黄瓜枯萎病是一种由尖孢镰刀菌黄瓜专化型(Fusarium oxysporum f.sp.cucumerinum,FOC)引起的真菌性病害,该病害发生较广,难以防治,会对黄瓜产量和品质造成不可挽回的损失。FOC在侵染宿主的过程中会通过导管堵塞或产生毒素等影响黄瓜植株的正常生理活动。前期研究发现,FOC会产生枯萎酸(FA)干扰植物体本身的代谢,使宿主内部的生理活动和免疫过程发生紊乱,最终引起质膜伤害、细胞死亡和叶片萎蔫。但是我们对枯萎病造成的黄瓜叶片萎蔫是否与导管堵塞引起的水分缺失有关尚不明确。同时,在植物病害的营养调控过程中,我们发现氮素形态(铵硝营养)对黄瓜枯萎病的发生有一定影响,与铵态氮相比,硝态氮营养可以显著提高黄瓜的抗病能力。然而国内外关于铵硝营养与植物抗性之间关系的研究较少,相关作用机制尚不明确。本研究采用营养液水培的方式,以营养液中添加聚乙二醇(PEG,6000)模拟导管堵塞造成的水分胁迫,并以此对照,主要研究了病原菌(FOC)侵染后黄瓜植株的水分生理响应、光合系统响应、氧化还原平衡变化以及叶绿体伤害情况等,以进一步探索黄瓜枯萎病发病过程中的生理生化响应和枯萎病的致病机理;另外,本研究以营养液水培的方式对铵硝营养调控黄瓜抗病性的机理进行了探索。通过分析铵硝营养对FOC侵染条件下黄瓜叶片温度变化、细胞损伤、抗性反应、碳氮代谢的改变以及光合系统响应等,深入研究了黄瓜植株的抗病能力与铵硝营养之间的关系,为今后枯萎病的防治工作提供理论基础。主要研究结果如下:1.FOC侵染和水分胁迫均会引起黄瓜植株水分散失量和水流导度的降低,但是水分胁迫条件下水分散失量最终会达到一个相对稳定的状态,而FOC侵染会引起黄瓜植株水分散失量的持续降低。通过试验,我们发现黄瓜对水分胁迫和FOC侵染的响应具有叶片区域(叶片中心和叶片边缘)特征:在水分胁迫条件下,叶片边缘的伤害更加严重,包括较高的叶片温度和严重失调的水分状况(叶片水势显著下降而脯氨酸等渗透调节物质大量积累);在FOC侵染条件下,叶片中心区域温度较高,而且渗透调节物质与叶片水势并没有受到显著影响。在FOC侵染的黄瓜叶片中心可以观察到叶绿体肿胀和淀粉粒积累的症状,而水分胁迫则引起了叶绿体的萎缩和淀粉粒的耗竭。两种胁迫条件下不同的生理响应证明了 FOC引起的黄瓜叶片枯萎并不是由于导管堵塞的水分缺失而引起的。2.FOC侵染和水分胁迫都会导致黄瓜叶片细胞膜伤害、活性氧积累以及氧化还原失衡,但是两种胁迫条件下的叶片响应不同。水分胁迫引起了叶片边缘活性氧的积累和抗氧化剂酶活性及抗氧化物质含量的升高,但是叶片中心不受影响;FOC侵染后,叶片的氧化还原失衡首先发生在叶片中心。我们通过综合氧化还原指数和氧化失衡指数的构建对两种胁迫条件下黄瓜叶片的氧化还原变化进一步研究,发现叶片细胞膜伤害与综合氧化还原指数呈现显著正相关关系,这种相关性与叶片区域(叶缘与叶片中心)或者胁迫类型无关;而氧化失衡指数的构建则进一步验证了水分胁迫与FOC侵染对黄瓜叶片伤害的区域差异。3.铵硝营养会对黄瓜抗枯萎病的能力产生显著影响。铵态氮条件下,FOC侵染会引起黄瓜叶片温度的升高、光合指标及叶绿素荧光参数的降低、活性氧的积累、细胞膜伤害和叶绿体结构紊乱等,而硝态氮条件下FOC侵染引起的黄瓜叶片伤害得到缓解。硝态氮营养条件下,黄瓜叶片对FOC侵染后的抗性反应较强,包括抗氧化酶活性的逐渐升高、一氧化氮信号的增强以及PR-1、MAPK1、MYB和MYC等抗性基因的显著上调;而铵态氮营养条件下FOC侵染引起的抗性反应显著降低。病原菌侵染条件下黄瓜叶片的生理变化及抗性响应证明了硝态氮营养可以提高黄瓜抗枯萎病的能力。4.铵硝营养会对叶片光呼吸速率产生影响,和铵态氮营养相比,硝态氮条件下黄瓜叶片光呼吸速率显著升高、光呼吸过程中的关键代谢物质显著上调并且对黄瓜枯萎病的抗性增强。我们推测植物的抗病能力与叶片光呼吸速率有关并通过光照强度的改变和光呼吸抑制剂(异烟肼)的喷施改变光呼吸速率。我们发现光呼吸的降低会引起植物抗性的降低(叶片温度升高、光合能力下降和叶片萎蔫),并且光呼吸速率与细胞膜伤害(丙二醛积累)呈现显著负相关关系,进一步证明了光呼吸在抗病过程中发挥重要作用。在FOC侵染条件下,光呼吸速率与硝酸还原酶及过氧化氢酶的活性菌呈显著正相关关系,揭示了光呼吸提高植物抗病能力可能与硝酸盐同化的耗能以及过氧化氢信号的产生有关。5.病原菌侵染会导致植物体内的碳氮代谢的改变。试验结果表明,与不接菌相比,FOC侵染会导致黄瓜根系和叶片中的游离氨基酸和可溶性蛋白的含量显著增加以及叶片可溶性糖含量的升高。同时,黄瓜植株体内的碳氮代谢物质受到铵硝营养比例的影响。随着营养液中铵态氮供应比例的升高,黄瓜植株体内游离氨基酸、可溶性蛋白和可溶性糖含量逐渐升高而三羧酸循环中的有机酸含量逐渐降低。氨基酸与可溶性糖含量的升高会促进病原菌的繁殖而植物体内的有机酸有抑菌作用,铵硝营养对黄瓜碳氮代谢组分的改变会对植物抗性产生影响并引起高铵处理条件下黄瓜叶片温度的显著升高。综上,FOC侵染与水分胁迫导致的黄瓜叶片的水分、温度、光合和氧化还原平衡的变化在叶片区域上不同,黄瓜枯萎病造成的叶片萎蔫不是由于导管堵塞引起的。与铵态氮相比,硝态氮营养可以显著增强黄瓜幼苗抗枯萎病的能力并激活抗性反应;铵硝营养黄瓜枯萎病抗病能力的影响可能与叶片光呼吸速率和植株碳氮代谢的改变有关。