鐮刀菌生長影響的室內(nèi)生物測定方法 . 30 際土壤的采集及其微生物的分離方法 . 31 際土壤的采集 方法 . 31 生物的分離計數(shù)方法 . 31 據(jù)分析 . 31 3 結(jié)果與分析 . 31 化鉀營養(yǎng)及土壤浸提液對病原菌禾谷鐮刀菌生長的影響 . 31 氯化鉀對土壤微生物區(qū)系的影響 . 32 期施用氯化鉀對播種前土壤細菌、真菌和放線菌數(shù)目的影響 . 32 期施用氯化鉀對玉米根際土壤真菌數(shù)量的影響及其與發(fā)病率的相關(guān)關(guān)系 33 期施用氯化鉀對玉米根際土壤細菌數(shù)量的影響及其與發(fā)病率的相關(guān)關(guān)系 34 期施用氯化鉀對玉米 根際土壤放線菌數(shù)量的影響及其與發(fā)病率的相關(guān)關(guān)系. 34 4 討論 . 35 5 小結(jié) . 37 四章 鉀對玉米根系分泌物和超微