施硅對(duì)水稻白葉枯病抗性及葉片抗氧化酶活性的影響

劉紅芳， 宋阿琳， 范分良, 李兆君， 梁永超,2*

(1中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所， 農(nóng)業(yè)部植物營(yíng)養(yǎng)與肥料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100081;2浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院， 杭州 310058)

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施硅對(duì)水稻白葉枯病抗性及葉片抗氧化酶活性的影響

劉紅芳1， 宋阿琳1， 范分良1, 李兆君1， 梁永超1,2*

(1中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所， 農(nóng)業(yè)部植物營(yíng)養(yǎng)與肥料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100081;2浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院， 杭州 310058)

【目的】水稻白葉枯病是一種細(xì)菌性枯萎病害，是限制水稻生產(chǎn)的重要生物因素之一。通過田間接種白葉枯病菌，研究施硅對(duì)水稻葉片中丙二醛含量及抗氧化系統(tǒng)酶活性的影響及其抗白葉枯病的機(jī)理，為安全有效的防治病害提供理論依據(jù)?！痉椒ā恳蕴凭?號(hào)水稻品種為材料，2013年在河北省秦皇島市進(jìn)行田間試驗(yàn)，試驗(yàn)在兩個(gè)施氮水平 [N 180 kg/hm2(正常供氮，N180)， 450 kg/hm2(高量供氮，N450)]下設(shè)3個(gè)硅處理[不施硅(-Si)，施硅酸鈉(Si1， 以SiO2計(jì)，70 kg/hm2)， 施硅鈣肥(Si2， 以SiO2計(jì)，70 kg/hm2)]，在水稻孕穗期采用剪葉法接種白葉枯病菌，研究硅對(duì)接種后30 d水稻病情指數(shù)和第1 d、 3 d、 5 d、 7 d和10 d水稻葉片中丙二醛(MDA)含量、 超氧化物歧化酶(SOD)活性、 過氧化氫酶(CAT)活性、 抗壞血酸過氧化物酶(APX)活性的影響?！窘Y(jié)果】接種白葉枯病菌后，正常供氮水平，施硅處理的病情指數(shù)比不施硅處理平均降低17.8%(P<0.05); 高量供氮水平，施硅鈣肥的病情指數(shù)比不施硅降低15.1%(P<0.05)，而施硅酸鈉的病情指數(shù)差異不顯著。接種白葉枯病菌后，施硅處理的水稻葉片MDA均低于不施硅處理，且在正常供氮水平第7 d和高量供氮水平第3 d、 第7 d差異達(dá)顯著水平。接種白葉枯病菌后，正常供氮水平第1 d、 第7 d和高量供氮水平第1 d、 第5 d，施硅處理的水稻葉片中SOD活性均顯著高于不施硅處理，且第1 d施硅鈣肥的葉片SOD顯著高于施硅酸鈉處理; 接種白葉枯病菌后，施硅處理的水稻葉片中CAT活性均高于不施硅處理，但未達(dá)顯著水平; 高量供氮水平第1 d、 第7 d和第10 d施硅處理的水稻葉片中APX活性均顯著高于不施硅處理?！窘Y(jié)論】施硅能提高感病水稻葉片中SOD、 CAT和APX的活性，降低水稻葉片中MDA含量，有效清除植物體內(nèi)活性氧(ROS)，從而增強(qiáng)了水稻抗白葉枯病的能力; 在高量供氮水平下，硅鈣肥抵御白葉枯病效果好于硅酸鈉。

硅; 氮; 水稻; 白葉枯病; 抗氧化酶活性

水稻白葉枯病是由野油菜黃單胞菌水稻致病變種(Xanthomonascampestrispv.oryzae, Xoo)引起的一種世界性的細(xì)菌性枯萎病害。為了控制該病的發(fā)生，研究者在化學(xué)處理、 改變耕作方式和降低氮肥使用量等方面進(jìn)行了大量嘗試，但這些措施在規(guī)模和地域上不同程度地受到了限制。目前，有關(guān)水稻白葉枯病的研究大多集中于抗源篩選、 抗性遺傳及抗性育種等方面。

