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黄瓜枯萎病(Fusarium wilt),俗称死秧病、蔓割病、萎蔫病,是严重影响黄瓜生产的最主要病害之一,能够显著限制黄瓜的产量及品质形成。黄瓜枯萎病是一种严重的真菌性土传病害,是由半知菌亚门镰孢属的黄瓜专化型尖孢镰刀菌(FOC,Fusariumoxysporum f.sp.Cucumerinum)侵染所引起的。 目前,对于黄瓜枯萎病致病机理的研究进程十分缓慢。国内外关于枯萎病的致病机理有导管阻塞学说和毒素学说两种观点之争。导管阻塞学说认为,病原菌侵染植物的维管束系统,生长的菌丝菌核以及分泌的胼胝质、胶质等,阻塞导管,影响营养物质和水分向地上部运输,地上部由于缺乏水分而导致萎蔫,因缺乏养分导致缺氮失绿,最终枯萎致死。毒素学说则认为,病原菌定植于植物后,会分泌产生毒素枯萎酸(fusaricacid),该毒素能破坏植物细胞膜系统,进而影响植物正常生理代谢活动,使防御功能丧失,根系活力下降,与抗性相关酶失活,最终导致植株失水死亡。 本研究采用温室营养液水培的方式,研究不同形态氮素下,病原菌侵染和低浓度枯萎酸毒素处理对黄瓜植株水分吸收利用、温度特征、作用方式等基本生理生化指标的影响,并在以往研究结果的基础上,以两种发病机制为理论研究背景,继续研究不同氮素形态—铵态氮和硝态氮,是如何调控黄瓜枯萎病的发生,通过分析病原菌侵染和枯萎酸毒素处理后黄瓜体内水分吸收关系、铵硝养分代谢、碳氮代谢、抗性酶活性、氨基酸、有机酸等有机小分子物质代谢以及对枯萎酸毒素响应能力,深入探讨供铵态氮营养的植株易感病、供硝态氮营养的植株抗病的机理,从而为黄瓜枯萎病的防治提供一定的理论研究基础。主要研究结果如下: 1.病原菌和枯萎酸毒素处理后,铵态氮处理黄瓜各部分组织的生物量和含水量显著降低,硝态氮处理黄瓜影响则较小;供铵态氮营养的植株接菌后水分吸收量显著下降,且随着接菌天数增加,下降幅度增大,病原菌对硝态氮处理的植株影响较小,枯萎酸处理与病原菌处理的水分吸收量存在相同变化趋势,但下降更明显;供铵态氮营养的植株接菌和用枯萎酸毒素处理后叶片温度显著上升,且枯萎酸处理温度上升更剧烈,但两种处理对供硝态氮营养的植株叶片温度影响不大,这些均表明供硝态氮营养的植株比供铵态氮营养的植株抗病,且毒素作用更强烈。 2.病原菌和枯萎酸毒素处理后,供铵态氮营养的植株对铵态氮养分吸收能力显著下降,且随着侵染时间延长,下降幅度增大,毒素处理比病原菌处理对养分吸收下降幅度更大。病原菌侵染对供硝态氮营养的植株的硝态氮养分吸收影响不大,毒素处理后供硝态氮营养的植株养分吸收有所下降,但吸收量依然大于毒素处理的供铵态氮营养的植株;此外,病原菌和毒素处理增加了供铵态氮营养的植株对铵养分的运输,对供硝态氮营养的植株影响不大,且接菌和枯萎酸处理后供铵态氮营养的植株根系中铵态氮含量显著增加,对供硝态氮营养的植株铵硝含量没有影响。病原菌和枯萎酸毒素处理后,供铵态氮营养的植株过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)和超氧化物歧化酶(SOD)在根系中活性显著升高,而供硝态氮营养的植株中这几种与抗性相关的酶活性无显著性变化。 3.未接菌条件下供铵态氮营养的植株根系中可溶性糖、可溶性蛋白含量均显著高于供硝态氮营养的植株,可溶性淀粉含量无显著差异,接菌和毒素处理导致供铵态氮营养的植株黄瓜根系中可溶性糖、可溶性淀粉含量降低,可溶性蛋白含量升高,对供硝态氮营养的植株则无显著影响;接菌和毒素处理增加了供铵态氮营养的植株韧皮部汁液中糖含量,对供硝态氮营养的植株无显著影响;谷氨酰胺合成酶(GS)是N同化过程中的关键酶,通过对其酶活性测定,以期在酶水平上揭示抗病机制,结果发现,接菌和枯萎酸毒素处理后,供铵态氮营养的植株根系中GS活性显著下降,对供硝态氮营养的植株则无显著影响;所有供铵态氮营养的植株叶片碳氮比显著高于供硝态氮营养的植株。 4.用高效液相色谱仪(HPLC)鉴定黄瓜植株各部位有机酸含量发现,未接菌条件下,供铵态氮营养的植株叶片和根系中草酸、苹果酸、柠檬酸、琥珀酸和延胡索酸五种有机酸含量均显著低于供硝态氮营养的植株,病原菌处理后,供铵态氮营养的植株叶片中,除草酸外四种有机酸含量均出现上升,在根系中柠檬酸含量下降,琥珀酸含量显著上升,其余三种有机酸含量无显著变化,使用毒素枯萎酸处理后,供铵态氮营养的植株叶片和根系中,五种有机酸变化趋势与病原菌处理变化趋势大体一致。无论是病原菌处理还是毒素处理后,供硝态氮营养的植株叶片和根系中有机酸含量无变化。 5.用全自动高效氨基酸分析仪Biochrom30鉴定黄瓜各部位中17中氨基酸含量。结果发现,供铵态氮营养的植株根系中总游离氨基酸含量显著高于供硝态氮营养的植株,接菌和毒素处理后,无论是供铵态氮营养的植株还是供硝态氮营养的植株总游离氨基酸含量均显著上升;进一步具体分析各类氨基酸含量发现:在不接菌的条件下,除半胱氨酸和酪氨酸外,供铵态氮营养的植株根系中氨基酸含量均显著高于供硝态氮营养的植株。与不接菌植株相比,接菌后,铵植株根系中所有氨基酸含量均出现显著性增加,而硝植株接菌后,部分氨基酸含量出现显著性上升,部分氨基酸含量维持不变。毒素处理后的植株,不同种类氨基酸含量变化趋势与病原菌侵染后变化趋势一致。