5種植物免疫誘導劑在黃瓜上應用效果

羅文芳 ，何 偉，孫曉軍，許建軍

(新疆農業科學院植物保護研究所/農業部西北荒漠作物有害生物綜合治理重點實驗室，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】植物免疫誘導劑是指沒有直接的殺菌或抗病毒活性，但能夠誘導植物免疫系統使植物獲得或提高對病菌的抗性及抗逆性的藥物或其代謝產物。植物免疫誘導劑通過激活植物的免疫系統并調節植物的新陳代謝，增強植物抗病和抗逆能力。研制植物免疫誘導劑以控制農作物病害是植物保護的新思路、新途徑[1]。植物病原菌與植物互作過程中產生的蛋白激發子能激發植物防御反應，提高植物免疫力，預防或減輕病害發生，是當前生物農藥開發的新領域[2]。研究5種植物免疫誘導劑在黃瓜植株生長、葉片光合和抗病性的應用，為黃瓜生產上免疫誘導劑的選擇提供科學依據。【前人研究進展】目前，植物免疫誘導劑在糧食作物、果蔬和花卉等經濟作物生產上已廣泛使用[3-5]，阿泰靈能有效促進小麥生長，并提高小麥抗病性，防御酶活性提高和抗病基因上調表達是阿泰靈誘導小麥抗病增產的重要作用機制之一[3]。近幾年來，國內有關試驗驗證了5%氨基寡糖素水劑應用于小麥、棉花、甜椒、晚稻等作物上，具有顯著的促進作物生長、防病、抗逆、增產和改善品質的效果[6]。【本研究切入點】鄭劍超等[7]研究表明，那氏齊齊發可增加黃瓜幼苗葉綠素含量和氮含量，促進光合作用和生物量的積累。研究不同植物免疫誘導劑對黃瓜光合生理變化和抗病性的影響。【擬解決的關鍵問題】研究5種植物免疫誘導劑在黃瓜上應用效果，分析不同植物免疫誘導劑對黃瓜生長、葉片光合作用和抗病性的影響，為黃瓜生產上免疫誘導劑應用種類的選擇提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于新疆農業科學院綜合試驗場日光溫室內進行，供試黃瓜品種為長春密刺。供試5種植物免疫誘導劑。表1

表1 供試藥劑Table 1 Test Medicament

1.2 方 法

1.2.1 黃瓜植株生長性狀、光合指標及熒光參數測定

采用穴盤基質育苗，育苗基質配比為草炭∶蛭石∶珍珠巖= 3∶1∶1。播種前進行植物免疫誘導劑浸種12 h后，4葉1心期選擇長勢一致的幼苗移栽到花盆中，每3盆為1個處理，每個處理3次重復。

分別在黃瓜苗期、生長期和成熟期進行葉面噴霧1次。于黃瓜移栽10 d后測量黃瓜株高和莖粗；在移栽26 d后手持式SPAD-502葉綠素儀測定黃瓜葉片葉綠素含量；移栽36 d后采集黃瓜果實并稱重；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后測量葉片的光合指標和熒光參數。采用LI-6400型便攜光合儀(美國LI-Cor公司生產)于晴朗的上午選擇黃瓜頂部光合作用功能葉片進行測定，光合指標包括凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)和蒸騰速率(Tr)；熒光參數包括光系統II實際光化學效率(ΦPSII)、PSII最大光化學效率(Fv/Fm)、光化學猝滅系數(qP)和非光化學猝滅系數(NPQ)。

1.2.2 黃瓜病害調查

在移栽45 d后調查黃瓜白粉病發病程度，分別調查每株黃瓜全部葉片，記錄并計算病情指數和防治效果。黃瓜白粉病分級標準：0級：無病斑；1級：病斑面積占整個葉面積的5%以下；3級：病斑面積占整個葉面積的6%～10%；5級：病斑面積占整個葉面積的11%～20%；7級：病斑面積占整個葉面積的21%～40%；9級：病斑面積占整個葉面積的40%以上。

防治效果(%)=

1.2.3 黃瓜防御酶活性測定

于免疫誘導劑處理后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3次，試驗重復2次。按照作物組織的過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(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)說明書步驟進行具體操作。

1.3 數據處理

所得數據結果采用SSPS Statistics 22軟件進行統計分析，所有數據均為3次重復的平均值。

2 結果與分析

2.1 植物免疫誘導劑對黃瓜生長的影響

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43.90 mg/g，其次為植物免疫誘抗蛋白含量達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后黃瓜植株測量結果表明，對照黃瓜植株莖粗為5.32 mm，顯著高于5種免疫誘導劑處理，但6%寡糖·鏈蛋白和那氏齊齊發誘導劑處理黃瓜植株株高顯著高于空白對照。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黃瓜植株后期生長，增加黃瓜植株生物量積累。表2

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

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

表3 植物免疫誘導劑下黃瓜產量變化Table 3 Effect of Plant immune induction on yield of cucumber

2.2 植物免疫誘導劑對黃瓜光合特性的影響

研究表明，不同的植物免疫誘導劑對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)，那氏齊齊發誘導劑的葉片光合速率最高，為8.44 μmol/( cm2·s)，顯著高于其他處理。各處理葉片氣孔導度以那氏齊齊發誘導劑最高，為0.16 μmol/( cm2·s)，高于對照，顯著高于其他處理；各處理胞間CO2濃度差異均不顯著；那氏齊齊發誘導劑處理黃瓜葉片蒸騰速率最高，高于對照和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 植物免疫誘導劑對葉綠素熒光參數的影響

