氯化钾抑制玉米茎腐病发生的机理研究

论文摘要

玉米茎腐病在我国玉米主产区发生严重。它作为一种典型的土传病害,在防治上难度较大,应用一般的化学农药、种子包衣等均难以有效控制该病的发生。有研究发现,钾肥能够显著降低玉米茎腐病的发生率,但是关于钾在抑制玉米茎腐病方面的作用机制尚不清楚。本研究采用12年氯化钾肥长期定位试验研究了氯化钾对茎腐病的抑制效果;结合室内生物培养试验研究了不同钾量级土壤浸提液对主要致病菌禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)生长的影响;利用平板计数法分析了长期施用氯化钾对玉米根际土壤微生物区系的变化。通过钾和氯不同量级的大田试验和氯化钾长期定位试验,进一步比较了氯化钾中钾和氯的抑病作用;结合室内生理生化分析方法研究了钾和氯对玉米各生育时期植株体内糖分分配的影响,并结合抽雄期接种处理探讨了钾对病原菌侵染前后酚类物质代谢的影响。本研究通过水培试验,利用高压液相色谱定量分析了钾对玉米苗期根系分泌物中各组分含量的影响;并结合室内生物培养试验,研究了根系分泌物中糖和酚酸对禾谷镰刀菌生长的影响。采用土培试验,利用透射电镜对接种后寄主与病原菌互作过程中根尖细胞超微结构的变化进行了观察。本文主要从施用氯化钾对土壤微生态和植物生理生化代谢影响的角度,对氯化钾抑制玉米茎腐病发生的机理进行系统研究和深入探讨,取得以下主要研究结果: 1.在缺钾土壤上,施用氯化钾和硝酸钾均能够显著抑制玉米茎腐病的发生,而氯素的抑病作用不明显。在缺钾条件下,抗病品种(吉单180)较感病品种(吉单327)具有更强的吸钾能力。玉米各生育时期的根、苇和叶部钾素含量均与玉米茎腐病的发生率存在显著负相关关系,茎腐病发生率随着植株体含钾量的提高而显著降低。 2.室内培养试验发现,一定浓度的氯化钾不能直接抑制禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)的生长,长期施用氯化钾的土壤浸提液对其具有明显的抑制作用。与不施钾处理相比,长期施用氯化钾对玉米生育前期根际土壤细菌数目无明显影响,适量的氯化钾可以显著增加根际土壤放线菌数目和真菌数目,且施钾处理的苗期根际土壤真菌以木霉菌占优势。而且施钾处理与不施钾处理的根际土壤真菌和放线菌数目差异显著时期正是玉米茎腐病病原菌的主要侵染期(生育前期)。说明长期施用氯化钾引起的根际土壤微生物区系的变化可能与病原菌对寄主根系的侵染存在一定的联系。 3.与缺钾处理相比,在以硝态氮为主要氮源的条件下,氯化钾和硝酸钾能够抑制根系糖的分泌,促进有机酸和酚酸的分泌。缺钾处理导致根系总糖尤其是还原糖的分泌量显著增加,有利于禾谷镰刀菌在体外的生长繁殖,可能由此提高了病原菌与寄主识别的几率,利于病原菌的侵染。阿魏酸是玉米根系分泌的主要酚酸组分,抗病品种吉单180阿魏酸分泌量明显高于感病品种吉单327,且随着钾的供应而大幅度提高。抗病品种绿原酸分泌量明显低于感病品种,供钾导致两个品种根系绿原酸分泌量下降。体外培养试验发现,阿魏酸和绿原酸均能够抑制Fusarium graminearum的生长,但阿魏酸的抑菌效果远远大于绿原酸。这说明钾主要通过阿魏酸分泌量的提高抑制根际禾谷镰刀菌的生长繁殖,从而可能降低其对寄主的侵染几率。 钾能够促进寄主细胞壁加厚,形成阻止病原菌侵染的第一道屏障;即使在病原菌侵染后,钾也能够刺激寄主细胞迅速分泌降解物质,抑制病原菌的进一步扩展。缺钾则导致寄主细胞内线粒

论文目录

• 第一章 绪论
• 1 玉米茎腐病的发生与防治
• 1.1 玉米茎腐病的危害
• 1.2 玉米茎腐病的病原
• 1.3 玉米茎腐病发生规律
• 1.4 影响玉米茎腐病发生的环境因素
• 1.5 玉米茎腐病的防治及其钾的抗病效果
• 1.6 玉米对茎腐病的抗病机制
