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