不同抗性甘蓝品种对黑腐病的生理响应.pdf

EXPERIMENTALSTUDY试验研究DOI:10.19904/14-1160/s.2023.16.001不同抗性甘蓝品种对黑腐病的生理响应张鑫鑫（山西运城农业职业技术学院，山西运城044000）摘要：为了探明不同甘蓝品种对黑腐病的抗性与生理生化指标之间的关系，为深入研究甘蓝对黑腐病的抗病机理和加快抗病品种的选育提供依据，本试验对5 个抗性不同的甘蓝品种幼苗接种黑腐病菌，并在接种后不同时期取样，测定根长、根系鲜重、根系活力、叶片POD活性、叶片SOD活性、叶片PAL活性。结果表明，接种黑腐病菌后根长和根系鲜重均低于未接种植株，抗病品种受病原菌侵染的影响小于感病品种；根系活力提升，抗病品种根系活力增加率高于感病品种；叶片POD活性、SOD活性和PAL活性升高，抗病品种酶活性增加率普遍高于感病品种。关键词：甘蓝；抗病性；黑腐病；生理生化指标文章编号：10 0 5-2 6 9 0（2 0 2 3）16-0 0 0 1-0 6中国图书分类号：S436.35文献标志码：B结球甘蓝简称甘蓝，是一种十字花科芸墓属蔬菜作物，栽培历史悠久，在世界各地广泛栽培 1。随着甘蓝在世界各地的普遍推广，复种指数居高以及重茬严重，各种病害相继出现，由野油菜黄单胞菌引起的黑腐病为其中一种主要病害 2 。甘蓝黑腐病常发生于温暖、潮湿的气候条件下 3。近年来，甘蓝黑腐病在我国蔬菜生产区普遍发生，病征表现为：初期，叶片边缘出现黄褐色V形病斑。随着病原菌在植株体内蔓延，出现维管束变黑、植株枯死的情况，且常伴随软腐病的发生，严重影响甘蓝的产量和质量 4-9 。国内外许多学者研究发现，小麦、花椰菜、大豆、烟草、花生、菜豆、水稻、黄瓜、大白菜等多种植物感染病原菌后，叶片和根系的生理生化活动会发生一些独特的变化，这些变化与植物的抗病性相关 10-12 。但是，目前关于结球甘蓝感染黑腐病菌后叶片及根系发生的生理生化反应的研究报道较少。因此，本研究选用5 个抗性不同的甘蓝材料，分别比较结球甘蓝在感染黑腐病菌后根系以及叶片生理生化指标的变化与品种抗病性的关系，旨在为深入研究结球甘蓝对黑腐病的抗病机理和加快抗病品种选育工作提供依据。1材料与方法1.1材料1.1.1供试菌株菌株由西北农林科技大学园艺学院甘蓝抗病育种研究室提供，编号YU,致病力较强 13,该菌株分离自陕西省榆林市田间自然发病的甘蓝病叶。1.1.2供试甘蓝材料选择田间抗甘蓝黑腐病差异显著的5 个品种：高抗材料QK2502（H R）、抗病材料QG70（R）、中抗材料LQ66（MR）、感病材料QG50（S）、高感材料B02（H S）杂种一代种子，均由西北农林科技大学园艺学院甘蓝抗病育种研究室提供。1.2试验方法1.2.1幼苗培养试验在西北农林科技大学科研温室进行。挑选供试甘蓝种子，选择籽粒饱满、整齐一致的种子，先在7 5%酒精中处理1min，再用灭菌蒸馏水冲洗23次，在2 5 催芽箱中催芽2 d，选取发芽一致的种子播种于5 0 孔穴盘灭菌基质中，播种后的育苗盘置于温室中正常管理1.2.2黑腐病菌悬浮液制备菌株YU在接种前18 h转接到牛肉膏蛋白陈液体培养基中，摇床2 8、19 0 r/min培养18 h，再用无菌水调节菌液浓度至110 cfu/mL。1.2.3接种待供试材料长至3叶1心期进行接种。接种前2 4h将材料浇透并覆盖塑料薄膜保湿，第2 天用小型喷雾器将菌液均匀喷洒到植株叶片上，以叶片无液滴滴落为度。喷施无菌水作为空白对照。每个处理2 0 株苗，设置3次重复。接种后继续用塑料薄膜保湿36 h，后揭去塑料薄膜，将幼苗放在温度2 6、19，湿度9 0%条件下正常管理，光照时长14 h141.2.4取样从接种当天起，分别于0、1、3、5、7 d的固定时作者简介：张鑫鑫（19 9 6 一），女，汉族，山西长治人，硕士，助教，研究方向为甘蓝类蔬菜育种与生物技术。2023年16 期种子科技间对甘蓝幼苗叶片进行取样，取样后将样品保存于一8 0 冰箱中备用，其中，地下部相关生理指标的测定取样时间是1、7 d。1.2.5测定项目和采用方法甘蓝材料根系相关指标：根长，采用直接测量法；根系鲜重，采用直接称量法；根系活力，采用TTC 法 15 。