羅文芳 ，何 偉，孫曉軍，許建軍

(新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所/農(nóng)業(yè)部西北荒漠作物有害生物綜合治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】植物免疫誘導(dǎo)劑是指沒(méi)有直接的殺菌或抗病毒活性，但能夠誘導(dǎo)植物免疫系統(tǒng)使植物獲得或提高對(duì)病菌的抗性及抗逆性的藥物或其代謝產(chǎn)物。植物免疫誘導(dǎo)劑通過(guò)激活植物的免疫系統(tǒng)并調(diào)節(jié)植物的新陳代謝，增強(qiáng)植物抗病和抗逆能力。研制植物免疫誘導(dǎo)劑以控制農(nóng)作物病害是植物保護(hù)的新思路、新途徑[1]。植物病原菌與植物互作過(guò)程中產(chǎn)生的蛋白激發(fā)子能激發(fā)植物防御反應(yīng)，提高植物免疫力，預(yù)防或減輕病害發(fā)生，是當(dāng)前生物農(nóng)藥開發(fā)的新領(lǐng)域[2]。研究5種植物免疫誘導(dǎo)劑在黃瓜植株生長(zhǎng)、葉片光合和抗病性的應(yīng)用，為黃瓜生產(chǎn)上免疫誘導(dǎo)劑的選擇提供科學(xué)依據(jù)。【前人研究進(jìn)展】目前，植物免疫誘導(dǎo)劑在糧食作物、果蔬和花卉等經(jīng)濟(jì)作物生產(chǎn)上已廣泛使用[3-5]，阿泰靈能有效促進(jìn)小麥生長(zhǎng)，并提高小麥抗病性，防御酶活性提高和抗病基因上調(diào)表達(dá)是阿泰靈誘導(dǎo)小麥抗病增產(chǎn)的重要作用機(jī)制之一[3]。近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)有關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)證了5%氨基寡糖素水劑應(yīng)用于小麥、棉花、甜椒、晚稻等作物上，具有顯著的促進(jìn)作物生長(zhǎng)、防病、抗逆、增產(chǎn)和改善品質(zhì)的效果[6]。【本研究切入點(diǎn)】鄭劍超等[7]研究表明，那氏齊齊發(fā)可增加黃瓜幼苗葉綠素含量和氮含量，促進(jìn)光合作用和生物量的積累。研究不同植物免疫誘導(dǎo)劑對(duì)黃瓜光合生理變化和抗病性的影響?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】研究5種植物免疫誘導(dǎo)劑在黃瓜上應(yīng)用效果，分析不同植物免疫誘導(dǎo)劑對(duì)黃瓜生長(zhǎng)、葉片光合作用和抗病性的影響，為黃瓜生產(chǎn)上免疫誘導(dǎo)劑應(yīng)用種類的選擇提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)于新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院綜合試驗(yàn)場(chǎng)日光溫室內(nèi)進(jìn)行，供試黃瓜品種為長(zhǎng)春密刺。供試5種植物免疫誘導(dǎo)劑。表1

表1 供試藥劑Table 1 Test Medicament

1.2 方 法

1.2.1 黃瓜植株生長(zhǎng)性狀、光合指標(biāo)及熒光參數(shù)測(cè)定

采用穴盤基質(zhì)育苗，育苗基質(zhì)配比為草炭∶蛭石∶珍珠巖= 3∶1∶1。播種前進(jìn)行植物免疫誘導(dǎo)劑浸種12 h后，4葉1心期選擇長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗移栽到花盆中，每3盆為1個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)。

分別在黃瓜苗期、生長(zhǎng)期和成熟期進(jìn)行葉面噴霧1次。于黃瓜移栽10 d后測(cè)量黃瓜株高和莖粗；在移栽26 d后手持式SPAD-502葉綠素儀測(cè)定黃瓜葉片葉綠素含量；移栽36 d后采集黃瓜果實(shí)并稱重；移栽57 d后稱量黃瓜植株鮮重，烘箱烘干后稱量干重。

