5种植物免疫诱导剂在黄瓜上应用效果

罗文芳 ，何 伟，孙晓军，许建军

(新疆农业科学院植物保护研究所/农业部西北荒漠作物有害生物综合治理重点实验室，乌鲁木齐 830091)

0 引 言

【研究意义】植物免疫诱导剂是指没有直接的杀菌或抗病毒活性，但能够诱导植物免疫系统使植物获得或提高对病菌的抗性及抗逆性的药物或其代谢产物。植物免疫诱导剂通过激活植物的免疫系统并调节植物的新陈代谢，增强植物抗病和抗逆能力。研制植物免疫诱导剂以控制农作物病害是植物保护的新思路、新途径[1]。植物病原菌与植物互作过程中产生的蛋白激发子能激发植物防御反应，提高植物免疫力，预防或减轻病害发生，是当前生物农药开发的新领域[2]。研究5种植物免疫诱导剂在黄瓜植株生长、叶片光合和抗病性的应用，为黄瓜生产上免疫诱导剂的选择提供科学依据。【前人研究进展】目前，植物免疫诱导剂在粮食作物、果蔬和花卉等经济作物生产上已广泛使用[3-5]，阿泰灵能有效促进小麦生长，并提高小麦抗病性，防御酶活性提高和抗病基因上调表达是阿泰灵诱导小麦抗病增产的重要作用机制之一[3]。近几年来，国内有关试验验证了5%氨基寡糖素水剂应用于小麦、棉花、甜椒、晚稻等作物上，具有显著的促进作物生长、防病、抗逆、增产和改善品质的效果[6]。【本研究切入点】郑剑超等[7]研究表明，那氏齐齐发可增加黄瓜幼苗叶绿素含量和氮含量，促进光合作用和生物量的积累。研究不同植物免疫诱导剂对黄瓜光合生理变化和抗病性的影响。【拟解决的关键问题】研究5种植物免疫诱导剂在黄瓜上应用效果，分析不同植物免疫诱导剂对黄瓜生长、叶片光合作用和抗病性的影响，为黄瓜生产上免疫诱导剂应用种类的选择提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于新疆农业科学院综合试验场日光温室内进行，供试黄瓜品种为长春密刺。供试5种植物免疫诱导剂。表1

表1 供试药剂Table 1 Test Medicament

1.2 方 法

1.2.1 黄瓜植株生长性状、光合指标及荧光参数测定

采用穴盘基质育苗，育苗基质配比为草炭∶蛭石∶珍珠岩= 3∶1∶1。播种前进行植物免疫诱导剂浸种12 h后，4叶1心期选择长势一致的幼苗移栽到花盆中，每3盆为1个处理，每个处理3次重复。

分别在黄瓜苗期、生长期和成熟期进行叶面喷雾1次。于黄瓜移栽10 d后测量黄瓜株高和茎粗；在移栽26 d后手持式SPAD-502叶绿素仪测定黄瓜叶片叶绿素含量；移栽36 d后采集黄瓜果实并称重；移栽57 d后称量黄瓜植株鲜重，烘箱烘干后称量干重。

移栽30 d后测量叶片的光合指标和荧光参数。采用LI-6400型便携光合仪(美国LI-Cor公司生产)于晴朗的上午选择黄瓜顶部光合作用功能叶片进行测定，光合指标包括净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)；荧光参数包括光系统II实际光化学效率(ΦPSII)、PSII最大光化学效率(Fv/Fm)、光化学猝灭系数(qP)和非光化学猝灭系数(NPQ)。

1.2.2 黄瓜病害调查

在移栽45 d后调查黄瓜白粉病发病程度，分别调查每株黄瓜全部叶片，记录并计算病情指数和防治效果。黄瓜白粉病分级标准：0级：无病斑；1级：病斑面积占整个叶面积的5%以下；3级：病斑面积占整个叶面积的6%～10%；5级：病斑面积占整个叶面积的11%～20%；7级：病斑面积占整个叶面积的21%～40%；9级：病斑面积占整个叶面积的40%以上。

防治效果(%)=

1.2.3 黄瓜防御酶活性测定

于免疫诱导剂处理后0、6、12、24、36、48 h取黄瓜植株中部叶片并置于-80℃冰箱保存，每样品叶片鲜重1.0 g，每处理重复3次，试验重复2次。按照作物组织的过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和总超氧化物歧化酶(T-SOD)的试剂盒(南京建成生物工程研究所)说明书步骤进行具体操作。