• 1.6.1 植株的形态结构及细胞超微结构的变化与抗茎腐病的关系
• 1.6.2 玉米对茎腐病的生理生化抗病机制
• 2 钾改善植物健康的机理
• 2.1 钾对土壤微生物区系的影响及其与土传病害的关系
• 2.1.1 土壤微生物区系与土传病害
• 2.1.2 施钾对土壤微生物区系的影响
• 2.2 钾对根系分泌物的影响及其与土传病害的关系
• 2.2.1 根系分泌物与土传病害
• 2.2.2 施钾对根系分泌物的影响
• 2.3 钾改善植物健康的生理生化基础
• 2.3.1 糖在植物抗病反应中的作用及其钾对糖代谢的调控
• 2.3.2 酚类物质在抗病反应中的作用以及钾对酚类物质代谢的调控
• 2.3.3 酚类物质代谢中相关酶的活性变化在植物抗病反应中的作用
• 2.3.4 钾对酚类物质含量及其防御酶活性的影响
• 2.4 影响钾肥对植物抗性的因素及相关机理
• 2.4.1 钾肥的施用方式
• 2.4.2 钾肥形态
• 2.4.3 土壤钾素状况
• 3 本文研究契机和技术路线
• 3.1 研究契机
• 3.2 技术路线
• 第二章 氯化钾中钾和氯对玉米茎腐病的防治效果分析
• 1 引言
• 2 材料与方法
• 2.1 田间试验设计
• 2.1.1 长期钾肥定位试验
• 2.1.2 普通大田试验
• 2.2 样品采集
• 2.3 样品测定方法
• 3 结果与分析
• 3.1 长期施用氯化钾对玉米茎腐病发生率和产量的影响
• 3.2 长期施用氯化钾对植株养分吸收的影响
• 3.2.1 长期施用氯化钾对玉米各生育期钾素含量的影响
• 3.2.2 长期施用氯化钾对玉米各生育期氯素含量的影响
• 3.3 施用钾素和氯素对玉米茎腐病发生率和产量的影响
• 3.4 施用钾和氯对不同抗性品种玉米养分吸收的影响
• 3.4.1 不同抗性品种玉米根部和茎部钾素积累的动态变化
• 3.4.2 施用钾和氯对玉米各生育期植株钾素和氯素含量的影响
• 3.5 玉米各生育期植株钾素和氯素含量与茎腐病发生率的关系
• 4 讨论
• 5 小结
• 第三章 氯化钾对土壤微生物区系的影响及其与玉米茎腐病发生的关系
• 1 引言
• 2 材料方法
• 2.1 田间试验设计
• 2.2 氯化钾营养与土壤浸提液对禾谷镰刀菌生长影响的室内生物测定方法
• 2.3 根际土壤的采集及其微生物的分离方法
• 2.3.1 根际土壤的采集方法
• 2.3.2 微生物的分离计数方法
• 2.4 数据分析
• 3 结果与分析
• 3.1 氯化钾营养及土壤浸提液对病原菌禾谷镰刀菌生长的影响
• 3.2 施氯化钾对土壤微生物区系的影响
• 3.2.1 长期施用氯化钾对播种前土壤细菌、真菌和放线菌数目的影响
• 3.2.2 长期施用氯化钾对玉米根际土壤真菌数量的影响及其与发病率的相关关系
• 3.2.3 长期施用氯化钾对玉米根际土壤细菌数量的影响及其与发病率的相关关系
• 3.2.4 长期施用氯化钾对玉米根际土壤放线菌数量的影响及其与发病率的相关关系
• 4 讨论
• 5 小结
• 第四章 钾对玉米根系分泌物和超微结构的影响及其与抗茎腐病的关系
• 1 引言
• 2 材料与方法
• 2.1 水培试验
• 2.1.1 试验设计
• 2.1.2 幼苗培养
• 2.1.3 根系分泌物的收集
• 2.1.4 糖、酚酸和有机酸的测定
• 2.1.5 糖和酚酸对禾谷镰刀菌生长的影响
• 2.2 土培试验
• 2.2.1 试验设计
• 2.2.2 样品采集处理及其超微结构的观察
• 2.3 数据分析
• 3 结果与分析
• 3.1 不同钾处理对玉米干物重和株高的影响
• 3.2 不同钾处理玉米营养液pH值的变化
• 3.3 钾对玉米不同抗性品种根系分泌物的影响
• 3.3.1 钾对玉米不同抗性品种糖分泌量的影响
• 3.3.2 钾对不同抗性品种酚酸分泌量的影响