硅是地殼中最豐富的元素之一，其含量?jī)H次于氧。1840年，德國(guó)化學(xué)家李比希提出植物不但能吸收銨和磷酸，還能吸收硅酸等，并將硅列為與氮、 磷、 鉀同等重要的植物必需營(yíng)養(yǎng)元素[1]。1926年，Sommer最早提出硅與水稻的正常生長(zhǎng)發(fā)育有關(guān)，硅是必需營(yíng)養(yǎng)元素，只是因無法實(shí)現(xiàn)純凈的無硅培養(yǎng)而難以證實(shí)[2]。硅對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的有益作用已是不爭(zhēng)的事實(shí)，在抵御病害方面，已有學(xué)者[3-4]研究提出，硅能促進(jìn)植物生長(zhǎng)和誘導(dǎo)植物抗病性，且能顯著提高水稻抵御稻瘟病的能力，只是其抗病機(jī)制并不是很清楚。對(duì)于硅抵御病害的研究，多集中在以真菌引起的稻瘟病、 紋枯病等方面[5]，而對(duì)于以細(xì)菌引起的白葉枯病的研究甚少。目前，僅有薛高峰等[6]通過水培試驗(yàn)研究并提出硅可以對(duì)水稻白葉枯病有防御效果，認(rèn)為硅可通過參與植株體內(nèi)代謝，調(diào)節(jié)抗氧化系統(tǒng)酶活性，增強(qiáng)植株對(duì)白葉枯病抗性。在大田條件下，不同氮水平下硅對(duì)水稻白葉枯病的抗病效果還未見報(bào)道。因此，本研究通過田間接種白葉枯病菌，設(shè)置正常和高量2個(gè)供氮水平，選用硅酸鈉和硅鈣肥，研究不同氮水平條件下硅對(duì)水稻葉片相關(guān)抗氧化系統(tǒng)酶活性影響及其白葉枯病抗性機(jī)理的探討，為有效、 安全防治白葉枯病提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1供試材料

試驗(yàn)于2013年510月在河北省秦皇島市撫寧縣留守營(yíng)鎮(zhèn)張各前村進(jìn)行，試驗(yàn)田土壤理化性質(zhì)為有機(jī)質(zhì)含量21.0g/kg、 堿解氮157.0mg/kg、 有效磷61.0mg/kg、 速效鉀112.0mg/kg、 土壤pH7.5、 有效硅130.0mg/kg。試驗(yàn)用水稻品種為唐粳2號(hào)。

基肥選用復(fù)混肥料(N-P2O5-K2O15-15-15)，氮肥選用尿素(N46.0%)。硅肥選用分析純?cè)噭┕杷徕c(Na2SiO3·9H2O)和硅鈣肥，其中硅鈣肥由領(lǐng)先生物農(nóng)業(yè)股份有限公司提供，有效硅(SiO2)含量21.0%、 氧化鈣(CaO)含量25.0%。

NA培養(yǎng)基采用的是肉汁胨培養(yǎng)基[7]。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

小區(qū)面積15m2(4.2m×3.6m)，小區(qū)之間用雙層厚塑料膜圍起，將塑料膜插入地下約20cm，地上部用竹竿支起(高出水面1020cm)，留1.5m寬的水道(即保護(hù)行)，在小區(qū)保護(hù)行兩側(cè)的水面以上的塑料膜上均勻地各打4個(gè)小孔，作為灌、 排水的通道，保證每個(gè)小區(qū)單排單灌。

試驗(yàn)采取隨機(jī)區(qū)組排列，設(shè)正常和高量供氮2個(gè)水平為N180kg/hm2(N180)和N450kg/hm2(N450); 3個(gè)硅處理為不施硅(-Si)，施硅酸鈉(Si1)，施硅鈣肥(Si2)。每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)，水稻于5月13日移栽，并于水稻孕穗期接種白葉枯病菌。田間精細(xì)管理，除不使用防治白葉枯病的藥劑外，其他管理與普通大田相同。

