氮素水平對大白菜葉柄黑點癥發生的影響

2017-12-06 02:10:51雷娟利李必元岳智臣趙彥婷鐘新民

浙江農業科學 2017年11期

雷娟利，李必元，岳智臣，陶鵬，趙彥婷，鐘新民

(浙江省農業科學院蔬菜研究所，浙江杭州 310021)

氮素水平對大白菜葉柄黑點癥發生的影響

雷娟利，李必元，岳智臣，陶鵬，趙彥婷，鐘新民*

(浙江省農業科學院蔬菜研究所，浙江杭州 310021)

以大白菜葉柄黑點癥高抗品系韓春娃C8-1及高感品系韓春娃-4-2-3-4為試驗材料，對不同氮素水平下，抗、感大白菜品系葉柄黑點數、地上部鮮質量、硝酸還原酶(NR)活性、亞硝酸鹽含量、SOD活性、PPO活性及膜透性等進行了測定。結果表明：菜心營養液+5 mmol·L-1NH4NO3和菜心營養液+10 mmol·L-1的NH4NO3，可用于苗期葉柄黑點癥鑒定；高氮水平下，大白菜受到了脅迫，葉柄SOD活性、PPO活性有所增加，NR活性降低，亞硝酸鹽含量增加；高氮水平下，感病品系的SOD活性、NR活性及亞硝酸鹽含量的變化幅度均大于抗病品系，而抗病品系PPO活性增加幅度大于感病品系；高氮水平下感病品系細胞膜透性增加，而抗病品系沒有變化，說明感病品系葉柄細胞膜在高氮水平下受到了破壞。

大白菜；葉柄黑點癥；氮水平；生理機制

大白菜葉柄黑點癥是指大白菜結球葉葉柄表面發生的小黑點樣病變，這種小黑點樣病變可發生于葉柄內外側，尤其以內側表面更為嚴重，有時也可發生在葉脈的內外側表面。除生長過程外，大白菜葉柄黑點癥在貯藏過程中還會加重，甚至在收獲時沒有病征的大白菜在貯運中也能發生。大白菜葉柄黑點癥嚴重影響大白菜的品質，降低商品價值，給生產者、經營者和消費者造成巨大損失。楊曉云等[1]根據其表現特征及英文名稱稱之為“大白菜小黑點病”，郭瑩等[2]稱之為“大白菜芝麻狀斑點病”。

引起大白菜葉柄黑點癥發生的機制尚不完全清楚。前人研究表明，大白菜葉柄黑點癥是一種生理性病害，是基因型和環境因素共同作用的結果，過量施用氮肥是引起此癥的重要因素[3]。不同形態氮素營養對大白菜葉柄黑點癥的發生也有影響，其中銨態氮促進大白菜葉柄黑點癥發生的作用高于硝態氮和酰胺態氮[2-3]。銅元素也可促進大白菜葉柄黑點癥的發生，隨著銅濃度的升高，大白菜葉柄黑點數明顯增加[4]。雷娟利等[5]研究發現，有機肥也可影響大白菜葉柄黑點癥的發生，施用有機肥可在一定范圍內降低大白菜葉柄黑點癥的發生。本課題組還對大白菜葉柄黑點癥開展了細胞學顯微結構的研究，結果表明，發生黑點癥的葉柄表皮細胞細胞壁扭曲變形，細胞器降解，細胞核形態改變，發生質壁分離現象[6]。在本研究中，我們通過不同氮水平處理，對抗、感大白菜葉柄黑點癥材料進行了氮素代謝、抗氧化生理指標、膜透性等數據的測定，從生理水平對大白菜葉柄黑點癥發生的機制進行了初步研究。

1 材料與方法

1.1 材料

本研究所用實驗材料為浙江省農業科學院蔬菜研究所大白菜甘藍課題組供的大白菜品系，抗葉柄黑點癥品系材料為韓春娃C8-1，感葉柄黑點癥品系材料為韓春娃-4-2-3-4。