甘蓝材料叶片相关指标：过氧化物酶（POD)活性，采用愈创木酚氧化法 16 ，超氧化物歧化酶（SOD)活性，采用NBT光还原法 17 ;苯丙氨酸解氨酶（PAL)活性，采用王敬文和薛应龙（19 8 1)18 的方法。1.3数据处理各处理重复3次，结果计算平均值，然后采用MicrosoftOfficeExcel2010和SPSS17.0对试验数据进行统计分析，用Duncans多重比较分析差异显著性。2结果分析2.1接种黑腐病菌对不同抗性甘蓝材料根系的影响由表1可知，与未接种黑腐病菌的5 个甘蓝材料幼苗相比，在接种后第1天，接种幼苗根长和根系鲜重变化均较小，均未达到显著水平（P0.05）；QG70(R)幼苗根系活力表现出显著升高。在接种后第7 天，经接种后5 个材料的根长、根系鲜重均不同程度低于未接种材料，其中QG50（S）、B 0 2（H S)经过接种的幼苗根长明显低于未接种幼苗，并且差异可达到极显著水平（P0.01），Q G 7 0（R）、Q G 5 0（S）和BO2(HS)经接种处理的幼苗根系鲜重显著低于未接种幼苗；接种的QK2502（H R）、Q G 7 0（R）、L Q 6 6（MR）、QG50(S)的根系活力均高于未接种幼苗，B02(HS）的根系活力低于未接种幼苗，其中QK2502（H R)经过接种的幼苗根系活力增加率为2 1.0 4%，与未接种幼苗差异达到极显著水平（P0.01），L Q 6 6（MR)经过接种的幼苗根系活力显著高于未接种幼苗，增加率为15.2 7%。比较5 个甘蓝材料可知，在第7 天，接种比未接种增加率表现为：根长增加率由低到高依次为B02(HS)、Q G 5 0(S)、Q K 2 5 0 2(H R)、L Q 6 6(MR)、Q G 7 0(R);根系鲜重增加率由低到高依次为B02（H S）、Q G 5 0（S）、QG70（R）、L Q 6 6（MR）、Q K 2 5 0 2（H R）；根系活力增加率表1接种黑腐病菌对甘蓝幼苗根系的影响根长鲜重根系活力品种时长接种/cm未接种/cm增加率/%接种/g未接种/g增加率/%接种未接种增加率/%17.47 17.370.34080.34281.0951.1081d0.58一0.5 6一1.140.55aA0.47aA0.0096aA0.0036aA0.004Ab0.001aAQK250219.1320.100.36530.37431.7691.4617d一4.8 1-2.4021.040.26aA0.30aA0.0026aA0.0021aA0.035aA0.033bB16.6016.700.29080.29290.9470.9421d-0.60-0.720.510.15aA0.26aA0.0033aA0.001.3aA0.001aA0.001AbQG7018.6718.730.32660.34931.3761.2617d-0.36-6.489.140.13aA0.23aA0.003 4Ab0.004 7aA0.039aA0.036aA16.8316.67 0.31130.33000.7940.8221d1.005.683.480.20aA0.17aA0.003 5aA0.011 2aA0.002bB0.004aALQ6617.83 18.030.32540.34091.2481.0827d-1.11一4.5 715.270.19aA0.19aA0.004 6aA0.0037aA0.037aA0.039Ab15.97 15.600.30060.30790.7410.7311d2.35-2.381.410.77aA0.21aA0.0004aA0.0048aA0.005aA0.014aAQG5015.40 17.30 0.333 40.36231.0351.0177d-10.98-7.971.800.12bB0.23aA0.006 0Ab0.0059aA0.036aA0.036aA14.9014.830.28830.29150.6470.6411d0.45-1.100.870.70aA0.50aA0.006 0aA0.0020aA0.004aA0.000aAB0214.4316.430.289.30.32710.8300.8627d12.17-11.56-3.690.09bB0.22aA0.002 7Ab0.008 6aA0.035aA0.035aA注：不同小写字母表示差异达0.0 5 显著水平，不同大写字母表示差异达0.0 1显著水平，增加率=接种根长（鲜重、活力）一未接种根长（鲜重、根系活力）/接种根长（鲜重、活力）】10 0%，下同。