茉莉酸甲酯誘導大田水稻抗白葉枯病的效應研究

向妙蓮,　蔣海燕,　曾曉春,2*,　何永明,　付永琦,　黃友明,2

(1. 江西農業大學作物生理生態與遺傳育種教育部重點實驗室,南昌　330045;2. 宜春學院生命科學與資源環境學院,宜春　336000)

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茉莉酸甲酯誘導大田水稻抗白葉枯病的效應研究

向妙蓮1,蔣海燕1,曾曉春1,2*,何永明1,付永琦1,黃友明1,2

(1. 江西農業大學作物生理生態與遺傳育種教育部重點實驗室,南昌330045;2. 宜春學院生命科學與資源環境學院,宜春336000)

本研究以感白葉枯病水稻品種‘溫229’為試驗材料,通過茉莉酸甲酯(MeJA)浸種和噴霧處理幼苗期和孕穗期水稻,探索MeJA誘導大田水稻抗白葉枯病的效應。水稻幼苗期,0.004 mmol/L MeJA浸種、0.1 mmol/L MeJA噴霧、0.004 mmol/L MeJA浸種后再用0.1 mmol/L MeJA噴霧處理,均表現誘導幼苗抗白葉枯病的作用,其誘導效果最高達27.65%;其中,MeJA浸種再噴霧雙重處理的效果與單一噴霧處理差異不顯著,但與單一浸種處理達到顯著性差異水平;水稻孕穗期,0.05～2.00 mmol/L的MeJA噴霧后均可降低白葉枯病的病情指數,其中2011年MeJA誘導效果最佳的濃度為0.50 mmol/L,而2012年和2013年則為1.00 mmol/L,誘導效果最高為17.17%。以上結果表明,MeJA處理可有效緩解大田水稻幼苗和孕穗期白葉枯病的發生,其誘導效果可能與MeJA處理濃度、方法及水稻生育期有關。

茉莉酸甲酯(MeJA);大田水稻;白葉枯病;誘導抗性

茉莉酸甲酯(methyl jasmonate,MeJA)是新發現的一種植物激素,是一種植物誘導抗病研究領域應用較廣的高活性激發子,在誘導植物抗病性方面的作用已備受人們關注。大量試驗證實,茉莉酸類(jasmonates,Jas)作為植物抗病反應的重要信號分子,能激活與植物抗病反應相關的防御保護機制,誘導植物產生對多種病害的系統獲得抗性[1],并且增強植物抗食草性害蟲及非生物脅迫的能力[2-3]。MeJA已成功用于誘導小麥抗白粉病[4-5]、番茄抗灰霉病[6]、香蕉抗枯萎病[7]和柑橘抗青霉病[8]。MeJA能顯著減輕廣東高州普通野生稻幼苗[9]和抗稻瘟病近等基因系水稻[10-11]上稻瘟病的發生,但其對菌絲生長和孢子的萌發并無顯著抑制作用;進一步的試驗證實,MeJA處理激發了水稻重要防御酶活性及蛋白質差異表達,提高了水稻幼苗本身的抗病能力,從而使稻瘟病病情指數顯著下降[10-11]。Li等則從蛋白質組學角度分析了MeJA誘導抗、感水稻品系對稻瘟病防御反應的分子生物學基礎[12]。

目前,大多數對于MeJA誘導植物提高抗病性的研究局限于室內的人為控制環境條件,有關MeJA誘導植物抗病的田間試驗報道較少。本課題組前期的試驗結果表明,在生長室內MeJA能誘導水稻幼苗抗細菌性條斑病[13],并顯著減緩白葉枯病的發生,MeJA對后者的效應可能與其誘導提高水稻幼苗SOD、POD、CAT等防御酶活性密切相關[14-15]。為了進一步驗證MeJA對水稻抗白葉枯病在大田環境下的誘導效應,本研究以感病品種‘溫229’為試驗材料,在幼苗期和孕穗期2個生長期,開展了MeJA誘導水稻抗白葉枯病的試驗,旨在為田間應用提供依據和參考。