1.2 處理設計

于2016年秋冬季在溫室中進行，整個過程全部采用水培方法。抗、感材料先同時用菜心營養液[7]培養30 d后進行不同氮水平處理，以菜心營養液為基礎，以NH4NO3作為氮提供者，共設4個氮水平，處理1用菜心營養液，處理2用菜心營養液+5 mmol·L-1NH4NO3，處理3用菜心營養液+10 mmol·L-1NH4NO3，處理4用菜心營養液+ 15 mmol·L-1NH4NO3。每處理12株大白菜苗，設3次重復，處理時間為3周左右。

1.3 調查及生理指標測定

處理3周后，對不同氮水平處理的植株進行取樣，調查每株葉柄正反面黑點數，每個處理調查6株。調查結束后，稱量植株地上部鮮質量，最后對葉柄取樣用于各項生理指標的測定。

SOD活性、PPO活性、NR活性、亞硝酸鹽含量測定采用南京建成生物工程研究所的試劑盒；膜透性采用電導率法測定[8]。

2 結果與分析

2.1 對抗、感大白菜生長及葉柄黑點數的影響

統計不同處理的大白菜葉柄小黑點數，稱量地上部鮮質量，結果見表1。無論是抗病品系還是感病品系，處理1、處理2和處理3，地上部鮮質量差異均不顯著，而處理4地上部鮮質量則顯著降低，說明在菜心營養液+15 mmol·L-1的高氮水平，大白菜生長受到了抑制。抗病品系葉柄小黑點數隨氮濃度的增加而增加，感病品系在一定范圍內，葉柄小黑點數隨氮水平的增加而增加，當氮水平達到最高即15 mmol·L-1時，葉柄小黑點數反而下降。因此，處理2和處理3(即菜心營養液+5 mmol·L-1NH4NO3和菜心營養液+10 mmol·L-1的NH4NO3)的氮素水平，可用于苗期葉柄黑點癥鑒定。

表1 不同氮素水平下大白菜地上部鮮質量和葉柄黑點數

2.2 對大白菜葉柄硝酸還原酶活性的影響

不同氮素水平對葉柄硝酸還原酶活性的影響結果如圖1所示。硝酸還原酶是植物氮素代謝作用中的關鍵性酶，它與作物吸收和利用氮肥有關。在低濃度氮營養液中，抗、感品系的硝酸還原酶活性都相對較高，且抗病品系高于感病品系。在高濃度氮營養液中，硝酸還原酶活性都有所降低，但感病品系的降低幅度大于抗病品系。

圖中數據以鮮質量計；*表示在0.05水平差異顯著，**表示在0.01水平差異顯著。圖2～5同圖1 不同氮素水平對大白菜葉柄硝酸還原酶活性的影響

2.3 對大白菜葉柄亞硝酸鹽含量的影響

在低濃度氮營養液中，大白菜抗、感品系的亞硝酸鹽含量都相對較低，但抗病品系高于感病品系。在高濃度氮營養液中，亞硝酸鹽含量都有所增加，但感病品系增加的幅度大于抗病品系(圖2)，此結果與硝酸還原酶活性的表現正好相反。

圖2 不同氮素水平對大白菜葉柄亞硝酸鹽含量的影響

2.4 對大白菜葉柄SOD活性的影響

不同氮素水平對葉柄SOD活性的影響結果如圖3所示，在低濃度氮營養液中，抗、感品系的葉柄SOD活性都相對較低，且感病品系略高于抗病品系。在高濃度氮營養液中，SOD活性都隨氮濃度的增加而增加，除處理2外，感病品系SOD活性均大于抗病品系。

