【毕业学位论文】（Word原稿）氯化钾抑制玉米茎腐病发生的机理研究植物营养学博士论文

密级： 论文编号： 中国农业科学院 博士学位论文 氯化钾抑制玉米茎腐病发生的机理研究 N F F N F F I 中 文 摘 要 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（ 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 、 茎 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 (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 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 堆积，呼吸异常。 4. 钾 可以 促进玉米碳水化合物的运输，增加抽雄期后根 和 茎部总糖 、 还原糖和蔗糖的含量 ，并促进玉米根系的发育 ； 在灌浆期玉米根系中总糖、还原糖和蔗糖与茎腐病的抗性均存在显著相关性 ； 在蜡熟期，茎秆总糖含量和蔗糖含量与茎腐病发生率存在极显著负相关 ；并且发现 在灌浆期和蜡熟期玉米根系和茎秆 的 总糖 含量 比单独的还原糖和蔗糖含量更能体现玉米对茎腐病的抗病能力。 钾对玉米糖代谢和糖运输的改善是提高玉米对茎腐病抗性的一个根本原因。 5. 抗病品种玉米茎基部髓组织原生木质素含量低于感病品种，但接种诱导产生的木质素 含量高于感病品种，说明原生木质素含量与玉米对茎腐病的抗性无关，而接种诱导产生 的木质素能够反映其抗性。 施钾则降低了抽雄期玉米原生木质素 含量 ， 但 提高了病原菌侵染后木质素的合成速度，促进了诱导木质素的积累。施钾还 能够 促进接种后 苯丙氨酸解氨酶（ 、 过氧化物酶（ 、酪氨酸解氨酶（ 肉桂醇脱氢酶（ 活性的提高 ， 在酶活性高峰时表现最 为 明显 ， 说明 施钾 可以 诱导玉米接种后防御酶 体系 的快速应激表达，从而 促进 病原菌侵染后酚类物质 的转化， 加速 木质素的合成，增强玉米对茎腐病的抗性 。 6. 抗病品种玉米茎基部髓组织固有的水溶性总酚含量及其接种诱导后的总酚含量均低于感病品种，说明 玉米茎基 部总酚含量和诱导产生的酚类物质均不能用来衡量玉米不同抗性基因型之间的抗病能力。钾可以 增加 接种诱导后 玉米水 溶性总酚含量 ， 施钾还 能够提高 接种后 多酚氧化酶（ 活性，促进酚向木质素的转化，增加酚的合成速率。 绿原酸是接种后玉米茎基部髓组织的主要酚酸， 长期施 用氯化钾促进了玉米接种后茎基部髓组织绿原酸的积累， 而且绿原酸具有一定的抑菌效果，说明由施钾引起的 绿原酸 含量的增加可能对 禾谷镰刀菌迅速扩展 具有一定的抑制作用 。 综上所述，氯化钾抑制玉米茎腐病发生的 可能 机 制 是：施用氯化钾通过增加细胞壁厚度直接阻止病原菌的侵染，通过 根系分泌物和根际微生物区系的变化间接降低病原菌对寄主的侵染几率，通过改善植株糖代谢和促进糖的运输，增加生育后期根 和 茎部糖分含量，维持植株生命活力，防止早衰，增加植株抗性；通过 诱导玉米 在病原菌侵染 后防御酶系统的快速应激表达，增加病原菌侵染后诱导酚类物质 及 木质素的合成 速率 ， 抑制病原菌在植株体内的迅速扩展，进而抑制玉米茎腐病的发生。 关键词： 玉米茎腐病， 钾，氯， 抗性，根系分泌物，土壤微生物区系，糖，酚代谢 is of As a of is to by as of of is an to of to of of by A 12of to Cl on of on in of in A of to of Cl of on of in at in of by to of on of on . to of of of of of of by as 1. Cl of no on of to a in of at 2. to DA . Cl . of Cl Cl of