1　材料與方法

1.1材料

1.1.1水稻種子

水稻感病品種‘溫229’,由江西農業大學作物生理生態與遺傳育種實驗室提供。

1.1.2白葉枯病菌

將白葉枯病菌(由江西農業大學植物病理實驗室保存)于NA培養基(牛肉膏3.0 g,蛋白胨5.0 g,葡萄糖20.0 g,瓊脂17.0 g,蒸餾水1 000 mL,pH 7.0)上活化后,在NB液體培養基中28 ℃下振蕩(200 r/min)培養48 h,12 000 r/min離心10 min,收集沉淀,用無菌水配成濃度為5×108cfu/mL的菌液,待用。

1.1.3MeJA

MeJA購自美國Sigma公司,使用前先以少量二甲基亞砜(dimethyl sulfoxide,DMSO)溶解,再用含0.1%吐溫80的蒸餾水配成10 mmol/L的溶液備用。

1.2水稻培育

供試水稻感病品種為‘溫229’,種子用0.1%的HgCl2表面消毒15 min,蒸餾水沖洗3次,陰干,選取大小一致、飽滿的種子備用。試驗稻田位于江西農業大學科技園(28°40′N),水肥條件良好。幼苗期試驗材料催芽后直接播種,長至5葉1心期待用;孕穗期試驗材料采用單株移栽,株距10 cm,行距20 cm,小區面積22.5 m2,每個處理(小區)間設有隔離區,試驗地周圍設有保護區。試驗田不使用殺菌劑,其余管理與常規大田管理一致。

1.3試驗設計

試驗分別在水稻的幼苗期(5葉1心期)和孕穗期進行。

幼苗期試驗:設4個處理,處理1為0.004 mmol/L MeJA浸種24 h,每12 h更換相同MeJA溶液,浸種后用蒸餾水沖洗3次催芽備用;處理2為5葉1心期水稻幼苗于接種前48 h用0.1 mmol/L的MeJA噴霧;處理3為0.004 mmol/L MeJA浸種+接種前48 h用0.1 mmol/L的MeJA噴霧,處理4為對照(噴施含0.1%吐溫80的無菌蒸餾水)。用滅菌剪刀蘸取濃度為5×108cfu/mL白葉枯病菌菌液剪去幼苗葉尖1.0 cm,每株接種2～3片葉。每處理3個重復,每重復15株。

孕穗期試驗:設7個處理,處理1～6為接種前48 h分別用0.00、0.05、0.10、0.50、1.00和2.00 mmol/L的MeJA噴霧,依次記為0-MeJA+Xoo、0.05-MeJA+Xoo、0.10-MeJA+Xoo、0.50-MeJA+Xoo、1.00-MeJA+Xoo和2.00-MeJA+Xoo;處理7為空白對照,記為CK。其他方法同幼苗期。

上述試驗病菌接種時間為8月下旬,氣溫為30 ℃左右,天氣晴好。采用隨機區組排列,2組試驗共11個處理,每處理重復3次,共33個小區。

1.4試驗調查

1.4.1MeJA誘導水稻抗白葉枯病的效果調查

接種后第15～21 天,當對照病情發展趨于穩定時,每處理調查15片葉,逐葉測量接種水稻葉片的病斑長度和葉片全長,按分級標準記載病情并計算病情指數和誘導效果[16]:

誘導效果(%)=

1.4.2MeJA誘導水稻抗白葉枯病及其對產量的影響

待水稻黃熟,收獲并考種,統計每穴穗數及有效穗、每穗實粒數及秕粒數、千粒重(g)及小區產量。

1.5數據統計與分析

采用Excel 2003和DPS 7.05(浙江大學)統計軟件進行數據分析處理,用單因素方差分析統計各處理平均值的差異,Duncan氏新復極差法比較各處理間的差異顯著性。