圖3 不同氮素水平對大白菜葉柄超氧化物歧化酶活性的影響

2.5 對大白菜葉柄PPO活性的影響

如圖4所示，抗、感品系葉柄PPO活性均隨氮濃度的增加而略有增加，但抗病品系PPO活性增加的幅度大于感病品系。

圖4 不同氮素水平對大白菜葉柄多酚氧化酶活性的影響

2.6 對葉柄膜透性的影響

如圖5所示，對于抗病品系而言，氮素水平對膜透性影響差異不顯著；而對感病品系而言，處理3和處理4膜透性增加明顯。處理1和處理2中，抗、感品系的膜透性差異均不顯著。

圖5 不同氮素水平對大白菜葉柄細胞膜透性的影響

3 小結與討論

大白菜葉柄黑點癥田間鑒定費時費工，且周期較長，如果能采用苗期水培法進行鑒定，則簡單省時，可適用于大量材料的篩選。本實驗結果表明，菜心營養液+5～10 mmol·L-1NH4NO3可用于大白菜葉柄黑點癥苗期水培鑒定。

植物細胞質膜是細胞與外界環境的一道分界面，對維持細胞的微環境和正常的代謝起著重要作用，但植物常受到外界不良因子的影響，用電導儀測定植物質膜透性的變化，可作為植物抗逆性的生理指標之一。在本研究中發現，抗病品系葉柄膜透性在各個處理間差異不顯著，而感病品系在處理3和4中膜透性有所增加，可能是細胞膜受到了傷害。

綜上所述，氮素水平較高時，大白菜受到了逆境脅迫，SOD、PPO活性升高，導致硝酸還原酶活性降低，亞硝酸鹽在葉柄處積累，細胞膜受到傷害，膜透性增加，從而引發細胞程序性死亡，細胞壁發生扭曲變形，葉泡和線粒體等細胞器降解破壞，多泡體形成，細胞核形狀發生改變，質壁分離等最后導致細胞死亡[7]，表現為葉柄上出現一個個的小黑點。抗病品系雖然也有以上變化，但其發生程度小于感病品系，這可能也是導致抗病性差異的原因之一。

[1] 楊云, 張淑霞, 張清霞, 等.氮肥對大白菜生理障害：小黑點病發生影響的初步研究[J]. 華北農學報, 2006, 21(增刊): 151-153.

[2] 郭瑩, 楊曉云, 司朝光, 等.不同形態氮素營養對大白菜芝麻狀斑點病發生的影響[J]. 園藝學報, 2011, 38(8): 1489-1497.

[3] 于業志, 陳振德, 李德全. 氮素形態對抗大白菜小黑點病品種生理代謝的影響[J]. 山東農業科學, 2007 (3): 79-82.

[4] 陳啟武, 楊曉云, 羅慶熙, 等. 銅處理對大白菜芝麻狀斑點病發生及總酚含量的影響[J]. 中國蔬菜, 2014, 1(5): 43-46.

[5] 雷娟利, 鐘新民, 李必元, 等. 有機肥對大白菜葉柄黑點癥及葉緣黑點癥的影響[J]. 浙江農業科學, 2015 (10):1593-1597.

[6] 雷娟利, 李必元, 王五宏, 等. 大白菜葉柄黑點癥細胞顯微結構觀察[J]. 浙江農業科學, 2017, 58(4): 688-690, 694.

[7] KYAING M S, 顧立江, 程紅梅. 植物中硝酸還原酶和亞硝酸還原酶的作用[J]. 生物技術進展, 2011, 1(3): 159-164.

[8] 朱廣廉, 鐘海文, 張愛琴. 植物生理學實驗[M]. 北京：北京大學出版社, 1990.

(責任編輯：侯春曉)

2017-09-15

浙江省自然科學基金(LY14C150003)；浙江省農業新品種選育重大科技專項(2016C02051-6-2)；寧波市農業重大科技專項(2016C11002)；浙江省農業科學院科技新成果示范推廣項目

雷娟利(1971—)，女，陜西西安人，副研究員，博士，研究方向為大白菜抗病育種，E-mail: juanlil@126.com。