硅提高水稻对白叶枯病抗性的生理与分子机理

本项目以水稻为研究对象，在施硅和不施硅处理条件下，研究硅对水稻白叶枯病的抗病效果，调查发病程度及病情指数；研究叶片中与抗病有关的几种病程相关蛋白即多酚氧化酶、苯丙氨酸解氨酶、几丁质内切酶、几丁质外切酶和β-1,3-葡聚糖苷酶活性的动态变化和几种保护酶系即超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶、脂氧合酶活性和丙二醛及木质素含量的动态变化；采用定量PCR技术研究硅对感染白叶枯病菌前后水稻总RNA差异表达的基因图谱的影响，在细胞和分子水平上揭示硅提高水稻抗白叶枯病的机制。为阐明硅提高水稻抗白叶枯病机制提供理论基础，也为进一步认识硅的生物学作用及其机制提供新的实验依据。研究结果对于发展新型病害综合防治措施，降低农产品、土壤环境的农药残留，确保食物安全和人类健康和可持续农业发展，具有十分重要的理论和实践意义。

前人对硅在抵御水稻病害中的研究报道多集中在稻瘟病、纹枯病等由真菌引起的病害，而有关硅对由细菌引起的水稻白叶枯病抗性的研究，国内外鲜见报道。本项目针对硅提高水稻白叶枯病抗性的机理尚不明确的国内外现状，研究了在不同方式硅处理条件下，硅对水稻白叶枯病的抗病效果、病程相关蛋白活性、病程相关基因表达的影响。从生理生化和分子水平上系统而深入地研究了硅抗白叶枯病的机制。除以上原计划研究要点外，采用了土壤盆栽试验，加测了土壤盆栽条件下病情指数调查、生物量差异和硅含量测定。研究结果证实硅能大幅度提高水稻抵抗白叶枯病浸染的能力。硅提高水稻抗白叶枯病可源于以下几个方面：1）硅可通过参与植株体内代谢，调节抗氧化系统酶活性，激发机体过敏反应（HR），增强植株对白叶枯病的抗性；2）硅能够调控与抗病有关的酚类物质代谢过程，参与植物防卫反应而增强水稻对白叶枯病的抗性；3）施硅能提高病程相关蛋白β-1,3-葡聚糖酶和几丁质外切酶及内切酶的活性，从而提高水稻对白叶枯病的抗性；4）在白叶枯病菌与水稻互作过程中，硅积极参与对相关防卫基因的诱导和调控，从而产生一系列生理生化抗病机制是硅抗白叶枯病的主要机制。综上所述，硅对水稻生长具有促进作用，施硅能显著提高水稻对由细菌病害引起的白叶枯病的抗性。硅能积极参与生理代谢活动，诱导和调控植物相关防卫基因，产生一系列的防御机制来阻止病原菌的入侵。本研究为防治植物细菌病害提供了既经济高效又安全环保的实用技术，对于发展新型病害综合防治措施，具有十分重要的理论和实际意义。