移栽30 d后測(cè)量葉片的光合指標(biāo)和熒光參數(shù)。采用LI-6400型便攜光合儀(美國(guó)LI-Cor公司生產(chǎn))于晴朗的上午選擇黃瓜頂部光合作用功能葉片進(jìn)行測(cè)定，光合指標(biāo)包括凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)和蒸騰速率(Tr)；熒光參數(shù)包括光系統(tǒng)II實(shí)際光化學(xué)效率(ΦPSII)、PSII最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)、光化學(xué)猝滅系數(shù)(qP)和非光化學(xué)猝滅系數(shù)(NPQ)。

1.2.2 黃瓜病害調(diào)查

在移栽45 d后調(diào)查黃瓜白粉病發(fā)病程度，分別調(diào)查每株黃瓜全部葉片，記錄并計(jì)算病情指數(shù)和防治效果。黃瓜白粉病分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：0級(jí)：無(wú)病斑；1級(jí)：病斑面積占整個(gè)葉面積的5%以下；3級(jí)：病斑面積占整個(gè)葉面積的6%～10%；5級(jí)：病斑面積占整個(gè)葉面積的11%～20%；7級(jí)：病斑面積占整個(gè)葉面積的21%～40%；9級(jí)：病斑面積占整個(gè)葉面積的40%以上。

防治效果(%)=

1.2.3 黃瓜防御酶活性測(cè)定

于免疫誘導(dǎo)劑處理后0、6、12、24、36、48 h取黃瓜植株中部葉片并置于-80℃冰箱保存，每樣品葉片鮮重1.0 g，每處理重復(fù)3次，試驗(yàn)重復(fù)2次。按照作物組織的過(guò)氧化物酶(POD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)和總超氧化物歧化酶(T-SOD)的試劑盒(南京建成生物工程研究所)說(shuō)明書步驟進(jìn)行具體操作。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所得數(shù)據(jù)結(jié)果采用SSPS Statistics 22軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，所有數(shù)據(jù)均為3次重復(fù)的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 植物免疫誘導(dǎo)劑對(duì)黃瓜生長(zhǎng)的影響

研究表明，6%寡糖·鏈蛋白處理的黃瓜葉片葉綠素含量最高，達(dá)43.90 mg/g，其次為植物免疫誘抗蛋白含量達(dá)43.28 mg/g，5%氨基寡糖素處理黃瓜葉片葉綠素含量最低，顯著低于6%寡糖·鏈蛋白處理。移栽10 d后黃瓜植株測(cè)量結(jié)果表明，對(duì)照黃瓜植株莖粗為5.32 mm，顯著高于5種免疫誘導(dǎo)劑處理，但6%寡糖·鏈蛋白和那氏齊齊發(fā)誘導(dǎo)劑處理黃瓜植株株高顯著高于空白對(duì)照。移栽57 d后，蛋白免疫制劑處理黃瓜植株鮮重和干重最重，分別為145.68和11.24 g，其次是5%氨基寡糖素水劑處理，鮮重和干重分別為107.45和10.45 g，植物免疫誘抗蛋白處理黃瓜植株鮮重和干重最低，鮮重和干重分別為88.61和7.87 g。蛋白免疫制劑處理可以促進(jìn)黃瓜植株后期生長(zhǎng)，增加黃瓜植株生物量積累。表2

表2 植物免疫誘導(dǎo)劑下黃瓜葉片生長(zhǎng)性狀Table 2 Effect of Plant immune induction on growth characteristics of cucumber

