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壳聚糖和钾盐对秋葵(AbelmoschusesculentusL.)的白粉病防御相关生理指标和抗氧化酶反应的研究

发表单位：开罗大学理学院植物与微生物系

发表期刊及年份：Mycobiology

IF:1.

Q3

摘要

利用壳聚糖(CH)、山梨酸钾(PS)和碳酸氢钾(PB)对黄秋葵白粉病进行抗性诱导。温室和大田条件下的试验表明，与未处理相比，CH、PS和PB处理均显著降低了白粉病的严重程度。0.5%和0.75%(w/v)CH+1.0%和2.0%PS和/或2.0%和3.0%PB处理效果最好。此外，这些处理的营养研究和产量均达到最高。CH和钾盐处理反映了许多防御单体化合物，提高了秋葵防御系统的激活能力。随着黄秋葵总酚、蛋白质含量的增加，多酚氧化酶、过氧化物酶、几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶活性的提高，白粉病的降低幅度随之升高。同时，高浓度(0.75%、2.0%和/或3.0%)CH、PS和PB单一处理效果显著。因此，叶面法施用CH和钾盐作为天然和化学诱导剂，可在生长早期防治白粉病，使秋葵果实产量达到最高。

前言

秋葵(AbelmoschusesculentusL.)是锦葵科最重要的蔬菜作物之一，广泛分布于热带、亚热带和暖温带地区。它也是很受欢迎的蔬菜。此外，它还提供维生素A、B、C、蛋白质、矿物质和碘。近年来，秋葵叶片、茎、果实等部位均发生白粉病，造成17%~86.6%的产量损失[1-3]。Reuvenietal.[4]等测试了各种系统抗性化学诱导剂对白粉病的疗效。同样，在辣椒植株中，施用碳酸氢钠(PB)可以降低白粉病的严重程度。Deliopoulos和同事[6,7]报告说，这些盐分别在美国和英国被用作农药成分和园艺杀菌剂。要将化合物登记为杀菌剂，必须考虑一些生理机制。

碳酸氢钾(KHCO3)和PS(C6H7kO2)已被证明可以抑制几种真菌病原体，PS是常用的高效化合物，可以用于防治柑桔霉菌引起的病害。此外，PB作为化学诱导剂具有多种作用方式、成本低、收获期短等特点，在降低合成杀菌剂[9]对环境的影响方面具有潜在的作用。壳聚糖(CH)是一种生物聚合物，是一种甲壳素衍生物，是一种生态友好的化合物，具有独特的生物活性和生物相容性[17]等特性。一些研究报道，CH可以增加产量，减少蒸腾作用，诱导对病毒、细菌和真菌感染的更多抗性[18-20]。在生化和生理过程方面，CH可以通过基因表达刺激植物的单细胞、组织和分子变化等重要机制[21-23]。

CH的一些独特特性可能会特异性地刺激植物反应并抑制微生物。此外，影响该生物聚合物生物活性的最重要因素之一是分子量[24-28]。对植物生长促进剂和病原菌防治剂进行了评价[29,30]。CH作为一种生物高聚物可以刺激植物免疫系统抵抗病原体感染[31]。CH作为天然诱导剂[33]，在处理的叶片和一些在田间条件下生长的根茎中，防御相关抗氧化酶(如蛋白酶抑制剂、β-1,3-葡聚糖酶、过氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPOs)水平均有提高。

一些植物抗性诱导剂(PRI)对秋葵生长、产量和果实产量的研究很少。针对上述情况，研究了CH、钾盐、PS和PB作为PRIs对黄秋葵白粉病植株诱导系统保护、促进营养生长和提高最终产量的作用。并对其生化机制和抗氧化反应进行了研究。

结果1病理研究：温室秋葵白粉病的防治

在温室条件下，分别以CH+PS、CH+PB处理处理秋葵白粉病，研究了不同浓度的促白粉病因子(CH、PS、PB)对秋葵白粉病的防治效果。表1中的数据清楚地表明，与未处理对照相比，所有诱导剂处理都能有效降低接种植株白粉病的严重程度。疾病严重程度的降低随着PRIs浓度的增加而增加。CH0.5%或0.75%(w/v)+PS1.0%或2.0%、PB2.0%或3.0%处理效果最显著，可降低白粉病严重程度64.7~75.0%。与此同时，高浓度(0.75%、2.0%和3.0%)CH、PS和PB的单一处理分别可显著降低(57.3%、55.8%和58.8%)疾病。低浓度PS和CH对白粉病的防治效果最低。