at no in of to in at in of Cl in of of Cl 3. of IV as of by of of a in In by by of of of of in . of of it of in of in of 4. to in at in at to in or be as a of to to of by to 5. of in in of by in in it of of to . of in of in of of of of of 6. of by in in of of of to of of of in to . in a in . in of n of of be as 1) of by V of . by in 2) at by of to 3) of of of of by of to in of 录 第一章 绪 论 . 1 1 玉米茎腐病的发生与防治 . 1 米茎腐病的危害 . 1 米茎腐病的病原 . 1 米茎腐病发生规律 . 1 响玉米茎腐病发生的环境因素 . 2 米茎腐病的防治及其钾的抗病效果 . 2 米对茎腐病的抗病机制 . 3 株的形态结构及细胞超微结构的变化与抗茎腐病的关系 . 3 米对茎腐病的生理生化抗病机制 . 3 2 钾改善植物健康的机理 . 5 对土壤微生物区系的影响及其与土传病害的关系 . 5 壤微生物区系与土传病害 . 5 钾对土壤微生物区系的影响 . 5 对根系分泌物的影响及其与土传病害的关系 . 6 系分泌物与土传病害 . 6 钾对根系分泌物的影响 . 7 改善植物健康的生理生化基础 . 7 在植物抗病反应中的作用及其钾对糖代谢的调控 . 7 类物质在抗病反应中的作用以及钾对酚类物质代谢的调控 . 8 类物质代谢中相关酶的活性变化在植物抗病反应中的作用 . 10 对酚类物质含量及其防御酶活性的影响 . 12 响钾肥对植物抗性的因素及相关机理 . 13 肥的施用方式 . 13 肥形态 . 14 壤钾素状况 . 14 3 本文研究契机和技术路线 . 15 究契机 . 15 术路线 . 16 第二章 氯化钾中钾和氯对玉米茎腐病的防治效果分析 . 17 1 引言 . 17 2 材料与方法 . 17 间试验设计 . 17 长期钾肥定位试验 . 17 通大田试验 . 17 品采集 . 18 品 测定方法 . 18 3 结果与分析 . 19 期施用氯化钾对玉米茎腐病发生率和产量的影响 . 19 期施用氯化钾对植株养分吸收的影响 . 19 期施用氯化钾对玉米各生育期钾素含量的影响 . 19 期施用氯化钾对玉米各生育期氯素含量的影响 . 19 用钾素和氯素对玉米茎腐病发生率和产量的影响 . 20 用钾和氯对不同抗性品种玉米养分吸收的影响 . 22 同抗性品种玉米根部和茎部钾素积累的动态变化 . 22 用钾和氯对玉米各 生育期植株钾素和氯素含量的影响 . 23 米各生育期植株钾素和氯素含量与茎腐病发生率的关 系 . 26 4 讨论 . 27 5 小结 . 29 第三章 氯化钾对土壤微生物区系的影响及其与玉米茎腐病发生的关系. 30 1 引言 . 30 2 材料方法 . 30 间试验设计 . 30 化钾营养与土壤浸提液对禾谷镰刀菌生长影响的室内生物测定方法 . 30 际土壤的采集及其微生物的分离方法 . 31 际土壤的采集 方法 . 31 生物的分离计数方法 . 31 据分析 . 31 3 结果与分析 . 31 化钾营养及土壤浸提液对病原菌禾谷镰刀菌生长的影响 . 31 氯化钾对土壤微生物区系的影响 . 32 期施用氯化钾对播种前土壤细菌、真菌和放线菌数目的影响 . 32 期施用氯化钾对玉米根际土壤真菌数量的影响及其与发病率的相关关系 33 期施用氯化钾对玉米根际土壤细菌数量的影响及其与发病率的相关关系 34 期施用氯化钾对玉米 根际土壤放线菌数量的影响及其与发病率的相关关系. 34 4 讨论 . 35 5 小结 . 37 四章 钾对玉米根系分泌物和超微