1.3 数据处理

所得数据结果采用SSPS Statistics 22软件进行统计分析，所有数据均为3次重复的平均值。

2 结果与分析

2.1 植物免疫诱导剂对黄瓜生长的影响

研究表明，6%寡糖·链蛋白处理的黄瓜叶片叶绿素含量最高，达43.90 mg/g，其次为植物免疫诱抗蛋白含量达43.28 mg/g，5%氨基寡糖素处理黄瓜叶片叶绿素含量最低，显著低于6%寡糖·链蛋白处理。移栽10 d后黄瓜植株测量结果表明，对照黄瓜植株茎粗为5.32 mm，显著高于5种免疫诱导剂处理，但6%寡糖·链蛋白和那氏齐齐发诱导剂处理黄瓜植株株高显著高于空白对照。移栽57 d后，蛋白免疫制剂处理黄瓜植株鲜重和干重最重，分别为145.68和11.24 g，其次是5%氨基寡糖素水剂处理，鲜重和干重分别为107.45和10.45 g，植物免疫诱抗蛋白处理黄瓜植株鲜重和干重最低，鲜重和干重分别为88.61和7.87 g。蛋白免疫制剂处理可以促进黄瓜植株后期生长，增加黄瓜植株生物量积累。表2

表2 植物免疫诱导剂下黄瓜叶片生长性状Table 2 Effect of Plant immune induction on growth characteristics of cucumber

研究表明，6%寡糖·链蛋白、那氏齐齐发诱导剂和植物免疫诱抗蛋白处理开花最早，较对照提前2 d，喷施植物诱导剂可以促使黄瓜花期提前。移栽36 d后，那氏齐齐发诱导剂处理的黄瓜产量最高，相比对照产量提高3.5倍，平均单果重达161.67 g；其次为6%寡糖·链蛋白处理，比对照产量提高2.9倍，平均单果重158.33 g；蛋白免疫制剂处理产量最低，平均单果重为73.33 g。表3

表3 植物免疫诱导剂下黄瓜产量变化Table 3 Effect of Plant immune induction on yield of cucumber

2.2 植物免疫诱导剂对黄瓜光合特性的影响

研究表明，不同的植物免疫诱导剂对黄瓜叶片光合特性的影响不同，黄瓜叶片光合速率为5.50～8.44 μmol/( cm2·s)，那氏齐齐发诱导剂的叶片光合速率最高，为8.44 μmol/( cm2·s)，显著高于其他处理。各处理叶片气孔导度以那氏齐齐发诱导剂最高，为0.16 μmol/( cm2·s)，高于对照，显著高于其他处理；各处理胞间CO2浓度差异均不显著；那氏齐齐发诱导剂处理黄瓜叶片蒸腾速率最高，高于对照和5%氨基寡糖素，显著高于其他处理。表4

表4 植物免疫诱导剂下黄瓜叶片光合特性Table 4 Effect of plant immune induction on photosynthetic characteristics of cucumber

2.3 植物免疫诱导剂对叶绿素荧光参数的影响

研究表明，不同植物免疫诱导剂处理的黄瓜叶片ΦPSII均与对照差异显著，其中蛋白免疫制剂和那氏齐齐发诱导剂ΦPSII值最大，蛋白免疫制剂和植物免疫诱抗蛋白的处理下ΦPSII反应中心开放程度较大，光合电子传递效率较高，其次是6%寡糖·链蛋白、那氏齐齐发诱导剂和5%氨基寡糖素。Fv/Fm是PSII最大光化学量子产量，反映PSII反应中心内能的转化效率。蛋白免疫制剂处理后黄瓜叶片的叶绿素参数Fv/Fm与植物免疫诱抗蛋白处理之间相比差异不显著，但与对照和6%寡糖·链蛋白、5%氨基寡糖素和那氏齐齐发诱导剂处理之间相比差异显著。叶绿素荧光猝灭包括叶绿素荧光化学猝灭(qP)和非光化学猝灭(NPQ)。qP在一定程度上反映了植物光合活性的高低，qP越小，叶片捕获的激发能中用于推动光化学反应的部分所占比例也少；NPQ反映了植物耗散过剩光能为热的能力。NPQ越大，叶片为保护光合机构免遭破坏迅速启动热耗散，以耗散过剩的能量越多。各处理间与对照qP差异显著，植物免疫诱抗蛋白的植物光合活性最高，其次是6%寡糖·链蛋白、蛋白免疫制剂、那氏齐齐发诱导剂和5%氨基寡糖素。NPQ各处理间均与对照差异显著，其中植物免疫诱抗蛋白在光合结构被破坏消耗的能量最多，这也和植物免疫诱抗蛋白对黄瓜白粉病抗性强的结果一致。图1

2.4 植物免疫诱导剂对黄瓜植株抗病性的影响

研究表明，5种植物免疫诱导剂处理均可提高黄瓜植株对白粉病的抗病性，其中植物免疫诱抗蛋白的防治效果显著高于其他植物免疫诱导剂处理，防效为99.07%，其次为蛋白免疫制剂，防治效果为70.68%；5%氨基寡糖素防治效果最差，防效为60.86%。表5

表5 不同植物免疫诱导剂下黄瓜白粉病的防治效果Table 5 Control effect of plant immune induction on cucumber powdery mildew

