丛枝菌根真菌对烟草青枯病抗病的影响

丛枝菌根真菌对烟草青枯病抗病的影响

绿色干燥是卷烟生产中常见的疾病之一，由绿色干燥菌引起，是一种细菌土壤传递疾病。近年来在我国云南、重庆、湖南和福建等烟区普遍发生。在旱地重病烟田,青枯病发病率可达30%~80%,造成大片烟田烟株枯死甚至绝收,严重影响了烟草的产量和品质,造成巨大经济损失。丛枝菌根真菌(Arbuscularmycorrhizalfungi,AMF)是自然界中分布广泛的一类土壤真菌,能与绝大多数的农作物形成稳定的共生关系。有研究表明,接种丛枝菌根真菌能提高烟草对紫苑黄化植原体的抵抗力,降低了腐霉属真菌对烟草的侵染以及有效防治根结线虫病。此外,接种丛枝菌根真菌还能够提高植物体内与抗病相关的过氧化物酶活性及丙二醛含量。过氧化物酶作为一种植物保护酶能通过清除植物细胞内毒性物质(如酚、甲醛等)来保护植物细胞,缓解或免受毒害,而丙二醛是生物在逆境条件下膜脂过氧化反应的终产物,其含量可以表示膜脂过氧化作用的程度。它们均与植物抗病性密切相关。因此,丛枝菌根真菌在植物抗病性方面具有重要作用,但迄今为止,接种丛枝菌根真菌对烟草青枯病抗性影响的研究却少见报道,有关丛枝菌根真菌对病原菌胁迫下烟草叶片中过氧化物酶活性及丙二醛含量影响的研究亦鲜见报道。为此,采用盆栽试验,观察了接种丛枝菌根真菌后烟草青枯病的发病情况,并分析了接种丛枝菌根真菌对烟草青枯病防治效果、抗病相关酶活性及丙二醛含量的影响,旨在为丛枝菌根真菌在烟草生产上的应用及烟草青枯病防治提供依据。1材料和方法1.1土壤理化性状供试烤烟品种K326,由重庆市烟草公司提供。2011年8月将烟草种子播种于装有烟草育苗基质(基质配比:60%草碳,20%蛭石,20%珍珠岩)的泡沫漂浮育苗盘中,并将其置于西南大学资源环境学院光照实验室中培养,60d后将烟苗移栽至塑料盆中。供试土壤为紫色土。土样采自重庆市江津区,并置于西南大学植物营养风干室阴干,过1mm筛,灭菌锅灭菌后备用。采用文献的方法测定土壤基本理化性状指标:pH5.4,有机质18.9g/kg,全氮0.62g/kg,全磷0.75g/kg,全钾31.9g/kg,有效磷21.2mg/kg。丛枝菌根真菌菌种为根内球囊酶Glomusintraradices(G.i)和摩西球囊酶Glomusmosseae(G.m)。由本实验室以高粱为宿主进行菌种扩繁产生,原始菌种由中国农业大学资源环境学院提供。病原菌:青枯菌(Ralstoniasolanacearum,简称R.solan)由西南大学植物保护学院提供,并按照文献的方法制备成孢子悬液。1.2菌根烟苗接种g.m试验于2011年10月在西南大学植物营养网室内进行,共设置6个处理:(1)烟株既不接种病原菌,也不接种丛枝菌根真菌(CK1);(2)烟株不接种病原菌,但接种G.i;(3)烟株不接种病原菌,但接种G.m;(4)烟株接种病原菌,但不接种丛枝菌根真菌(CK2);(5)烟株既接种病原菌也接种G.i;(6)烟株既接种病原菌也接种G.m。每处理6次重复,共36盆。每盆装1900g土、100g菌剂,CK1和CK2处理每盆加入100g菌剂,经121℃,2h灭菌。移栽烟苗时,先将烤烟专用复合肥与土壤混匀,装入塑料盆,将菌根烟苗整体从育苗盘中取出,连同根系上基质一同埋入盆中。每盆浇400mL水,每天补充水分使土壤中的含水率维持在最大田间持水量的60%~70%。烟苗自然光照,40d后采用灌根法接种青枯菌,即将1mL浓度为105cfu/mL的孢子悬液稀释100倍后灌根。1.3烟株地上部和根系菌落总数测定接种青枯菌5d后选取烟株第7片叶(自下而上),测定过氧化物酶活性(POD)和丙二醛(MDA)含量。10d后统计青枯病发病率并计算病情指数及相对防效。同时,收获各处理烟株地上部和根系。具体方法:收获前1周不浇水,使烟株自然干枯,轻拍塑料盆两侧,使土壤整体从塑料盆中滑出,轻击土壤,使其自然松散,挑出烟株根系、洗净。用剪刀剪取植株根约0.5g,并存放于保鲜柜中暂时保鲜,用于测定烟草植株根系的菌根侵染率。其余的烟株地上部和根系经105℃杀青30min后于烘箱中80℃烘干并研磨过筛,称取样品测定烟株地上部和根系干质量及N和P含量。参考文献的方法测定烟株样品的氮和磷含量;参考文献的方法测定烟株叶片中过氧化物酶活性及丙二醛含量。采用网格交叉法测定烟株根系的菌根侵染率。1.4烟草青枯病的病情分级采用SAS软件(Version9.1)进行方差分析,用LSD方法进行数据间差异的多重比较。烟草青枯病的病情分级参考方树民等的方法。