2　結果與分析

2.1MeJA對水稻幼苗抗白葉枯病的誘導作用

2011年至2013年MeJA誘導大田水稻幼苗抗白葉枯病的試驗結果(表1)表明,與對照相比,0.1 mmol/L MeJA噴霧和0.004 mmol/L MeJA浸種后再用0.1 mmol/L MeJA噴霧雙重處理均可顯著降低水稻幼苗白葉枯病的病情指數,0.004 mmol/L MeJA浸種處理僅2011年與對照的差異未達顯著水平。誘導效果進一步說明了MeJA 3組不同處理間的差異,單用0.1 mmol/L MeJA噴霧和0.004 mmol/L MeJA浸種后再用0.1 mmol/L MeJA噴霧雙重處理的誘導效果均顯著高于單用0.004 mmol/L MeJA浸種處理。

表1　MeJA對水稻幼苗抗白葉枯病的誘導作用1)Table 1　Induced effects of MeJA on rice seedlings against bacterial leaf blight

1) 表中數據為平均數±標準差。同列數據后不同字母表示經Duncan氏新復極差法檢驗在P<0.05水平差異顯著。Data in the table are mean±SD. Data with different lowercase letters in the same column are significantly different atP<0.05 by Duncan’s multiple range test.

2.2MeJA誘導孕穗期水稻抗白葉枯病的作用

0.05～2.00 mmol/L的MeJA噴霧處理孕穗期水稻48 h后接種白葉枯病病菌,水稻的病情指數和誘導效果如表2所示。與對照相比,2011年0.50、1.00和2.00 mmol/L的MeJA處理后,病情指數分別為63.21、65.95和64.14,顯著低于不噴施MeJA只接種的73.19,而0.05和0.10 mmol/L MeJA處理后病情指數與不噴施MeJA只接種差異未達顯著水平;2012年、2013年0.50和1.00 mmol/L MeJA處理后病情指數仍顯著低于不噴施MeJA只接種,其他濃度不顯著。不同濃度MeJA對孕穗期水稻誘導效果表明,2011年誘導效果最佳的濃度分別為0.50 mmol/L和2.00 mmol/L,而2012年和2013年最佳誘導效果MeJA的濃度均為1.00 mmol/L,2011-2013年誘導效果最高為17.17%。 不同時間MeJA誘導水稻抗白葉枯病的最佳濃度各異,可能因為不同年份間水稻田間氣候及水稻生長狀況有差異,這些差異可能影響了MeJA誘導效果的表達。

表2　MeJA對孕穗期水稻抗白葉枯病的誘導作用1)Table 2　Induced effects of MeJA on rice against bacterial leaf blight at booting stage

1) CK-表示空白對照;0-MeJA+Xoo表示0 mmol/L的MeJA誘導后接種白葉枯病菌,依此類推;表中數據為平均數±標準差。同列數據后不同字母表示經Duncan氏新復極差法檢驗在P<0.05水平差異顯著。下同。CK: Blank control; 0-MeJA +Xoo: 0 mmol/L MeJA treatment before inoculation withXoo, and the same below. Data in the table are mean±SD. Data with different lowercase letters in the same column are significantly different atP<0.05 by Duncan’s multiple range test. The same below.

2.3MeJA誘導對孕穗期水稻產量因子的影響

從表3可知,接種白葉枯病菌的水稻有效穗率、結實率、千粒重和產量均顯著低于未接種水稻(即空白對照);水稻經不同濃度的MeJA誘導處理后再接種白葉枯病菌,不同處理間產量相關指標差異大部分表現不顯著。以上結果說明盡管田間環境下0.05～2.00 mmol/L的MeJA可誘導孕穗期水稻抗白葉枯病,但其對大部分產量因子的影響并不顯著。

表3　MeJA誘導孕穗期水稻抗白葉枯病對產量的影響Table 3　Effects of MeJA-induced resistance to bacterial leaf blight at booting stage on yield of rice