表2中的数据也表明(表1)中结果的趋势与所有处理的结果相同，显著降低了病变的分生孢子/mm2)。CH+PS或PB被报道为抑制处理;2次喷施后，CH、PS、PB处理的分生孢子量减少幅度从82.8%降至94.2%，CH、PS、PB处理的分生孢子量减少幅度从50.2%降至88.2%。

在大棚试验条件下，研究了各种PRIs对白粉病的防治效果，并应用于白粉病防治中年大田条件下秋葵植物病害研究。研究了不同处理对秋葵营养生长和产量的影响，并以2.5g/L杀菌剂trimiltoxforte为对照。

从表3可以看出，所有PRIs处理均显著减少了处理植株上的白粉病。2次喷施后，CH、PS和PB单一处理对白粉病的防治效果较好，病情严重程度分别降低了57.2%、60.9%和72.1%。一次喷施后，PS2.0%和CH0.75%对白粉病的防治效果最低，分别为38.1%和42.8%。

同时记录了应用PRIs处理对秋葵营养生长和产量参数的影响。表4清楚地显示，与未处理相比，所有PRIs处理都促进了秋葵的营养生长(株高、分枝数)和产量参数(荚果数/株、荚果长、荚果重、产量/吨饲料)。CH和PB组合处理的营养生长和产量指标最高。秋葵产量/饲用效率最高的处理是CH+PB(0.75%+3.0%)，其次是CH+PB(0.5%+2.0%)和Tri-Miltoxforte(2.5g/L)。秋葵植株分别增加了64.3%、60.7%和60.7%。CH+PS处理(0.5%+1.0%或0.75%+2.0%)和PB处理(3.0%)的隐性产量分别提高了53.6%、57.1%和57.1%。同时，PS和CH处理的秋葵产量增幅最小。

结果2生理生化的研究

不同浓度PS、PB、CH单独及联合作为PRIs的影响研究了人工接种黄秋葵白粉病后，黄秋葵叶片中酚类抗氧化物质及抗氧化酶活性的变化。

总酚含量:表5的结果显示，当混合化学诱导剂CH+PB浓度为1.0%+3.0%时，总酚含量(非酶抗氧化防御系统)比对照提高了96.6%。以每g叶为单位测定酚类物质含量，结果表明，随着CH、PS和PB处理浓度的增加，酚类物质含量呈逐渐增加的趋势，数据显示酚类物质含量分别为(0.、0.和0.mg/g叶)。CH+PS(0.75%+2.0%)和CH+PBat1(0.75%+2.0%)组合喷施对秋葵叶片的影响最大，分别为0.mg/g和0.mg/g。

PPO活力的测定：关于植物诱导抗性剂对PPO活性的影响，结果表明，与对照(1.62单位/mL)相比，CH+PB和CH+PS处理对PPO的影响分别达到(3.05和2.90单位/mL)。在2.10、2.32和2.44单位/mL时，CH、PS和PB处理的PPO活性增幅最低。PPO活性在浓度为1.0%+3.0%的CH+PB处理中最高，且在较高浓度的组合诱导剂处理下，PPO活性均高于其他处理。相比之下，PPO活性以百分数变化最低的是CH处理(29.6%)。

POD活性：处理对过氧化物酶活性也有影响;从表5中可以看出，在0.75%+2.0%和1.0%+3.0%组合处理下，CH+PS和CH+PB处理的POD活性均以百分率变化最大(90.9%)。此外，喷施CH+PS和CH+PB处理的秋葵叶片POD活性结果相同(均为2.1)。CH、PS和PB处理对POD活性的影响表明，POD活性提高到(1.8、1.6和2.0单位/mL)。从表5中可以看出，单个处理对POD活性的提高更为显著。复合处理的POD活性有所提高，但差异不显著。

