加拿大一枝黄花(Solidago canadensis L.)原产于北美地区,20世纪30年代将其作为观赏花卉引入我国上海、南京等地,20世纪80年代迅速蔓延扩散,逸生至野外,成为一种恶性杂草,破坏我国的生态环境并且造成了严重的经济损失。目前,主要采取人工和化学措施来防除加拿大一枝黄花,但防除效果不理想,且带来很大的负面影响。菌克阔是利用从加拿大一枝黄花白绢病病株上分离得到的齐整小核菌(Sclerotium rolfsii)菌株SC64开发的生物除草剂,其生物活性成分为该菌的菌丝体。通过前期系统研究表明菌克阔可以用于禾本科作物田、草坪的阔叶杂草以及加拿大一枝黄花的生物防治。本实验室前期针对菌克阔对不同杂草的防除效果进行了大量的研究,但在防除加拿大一枝黄花的过程中仍然存在亟需解决的药效问题。田间防除试验表明:菌克阔对于不同生长阶段的加拿大一枝黄花的致病力存在很大的差异。通过对加拿大一枝黄花木质素代谢差异方面的研究发现木质素代谢与植株的防御能力存在关联,木质素化程度高的种群防御能力较强。因此,本研究从加拿大一枝黄花的木质素含量入手,深入了解齐整小核菌菌株SC64致病的限制因素。本试验使用菌克阔防除不同生长阶段的加拿大一枝黄花,并用齐整小核菌侵染不同种群的加拿大一枝黄花的茎秆及叶片,检测不同时期和不同种群的加拿大一枝黄花木质素含量、组织分布及代谢差异对菌克阔防效的影响,为该产品的推广和应用提供了依据。1.不同时期的加拿大一枝黄花木质素含量与生物除草剂菌克阔防效相关性研究选取了花期前后的加拿大一枝黄花作为试验材料,于植株生长旺盛期开始测量株高、茎直径,并测定茎秆木质素含量、韧皮部和木质部木质素化程度,每次间隔1个月(共五次,S1-S5)。同时使用生物除草剂菌克阔对不同生长阶段(S1-S5)的加拿大一枝黄花进行防除试验,调查各个阶段菌克阔对加拿大一枝黄花的防效,并将菌克阔防效与株高、茎直径、木质素含量及韧皮部和木质部木质素化程度进行相关性分析。研究结果表明:随着加拿大一枝黄花的生长发育,植株茎秆呈不断长高增粗趋势,同时伴随着木质素的大量堆积;相比于S1期,S5期平均株高和平均茎直径分别显著高于S1期81.13 cm和3.8 mm,总木质素显著高于S1期15.4%。生物除草剂菌克阔对于不同生长阶段的加拿大一枝黄花的防效差异较大,S5期株防效和鲜重防效相比S1期显著下降57.4%和75.5%。随着加拿大一枝黄花的生长发育,菌克阔对加拿大一枝黄花的防除效果下降。在所分析的变量中,菌克阔的防效与木质素含量相关性最大,且成显著负相关(p<0.01)。上述结果说明,随着加拿大一枝黄花的生长发育,木质素含量增加,菌克阔的防效下降。2.不同种群的加拿大一枝黄花木质素代谢差异对菌克阔药效的影响以加拿大一枝黄花为试验材料,用齐整小核菌菌株SC64分别侵染不同种群的叶片,在侵染后不同时间,比较侵染后叶片病斑大小并依据该伤害情况确定了抗性和易感种群。比较两类种群叶片木质素含量,以及木质素代谢相关酶在受到侵染后的表达情况。同时测定了两类种群茎秆受到侵染后的伤害情况,比较了两类种群茎秆的木质素含量,用Fasga和Malue染色法比较两类种群维管组织木质素化程度差异,并测定两类种群韧皮部和木质部木质素代谢相关酶在受到侵染后的表达情况。根据我们的实验结果,我们判定24 h叶片病斑面积大于5%为杭性种群,小于5%为易感种群。我们的数据显示抗性种群叶片木质素含量显著高于抗性种群0.97%,且受到齐整小核菌侵染后叶片木质素代谢通路相关酶基因表达激活的更为强烈。茎秆侵染试验说明,抗性种群茎秆在受到侵染后伤害较小,Fasga和Malue染色结果显示抗性种群茎秆韧皮纤维木质素化程度更高;同时我们发现抗性种群茎秆韧皮部受到齐整小核菌侵染后木质素代谢相关酶基因的表达明显高于易感种群,而木质部两个种群之间没有明显差异。综合上述研究结果表明:抗性种群较强的抵御能力伴随着较高的叶片木质素含量和较高的茎秆韧皮纤维木质化程度,且具有较强的木质素代谢相关酶表达,上述差异在一定程度上解释了菌克阔对于不同种群加拿大一枝黄花的防除能力的差异。3.加拿大一枝黄花木质素代谢与菌克阔防除后植株恢复能力相关性研究选取抗性种群和易感种群的加拿大一枝黄花各2个种群作为试验材料,用齐整小核菌菌株SC64侵染两类种群加拿大一枝黄花的茎秆24 h后去掉菌块,待其自然生长14天后观察植株恢复情况,并采用Fasga和Malue组织染色法比较两个种群茎秆木质素化程度,同时测定茎秆韧皮部和木质部木质素代谢相关酶基因的表达情况。结果显示:抗性种群在侵染24 h并自然恢复14天后植株伤口愈合较好。侵染后24 h两个种群的韧皮部木质素代谢相关酶基因的表达皆迅速上调,抗性种群最大上调66.56%,平均上调62.89%,易感种群最大上调59.47%,平均上调54.43%。自然生长14天后加拿大一枝黄花维管组织内部细胞壁增厚,产生高度木质素化的韧皮纤维,并且韧皮纤维之间连接起来形成一个环状的防御屏障,但较之易感种群,抗性种群维管组织内部细胞壁增厚更为明显,韧皮纤维木质素化程度更高。我们的研究结果综合表明木质素代谢对于加拿大一枝黄花在菌克阔防除后的恢复能力有很大影响,齐整小核菌侵染后茎秆木质素代谢相关酶表达迅速上调,同时产生大量高度木质素化的韧皮纤维来抵御齐整小核菌的侵害,该机制的差异最终解释了不同种群加拿大一枝黄花茎秆受到齐整小核菌侵害后的恢复能力。