基肥為復(fù)混肥料(N-P2O5-K2O為15-15-15)，用量為600kg/hm2; 硅酸鈉和硅鈣肥用量為70kg/hm2(以SiO2計(jì))，于移栽一周后按1 ∶1分別與干燥土壤摻混，按試驗(yàn)方案將硅酸鈉和硅鈣肥分別均勻拋灑于水田相應(yīng)小區(qū)中，氮肥分別以基肥(50%)、 分蘗肥(30%)和穗肥(20%)3次施用。

1.3菌液制備與接種

28℃條件下，將菌株在NA斜面培養(yǎng)基上活化培養(yǎng)2d，在液體培養(yǎng)基上于28℃水浴中震蕩培養(yǎng)1d。然后收集菌體，用無菌水離心洗滌2次后，配制成109cfu/mL的細(xì)菌懸浮液，供接種用。

在水稻孕穗期，用剪刀沾菌液剪去水稻上部健康葉的葉尖12cm(即采用剪葉法)[8]，每沾一次菌液剪12片葉，每株剪56片葉。

1.4樣品采集與處理

分別于分蘗期、 拔節(jié)期和成熟期采集水稻植株，將鮮樣葉片裝于液氮罐中運(yùn)輸，并于-80℃超低溫冰箱中貯存，用于檢測(cè)蛋白質(zhì)、 丙二醛和相關(guān)酶活性; 將不同時(shí)期采集的植株莖稈及收獲期的籽粒，用蒸餾水沖洗干凈，于鼓風(fēng)干燥烘箱中80℃殺青30min，然后降溫至65℃烘干，用于檢測(cè)植株養(yǎng)分含量。

1.5病情調(diào)查

1.6測(cè)定項(xiàng)目

分別于接種后第1、 3、 5、 10 d采集水稻葉片，放在布袋中用液氮冷凍，于-80℃冰箱中保存，用于測(cè)定丙二醛、 超氧化物歧化酶、 過氧化氫酶、 抗壞血酸過氧化物酶和蛋白質(zhì)含量。

1.6.1 丙二醛(MDA)含量的測(cè)定參照李云鋒等[10]的方法提取粗酶液; 丙二醛(MDA)含量的測(cè)定參照趙世杰等的測(cè)定方法[11]。

1.6.2 超氧化物歧化酶(SOD)、 過氧化氫酶(CAT)和抗壞血酸過氧化物酶(APX)活性的測(cè)定參照Sato等[12]的方法提取粗酶液; SOD活性的測(cè)定參照李合生等[13]的測(cè)定方法; CAT活性的測(cè)定參照Cakmak等[14]的測(cè)定方法; APX活性的測(cè)定參照Nakano等[15]的測(cè)定方法。

1.6.3 蛋白質(zhì)含量的測(cè)定參照Bradford[16]的測(cè)定方法，以牛血清蛋白(BSA)為標(biāo)準(zhǔn)蛋白，采用考馬斯亮藍(lán)G-250法測(cè)定蛋白含量。

1.7數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總和計(jì)算，用SPSS 18.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用LSD法進(jìn)行差異顯著性比較，SigmaPlot 11.0作圖。

2　結(jié)果與分析

2.1硅對(duì)水稻白葉枯病情指數(shù)的影響

圖1顯示，接種白葉枯病菌，無論正常供氮水平(N180)，還是高量供氮水平(N450)，施硅對(duì)水稻白葉枯病的抗性表現(xiàn)出明顯差異。施氮與施硅對(duì)水稻白葉枯病病情指數(shù)不存在交互作用。正常供氮水平，施硅處理比不施硅處理的白葉枯病病情指數(shù)平均降低了17.8%，且均達(dá)顯著水平; 高量供氮水平，施硅酸鈉的病情指數(shù)比不施硅降低了7.4%，差異不顯著，施硅鈣肥的病情指數(shù)比不施硅降低了15.1%，差異顯著。結(jié)果說明，施硅能顯著提高水稻對(duì)白葉枯病的抵抗能力，高量供氮水平，硅鈣肥效果好于硅酸鈉。

圖1　正常和高量供氮水平下硅對(duì)水稻白葉枯病病情指數(shù)的影響Fig.1　Effects of Si on bacterial blight development in leaves of rice under normal and nigh levels of nitrogen supply[注(Note): 方差分析Variance analysis: N** (F=17.06), Si**(F=11.78), N×Si(F=0.92).]

