韭菜防控香蕉枯萎病的分子机制研究

Banana Fusarium wilt is regarded as one of the destructive plant diseases. In addition, there are still no methods to completely control the fetal disease. After several years of investigations, we found that adopting the Chinese leek-banana rotation/intercropping system could significantly decrease the incidence of Fusarium wilt in banana. Presently, the planting mode has already been applied in commercially practical production and has created primary social and economic benefits. However, the mechanism of Chinese leek on the control of Fusarium wilt in banana is still not clear. The results of our pilot study suggested that Chinese leek extract not only inhibit the growth of Fusariuim oxysporum f.sp. Cubense （Foc）hypha, but also increased the activities of protective enzymes in banana plantlets. To further reveal the its mechanism, the project aims to study on the followings:(1) analyzing and identifying the main active substances inhibiting the growth of Foc hypha contained in the extract of Chinese leek, (2) investigating the effects of Chinese leek extract treatment on Foc gene expression and looking for the target genes on which Chinese leek extract acts on, and (3)searching the effects of Chinese leek extract treatment on gene expressions in banana plant and trying to screening important genes controlled by Chinese leek. The project will perfect its theoretical system,and provided theoretical base to the further study and development on new techinques and reagents effectively controlling the Fusarium wilt.

香蕉枯萎病是最具毁灭性的植物病害之一，目前还没有根除措施。我们研究发现，采用韭菜轮作/套种香蕉的种植模式能显著减少香蕉枯萎病的发生。目前该模式已成功应用于生产实践中，并初步取得良好的经济效益和社会效益，但韭菜的防病机理尚不明确。据我们初步研究发现，韭菜提取物能显著抑制香蕉枯萎病菌菌丝生长，同时也能诱导香蕉体内保护酶活性显著升高。为进一步深入探索韭菜对香蕉枯萎病的防控机理，本项目拟进行以下几方面的研究：（1）分析鉴定韭菜中能高效抑制香蕉枯萎病菌生长的主要活性物质成份；（2）探明韭菜提取物处理对香蕉枯萎病菌基因表达的影响，挖掘韭菜提取物的作用靶点基因；（3）探明韭菜提取物处理对香蕉体内基因表达的影响，从中筛选出重要的受韭菜调控的基因。该研究将完善韭菜防控香蕉枯萎病的理论体系，也为进一步研发高效的防病技术和防病药剂提供理论依据。

本项目主要的研究目的是进一步验证韭菜对香蕉枯萎病的防控效果，在此基础上，探明韭菜中高效抑制香蕉枯萎病菌（Foc）生长的主要活性成分。在项目的资助下，研究发现，韭菜根系提取液及韭菜根系分泌物都能高效抑制Foc4的生长，显著降低Foc4孢子的活力；韭菜根系分泌物能显著抑制Foc4孢子的萌发，提高Foc4孢子中活性氧含量，降低Foc4线粒体膜电位；在离体条件下模仿韭菜与香蕉轮作栽培模式，2 g/ml和8 g/ml的韭菜根系分泌物对香蕉枯萎病的防控效果分别为72.6%和91.8%；韭菜根系分泌物及韭菜根系精油的成分分析表明：韭菜根系分泌物中共检测到35个成分，大多数是硫化物和酚类化合物，约占总峰值的86.52%；其中，二甲基三硫醚含量最高，为32.12%，二甲基二硫醚含量次之，为23.95%，甲基烯丙基二硫醚第三，为10.37%；而韭菜根系精油中只有四种物质成分，分别为二甲基三硫、二烯丙基二硫醚、甲基烯丙基三硫醚和二烯丙基三硫醚，其含量分别为13.056%、29.434%、36.385%和21.125%；通过菌丝生长速率法对韭菜根系分泌物中三种主要成分活性检测结果表明：接种后5d，二甲基二硫醚、二甲基三硫醚和甲基烯丙基二硫醚在25μl/L的浓度下，对Foc4抑制率分别为84.45%、75.43%和88.75%；50μl/L的浓度下，抑制率分别为97.33%、95.66%和100%；采用熏蒸法对韭菜精油中成分进行活性检测发现，接种7d后，在100μl/L下，四种成分对Foc4的抑制率为81.2%～100%；50μl/L浓度下，二甲基三硫、二烯丙基二硫醚、甲基烯丙基三硫醚和二烯丙基三硫醚的抑制率分别为80.6%，37.0%，100%和79.9%。在前期多年的研究基础上，通过该研究一方面进一步证明了韭菜能有效抑制Foc的活力，并对香蕉枯萎病具有显著的防控效果；另一方面从韭菜中成功鉴定6种对Foc 具有高效抑制作用的活性成分。该研究为研发高效防控香蕉枯萎病的植物源药剂奠定理论基础，也为香蕉枯萎病的防控提供新的理论基础，完成了项目合同内容，实现预期目标。