研究表明，6%寡糖·鏈蛋白、那氏齊齊發(fā)誘導(dǎo)劑和植物免疫誘抗蛋白處理開花最早，較對(duì)照提前2 d，噴施植物誘導(dǎo)劑可以促使黃瓜花期提前。移栽36 d后，那氏齊齊發(fā)誘導(dǎo)劑處理的黃瓜產(chǎn)量最高，相比對(duì)照產(chǎn)量提高3.5倍，平均單果重達(dá)161.67 g；其次為6%寡糖·鏈蛋白處理，比對(duì)照產(chǎn)量提高2.9倍，平均單果重158.33 g；蛋白免疫制劑處理產(chǎn)量最低，平均單果重為73.33 g。表3

表3 植物免疫誘導(dǎo)劑下黃瓜產(chǎn)量變化Table 3 Effect of Plant immune induction on yield of cucumber

2.2 植物免疫誘導(dǎo)劑對(duì)黃瓜光合特性的影響

研究表明，不同的植物免疫誘導(dǎo)劑對(duì)黃瓜葉片光合特性的影響不同，黃瓜葉片光合速率為5.50～8.44 μmol/( cm2·s)，那氏齊齊發(fā)誘導(dǎo)劑的葉片光合速率最高，為8.44 μmol/( cm2·s)，顯著高于其他處理。各處理葉片氣孔導(dǎo)度以那氏齊齊發(fā)誘導(dǎo)劑最高，為0.16 μmol/( cm2·s)，高于對(duì)照，顯著高于其他處理；各處理胞間CO2濃度差異均不顯著；那氏齊齊發(fā)誘導(dǎo)劑處理黃瓜葉片蒸騰速率最高，高于對(duì)照和5%氨基寡糖素，顯著高于其他處理。表4

表4 植物免疫誘導(dǎo)劑下黃瓜葉片光合特性Table 4 Effect of plant immune induction on photosynthetic characteristics of cucumber

2.3 植物免疫誘導(dǎo)劑對(duì)葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

研究表明，不同植物免疫誘導(dǎo)劑處理的黃瓜葉片ΦPSII均與對(duì)照差異顯著，其中蛋白免疫制劑和那氏齊齊發(fā)誘導(dǎo)劑ΦPSII值最大，蛋白免疫制劑和植物免疫誘抗蛋白的處理下ΦPSII反應(yīng)中心開放程度較大，光合電子傳遞效率較高，其次是6%寡糖·鏈蛋白、那氏齊齊發(fā)誘導(dǎo)劑和5%氨基寡糖素。Fv/Fm是PSII最大光化學(xué)量子產(chǎn)量，反映PSII反應(yīng)中心內(nèi)能的轉(zhuǎn)化效率。蛋白免疫制劑處理后黃瓜葉片的葉綠素參數(shù)Fv/Fm與植物免疫誘抗蛋白處理之間相比差異不顯著，但與對(duì)照和6%寡糖·鏈蛋白、5%氨基寡糖素和那氏齊齊發(fā)誘導(dǎo)劑處理之間相比差異顯著。葉綠素?zé)晒忖绨ㄈ~綠素?zé)晒饣瘜W(xué)猝滅(qP)和非光化學(xué)猝滅(NPQ)。qP在一定程度上反映了植物光合活性的高低，qP越小，葉片捕獲的激發(fā)能中用于推動(dòng)光化學(xué)反應(yīng)的部分所占比例也少；NPQ反映了植物耗散過(guò)剩光能為熱的能力。NPQ越大，葉片為保護(hù)光合機(jī)構(gòu)免遭破壞迅速啟動(dòng)熱耗散，以耗散過(guò)剩的能量越多。各處理間與對(duì)照qP差異顯著，植物免疫誘抗蛋白的植物光合活性最高，其次是6%寡糖·鏈蛋白、蛋白免疫制劑、那氏齊齊發(fā)誘導(dǎo)劑和5%氨基寡糖素。NPQ各處理間均與對(duì)照差異顯著，其中植物免疫誘抗蛋白在光合結(jié)構(gòu)被破壞消耗的能量最多，這也和植物免疫誘抗蛋白對(duì)黃瓜白粉病抗性強(qiáng)的結(jié)果一致。圖1