由表5数据可以看出，以CH、PS、PB为处理个体，PRI在浓度逐渐增加的情况下，秋葵叶片的非酶抗氧化防御系统和酶抗氧化防御系统均有所增加。结果表明，混合化学诱导剂叶面喷施对秋葵白粉病具有较高的防御能力。

对几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶活性的影响：几丁质酶活性受处理的影响，如表6所示，不同的化学诱导剂诱导了不同水平的秋葵叶片几丁质酶活性。CH+PB和CH+PS处理几丁质酶活性比对照变化百分比最高，分别为.6%和89.1%。此外，PS在2%浓度下几丁质酶活性最低，比对照高43.3%。PB对秋葵叶片几丁质酶活性影响较小，为1.94单位/mL，与对照相比，PB对秋葵叶片几丁质酶活性最大，为1.0%+3.0%，为.6%。分析了不同化学诱导剂对喷施黄秋葵叶片中β1,3-葡聚糖酶活性的影响。结果表明，单一处理下，随着化学诱导剂(CH、PS、PB)浓度的增加，β-1,3-葡聚糖酶活性增加。CH+PB(1.0%+3.0%)和CH+PS(0.75%+2.0%)处理的生长量分别为90.0%和80.0%。另一方面，β-1,3-葡聚糖酶活性较低CH+PS(0.5%+1.0%)和CH+PB(0.75%+2.0%)混合处理的结果相近，分别为63.7%和68.7%。

表6的数据显示，化学诱导剂处理之间秋葵叶片的抗氧化酶活性存在显著差异。(CH和PS)处理的几丁质酶活性和β-1,3-葡聚糖酶活性均显著高于对照组(分别为46.6%和43.3%)，β-1,3-葡聚糖酶活性分别为41.8%和37.5%。PB处理后秋葵叶片β-1,3-葡聚糖酶活性增加(65.6%，高于β-1,3-葡聚糖酶活性61.6%)。CH+PB处理几丁质酶活性增幅最大，为(1.0%+3.0%)，几丁质酶活性增幅为.6%。

对过氧化氢酶活性和蛋白质含量的影响

过氧化氢酶活力：不同浓度的化学诱导剂对过氧化氢酶活性有影响

秋葵叶,最大的过氧化氢酶活性(.3,.9,和.1U/毫克蛋白)在(PBCHPS0.5%,0.25%,和1.0%)作为单独的诱导物浓度,分别(表7)。与此同时,最小值在过氧化氢酶(.3U/毫克蛋白)提到1.0%+3.0%的CH治疗减少控制权,结果为.4U/mg蛋白。数据显示，对照和植物(接种和未处理)的过氧化氢酶活性为.0U/mg蛋白。结果表明，较低浓度的化学诱导剂(CH、PS和PB)可显著提高过氧化氢酶活性。与此相反，高浓度组合处理与单独处理相比显著降低。CH+PB处理的过氧化氢酶活性变化百分比最高(66.4%)，PS处理的过氧化氢酶活性变化百分比最低(46.4%)。

蛋白质含量:我们的结果清楚地表明，叶面喷施生物刺激剂“壳聚糖”等化学诱导剂对人工感染白粉病的秋葵植株蛋白质含量有显著影响。表7的结果显示，随着化学诱导剂浓度的逐渐增加，无论是单独使用还是混合使用，蛋白质含量都有所增加。CH+PB(1.0%+3.0%)混合浓度下的蛋白质含量最高，为.4mg/gfw，分别为mg/gfw和mg/gfw。

此外，PS浓度的增加导致秋葵叶片蛋白质含量的降低和过氧化氢酶活性的升高(表7)。PS处理的蛋白质含量的增加最小，记录为.2mg/gfw和百分比的变化(34.0%)，与其他处理相比。CH+PB和CH+PS联合作用下的增肥程度分别为51.2%和46.3%。不同方式下，单一PS处理条件下过氧化氢酶活性最高(.3U/mg蛋白)，而联合处理(CH+PB)条件下过氧化氢酶活性最低(.3U/mg蛋白)。应用化学诱导剂处理对人工感染白粉病的秋葵植株蛋白质含量有显著的刺激作用。表7的结果显示，随着化学诱导剂浓度的逐渐增加，无论是单独处理还是混合处理的蛋白质含量都有所增加。CH+PB(1.0%+3.0%)混合浓度下的蛋白质含量最高，为.4mg/gfw，而对照(接种和未接种)的蛋白质含量分别为和mg/gfw。

