硅诱导水稻防御拟禾本科根结线虫(Meloidogyne graminicola)的抗性机制初步研究

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拟禾本科根结线虫(Meloidogyne graminicola)是水稻生产上的重要病原线虫,严重威胁水稻生产安全。硅作为一种诱导因子,在诱导植物对生物压力和非生物压力的抗性方面的作用越来越受到人们关注。硅诱导水稻防御病害的研究报道主要集中于稻瘟病、纹枯病、水稻白叶枯病等真菌和细菌性病害,但对于硅诱导水稻防御拟禾本科根结线虫的研究鲜有报道。本文通过采用不同硅肥处理,研究硅肥对水稻生长的影响、硅肥诱导水稻对拟禾本科根结线虫的抗性效果、硅肥对诱导水稻相关防御物质合成的影响、以及采用实时荧光定量PCR技术分析硅肥对诱导水稻相关防御基因表达的影响,以明确硅诱导水稻防御拟禾本科根结线虫抗性机制。对硅肥诱导水稻抗性的体系和浓度进行了筛选,发现0.375g/L硅肥与基质混匀处理是硅肥诱导水稻防御拟禾本科根结线虫的最佳处理体系。相比于硅溶液浇灌处理体系,硅肥与基质混匀处理体系对水稻的生长发育的作用效果更为显著。与对照组相比,0.375g/L的硅肥与基质混合处理的水稻植株对拟禾本科根结线虫的抗性效果最佳,根结数和侵染线虫头数分别减少了57.7%和56.7%。对水稻根中相关防御物质的含量进行了测定,发现硅肥能够显著增加水稻根中的硅、过氧化氢、木质素和可溶性酚的含量。在接种后6h,硅肥处理能够显著增加水稻根中H2O2含量;在接种后24h和48h,硅肥处理能够显著增加水稻根中木质素和可溶性酚含量。对水稻根中相关防御基因进行了荧光定量PCR分析,发现硅肥能够诱导水稻中SA信号途径、ET信号途径等相关基因的上调表达。硅肥在接种后24h和72h分别能够诱导水稻根中SA生物合成基因OsPAL1和OsICS1的相对表达量显著上调,此外硅肥在接种后6h可以诱导SA信号途径转录基因OsWRKY45的相对表达量显著上调。硅肥在接种后6h和72h能够诱导水稻根中ET生物合成基因OsACS1的相对表达量显著上调,硅肥在接种后24h能够诱导水稻根中ET信号途径基因OsERF1和基因OsEIN2的相对表达量显著上调。硅肥在接种后6h能够诱导水稻根中苯丙烷代谢途径中C4H的合成基因OsC4H的相对表达量显著上调,硅肥在接种后72h能够诱导木质素的合成基因OsCAD6相对表达量有显著的上调。硅肥接种后72h能够诱导胼胝质的合成基因OsGSL1和H2O2的合成基因OsRbohB的相对表达量显著上调。通过田间实验和盆栽实验对水稻不同亚群品种进行了对拟禾本科根结线虫的抗性鉴定。随机选择品种的调查显示,发现根系线指数与根线内线数呈极显著相关(r=0.87,P<0.05),且在盆栽实验中获得了类似的结果。此外,田间实验和盆栽实验结果表明,中花11号、深两优1号、和C两优4418对拟禾本科根结线虫具有很高的抗性。通过在抗性品种中线虫发育的进一步研究,发现抗性品种中的侵染的线虫会被延迟或不能发育为成虫。综上所述,初步明确了硅诱导水稻防御拟禾本科根结线虫的抗性机理,为深入了解外源化合物诱导的植物对线虫病害抗性机制奠定了基础,为更好地利用诱导抗性治理作物线虫病害提供了理论依据。此外,本研究发现了中花11号、深两优1号和C两优4418三个水稻品种对拟禾本科根结线虫表现为高度抗病,为水稻的抗性品种选育提供了实验基础。
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