• 3.3.3 钾对不同抗性品种有机酸分泌的影响
• 3.4 根系分泌物主要组分对禾谷镰刀菌生长的影响
• 3.4.1 蔗糖和还原糖组分对禾谷镰刀菌生长的影响
• 3.4.2 酚酸对禾谷镰刀菌生长的影响
• 3.5 玉米接种后根系超微结构的变化
• 4 讨论
• 5 小结
• 第五章 钾对玉米可溶性碳水化合物分配的影响及其与抗茎腐病的关系
• 1 引言
• 2 材料与方法
• 2.1 试验设计
• 2.2 样品采集
• 2.3 测定方法
• 2.4 数据统计
• 3 结果与分析
• 3.1 玉米根、茎和叶部还原糖含量的动态变化
• 3.1.1 不同抗性品种玉米根部还原糖含量的动态变化
• 3.1.2 不同抗性品种玉米茎部还原糖含量的动态变化
• 3.1.3 不同抗性品种玉米穗位叶片还原糖含量的动态变化
• 3.2 玉米不同生育期总可溶性糖含量的动态变化
• 3.2.1 不同抗性品种玉米根部总可溶性糖含量的动态变化
• 3.2.2 不同抗性品种玉米茎秆总可溶性糖含量的动态变化
• 3.2.3 不同抗性品种玉米穗位叶片可溶性糖含量的动态变化
• 3.3 玉米不同生育期蔗糖含量的动态变化
• 3.3.1 不同抗性品种玉米根部蔗糖含量的动态变化
• 3.3.2 不同抗性品种玉米茎秆中蔗糖含量的动态变化
• 3.3.3 不同抗性品种玉米穗位叶片蔗糖含量的动态变化
• 3.3.4 钾对玉米穗部蔗糖含量及其穗重动态变化的影响
• 3.4 钾对玉米根系生物量的影响
• 3.5 玉米植株糖分含量与茎腐病发病率的相关关系
• 4 讨论
• 5 小结
• 第六章 钾对玉米木质素含量和防御酶活性的影响及其与抗茎腐病的关系
• 1 引言
• 2 材料与方法
• 2.1 试验设计
• 2.2 接种和取样
• 2.3 木质素含量测定
• 2.4 酶活性测定
• 2.4.1 苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性测定
• 2.4.2 酪氨酸解氨酶（TAL）活性测定
• 2.4.3 过氧化物酶（POD）活性测定
• 2.4.4 肉桂醇脱氢酶（CAD）活性测定
• 2.5 蛋白质含量测定
• 2.6 数据分析
• 3.结果与分析
• 3.1 钾和诱导接种对玉米木质素含量的影响
• 3.1.1 钾对玉米原生木质素含量的影响
• 3.1.2 钾和诱导接种对木质素含量动态变化的影响
• 3.1.3 钾对诱导木质素含量动态变化的影响
• 3.2 钾和诱导接种对木质素合成过程中相关防御酶活性的影响
• 3.2.1 钾和诱导接种对玉米PAL酶活性的影响
• 3.2.2 钾和诱导接种对玉米TAL酶活性的影响
• 3.2.3 钾和诱导接种对玉米POD酶活性的影响
• 3.2.4 钾和诱导接种对玉米CAD酶活性的影响
• 4 讨论
• 5 小结
• 第七章 钾对玉米总酚含量和多酚氧化酶活性的影响及其与抗茎腐病的关系
• 1 引言
• 2 材料与方法
• 2.1 试验设计
• 2.2 接种和取样
• 2.3 水溶性总酚、各酚酸组分含量和多酚氧化酶活性的测定方法
• 2.3.1 水溶性总酚含量测定
• 2.3.2 酚酸组分测定
• 2.3.3 多酚氧化酶（PPO）活性测定
• 2.4 蛋白质含量测定
• 2.5 数据分析
• 3 结果与分析
• 3.1 水溶性总酚含量玉米对茎腐病抗性的关系
• 3.2 钾和接种对酚酸各组分的影响
• 3.3 钾和诱导接种对玉米茎基部水溶性总酚含量动态变化的影响
• 3.3.1 钾和诱导接种对玉米总酚含量的影响
• 3.3.2 钾对接种后诱导产生的总酚含量的影响
• 3.4 钾和诱导接种对玉米PPO酶活性的影响
• 4 讨论
• 5 小结
• 第八章 全文结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介