根系挥发性信号物质激发植物防御的生态机理研究

南方根结线虫已成为我国华北地区设施蔬菜生产中最主要的病害。农药防治根结线虫引起的食品安全和环境风险令人担忧，利用植物自身抗性潜力防治根结线虫已成为国内外的研究热点。我们在前期工作中发现植物能够利用根系挥发性气体防御南方根结线虫。本研究拟通过设计的智能雾培装置和分根法，在压力泵的作用下，将根结线虫侵染根系（供体）产生的挥发性气体引到同株植物的未受害部位或另一株正常植物（受体）进行处理，用固相微萃取等技术收集受体植物根系挥发性气体并利用GC-MS进行测定；分析已报道的与防御相关基因的表达差异。同时，接种甜菜夜蛾或根结线虫，在活体条件下宏观评价供体产生的挥发性气体是否影响受体防御有害生物的效应。我们将在同株植物根系不同部位之间、地下部与地上部之间、同种异株植物根系之间开展这项工作。.本项目的顺利进行将有助于深入理解根系挥发性气体信号物质在植物防御中的生态功能，为线虫综合防治提供一些新的策略。

我们的研究主要包括三部分：1）根系挥发性气体的吸附收集和气相质谱联机分析方法的完善，2）线虫感染后寄主植物根系挥发性气体收集分析，3）供体植物根系挥发性气体对根结线虫侵染受体植物的影响及机制初探。具体见下。.根系挥发性气体的吸附收集和气相质谱联机分析方法完善。首先，我们以香菜为材料，比较了Tenax树脂和固相微萃取（SPME）两种方法对香菜其地上部分的挥发性有机物（VOCs）的收集吸附能力差异。其次，我们建立了SPME原位收集根系挥发物的收集方法。最后，在雾培条件下，比较SPME与液氮研磨两种方法对黄瓜和番茄根系挥发性有机物的吸附效果。我们发现液氮研磨收集到更多的是酯类物质，而SPME（CAR-PDMS，75μm）萃取头吸附到烷、醇、烯、酮、酯、芳香烃和酚类等物质。液氮研磨收集检测到的物质均在保留时间30 分钟之后，而SPME萃取到的物质是在30分钟之前出现的同时。同时，我们通过反复试验，初步建立了GC-MS分析根系挥发物的分析条件。.线虫感染后寄主植物根系挥发性气体分析。1) 我们首先建立了气体从供体植物地下部通到受体植物地下部的标准体系。在体系中我们采用了活性炭过滤除杂、无菌水增加湿度，并用流量计控制气体流速。2) 检测了番茄和黄瓜两种植物根系在空白对照、机械损伤和感染南方根结线虫后释放的挥发性有机物的差异。发现与对照相比，机械损伤和线虫侵染处理后，两种植物的根系挥发性有机物的种类均有所减少。从种类上看，黄瓜根系在机械损伤处理后释放2-甲基正己醛，感染线虫后出现长叶烯、吡啶和樟脑3种物质；番茄根系机械损伤后新挥发了长叶烯和蒽的衍生物，感染线虫后新出现了α-蒎烯和莰酮。3）线虫侵染不同时间段黄瓜根系释放的挥发性有机物也不尽相同。.供体植物根系挥发性气体对根结线虫侵染受体植物的影响及机制初探。盆栽实验条件下，多批次试验证明了根结线虫感染的供体植物根系挥发性气体能够降低根结线虫对受体植物的侵染，差异达到显著水平。这是首次得到根系挥发性气体能够提高相邻同种植物防御根结线虫危害的直接证据。我们进一步发现挥发性脂肪酸类物质具有杀死根结线虫的效应。供体植物根系挥发物对受体植物防御基因表达的影响正在进行中。