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土壤中添加生物炭对玉米幼苗纹枯病抗性的影响

浏览:46 发表时间:2020-10-12 15:07:04

文章作者:赵长江课题组

发表单位:黑龙江八一农垦大学

中文核心期刊: 《河南农业科学》网络首发论文

 

研究背景:

生物炭改良土壤性质和提高作物产量的研究较多,但关于生物炭调节作物抗病性方面的研究报道较少。鉴于此,在玉米上接种纹枯病菌立枯丝核菌株,研究土壤中添加不同量生物炭对玉米幼苗纹枯病抗性及生理机制的影响,明确生物炭在作物抗性中的作用,为我国粮食作物病害的有机防控及秸秆源生物炭的广泛利用提供理论和技术参考。

 

研究思路

   室内盆栽玉米组培苗的土壤中添加不同浓度的玉米秸秆生物炭,采用叶鞘牙签嵌入法与叶片昆虫针固定法进行纹枯病菌立枯丝核菌菌丝两点接种,研究玉米幼苗纹枯病发病情况和生理指标的变化,明确土壤中添加生物炭对玉米幼苗纹枯病抗性的影响,揭示添加生物炭增强抗病性的生理机制。

背景知识

1: 生物炭是农林有机废弃物和畜禽粪便等生物质在缺氧情况下,经高温慢热解(通常<700 ℃) 形成的一类难熔、稳定、高度芳香化、富含碳素的固态产物,含有多种有机元素和矿物质元素,可提高土壤的保水能力,同时还能提升土壤肥力,促进作物生长并提高产量。

2:玉米纹枯病会降低玉米幼苗生物量的积累,影响玉米的正常生长。

3:可溶性糖作为植物的碳源和能量来源,对细胞膜结构起稳定作用,同时还能维持细胞的渗透平衡,保护多种酶活性。

4:SOD 能够催化O2反应生成 O2 和H2O2,POD、CAT、APX 则能清除H2O2从而减少体内的自由基。

主要结果:

1:土壤中添加生物炭对纹枯病菌侵染玉米幼苗表型的影响

     玉米纹枯病会降低玉米生物量的积累,影响玉米的正常生长,土壤中添加生物炭处理玉米幼苗的根冠比、株高、根长、地上和下鲜、干质量均高于不添加生物炭处理,说明生物炭的玉米幼苗对纹枯病的抗性增强作用较明显。


 

 

 

图注:土壤中生物炭不同添加量对玉米生长的影响及接菌 72 h 的变化

注:按生物炭占栽培用土总量的百分比不同,设 0(B0)、1%(B1)、5%(B5)、9%(B9)4 个处理;A:添加生物炭玉米未接菌;B:添加生物炭玉米接菌 72h;C:添加生物炭玉米未接菌 NDVI 图;D:添加生物炭玉米接菌 72hNDVI 图 。

 

2:土壤中添加生物炭对纹枯病菌侵染玉米幼苗 MDA 含量和相对电导率的影响

     生物炭不同添加量处理玉米 MDA 含量随接菌时间延长呈升高趋势,相对电导率随接菌时间延长呈上升趋势,说明玉米纹枯病发生时,细胞膜遭到破坏,膜透性增大,从而使细胞内的电解质外渗,且在B1 处理时玉米叶片相对电导率较低,说明膜质氧化损伤较低,细胞膜完整度相对较高,说明1%生物炭处理相比于其他浓度更加增强植株抗性。


 

 

图注:土壤中添加生物炭对纹枯病菌侵染玉米幼苗叶片 MDA 含量及相对电导率的影响

注:不同小写字母表示相同接菌时间不同生物炭添加量差异显著(P<0.05)

 

3:土壤中添加生物炭对纹枯病菌侵染玉米幼苗超氧阴离子产生速率和过氧化氢的影响

接菌 72 h,所有处理植物体内超氧阴离子产生速率和过氧化氢含量都显著高于接菌 0 h,说明纹枯病菌侵染玉米植株后,打破玉米体内的 ROS(活性氧)平衡,导致超氧阴离子自由基含量和过氧化氢含量升高,而添加生物炭可减少膜质发生氧化损伤,尤以B1处理效果较好。


 

 

图注:土壤中添加生物炭对纹枯病菌侵染玉米幼苗超氧阴离子产生速率和 H2O2含量的影响

 

4:土壤中添加生物炭对纹枯病菌侵染玉米幼苗可溶性蛋白含量和可溶性糖含量的影响

各生物炭处理玉米体内可溶性蛋白含量随接菌时间延长呈上升趋势说明玉米纹枯病提高了植物体内可溶性蛋白的含量;可溶性糖含量随接菌时间延长呈先降低后上升趋势,说明玉米纹枯病引起植物体内可溶性糖含量升高,且 B1 处理升高不显著(P>0.05),可能的原因是植物受胁迫过氧化氢积累,膜脂发生氧化损伤,可溶性蛋白含量上升,而可溶性糖含量的增加为抗氧化酶活性提供营养,使其活性上升。

 

图注:土壤中添加生物炭对纹枯病菌侵染玉米幼苗叶片可溶性蛋白和可溶性糖含量的影响

 

5:土壤中添加生物炭对纹枯病菌侵染玉米幼苗抗氧化酶活性的影响

处理玉米 SOD 活性随接菌时间延长呈先下降后上升再下降的趋势,POD 活性随接菌时间延长呈先下降后上升再下降的趋势,各处理 CAT 活性随接菌时间延长呈无规则变化,且总体升高,各处理 APX 活性随接菌时间延长在呈先上升后下降的趋势,说明植物受胁迫前期消耗植物体内原有抗氧化酶,随着植物胁迫加重刺激植物酶活系统,使其产生更多抗氧化酶,当胁迫超过植物所能承受范围,植株枯萎、失活导致抗氧化酶活性下降。 


图注:土壤中添加生物炭对纹枯病菌侵染玉米幼苗叶片 SOD、POD、CAT、APX 活性的影响

 

结论:

本研究表明生物炭不同添加量对玉米纹枯病抗性机制产生不同程度的影响,从而在一定程度内推迟玉米纹枯病发病时间,且土壤中添加 1%生物炭处理使得植株抗性增强。 


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