EXPERIMENTALSTUDY试验研究由低到高为B02（H S）、QG 5 0（S）、QG 7 0（R）、L Q6 6（MR）、QK2502（H R），其中B02（H S）根系活力增加率为负值。图1为5 个甘蓝材料接种黑腐病菌和未接种幼苗第1天和第7 天根系形态对比情况。QK2502QG70LQ66QG50B02a)第1天b）第7 天注：每张图片的第1行为处理，第2 行为对照平府图1黑腐病菌对甘蓝幼苗根系的影响（第1天和第7 天）2.2接种黑腐病菌对不同抗性甘蓝材料叶片POD活性的影响由表2 可知，接种黑腐病菌后，5 个材料幼苗叶片POD活性均不同程度增加，增加率表现出先升高（第1、3、5 天）后降低（第7 天）的趋势。QK2502(HR）在接种后1、3、5、7 d叶片POD活性均高于未接种幼苗，且达到极显著水平（P0.01），增加率分别为29.77%、35.8 0%、38.8 3%、33.7 9%。Q G 7 0(R)在接种后1、5、7 d叶片POD活性均高于未接种幼苗，且达到极显著水平（P0.01)；在接种后3d叶片POD活性显著高于未接种幼苗，未达到极显著水平（P0.01）。L Q 6 6（MR）在接种后1d叶片POD活性虽高于对照，但未达到显著水平（P0.05)；在接种后3、5、7 d叶片POD活性均极显著高于未接种幼苗，增加率分别为17.7 0%、2 1.0 6%、16.2 1%。QG50(S)在接种后5 d叶片POD活性极显著高于未接种幼苗，增加率达18.6 5%。B02(HS)在接种后5、7 d 叶片POD活性极显著高于未接种幼苗，增加率分别为15.35%、7.7 1%。比较5 个甘蓝材料可知，接种比未接种幼苗叶片POD活性增加率表现为：第1天增加率由高到低依次为QK2502（H R）、QG 7 0（R）、QG 5 0（S）、L Q6 6（MR）、B02(HS）；第3、5、7 天增加率由高到低为QK2502（H R）、QG70(R)、L Q 6 6(MR)、Q G 5 0(S)、B 0 2(H S)。2.3接种黑腐病菌对不同抗性甘蓝材料叶片SOD活性的影响由表3可知，QK2502（H R）、Q G 7 0（R）、L Q 6 6（MR）、BO2(HS)在接种后幼苗叶片SOD活性增加率表现出先升高（1、3d)后降低（5 d）再升高（7 d）的趋势，表2接种黑腐病菌对叶片过氧化物酶(POD)活性的影响POD活性/(g(gmin)-)品种项目0d1d3d5d7d未接种1038.62.7aA1224.031.8bB1744.645.4bB1813.83.4bB1821.44.2bBQK2502接种1038.62.7aA1586.445.2aA2363.645.1aA2 518.145.2aA2436.85.4aA增加率/%029.7735.8038.8333.79未接种1104.546.1aA11191.90.3bB1248.750.0Ab1598.57.8bB1888.345.6bBQG70接种1104.546.1aA1426.645.laA1567.647.6aA2187.149.7aA2364.545.1aA增加率/%019.6925.6436.9425.25未接种1012.023.9aA1034.31.6aA1 346.71.7bB1 507.93.2bB1507.02.3bBLQ66接种1012.023.9aA1117.645.2aA1585.045.2aA1825.48.2Aa1751.346.7aA增加率/%08.0517.7021.0616.21未接种733.49.9aA805.945.3aA960.045.2aA1 201.99.7bB1 