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苹果树腐烂病(Valsa canker of apple)为苹果生产毁灭性病害,被称为“苹果树癌症”,严重制约我国苹果产业的发展。本研究室前期研究发现树体钾含量影响苹果树腐烂病的发病程度。本研究拟在此基础上,开展钾元素提高树体抗病机理探讨。由于苹果为多年生植物、苹果树生长具有典型季节性、个体间营养差别大,研究其营养与抗病性之间关系不易进行。本研究通过建立水培和愈伤组织营养试验体系,以水培苗和愈伤组织为材料,探究不同钾浓度对腐烂病抗性水平;通过qRT-PCR测定不同钾水平愈伤组织在受苹果树腐烂病菌侵染诱导后酚类合成及病程相关蛋白基因的表达水平,以明确钾在腐烂病发生与寄主抗性的互作过程中的作用,为利用树体营养控制苹果树腐烂病发生提供理论依据。取得如下研究结果:1.建立了一套较为完善的嘎啦组培体系,获得不同钾水平的嘎拉愈伤组织,为腐烂病抗病机制研究奠定了基础。初代培养基为:MS+琼脂粉8 g+蔗糖30 g+0.5mg/L6-BA+0.5 mg/L IBA+0.1 mg/L IAA+PVP 4 g;继代培养基为:MS+琼脂粉8 g+蔗糖30 g+0.5 mg/L 6-BA+0.2 mg/L IBA。生根培养基为:1/2 MS+琼脂粉8 g+蔗糖15 g+0.3mg/L IBA+1.0 mg/L IAA。嘎啦愈伤组织的诱导培养基为:MS+琼脂粉8 g+蔗糖30 g+2.0mg/L 6-BA+2.0 mg/L 2,4-D+0.4 mg/L NAA。诱导出的愈伤组织以MS培养基中钾水平为1倍钾的基础上,设置2倍钾、1/2钾、0倍钾共四个钾水平,继代培养一个月,可获得钾水平不同的愈伤组织。2.建立了不同钾水平一年生水培砧木M26和T33的水培体系:以1/4Hoagland营养液中钾营养为1倍钾水平,设置2倍钾、1/2钾、0倍钾共四个钾水平,培养时间为20周,可获得不同钾水平的水培砧木。3.接种不同钾水平的一年生水培苹果砧木幼苗M26和T337,发现M26在相同钾水平下表现出更好的抵抗腐烂病能力:M26在树体钾含量达到1.5%时,对腐烂病免疫,而T337在树体叶钾含量达到1.5%时,腐烂病发生状况仍然比较严重,当树体叶钾含量达到为2.3%时,树体呈现出免疫。接种不同钾水平嘎啦愈伤组织,发现在供试钾水平范围,钾含量越高,抵抗腐烂病菌侵染的能力越强。高钾含量处理的愈伤组织在接种48h后,仅有少量扩展,而低钾含量处理愈伤组织呈现水渍化腐烂症状。表明愈伤组织可以替代植株进行苹果腐烂病抗性机制研究。4.愈伤组织在感染腐烂病菌后,钾能显著提高酚类物质合成途径上4-香豆酰CoA连接酶、类黄酮糖基转移酶、查耳酮异构酶、苯丙氨酸解氨酶、查耳酮合成酶、二氢黄酮3-羟化酶基因的表达量,在2K水平下的基因相对表达量分别是0K水平下的2.51倍、6.67倍、2.04倍、4.35倍、4.17倍、2.56倍,表现出显著性差异。在腐烂病菌与愈伤组织的互作过程中,病程相关蛋白中β-1,3-葡聚糖酶基因、几丁质酶基因、类甜蛋白基因无论在高钾含量还是低钾含量的愈伤组织中,三种酶活性均呈表现出先升高后降低的趋势,且各个酶活性高峰峰值和出现的时间不同,但高钾含量的愈伤在各个时期β-1,3-葡聚糖酶基因、几丁质酶基因、类甜蛋白基因都显著高于低钾含量的愈伤。这些结果表明,钾提高酚类代谢相关基因、病程相关基因及胞壁降解酶等防卫基因的表达活性是高钾含量愈伤抗苹果腐烂病的防卫机理之一。