2.2硅對(duì)感病水稻葉片MDA含量的影響

由圖2可以看出，無論施硅與否，水稻接種白葉枯病菌后，第1 d葉片丙二醛(MDA)含量快速升高，第3 d后又急劇下降，第5 d施硅處理維持平穩(wěn)，而不施硅處理快速升高，第7d后施硅處理快速升高，不施硅處理緩慢升高。而在整個(gè)變化過程中，施硅處理的MDA含量均低于不施硅處理，正常供氮水平第7 d施硅與不施硅處理差異達(dá)到顯著水平; 高量供氮水平第3 d和第7 d施硅與不施硅處理均達(dá)顯著水平。結(jié)果說明，接種白葉枯病菌后，水稻葉片中丙二醛(MDA)含量急劇上升是一種應(yīng)激響應(yīng)，施硅可以降低葉片中MDA的含量。

2.3硅對(duì)感病水稻葉片SOD活性的影響

超氧化物歧化酶(SOD)通過歧化反應(yīng)清除超氧陰離子自由基，形成過氧化氫和分子氧。圖3表明，無論正常供氮水平，還是高量供氮水平，水稻接種白葉枯病菌后，施硅處理的SOD活性均高于不施硅處理，正常供氮水平第1 d和第7 d達(dá)顯著水平，高量供氮水平第1 d和第5 d達(dá)顯著水平，而且第1 d時(shí)施硅鈣肥的葉片SOD活性顯著高于施硅酸鈉處理。結(jié)果表明，水稻接種白葉枯病菌后，超氧化物歧化酶(SOD)活性急劇下降，是一種植物本能的應(yīng)激反應(yīng)，與不施硅比較，施硅能提高葉片超氧化物歧化酶(SOD)活性，硅是通過提高SOD 的活性，積累H2O2來提高植物的抗病性。

圖2　正常和高量供氮水平下硅對(duì)接種后水稻葉片丙二醛含量的影響Fig.2　Effects of Si on MDA concentration in leaves of Xoo-infected rice under normal and nigh levels of nitrogen supply

圖3　正常和高量供氮水平下硅對(duì)接種后水稻葉片超氧化物歧化酶活性的影響Fig.3　Effects of Si on SOD activity in leaves of Xoo-infected rice under normal and high levels of nitrogen supply[注(Note): *表示同一時(shí)間，施硅與否在P<0.05水平下差異顯著 Denotes significant difference at P<0.05 between the + Si (Si1 or Si2) and -Si treatments at the same time point.]

2.4硅對(duì)感病水稻葉片CAT活性的影響

如圖4所示，無論施硅與否，接種水稻白葉枯病菌后，葉片中過氧化氫酶(CAT)活性均是先急劇下降，第3 d后保持平緩下降，第5 d后仍然保持平緩直至第10 d仍變化不大。在生長(zhǎng)過程中，施硅處理的CAT活性均高于不施硅處理，但未達(dá)顯著水平。水稻接種白葉枯病菌，施硅提高了水稻葉片中過氧化氫酶(CAT)的活性，這有助于清除植株體內(nèi)的過氧化氫(H2O2)，從而提高水稻對(duì)白葉枯病菌的抗性。

圖4　正常和高量供氮水平下硅對(duì)接種后水稻葉片過氧化氫酶活性的影響Fig.4　Effects of Si on CAT activity in leaves of Xoo-infected rice under normal and high levels of nitrogen supply[注(Note): *表示同一時(shí)間，施硅與否在P<0.05水平下差異顯著 Denotes significant difference at P<0.05 between the + Si (Si1 or Si2) and -Si treatments at the same time point.]