255.747.4aAQG50接种733.49.9aA881.51.8aA1108.545.4aA1 425.845.1aA1351.83.4aA增加率/%010.0915.5518.657.96未接种725.31.83aA802.145.1aA880.40.7aA1 031.84.2bB1 042.1 6.1bBB02接种725.31.83aA818.248.1aA963.445.5aA1190.22.0aA1122.445.9aA增加率/%03.299.4315.357.712023年16 期种子科技表3接种黑腐病菌对叶片超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响SOD活性/(U(gh)-)品种项目0d1d3d5d7d未接种285.51.7aA305.7 1.0bB310.62.2bB316.51.0aA313.1 0.7bBQK2502接种285.51.7aA319.20.7aA324.50.9aA313.12.5aA346.11.3aA增加率/%04.434.48-1.0510.51未接种254.52.4aA266.92.1aA281.3 1.4bB293.51.5aA293.70.4BbQG70接种254.52.4aA265.00.7aA294.11.6aA279.00.9Bb302.81.0aA增加率/%0-0.714.58一4.9 53.09未接种229.011.6aA249.112.6aA244.112.7aA210.85.0aA219.13.3aALQ66接种229.011.6aA248.34.8aA253.510.3aA196.32.9aA218.75.6aA增加率/%0-0.323.85-6.87-0.20未接种215.0 7.2aA213.19.7aA225.911.6bB221.23.6aA234.56.7aAQG50接种215.07.2aA221.710.8aA214.25.4aA196.9 2.1bB205.03.7Ab增加率/%04.03-5.14一10.9 9-12.58未接种201.712.1aA209.79.8aA217.1 0.7aA219.25.2aA208.22.1aAB02接种201.712.1aA226.17.3aA213.95.3aA206.02.8aA207.61.5aA增加率/%07.80一1.5 1-6.02-0.27QG50(S）表现出先升高（1d)后降低（3、5、7 d)的趋势。QK2502(HR)接种后1、3、7 d叶片SOD活性均高于未接种幼苗，且达到极显著水平（P0.01），增加率分别为4.43%、4.48%、10.5 1%。QG70（R)接种后3、7 d叶片SOD活性均极显著高于未接种幼苗，增加率分别为4.5 8%、3.0 9%。LQ66(MR)和B02(HS)接种后幼苗叶片SOD活性与未接种幼苗相比均有差异，但未达到显著水平（P0.05）。Q G 5 0(S)接种后3、5、7 d叶片SOD活性均显著低于未接种幼苗，增加率分别为一5.14%、一10.9 9%、一12.5 8%。比较5 个甘蓝材料可知，接种比未接种幼苗叶片SOD活性增加率表现为：第1天增加率由高到低依次为B02（H S）、Q K 2 5 0 2（H R）、Q G 5 0（S）、L Q 6 6（MR）、QG70（R）；第3天增加率由高到低依次为QG70（R）、QK2502（H R）、L Q 6 6（MR）、B 0 2（H S）、Q G 5 0（S）；第5 天增加率由高到低依次为QK2502（H R）、Q G 7 0（R）、B02（H S）、L Q 6 6（MR）、Q G 5 0（S）；第7 天增加率由高到低依次为QK2502（H R）、Q G 7 0（R）、L Q 6 6（MR）、B 0 2（H S）、QG50(S)。2.4接种黑腐病菌对不同抗性甘蓝材料叶片PAL活性的影响由表4可知，接种黑腐病菌后，5 个材料幼苗叶片PAL活性表现出不同变化，增加率表现出逐渐降低的趋势。