3　討論

本試驗結果表明,MeJA處理后水稻幼苗白葉枯病的病情指數顯著低于對照;MeJA二次誘導(浸種+噴霧)的最佳誘導效果為27.65%,顯著高于單一浸種或噴霧處理的誘導效果。在水稻孕穗期,0.05～2.00 mmol/L的MeJA噴霧可降低白葉枯病的病情指數,2011-2013連續3年田間試驗結果均表明0.5～1.00 mmol/L的MeJA可顯著穩定誘導孕穗期水稻抗白葉枯病,高于生長室內水稻幼苗期最佳誘導效果的使用濃度0.1 mmol/L[14],這與MeJA誘導水稻抗稻瘟病結果一致[9-10]。而汪開拓等[17]的試驗表明:采用MeJA熏蒸葡萄,使葡萄果實采后病害顯著降低的MeJA最佳濃度為0.01 mmol/L。分析原因可能為:其一,不同環境下不同植物或同一植物不同生長期對激發寄主植物病菌防御系統的MeJA的響應不同;其二,在大田相對開放的環境下,MeJA易揮發,水稻葉面微區域內實際的MeJA濃度低于理論噴施濃度,可能影響誘導效果;最后,MeJA在誘導植物抗病過程中受溫度和濕度等多個環境因子的影響,這些環境因子可能與寄主-病原物互作及MeJA誘導抗病的表達有關。

與未接種白葉枯病菌的水稻(即空白對照)相比,接種病菌的水稻其有效穗率、結實率、千粒重和產量均顯著降低,說明白葉枯病的發生顯著影響了水稻產量;在接種的水稻中,有無MeJA預處理或不同MeJA預處理,其產量因子指標及產量差異大部分并沒有達顯著水平,暗示0.05～2.00 mmol/L的MeJA誘導水稻抗白葉枯病卻并沒有顯著提高水稻產量。原因可能為水稻產量是多因素綜合表達的結果,有效穗率、結實率、千粒重以及病情指數與其產量密切相關[18],MeJA誘導后盡管病情指數大部分顯著降低,但水稻產量的構成因子如有效穗率、結實率、千粒重等卻沒有顯著增加;或者,水稻感染白葉枯病菌影響葉片光合面積,而局部光合的損失可能并沒有顯著影響水稻產量。

今后需進一步研究田間宏觀環境和植物微觀環境對MeJA誘導水稻抗病作用的效應,圍繞水稻產量構成因子深入開展MeJA處理對病害發生及水稻產量影響的研究。

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(責任編輯：田喆)

Methyl jasmonate (MeJA)-induced rice resistance to bacterial leaf blight in fields

Xiang Miaolian1,Jiang Haiyan1,Zeng Xiaochun1,2,He Yongming1,Fu Yongqi1,Huang Youming1,2

(1. Key Laboratory of Crop Physiology, Ecology and Genetic Breeding, Ministry of Education,Jiangxi Agricultural University, Nanchang330045, China; 2. College of Life Sciences, Resources and Environmental Sciences, Yichun University, Yichun336000, China)

‘Wen229’, a susceptible rice cultivar to bacterial leaf blight (BLB), was used as experiment material to investigate the effects of methyl jasmonate (MeJA) on induced resistance to BLB by soaking or spraying with MeJA at seedling and booting stage of rice in fields. The resistance was induced when rice was soaked with 0.004 mmol/L MeJA, sprayed with 0.1 mmol/L MeJA and soaked with 0.004 mmol/L MeJA followed by spraying with 0.1 mmol/L MeJA at seedling stage, and the best effect was 27.65%. There was no significant difference between duplex (seed soaking followed by seedling spraying) and single MeJA treatment (seedling spraying) except seed soaking. At booting stage, spray treatment with 0.05-2.00 mmol/L MeJA could reduce disease index of BLB, and the optimum concentration was 0.50 and 1.00 mmol/L in 2011 and 2012-2013, respectively, and the best induced effect was 17.17%. All above results suggested that MeJA could effectively relieve the incidence of bacterial leaf blight at seedling and booting stages of rice but the induced effects were influenced by MeJA treatment concentration, methods and rice growing stage.

methyl jasmonate (MeJA);paddy field;bacterial leaf blight;induced resistance

2015-01-08

2015-02-24

江西省“贛鄱英才555工程”領軍人才培養計劃項目; 江西省科技支撐計劃項目(20111BBF60009); 江西農業大學博士啟動基金項目(09005093)

E-mail:xchzeng2013@163.com

S 435.111.47,S 432.22

A

10.3969/j.issn.0529-1542.2016.02.016