壳聚糖和硅酸钠对马铃薯块茎干腐病的控制及其机理研究

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干腐病是限制马铃薯产业化发展的主要采后病害之一,贮藏期间其发病率高达30%。目前主要利用化学杀菌剂进行控制,然而化学杀菌剂的大量使用不仅会产生环境污染、农药残留等问题,也导致了抗药菌株的产生,使其使用受到越来越多的限制。因而必须寻求新的安全高效的防腐剂,以逐步取代和减少化学杀菌剂使用。壳聚糖和硅酸盐作为新型的防腐剂,其作用机制已成为植物病理学家研究的热点。但其在采后病害控制中的应用及机理研究较少。本文以马铃薯块茎(品种:大西洋)为试材,采用病理学、生物化学和组织病理学方法,系统地研究了壳聚糖和硅酸钠对马铃薯干腐病菌(Fusarium sulphureum)的抑菌特性及其对马铃薯块茎抗干腐病的诱导及机理。结果表明:1.不同浓度的壳聚糖处理预先接种干腐病菌(Fusarium sulphureum)孢子悬浮液的马铃薯块茎,能有效的控制病害,其中溶于乳酸的0.5%和1%壳聚糖处理效果较好,但1%壳聚糖处理块茎表皮会出现轻微的褐色药害。In vitro试验发现壳聚糖对干腐病菌(Fusarium sulphureum)菌落生长、菌丝生长量和孢子萌发有明显的抑制作用。扫描电镜观察表明壳聚糖处理能诱导菌丝形态学变化,表现为菌丝扭曲、缠绕,肿胀的菌丝呈现萎焉、疲软、皱缩、变形等异常形态学变化;透射电镜观察发现,0.25%壳聚糖处理,原生质分布不均匀,有非膜结构、电子透明的内含体聚集,细胞壁加厚,隔膜亦出现不规则加厚或断裂。随着处理浓度的增加,菌丝细胞严重受到破坏,细胞膜解体,细胞壁部分降解,导致原生质体泄露,胞外出现黑色斑点:同时还发现坏死的菌丝中产生了子菌丝,表明壳聚糖处理能够改变菌丝形态、破坏菌丝结构。2.硅酸钠处理能有效地控制损伤接种的马铃薯块茎干腐病的扩展,其中100和200mM处理效果最为显著,但两者病斑直径基本相同。In vitro试验发现硅酸钠对干腐病菌(Fusarium sulphureum)菌落生长、菌丝生长量和孢子萌发有明显的抑制作用。扫描电镜观察表明硅酸钠处理从菌落形态上看菌丝稀疏,粗细不均匀,且菌丝肿胀、弯曲,局部发生塌陷。透射电镜观察发现,菌丝细胞壁增厚,细胞严重变形且内部出现空腔或沉积电子致密体;同时坏死的菌丝内部形成了子菌丝。3.0.25%壳聚糖能显著降低处理后3天挑战接种的马铃薯块茎病斑的扩展和处理后48和72小时接种的Fusarium sulphureum对马铃薯块茎切片的侵染能力。同时发现浓度越高,诱导效果降低。进一步研究表明,0.25%壳聚糖处理能显著提高马铃薯块茎组织POD、PPO酶活性及H2O2和O2-含量,诱导块茎的SOD活性的降低,块茎组织GLU、PAL活性及总酚和类黄酮含量也有一定的增加,但与对照差异不显著。Fusarium sulphureum挑战接种可进一步提高壳聚糖处理者的POD、PAL、和PPO活性及H2O2和O2-含量,促进块茎组织总酚、类黄酮含量的增加。4.100mM硅酸钠能显著降低处理后3天挑战接种的马铃薯块茎病斑的扩展和处理后48小时接种的Fusarium sulphureum对马铃薯块茎切片的侵染能力。对其抗病机理进行初步研究表明硅酸钠处理虽然能提高马铃薯块茎组织POD、PPO、PAL和GLU的活性及总酚、类黄酮的含量,但与对照差异不显著,甚至在诱导前期还抑制马铃薯块茎切片相应酶的活性。Fusarium sulphureum挑战接种后,硅酸钠处理者上述酶活性迅速增加,且增加幅度明显高于对照,说明硅酸钠能增强马铃薯组织抗病原侵染的能力。以上结果表明,壳聚糖和硅酸钠具有抑菌和诱导马铃薯块茎产生抗病性的双重功能。研究结果对有效降低马铃薯块茎病害的发生、减少化学合成药物在采后病害控制中的使用量具有十分重要的理论指导意义和重要的实践应用价值。
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