QK2502（H R）在接种后1、3、5、7 d叶片PAL活性均高于未接种幼苗,且达到极显著水平(P0.01），增加率分别为12.48%、12.0 9%、9.43%、6.12%。Q G 7 0(R)在接种后1、3d叶片PAL活性均极显著高于未接种幼苗，增加率分别为9.40%、6.11%；接种后5、7 d叶片PAL活性均高于未接种幼苗，但未达到显著水平（P0.05）。L Q 6 6（MR)在接种后1、3d叶片PAL活性均高于未接种幼苗，且达到极显著水平（P0.01），增加率分别为6.0 6%、4.38%；接种后7 d叶片PAL活性显著低于未接种幼苗，增加率为一4.5 0%。QG50(S)在接种后1d叶片PAL活性极显著高于未接种幼苗；接种后3、7 d叶片PAL活性均低于未接种幼苗，且达到极显著水平（P0.01）。B 0 2(H S)在接种后1d叶片PAL活性高于未接种幼苗，但差异不显著（P0.05）；接种后3、5、7 d 叶片PAL活性均显著低于未接种幼苗，且第3、7 天差异均达到极显著水平（P0.01）。比较5 个甘蓝材料可知，在接种后1、3、5、7 d，接种比未接种幼苗叶片PAL活性增加率由高到低为QK2502(HR)、Q G 7 0(R)、L Q 6 6(MR)、Q G 5 0(S)、B 0 2(H S)。3讨论与结论根系生长状况对植物生长起直接作用，关于抗病性和根系生理生化情况变化之间的关系已有学者作了大量研究。邵金旺等（2 0 0 1)19 研究甜菜丛根病不同抗性品种根系活力发现，抗病品种的根系活力明显高于感病品种。吴晓丽等（2 0 11)对接种5试验研究EXPERIMENTALSTUDY表4接种黑腐病菌对叶片苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性的影响PAL活性/(U(gh)-1)品种项目0d1d3d5d7d未接种2 311.140.4aA2 492.221.5bB2 525.65.6bB2 308.91.1bB2350.721.0bBQK2502接种2 311.140.4aA2803.33.3aA2831.020.6aA2526.76.7aA2494.422.3aA增加率/%012.4812.099.436.12未接种2 487.820.4aA2343.120.3bB2 415.320.2bB2 693.320.3aA2 483.320.3aAQG70接种2 487.820.4aA2563.321.9aA2563.021.7aA2 761.120.6aA2525.65.6aA增加率/%09.406.112.521.70未接种1683.33.3aA1 752.2 2.2bB1 679.90.1bB1717.020.3aA1 848.821.1aALQ66接种1683.33.3aA1858.320.5aA1.753.43.4aA1749.30.7aA1765.615.6Ab增加率/%06.064.381.88-4.50未接种1538.91.1aA1542.32.3bB1685.65.6aA1580.921.1aA1 539.40.6aAQG50接种1538.91.1aA1604.35.7aA1 609.01.0bB1509.420.7aA1434.620.2bB增加率/%04.02-4.54一4.5 2-6.81未接种1264.34.3aA1407.87.8aA1 470.00.0aA1503.920.2aA1 327.82.2aAB02接种1264.34.3aA1443.421.9aA1 400.4 0.4bB1 405.95.9Ab1196.96.9bB增加率/%02.53一4.7 3-6.52-9.86黑腐病菌后花椰菜根系的形态和生理变化进行研究发现，接种处理的植株根长、根干重明显比未接种的植株（CK)低，但是接种幼苗的根系活力比未接种幼苗的根系活力高。本试验结果表明，接种黑腐病菌的幼苗根长和根系鲜重明显低于未接种幼苗，且抗病品种的根长和根系鲜重降低率低于感病品种；而根系活力则相反，经过接种的幼苗根系活力高于未接种幼苗，且抗病品种的根系活力增加率高于感病品种。