2.5硅對(duì)感病水稻葉片APX活性的影響

圖5表明，無論施硅與否，水稻葉片中抗壞血酸氧化物酶(APX)活性的變化趨勢(shì)均是先急劇下降，第3 d后緩慢下降，一直持續(xù)到第10 d降到最低點(diǎn)。在生長(zhǎng)過程中，施硅處理的APX活性均高于不施硅處理，高量供氮水平，第1、 7和10 d均達(dá)顯著水平。結(jié)果表明，在高量供氮水平下，硅可顯著提高水稻葉片APX的活性，有利于清除H2O2，從而提高水稻對(duì)白葉枯病菌的抗性。

圖5　正常和高量供氮水平下硅對(duì)接種后水稻葉片抗壞血酸氧化物酶活性的影響Fig.5　Effects of Si on APX activity in leaves of Xoo-infected rice under normal and high levels of nitrogen supply[注(Note): *表示同一時(shí)間，施硅與否在P<0.05水平下差異顯著Denotes significant difference at P<0.05 between the + Si (Si1 or Si2) and -Si treatments at the same time point.]

3　討論

有關(guān)硅增強(qiáng)水稻對(duì)病害的抵御作用機(jī)制有物理屏障作用和誘導(dǎo)抗病作用兩種，其中一種是硅在細(xì)胞壁積累起到了物理屏障的作用，另一種是硅通過激活寄主防衛(wèi)基因，提高由病原菌誘導(dǎo)的系統(tǒng)抗病的作用[17-21]。在植物與病原菌互作過程中，過氧化氫產(chǎn)生和積累與植物抗病反應(yīng)密切相關(guān)，過氧化氫具有直接抑制和毒害病原菌， 促進(jìn)寄主細(xì)胞壁的木質(zhì)化和細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)蛋白的交聯(lián)， 引發(fā)寄主膜脂過氧化作用和誘導(dǎo)植保素的合成等作用[6]。

丙二醛(MDA)是膜質(zhì)過氧化產(chǎn)物，逆境脅迫時(shí)，植物體內(nèi)MDA含量升高，因此，可將MDA含量作為植物抗逆性的生理指標(biāo)[22-24]。薛高峰等[30]水培試驗(yàn)研究結(jié)果表明，接種白葉枯病菌后，施硅能顯著提高M(jìn)DA在植物體內(nèi)積累量，誘導(dǎo)膜脂過氧化作用。本研究通過田間接種白葉枯病菌試驗(yàn)研究結(jié)果表明，接種白葉枯病菌，3天內(nèi)無論加硅與否，MDA均快速升高，3天后急劇下降，第5天后又開始升高，施硅處理的MDA均低于不施硅處理。本試驗(yàn)施硅與不施硅對(duì)水稻葉片中MDA含量的影響與薛高峰等[30]研究的72 h后的結(jié)果基本一致，說明接種白葉枯病菌后，水稻葉片中丙二醛(MDA)先急劇上升是一種應(yīng)激響應(yīng)，上升的時(shí)間因水稻品種及試驗(yàn)條件等不同而有所不同，施硅可以降低葉片中MDA的含量，說明施硅通過降低葉片脂質(zhì)過氧化作用(MDA含量)，來降低白葉枯病對(duì)水稻的傷害，以此增強(qiáng)水稻抗白葉枯病能力。