2.4 植物免疫誘導(dǎo)劑對(duì)黃瓜植株抗病性的影響

研究表明，5種植物免疫誘導(dǎo)劑處理均可提高黃瓜植株對(duì)白粉病的抗病性，其中植物免疫誘抗蛋白的防治效果顯著高于其他植物免疫誘導(dǎo)劑處理，防效為99.07%，其次為蛋白免疫制劑，防治效果為70.68%；5%氨基寡糖素防治效果最差，防效為60.86%。表5

表5 不同植物免疫誘導(dǎo)劑下黃瓜白粉病的防治效果Table 5 Control effect of plant immune induction on cucumber powdery mildew

2.5 植物免疫誘導(dǎo)劑對(duì)黃瓜防御酶活性的影響

2.5.1 植物免疫誘導(dǎo)劑對(duì)過(guò)氧化物酶(POD)活性的影響

研究表明，5種植物免疫誘導(dǎo)劑均能有效誘導(dǎo)黃瓜葉片中POD酶活性的增強(qiáng)。在噴施了5種植物免疫誘導(dǎo)劑后的12 h時(shí)POD酶活性均達(dá)到最大值，與對(duì)照差異顯著，其中蛋白免疫制劑的活性最高，是CK值的1.8倍。在接種48 h后POD酶活性仍比CK處理值高，5種植物免疫誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)POD酶具有較長(zhǎng)的持效性。圖2

2.5.2 過(guò)氧化氫酶(CAT)活性的影響

研究表明，5種植物免疫誘導(dǎo)劑均能有效誘導(dǎo)黃瓜葉片中CAT酶活性的增強(qiáng)。噴施6%寡糖·鏈蛋白在24 h時(shí)CAT酶活性達(dá)到最高；另外4種誘導(dǎo)劑在12 h時(shí)達(dá)到最高值，其中蛋白免疫制劑的CAT酶活性是CK的2.5倍之高。在接種48 h后CAT酶活性仍比CK處理值高，5種植物免疫誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)CAT酶具有較長(zhǎng)的持效性。圖3

2.5.3 總超氧化物歧化酶(T-SOD)活性的影響

研究表明，5種植物免疫誘導(dǎo)劑均能有效誘導(dǎo)黃瓜葉片中T-SOD酶活性的增強(qiáng)。在噴施那氏齊齊發(fā)誘導(dǎo)劑6 h時(shí)T-SOD酶活性達(dá)到最高，是CK值的1.4倍；噴施6%寡糖·鏈蛋白和植物免疫誘抗蛋白12 h時(shí)T-SOD酶活性達(dá)到最高；噴施5%氨基寡糖素和蛋白免疫制劑24 h時(shí)T-SOD酶活性達(dá)到最高。所有處理均與對(duì)照差異顯著，5種植物免疫誘導(dǎo)劑提高黃瓜植株的T-SOD酶活性。圖4

3 討 論

植物免疫誘抗劑具有抗病增產(chǎn)功能，其在激活植物體內(nèi)分子免疫系統(tǒng)，提高植物抗病性的同時(shí)[8-9]，還激發(fā)植物體內(nèi)的一系列代謝調(diào)控系統(tǒng)，具有促進(jìn)植物根莖葉生長(zhǎng)和葉綠素含量提高，提高作物產(chǎn)量的作用[1]。這與試驗(yàn)的結(jié)果有相似之處，即用那氏齊齊發(fā)誘導(dǎo)劑和植物免疫誘抗蛋白均可促進(jìn)黃瓜花期提前、增加產(chǎn)量，提高黃瓜對(duì)白粉病防治效果。但研究中蛋白免疫制劑處理黃瓜花期延后且產(chǎn)量低于對(duì)照，其原因可能是蛋白免疫制劑對(duì)植株前期生長(zhǎng)效果不明顯，在植株生長(zhǎng)后期表現(xiàn)出促進(jìn)植株生物量的積累。