研究表明，不同植物免疫誘導劑處理的黃瓜葉片ΦPSII均與對照差異顯著，其中蛋白免疫制劑和那氏齊齊發誘導劑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、那氏齊齊發誘導劑和5%氨基寡糖素。Fv/Fm是PSII最大光化學量子產量，反映PSII反應中心內能的轉化效率。蛋白免疫制劑處理后黃瓜葉片的葉綠素參數Fv/Fm與植物免疫誘抗蛋白處理之間相比差異不顯著，但與對照和6%寡糖·鏈蛋白、5%氨基寡糖素和那氏齊齊發誘導劑處理之間相比差異顯著。葉綠素熒光猝滅包括葉綠素熒光化學猝滅(qP)和非光化學猝滅(NPQ)。qP在一定程度上反映了植物光合活性的高低，qP越小，葉片捕獲的激發能中用于推動光化學反應的部分所占比例也少；NPQ反映了植物耗散過剩光能為熱的能力。NPQ越大，葉片為保護光合機構免遭破壞迅速啟動熱耗散，以耗散過剩的能量越多。各處理間與對照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、那氏齊齊發誘導劑和5%氨基寡糖素。NPQ各處理間均與對照差異顯著，其中植物免疫誘抗蛋白在光合結構被破壞消耗的能量最多，這也和植物免疫誘抗蛋白對黃瓜白粉病抗性強的結果一致。圖1

2.4 植物免疫誘導劑對黃瓜植株抗病性的影響

研究表明，5種植物免疫誘導劑處理均可提高黃瓜植株對白粉病的抗病性，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 植物免疫誘導劑對黃瓜防御酶活性的影響

2.5.1 植物免疫誘導劑對過氧化物酶(POD)活性的影響

研究表明，5種植物免疫誘導劑均能有效誘導黃瓜葉片中POD酶活性的增強。在噴施了5種植物免疫誘導劑后的12 h時POD酶活性均達到最大值，與對照差異顯著，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種植物免疫誘導劑誘導POD酶具有較長的持效性。圖2

2.5.2 過氧化氫酶(CAT)活性的影響

研究表明，5種植物免疫誘導劑均能有效誘導黃瓜葉片中CAT酶活性的增強。噴施6%寡糖·鏈蛋白在24 h時CAT酶活性達到最高；另外4種誘導劑在12 h時達到最高值，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種植物免疫誘導劑誘導CAT酶具有較長的持效性。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種植物免疫誘導劑均能有效誘導黃瓜葉片中T-SOD酶活性的增強。在噴施那氏齊齊發誘導劑6 h時T-SOD酶活性達到最高，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T-SOD酶活性達到最高；噴施5%氨基寡糖素和蛋白免疫制劑24 h時T-SOD酶活性達到最高。所有處理均與對照差異顯著，5種植物免疫誘導劑提高黃瓜植株的T-SOD酶活性。圖4

3 討 論

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

葉綠素熒光與光合作用效率密切相關，環境因素對光合作用的影響可以通過葉綠素熒光反映出來，也是植物抗逆反應的指標之一[10]。植物在受到脅迫時，能夠迅速識別外界刺激，并產生和傳遞信號[11]。PSII是光化學中最敏感的組分，提高PSII的原初光化學反應及保護光合機構有助于提高植物的低溫耐受性[12]。葉綠素熒光誘導動力學是利用植物逆境下所發出的具有豐富光合作用信息的熒光信號，來判定其葉片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，說明該處理下黃瓜葉片PSII的潛在活性和原初光能轉化效率較高，光合電子傳遞速率較快，PSII反應中心開放程度較高結果相一致。

植株在受到病原菌攻擊后，會導致活性氧的過量積累或者代謝失調，進而導致植物細胞膜系統遭到破壞，影響植物的抗病免疫。POD、CAT和T-SOD是與植物抗病有關的防御酶。CAT、SOD和POD 3種防御酶是植物體內清除活性氧相關的酶，其中SOD是ROS機制中最先被激活的酶，可以將活性氧分解為過氧化氫和氧氣，緊接著CAT將SOD產生的過氧化氫分解為水和氧氣；POD通過共基質的酚類抗氧化劑或化合物氧化分解過氧化氫，這3種酶對于維持植物體內ROS穩態具有重要作用[14-15]。甄丹妹等[16]報告黃瓜葉片噴施RM后引起黃瓜植株內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種免疫誘導劑均不同程度的提高了POD、CAT和T-SOD活性，且對黃瓜白粉病的防治效果顯著。通過研究POD、CAT和T-SOD活性與植物免疫誘導劑誘導黃瓜抗病性的關系，初步證實了利用誘導劑誘導抗病是防黃瓜白粉病的途徑之一，還需對植物免疫誘導劑誘抗的信號途徑、分子機制進行更為深入的研究。

4 結 論

不同植物免疫誘導劑對黃瓜植株生長、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黃瓜植株的生長，提高POD和CAT酶活性且對黃瓜白粉病的防治效果達到70.68%；那氏齊齊發誘導劑可提高葉綠素含量、促進黃瓜植株花期提前，產量相比對照提高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99.07%。在黃瓜生產中促產增收可優先推薦使用那氏齊齊發誘導劑，在預防黃瓜白粉病時可優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。