讨论

世界范围内的趋势是探索控制植物疾病的新替代方法，优先考虑对环境有效、可靠和安全的方法。通过使用PRI(如CH)和其他安全化学品(如钾盐)诱导植株抗性，在本研究中，我们的数据表明，在温室条件下使用CH单独或与钾盐混合，都成功地控制了黄秋葵的白粉病，无论是在自然条件下，还是在大田条件下。我们采用不同水平的化学诱导剂处理，分别为山梨酸钾和碳酸氢盐，以及CH。无论是单独使用还是联合使用，对病原菌的抑制情况都不同。数据表明，CH与碳酸氢钾和PS联合应用是一种商业上可接受的、经济上可行的、有效的防治秋葵叶片白粉病的替代方法。

接种0.75%(w/v)CH后的秋葵植株喷施可降低白粉病的严重程度64.4%，产孢量77.8%。此外,混合治疗如CH+铅导致酚醛含量增加(53.3%到96.6%),PPO(29.6%到88.2%),POD(63.6%到90.9%),几丁质酶(46.6%到.6%),β1,3-glucanases(41.8%到90.0%),过氧化氢酶(52.4%对66.4%),蛋白质含量(41.2%到51.2%)。这些结果与其他研究结果一致，表明不同的有机和无机盐对微生物菌株的抑制是不同的。此外，结果表明，真菌抑制的程度与浓度有关，菌丝生长下降的最大值与所测盐浓度呈正相关[10,45]。我们的研究结果表明,应用CH叶面喷雾方法显著降低白粉病菌在秋葵叶子上的侵染情况。

除CH有抑制作用外，其他钾盐也有抑制粉状物生长的作用，许多研究者[72]已经测试了对白粉病系统抗性的各种化学诱导剂的功效。辣椒叶片喷施碳酸氢钠和PB对白粉病有抑制作用。这些抑制作用的生理机制可能是由于pH值的变化，随着碳酸氢盐浓度的增加，pH值变得更碱性。除了影响真菌生长的pH值变化外，碳酸氢盐还可能影响膜的通透性，改变氧化磷酸化[10]等生理途径。在本研究中，CH+PB浓度为(1.0%+3.0%)或CH+PS浓度为(0.75%+2.0%)时对病原菌的防治效果最佳。此外，一些化学诱变剂如K2HPO4、二氯异烟酸、乙烯醚(C2H6ClO3P)显著降低了南瓜植株的白粉病和叶斑病[73]。

蛋白质是细胞结构的主要组成部分，是最需要进行酶反应的物质。在秋葵植物，经CH处理的秋葵植株蛋白质含量较高，可能反映了秋葵叶片对无机氮的同化程度，促进了蛋白质的合成，提高了光合速率，增加了植物光合产物的合成和积累。CH还能提高可溶性糖含量，增强蛋白酶向蛋白质转化的活性，增加游离氨基酸含量，对许多植物病原真菌具有明显的抑制作用。本研究结果表明，在保护性栽培体系下，PRI可用于此类疾病的商业控制。研究结果表明，天然和无机化学诱导剂在叶面上的联合应用，可以成为秋葵病害管理系统的有效组成部分。

营养期叶面施CH和钾盐可抑制黄秋葵由丹毒引起的白粉病，改善由防御酶系统增加引起的黄秋葵生长生化途径。因此，植物叶片中蛋白、POD、PPO、几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶、过氧化氢酶的高积累和蛋白质含量可能是诱导抗性的主要原因。0.75%CH、3.0%PB和2.0%PS对秋葵病原菌的防治效果优于对照。因此，在秋葵中推荐施用浓度为0.75%或1.0%的CH和无机诱导剂。