葉綠素?zé)晒馀c光合作用效率密切相關(guān)，環(huán)境因素對(duì)光合作用的影響可以通過(guò)葉綠素?zé)晒夥从吵鰜?lái)，也是植物抗逆反應(yīng)的指標(biāo)之一[10]。植物在受到脅迫時(shí)，能夠迅速識(shí)別外界刺激，并產(chǎn)生和傳遞信號(hào)[11]。PSII是光化學(xué)中最敏感的組分，提高PSII的原初光化學(xué)反應(yīng)及保護(hù)光合機(jī)構(gòu)有助于提高植物的低溫耐受性[12]。葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動(dòng)力學(xué)是利用植物逆境下所發(fā)出的具有豐富光合作用信息的熒光信號(hào)，來(lái)判定其葉片PSII受損程度、PSII受損的部位及光合電子傳遞情況[13]。這與研究中，ΦPSII、Fv/Fm、qP和NPQ在蛋白免疫制劑和植物免疫誘抗蛋白處理下值最大，說(shuō)明該處理下黃瓜葉片PSII的潛在活性和原初光能轉(zhuǎn)化效率較高，光合電子傳遞速率較快，PSII反應(yīng)中心開放程度較高結(jié)果相一致。

植株在受到病原菌攻擊后，會(huì)導(dǎo)致活性氧的過(guò)量積累或者代謝失調(diào)，進(jìn)而導(dǎo)致植物細(xì)胞膜系統(tǒng)遭到破壞，影響植物的抗病免疫。POD、CAT和T-SOD是與植物抗病有關(guān)的防御酶。CAT、SOD和POD 3種防御酶是植物體內(nèi)清除活性氧相關(guān)的酶，其中SOD是ROS機(jī)制中最先被激活的酶，可以將活性氧分解為過(guò)氧化氫和氧氣，緊接著CAT將SOD產(chǎn)生的過(guò)氧化氫分解為水和氧氣；POD通過(guò)共基質(zhì)的酚類抗氧化劑或化合物氧化分解過(guò)氧化氫，這3種酶對(duì)于維持植物體內(nèi)ROS穩(wěn)態(tài)具有重要作用[14-15]。甄丹妹等[16]報(bào)告黃瓜葉片噴施RM后引起黃瓜植株內(nèi)H2O2含量增高，抵制了白粉病原菌的侵染，CAT和POD活性提高。研究中5種免疫誘導(dǎo)劑均不同程度的提高了POD、CAT和T-SOD活性，且對(duì)黃瓜白粉病的防治效果顯著。通過(guò)研究POD、CAT和T-SOD活性與植物免疫誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)黃瓜抗病性的關(guān)系，初步證實(shí)了利用誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)抗病是防黃瓜白粉病的途徑之一，還需對(duì)植物免疫誘導(dǎo)劑誘抗的信號(hào)途徑、分子機(jī)制進(jìn)行更為深入的研究。

4 結(jié) 論

不同植物免疫誘導(dǎo)劑對(duì)黃瓜植株生長(zhǎng)、葉片光合、防御酶活性和抗病性影響存在差異，蛋白免疫制劑可顯著促進(jìn)黃瓜植株的生長(zhǎng)，提高POD和CAT酶活性且對(duì)黃瓜白粉病的防治效果達(dá)到70.68%；那氏齊齊發(fā)誘導(dǎo)劑可提高葉綠素含量、促進(jìn)黃瓜植株花期提前，產(chǎn)量相比對(duì)照提高3.5倍；植物免疫誘抗蛋白提高黃瓜植株光合性能，防治黃瓜白粉病效果達(dá)99.07%。在黃瓜生產(chǎn)中促產(chǎn)增收可優(yōu)先推薦使用那氏齊齊發(fā)誘導(dǎo)劑，在預(yù)防黃瓜白粉病時(shí)可優(yōu)先噴施植物免疫誘抗蛋白和蛋白免疫制劑以增加其抗病性。