这可能是由于黑腐病菌侵染植株，根系生长受到抑制，导致根长和根系鲜重小于未接种植株，抗病品种的防御能力较感病品种强，故抗病品种的根长和根系鲜重降幅小于感病品种；病原菌侵染，植物会启动防御机制，根系也会发生一系列保护性反应，植株根系对于病原菌的防御能力增强，从而出现根系活力升高，且抗病品种根系活力升高幅度高于感病品种的现象。在第7 天,B02(HS)根系活力低于未接种植株，可能是由于此时植株的保护机制已经被破坏。过氧化物酶（POD)虽无直接的抗菌活性，但其可以通过影响植物体内的多种代谢途径而在抗病性中起到间接作用。当植物受到病原菌侵染时，体内会产生大量的活性氧，SOD是清除活性氧的主要酶之一。苯丙烷类代谢途径是植物在抗病反应体系中的一个重要途径，而苯丙氨酸解氨酶是该途径的关键酶和限速酶 2 0 。已有学者对抗病性与POD活性、SOD活性、PAL活性的关系进行了研究。吴应海等(2 0 2 2)2 1研究发现，为百香果接种茎基腐病后，植物体内POD活性、SOD活性、PAL活性均有升高，且抗病性越强酶活性越高。黄志磊等(2 0 19)2 2研究表明，不同抗性大麦品种在受到叶斑病菌侵害时POD活性、SOD活性、PAL活性均升高并且随着时间延长增幅逐渐增加，且抗病品种蒙啤麦3号升高幅度均大于感病品种蒙啤麦1号。本研究对QK2502、Q G 7 0、L Q 6 6、Q G 5 0、B 0 2 这5 个抗性不同的甘蓝品种接种黑腐病菌后，叶片POD活性均不同程度增加，其中从第3天开始抗病品种的增加率均高于感病品种，由高到低依次为QK2502（H R）、Q G 7 0（R）、LQ66（MR）、Q G 5 0（S）、B 0 2（H S）；S O D 活性增加率表现出先升高(1、3d)后降低(5 d)再升高(7 d)的趋势，QG50(S)表现出先升高（1d)后降低（3、5、7 d)的趋势。接种初期，抗病性与SOD活性变化率之间没有表现出较强的相关性，但随着时间推移，抗病品种的SOD活性增加率普遍高于感病品种，与其他学者的研究相吻合。叶片POD活性、SOD活性增加可能是植株为了抵抗黑腐病菌侵害产生的保护性反应，从而增加植株对黑腐病菌的抵抗能力，抗病品种的抵抗力较感病品种强，体现在POD活性、SOD活性增加率上则为抗病品种高于感病品种。PAL活性表现为抗病品种普遍高于感病品种，与其他学者研究一致。接种后第1天，无论是抗病还是感病品种,PAL6鑫（编辑：季2023年16 期种子科技活性增加率均达到峰值，之后开始下降,PAL活性增加率与抗病性呈明显正相关，但3、5、7 d的QG50、B02以及7 d的LQ66叶片PAL活性低于对照，这可能是由于植株自身的防御系统被病原菌破坏所导致。综上，接种黑腐病菌后导致甘蓝幼苗根系生长缓慢，根长和根系鲜重增加较慢，均低于未接种植株，且抗病品种受病原菌侵染的影响小于感病品种；根系活力相反，病原菌侵染会使根系活力提高，且抗病品种根系活力增加率高于感病品种。接种黑腐病菌后，植株的防御机制启动，POD活性、SOD活性和PAL活性升高，且抗病品种酶活性增加率普遍高于感病品种。因此，根长、根系鲜重、根系活力、叶片POD活性、叶片SOD活性、叶片PAL活性可以作为甘蓝抗黑腐病种质资源鉴定的辅助指标。参考文献：1黄德芬.甘蓝黑腐病的离体抗性鉴定及相关生理生化指标分析 D.重庆：西南大学,2 0 11.2JBrita DJ,Joana GV,Hira KM,et al.Occurrence and diversity of Xanthomonas campestris pv.Campestrisinvegetable brassica fields in NepalLJJ.Plant Disease,2010,94(3):298-305.3JDey SS,Sharma K,Dey RB,et al.Inter specific hybridization for introgression of black rot resistancegenes into Indian cauliflower(B.oleracea var.botrytis 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