2.5 植物免疫诱导剂对黄瓜防御酶活性的影响

2.5.1 植物免疫诱导剂对过氧化物酶(POD)活性的影响

研究表明，5种植物免疫诱导剂均能有效诱导黄瓜叶片中POD酶活性的增强。在喷施了5种植物免疫诱导剂后的12 h时POD酶活性均达到最大值，与对照差异显著，其中蛋白免疫制剂的活性最高，是CK值的1.8倍。在接种48 h后POD酶活性仍比CK处理值高，5种植物免疫诱导剂诱导POD酶具有较长的持效性。图2

2.5.2 过氧化氢酶(CAT)活性的影响

研究表明，5种植物免疫诱导剂均能有效诱导黄瓜叶片中CAT酶活性的增强。喷施6%寡糖·链蛋白在24 h时CAT酶活性达到最高；另外4种诱导剂在12 h时达到最高值，其中蛋白免疫制剂的CAT酶活性是CK的2.5倍之高。在接种48 h后CAT酶活性仍比CK处理值高，5种植物免疫诱导剂诱导CAT酶具有较长的持效性。图3

2.5.3 总超氧化物歧化酶(T-SOD)活性的影响

研究表明，5种植物免疫诱导剂均能有效诱导黄瓜叶片中T-SOD酶活性的增强。在喷施那氏齐齐发诱导剂6 h时T-SOD酶活性达到最高，是CK值的1.4倍；喷施6%寡糖·链蛋白和植物免疫诱抗蛋白12 h时T-SOD酶活性达到最高；喷施5%氨基寡糖素和蛋白免疫制剂24 h时T-SOD酶活性达到最高。所有处理均与对照差异显著，5种植物免疫诱导剂提高黄瓜植株的T-SOD酶活性。图4

3 讨 论

植物免疫诱抗剂具有抗病增产功能，其在激活植物体内分子免疫系统，提高植物抗病性的同时[8-9]，还激发植物体内的一系列代谢调控系统，具有促进植物根茎叶生长和叶绿素含量提高，提高作物产量的作用[1]。这与试验的结果有相似之处，即用那氏齐齐发诱导剂和植物免疫诱抗蛋白均可促进黄瓜花期提前、增加产量，提高黄瓜对白粉病防治效果。但研究中蛋白免疫制剂处理黄瓜花期延后且产量低于对照，其原因可能是蛋白免疫制剂对植株前期生长效果不明显，在植株生长后期表现出促进植株生物量的积累。

叶绿素荧光与光合作用效率密切相关，环境因素对光合作用的影响可以通过叶绿素荧光反映出来，也是植物抗逆反应的指标之一[10]。植物在受到胁迫时，能够迅速识别外界刺激，并产生和传递信号[11]。PSII是光化学中最敏感的组分，提高PSII的原初光化学反应及保护光合机构有助于提高植物的低温耐受性[12]。叶绿素荧光诱导动力学是利用植物逆境下所发出的具有丰富光合作用信息的荧光信号，来判定其叶片PSII受损程度、PSII受损的部位及光合电子传递情况[13]。这与研究中，ΦPSII、Fv/Fm、qP和NPQ在蛋白免疫制剂和植物免疫诱抗蛋白处理下值最大，说明该处理下黄瓜叶片PSII的潜在活性和原初光能转化效率较高，光合电子传递速率较快，PSII反应中心开放程度较高结果相一致。

植株在受到病原菌攻击后，会导致活性氧的过量积累或者代谢失调，进而导致植物细胞膜系统遭到破坏，影响植物的抗病免疫。POD、CAT和T-SOD是与植物抗病有关的防御酶。CAT、SOD和POD 3种防御酶是植物体内清除活性氧相关的酶，其中SOD是ROS机制中最先被激活的酶，可以将活性氧分解为过氧化氢和氧气，紧接着CAT将SOD产生的过氧化氢分解为水和氧气；POD通过共基质的酚类抗氧化剂或化合物氧化分解过氧化氢，这3种酶对于维持植物体内ROS稳态具有重要作用[14-15]。甄丹妹等[16]报告黄瓜叶片喷施RM后引起黄瓜植株内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种免疫诱导剂均不同程度的提高了POD、CAT和T-SOD活性，且对黄瓜白粉病的防治效果显著。通过研究POD、CAT和T-SOD活性与植物免疫诱导剂诱导黄瓜抗病性的关系，初步证实了利用诱导剂诱导抗病是防黄瓜白粉病的途径之一，还需对植物免疫诱导剂诱抗的信号途径、分子机制进行更为深入的研究。

4 结 论

不同植物免疫诱导剂对黄瓜植株生长、叶片光合、防御酶活性和抗病性影响存在差异，蛋白免疫制剂可显著促进黄瓜植株的生长，提高POD和CAT酶活性且对黄瓜白粉病的防治效果达到70.68%；那氏齐齐发诱导剂可提高叶绿素含量、促进黄瓜植株花期提前，产量相比对照提高3.5倍；植物免疫诱抗蛋白提高黄瓜植株光合性能，防治黄瓜白粉病效果达99.07%。在黄瓜生产中促产增收可优先推荐使用那氏齐齐发诱导剂，在预防黄瓜白粉病时可优先喷施植物免疫诱抗蛋白和蛋白免疫制剂以增加其抗病性。