活性氧(ROS)是植物體內(nèi)一種重要的信號(hào)分子，但是它也會(huì)對(duì)植物造成毒害。而植物自身形成了響應(yīng)和防御氧化脅迫的回避和清除機(jī)制[25]，清除機(jī)制包括酶促和非酶類兩大清除系統(tǒng)，其中酶促清除系統(tǒng)主要包括抗壞血酸過氧化物酶(APX)、 超氧化物歧化酶(SOD)、 過氧化氫酶(CAT)、 谷胱甘肽還原酶(GR)和過氧化物酶(POD)等[26]。豇豆接種銹菌后，施硅可顯著提高葉片POD、 SOD和CAT活性，降低MDA含量[27]。水稻接種紋枯病菌后，施硅的MDA含量總體上低于不施硅處理，其SOD活性高于不施硅處理，接種后第4天，施硅的SOD活性較低，而對(duì)CAT活性無顯著影響[28]。薛高峰等[29]研究結(jié)果表明，在水培試驗(yàn)條件下，水稻接種白葉枯病菌后，施硅能顯著提高其SOD活性，降低CAT、 POD和APX的活性，72 h后施硅水稻葉片的CAT活性高于不施硅，且96 h達(dá)顯著水平。本研究中大田試驗(yàn)的結(jié)果表明，接種白葉枯病菌后施硅處理顯著提高了水稻體內(nèi)SOD、 CAT和APX的活性，施硅對(duì)SOD活性的影響與薛高峰等[29]的研究結(jié)果一致，對(duì)于CAT活性的影響與其72 h后的結(jié)果基本一致，而對(duì)于POD和APX活性的影響恰好相反，可能與水稻品種、 接種時(shí)期和試驗(yàn)條件等有關(guān)。

本試驗(yàn)采用剪刀沾菌液剪去水稻上部健康葉的葉尖1 2 cm進(jìn)行接種(即剪葉法)，細(xì)菌通過傷口經(jīng)過木質(zhì)部浸入植株體內(nèi)，這一接種方法完全不同于將高濃度病菌噴灑于葉面的接種方法(通常用于真菌病害的研究)。在本研究中，基本上可以排除由于硅以SiO2·nH2O形態(tài)在葉片表皮細(xì)胞壁上淀積從而阻止病菌從葉片表面侵入細(xì)胞體內(nèi)的可能性。因此，硅的物理或機(jī)械屏障作用的這一抗病機(jī)制在本研究中不是主要原因，硅提高水稻對(duì)白葉枯病抗性的機(jī)制主要是誘導(dǎo)防衛(wèi)機(jī)制[29-30]。本研究結(jié)果表明，水稻接種白葉枯病菌后，SOD活性急劇下降，是一種植物本能的應(yīng)激反應(yīng); 與不施硅比較，施硅能提高葉片SOD活性，硅通過提高SOD的活性，清除活性氧，以提高植物的抗病性。水稻接種白葉枯病菌后，施硅在一定程度上提高了CAT活性，有利于清除H2O2，提高了抵御白葉枯病菌的能力。接種白葉枯病菌后高量供氮水平硅可顯著提高APX的活性，有助于清除植株體內(nèi)的過氧化氫(H2O2)，從而提高水稻對(duì)白葉枯病菌的誘導(dǎo)抗性。因此，本研究在田間試驗(yàn)條件下進(jìn)一步驗(yàn)證了薛高峰等[29]在水培條件下硅對(duì)水稻抗白葉枯病的研究結(jié)論，即硅是通過參與寄主與防衛(wèi)反應(yīng)有關(guān)的代謝過程的生理抗病作用，是植物抗氧化系統(tǒng)及其它代謝過程共同作用的結(jié)果，而不僅僅是簡(jiǎn)單的物理屏障作用。

另外，試驗(yàn)結(jié)果還顯示，接種白葉枯病菌后，在高量供氮水平施硅鈣肥的病情指數(shù)顯著低于硅酸鈉的處理，可能硅鈣肥中的鈣元素也在起作用，具體原因及機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。

4　結(jié)論

1)田間試驗(yàn)接種白葉枯病菌的試驗(yàn)表明，施硅能顯著減輕水稻的白葉枯病，增強(qiáng)了水稻抗白葉枯病的能力。

2)施硅還能提高感病水稻葉片中超氧化物歧化酶(SOD)、 過氧化氫酶(CAT)和抗壞血酸過氧化物酶(APX)的活性，降低水稻葉片中丙二醛(MDA)的含量，從而有效清除植物體內(nèi)活性氧(ROS)，增強(qiáng)植株抗白葉枯病能力。

