西芹腐根物质二次层析物对FOC的化感作用及其对黄瓜枯萎病诱导抗性的研究

来源 :内蒙古农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qinzi9509
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黄瓜枯萎病(Cucumber fusarium wilt)是黄瓜生产上一种危害十分严重的土传病害,具有毁灭性,其病原菌能以枯萎孢子的状态在土壤中生存多年,一直是制约黄瓜优质高产的重要因素之一。目前,防治黄瓜枯萎病的策略主要还是以预防为主,缺少既便捷环保又有效的防治方法。本课题组多年研究表明,西芹鲜根及根际土不同浸提液对黄瓜枯萎病菌具有化感抑制作用,对黄瓜枯萎病具有诱导抗性,且已研究到了六次层析物对黄瓜枯萎病菌的化感作用。但西芹腐根及根际土浸提液二次层析物对黄瓜枯萎病菌的化感作用还尚未见报道,且用层析物诱导处理黄瓜幼苗后,其体内代谢通路和基因表达的变化也尚未研究。本研究以西芹腐根及根际土为试验材料,丙酮、乙醇和蒸馏水为浸提剂,相互组合,共得到6种浸提液,分别经过两次柱层析分离纯化,将所得流分分别作用于黄瓜枯萎病菌上,通过菌落直径和化感作用的测定,6种浸提液经两次筛选,共得到24个最佳流分;两次层析过程中,分别测定各流分处理后黄瓜枯萎病菌自身分泌的细胞壁降解酶活性、镰刀菌酸含量和细胞膜透性以及菌体内的保护酶活性;将筛选得到的24个最佳流分进行GC-MS检测,鉴定出流分中所含的具体物质,并分析其中存在的化感物质;最后利用24个最佳流分作为诱导剂,研究对黄瓜枯萎病的诱导抗性,并对诱导抗性效果最强流分处理后的幼苗和对照的幼苗进行转录组学测序分析,对比诱导处理后黄瓜幼苗的基因表达和代谢通路的变化。本试验取得以下研究结果:(1)6种浸提液经两次层析筛选共得到24个最佳流分。层析过程中所有流分与对照相比均可抑制黄瓜枯萎病菌的生长和孢子萌发(P<0.05),其中,西芹腐根丙酮浸提液和西芹腐根根际土乙醇浸提液二次层析最佳流分对黄瓜枯萎病菌的化感作用极显著,化感作用分别为29.83%、33.65%、40.51%、41.67%和37.61%、36.78%、41.80%、44.96%;对枯萎病菌孢子的萌发抑制率分别为50%、53.70%、61.57%、65.28%和57.87%、57.41%、65.28%、69.44%。(2)将西芹腐根及根际土各浸提液二次层析获得的24个最佳流分作用于黄瓜枯萎病菌后,显著影响了菌体自身的生化代谢,包括细胞壁降解酶活性(纤维素酶、果胶酶和β-葡萄糖苷酶);细胞膜透性(丙二醛含量和可溶性蛋白含量);镰刀菌酸含量和抗氧化系统酶活性(CAT、POD和SOD)。经测定,菌体内分泌的纤维素酶、果胶酶和β-葡萄糖苷酶活性与对照相比极显著降低(p<0.05),与化感作用呈显著负相关关系,三种酶呈显著正相关关系;处理后黄瓜枯萎病菌分泌的镰刀菌酸含量也显著下降,与对照差异极显著,与细胞壁降解酶活性呈显著正相关关系,与化感作用呈显著负相关关系;当最佳流分处理黄瓜枯萎病菌后,菌体分泌的丙二醛含量显著升高,可溶性蛋白含量下降,说明菌体的细胞膜在一定程度上被破坏,其中丙二醛含量与化感作用呈显著正相关关系,与可溶性蛋白含量呈显著负相关关系;对于菌体内的抗氧化系统,处理后黄瓜枯萎病菌内保护酶CAT、POD和SOD酶活性显著降低,与化感作用呈显著负相关关系,三个酶之间呈显著正相关关系。(3)对24个最佳流分进行GC-MS检测,其中西芹腐根二次酮层物共鉴定出了30种物质;西芹腐根二次醇层物共鉴定出了22种物质;西芹腐根二次水层物共鉴定出了9种物质;西芹腐根根际土二次酮层物共鉴定出了12种物质;西芹腐根根际土二次醇层物共鉴定出了23种物质;西芹腐根根际土二次水层物共鉴定出了11种物质。其中,除了西芹腐根根际土二次水层物的主要物质为醇类,其他5种浸提液中有机酸、酯类和含氮化合物占主要成分,结合各浸提液对黄瓜枯萎病菌的化感作用,有机酸,酯类和含氮化合物应为主要化感物质。(4)24个最佳流分作为诱导剂,诱导处理后的黄瓜幼苗均会显著提高对黄瓜枯萎病的诱导抗性,其中西芹腐根二次酮层物的4个最佳流分和西芹腐根根际土二次醇层物的4个最佳流分对黄瓜枯萎病的诱导抗性效果与对照相比差异极显著,分别为78.95%,78.95%,86.84%,89.47%和81.58%,81.58%,84.21%,84.21%。其中最强诱导抗性效果为89.47%,对应的流分是RRA102,故选择流分RRA102为最强流分。(5)对最强流分RRA102诱导处理后的黄瓜幼苗和对照黄瓜幼苗进行转录组学测序分析,结果表明共获得差异基因322个,其中上调表达152个,下调表达170个。差异基因中228个获得GO数据库功能注释,主要富集到细胞结构、生物学过程和酶活性等诸多生理生化过程;在KEGG数据库富集分析发现,共103个基因被注释到63个通路中,显著富集在氮代谢、抗坏血酸和醛酸代谢、氨基酸的生物合成、氨基糖和核苷酸糖代谢、植物激素信号转导代谢通路中,以上通路均与植物抗病性有关,说明黄瓜幼苗在诱导处理后激发了自身的防御系统,进而有效抑制黄瓜枯萎病的发生,为进一步更绿色有效的防控黄瓜枯萎病,挖掘抗病基因提供理论基础。
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