烟草青枯病的发病率、病情指数及防治效果计算公式:病情指数=∑(病情级数×该级发病株数)/(总调查株数×病情最高级数)×100防治效果=(非菌根烟苗病情指数-菌根烟苗病情指数)/菌根烟苗病情指数×100%2结果与分析2.1青枯菌对烟株根系菌根感染率的影响试验结果(表1)表明,接种G.i和G.m后,烟草体内均发现了菌根侵染现象,侵染率为34%~40%。烟株根系的菌根侵染率受到青枯菌的显著影响,与未接病原菌处理相比较,接种青枯菌后烟草根系内菌根侵染率显著下降。说明当菌根烟株受到青枯菌侵染时,青枯菌和丛枝菌根真菌之间发生了侵染位点的相互竞争。2.2接种丛枝菌根真菌对烟草青枯病的影响表2表明,与CK处理相比,接种G.i,G.m的烟株青枯病病情指数和发病率均降低,分别均降低9.7%和49.8%。说明接种丛枝菌根真菌能够有效降低烟草青枯病的病情指数及发病率。此外,接种G.i和G.m对烟草青枯病的防治效果均为9.7%,说明这两种丛枝菌根真菌对烟草青枯病的防治无显著性差异。2.3青枯菌对烟株地上部干质量的影响表3数据显示,菌根共生体对宿主烟株的生长具有促进作用,且促生作用因接种青枯菌与否而有所差异。与不接种青枯菌处理相比,在接种青枯菌条件下烟草地上部干质量显著下降,而地下部干质量则下降不显著。未接种青枯菌条件下,接种G.i和G.m的烟株地上部干质量与CK1处理相比分别增加了17.5%和23.1%;而在接种青枯菌条件下,丛枝菌根真菌的促生效果明显,接种G.i和G.m处理的烟株地上部干质量与CK2处理相比,分别增加了43.7%和50.7%。说明丛枝菌根真菌对接种青枯病病原菌的烟草植株的生长具有促进作用,在一定程度上提高了烟株对青枯病的抗性。2.4青枯菌对烟草地上部和根系磷含量的影响表4表明,接种青枯菌后,植株地上部氮含量呈现显著下降趋势,而地下部氮未受到病原菌的作用,说明青枯菌对烟草植株地上部氮含量的提高具有抑制作用。分别与CK1和CK2相比,接种G.i和G.m后均能提高烟草地上部氮含量,如在接种青枯病原菌的条件下,分别提高了约11.6%和12.2%。无论接种青枯菌与否,接种丛枝菌根真菌后,分别与CK1和CK2相比,根系内的氮含量差异不显著,但均有所提高。与不接种青枯菌处理相比,接种青枯菌处理的烟草植株地上部和根系内的磷含量显著降低,如G.m侵染的烟草植株地上部和根系磷含量分别降低了7.5%和25.6%。在接种青枯菌条件下,接种G.i和G.m后,与CK2相比,烟草植株地上部和根系磷含量分别提高了23.3%,14.0%和16.9%,17.6%,见表5。2.5丛枝菌对烟草植株丙二醛含量的影响丙二醛作为生物在逆境条件下脂膜过氧化的终产物,其含量可以表示脂类过氧化作用的程度,逆境胁迫下植物的抗性一般与其体内MDA的含量呈负相关。表6表明,与不接种青枯菌处理相比,接种青枯菌后丙二醛含量有升高的趋势,说明烟草植株对青枯病抗性下降。在接种青枯菌条件下,与CK2相比,接种两种丛枝菌根真菌的植株叶片内丙二醛的含量分别下降了4.0%和3.4%。这说明丛枝菌根真菌对烟草植株细胞膜结构具有保护作用,在一定程度上能增强植株对病原菌的抗性。与不接种青枯菌处理相比,接种青枯菌后,植株叶片内POD的活性显著升高。在不接种青枯菌条件下,与CK1相比,接种G.i和G.m处理的烟草叶片内POD的活性分别增加23.2%和25.1%。在接种青枯菌条件下,与CK2相比,接种G.i和G.m处理的烟草叶片内POD活性分别提高了22.9%和26.9%。3增强烟草抗性的机制丛枝菌根真菌与烟草宿主形成共生体后能够有效降低烟草青枯病的发病率及病情指数,提高烟草对青枯病的抗性。有研究表明植物磷营养状况的改善有助于增强植物的抗病性。本研究发现,在接种青枯菌条件下,与非菌根烟草相比,接种G.i和G.m的烟草地上部磷含量显著提高,烟草青枯病发病率和病情指数明显下降。在本试验条件下,接种丛枝菌根真菌可提高烟草体内磷含量,进而增强烟草抗病性的机制可能有两点:一是磷营养的改善能促进烟株生长,增强烟株对病原菌的耐受性;二是在菌根烟苗中,由于丛枝菌根真菌具有促进植株磷吸收的特性,导致烟草与丛枝菌根真菌形成的菌根共生体内磷处于高浓度状态,降低了细胞膜的透性,影响了根际物质的运输,进而抑制病原菌对植物的侵染。因此,丛枝菌根真菌通过促进植物磷元素的吸收,提高了烟株对青枯病的抗性。这一结果与Smith等的研究结果一致。此外,有研究表明,丛枝菌根真菌降低烟草青枯病的发病率还与丛枝菌根真菌与青枯菌之间存在的侵染部位的竞争作用有关。在本研究中接种青枯菌后,烟草根系菌根共生体侵染率下降,也说明青枯菌与丛枝菌根真菌之间存在着养分或者共