3)施硅水稻的病情指數(shù)比不施硅的顯著降低，且高量供氮水平下硅鈣肥效果好于硅酸鈉。

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Effects of silicon application on resistance against bacterial blight and antioxidant defense activities of rice leaves

LIU Hong-fang1, SONG A-lin1, FAN Fen-liang1, LI Zhao-jun1, LIANG Yong-chao1,2*

(1InstituteofAgriculturalResourcesandRegionalPlanning,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100081,China;2CollegeofEnvironmental&ResourceSciences,ZhejiangUniversity,Hangzhou310058,China)

【Objectives】 Bacterial blight of rice is a bacterial wilt disease in the world, which is one of the important biological factors limiting rice yield. By inoculatingXoointo leaves of field-grown rice, we investigated the effect of silicon on concentration of malondialdehyde and activities of antioxidant defense enzymes in rice leaves and the underlying mechanism ofXooresistance to provide theoretical basis for safe and effective prevention and control measures for the disease. 【Methods】 A field experiment was conducted in Qinhuangdao, Hebei province in 2013. Rice was grown with no Si (-Si), sodium silicate at 70 kg/hm2(Si1, SiO2) and calcium silicon fertilizer at 70 kg/hm2(Si2, SiO2) at two nitrogen levels, i.e. 180 kg/hm2(N180, normal N) and 450 kg/hm2(N450, high N). The rice variety used was a japonica (Oryzasativacv. Tang No.2). Five to six of the uppermost fully expanded leaves of each rice plant at the booting stage were inoculated by using leaf clipping method, in which the leaf blade was cut with a pair of scissors pre-dipped in the bacterial suspension. The effect of silicon on rice disease index was examined 30 days after inoculation, and the effect of silicon on the concentration of malondialdehyde and the activities of superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) and ascorbic acid peroxidase (APX) in rice leaves was analyzed at 1, 3, 5, 7 and 10 days after inoculation. 【Results】 After inoculation with leaf blight pathogen, under the normal N level, on the average disease index of Si-treated plants was 17.8% lower than that of Si-untreated plants (P<0.05), while under the high N level, the disease index of calcium silicate-treated plants was 15.1% lower than that of Si-untreated plants (P<0.05), and the index of sodium silicate-treated plants was statistically insignificant. The concentration of malondialdehyde (MDA) in silicon-treated plants was lower than that in silicon-untreated plants 7 days after inoculation under the normal nitrogen level (P>0.05), and so was it at 3 and 7 days after inoculation under the high nitrogen level. The activity of super oxide dismutase (SOD) in silicon-treated plants was significantly higher than that in silicon-untreated plants 7 days after inoculation under the normal N level, and so was it 1 and 5 days after inoculation under the high N level. The SOD activity was significantly higher in calcium silicate-treated plants than in sodium silicate-treated plants 1 day after inoculation. The activity of catalase (CAT) in the Si-treated plants was higher than that in the Si-untreated plants, though the difference was not statistically significant. The activity of ascobic peroxidase (APX) in the Si-treated plants was significantly higher than that in the Si-untreated plants 1, 7, and 10 days after inoculation under the high N level.【Conclusions】 Addition of silicon fertilizer can enhance the activities of SOD, CAT and APX and reduce the concentration of MDA of rice leaves in the field condition, thus effectively eliminating reactive oxygen species and improving resistance against bacterial blight. Under the high N level, calcium silicate is more effective in increasing resistance against bacterial blight than sodium silicate.

silicon; nitrogen; rice; bacterial blight of rice; activities of antioxidant defense enzymes

2015-12-28接受日期: 2016-02-04

國(guó)家“十二·五”科技支撐計(jì)劃“鋼渣農(nóng)業(yè)資源化利用技術(shù)研究與示范”(2013BAB03B02)資助。

劉紅芳(1973—)，女，北京平谷人，副研究員，博士研究生，主要從事植物逆境生理與分子生物學(xué)研究。 E-mail: liuhongfang@caas.cn

E-mail: ycliang@zju.edu.cn

Q945.78; S432.2+4

A

1008-505X(2016)03-0768-08