链霉菌JD211诱导水稻抗稻瘟病害的生理及分子机理

来源 :江西农业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:a724494702a
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微生物在自然界中种类繁多,分布广泛,繁殖速度快。有益微生物具有环境友好、绿色无污染、实惠经济等优点,是植物保护重要资源之一。利用有益微生物对植物病害进行防治,符合当今社会绿色发展的需求。链霉菌JD211对多种植物病原菌具有抑制作用,并且对水稻生长具有一定促进作用,是一株潜在生防菌株。本文通过施加链霉菌JD211固体菌剂盆栽培育水稻感病品种,从生理生化和分子生物学两个方面研究链霉菌JD211对水稻生长抗病产生调控作用的机理。具体结果如下:(1)通过测定接种稻瘟病后的水稻发病率,探讨链霉菌JD211对水稻稻瘟病防治效果。结果表明在接种稻瘟病菌水稻中,通过施加0.1%、0.5%、1%JD211固体菌剂,可较好降低水稻秧苗的稻瘟病发病率,其中1%处理组效果最佳,在接种后15d相对防效为18.76%。(2)通过施加5 g/kg链霉菌JD211菌剂培育水稻,叶片喷施稻瘟病菌孢子悬液,测定水稻叶片过氧化氢(H2O2)含量、过氧化氢酶(CAT)活性、脂氧合酶(LOX)活性、丙二醛(MDA)含量及细胞质膜透性等生理生化指标,探究链霉菌JD211对接种稻瘟病后水稻过敏性反应的影响。结果表明:水稻秧龄30d时,添加JD211处理组水稻叶片CAT活性、LOX活性、H2O2含量较未添加JD211处理组分别提高了33.50%、4.07%、47.76%,其MDA含量降低了38.68%。而叶片细胞膜透性经JD211处理后在秧龄32d、34d、36d分别提高38.94%、39.03%、8.08%。研究认为,施加链霉菌JD211能够有效调控植物细胞过敏性反应,诱发植物细胞过敏性坏死,阻止病原菌的进一步侵染。(3)为进一步明确链霉菌JD211对水稻抗性影响机制,采用盆栽试验研究链霉菌JD211对水稻酚类物质代谢和病程相关蛋白的影响。结果表明链霉菌JD211提高了水稻木质素、类黄酮、总酚含量以及过氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)、几丁质酶、β-1,3-葡聚糖酶活性。接种稻瘟病菌的条件下,秧龄27d,添加链霉菌JD211的处理与未加JD211相比,POD活性、木质素含量分别提高了17.74%、9.10%;水稻培育31d,链霉菌JD211处理后PPO活性、总酚与类黄酮含量分别提高了13.40%、11.22%、130.34%;秧龄33d,PAL活性在JD211处理下,提高了27.24%。在感染病菌后,几丁质酶在链霉菌JD211处理下快速上升,而β-1,3-葡聚糖酶活性在秧龄35d,提高了74.98%。说明链霉菌JD211提高酚类物质相关酶活性,促进了酚类物质积累,诱导几丁质酶、β-1,3-葡聚糖酶活性上升,提高水稻抗病性。(4)利用实时荧光定量PCR技术,探究链霉菌JD211对编码水稻过氧化氢酶、苯丙氨酸解氨酶、几丁质酶、病程相关蛋白PR-1的基因Cat A、PAL、Rcht2、Prla表达量的影响,结果表明链霉菌JD211对CatA、PAL基因表达有一定的促进作用。经10g/kg JD211处理下,Prla基因表达量在水稻秧龄为22d、24d、26d高于对照组。接种病原菌后,Prla相对表达量在秧龄24d为对照组的2.22倍。10g/kg处理组Rcht2相对表达量在秧龄24d、26d分别为对照组1.57、2.19倍,链霉菌JD211提高了Rcht2基因的表达量,且加入链霉菌JD211浓度越大,越快激发Rcht2的表达。(5)利用iTRAQ定量蛋白组学技术,对链霉菌JD211处理后以及链霉菌JD211和稻瘟病菌共同处理后的水稻叶片分别进行蛋白水平上的差异分析。结果共鉴定到3062个可信蛋白,其中链霉菌JD211诱导产生213个差异蛋白,主要涉及乙醛酸盐代谢、碳合成、卟啉与叶绿素代谢等途径。稻瘟病菌感染后诱导产生278个差异蛋白,主要涉及光合作用和光合作用-天线蛋白代谢等途径。在接种稻瘟病菌后链霉菌JD211诱导产生158个差异蛋白,主要涉及乙醛酸盐代谢、碳代谢、光合作用、光合作用天线蛋白代谢等途径。分析发现链霉菌JD211诱导抗性主要与叶绿素合成、乙醛酸盐代谢、信号传导以及酚类物质合成有关,说明链霉菌JD211可快速激活水稻对病原菌的识别,激发水稻自身抗性反应,合成酚类物质,同时促进植物能量合成,共同对植物起到一个保护作用。综上所述,链霉菌JD211对水稻抗稻瘟病病害的诱导机制十分复杂,涉及多个代谢途径。链霉菌JD211通过促进信号传递,及时有效引发抗性反应,如酚类物质积累,过敏性反应调控,同时促进能量合成,为水稻抗性反应提供能量,最终提高水稻抗病性。
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