硒提高油菜对菌核病抗性的生理及分子机制

Sclertinia sclerotiorum (Lib.) de Bary causes a highly destructive disease in Brassica Napus, resulting in a tremendous seed yield loss in China and other regions of the world. No immune or highly resistant cultivars of oilseed rape have been reported to date, and few effective method to reduce the happening of the disease. Selenium (Se), which was showed usedfull to plants and animal, especially for the enhance of resistance of disease. It was found that the inhibition of Sclertinia sclerotiorum by Se in Brassica Napus by our group before. In this study, Se solution will be sprayed on the surface of Brassica Napus leaves, to clarify the effect of Se on Sclertinia sclerotiorum-tolerant. Here, the regulation of absorption of nutrient, the change of ultrastructure, the activity of enzymes, the production of pathogenesisrelated proteins will be measured. In addition, RT-PCR and Western blot will be used to measure the expression of the defense genes, such as PDF1.2, PR-1, CORI3, LOX2, ETR1, PAL, nsLTP, and so on. The comprehensive and systematic study of mechanisms of Se-enhanced resistance to Sclertinia sclerotiorum in Brassica Napus will be conducted.

油菜菌核病是一种世界性病害。在我国，菌核病居油菜三大病害之首。尽管科学家从多角度探讨了菌核病的防治措施，但至今仍未能从根本上解决油菜菌核病的危害问题。研究表明，硒是对植物十分有益的微量元素之一，可提高植物的抗病性。本课题组前期的研究发现，硒对油菜菌核病病原菌有显著的抑制作用。本项目拟在相关研究基础上，采用叶面喷施的方式研究硒对油菜菌核病的抑制作用。从矿质元素的吸收代谢、叶片超微结构的变化、代谢生理活性的增强、病程相关蛋白等多种抗病相关次生代谢物的产生、抗氧化酶系活力的增强、防卫相关基因的表达等层次，采用显微技术、热力学监测技术、代谢组学技术、RT-PCR技术及Western blot技术等手段，从生理生化和分子水平深入探讨硒增强油菜对菌核病抗性的机制。

油菜菌核病是一种世界性病害。在我国，菌核病居油菜三大病害之首。尽管科学家从多角度探讨了菌核病的防治措施，但至今仍未能从根本上解决油菜菌核病的危害问题。本项目拟在相关研究基础上，采用叶面喷施的方式研究硒对油菜菌核病的抑制作用。从矿质元素的吸收代谢、叶片超微结构的变化、代谢生理活性的增强、病程相关蛋白等多种抗病相关次生代谢物的产生、抗氧化酶系活力的增强、防卫相关基因的表达等层次，采用显微技术、RT-PCR技术及微生物基因组学技术等手段，从生理生化和分子水平深入探讨硒增强油菜对菌核病抗性的机制。研究明确了土壤施用适量（0.1-0.5mg/kg土壤）硒有助于显著提高油菜的抗病性，降低油菜菌核病的发病率和病斑的大小，但硒的施用不宜过量，当硒的施用浓度达到1 mg/kg土壤时，反而加剧了菌核病的发病率。土壤施硒的效果优于喷施。土施0.5 mg/kg和喷施0.5 mg/L硒处理有助于促进油菜对多种矿质元素的吸收、积累，对油菜生长发育具有积极作用。土壤施用低浓度（0.1-0.5 mg/kg）硒有助于维持细胞的形态和完整性，增加叶绿体数量，维持叶绿体片层结构的完整性；施高浓度硒则会破坏细胞的完整性。外源硒对线粒体和其他细胞器无明显作用。土壤施硒0.1 mg/kg和喷施0.1 mg/L时有助于通过维持线粒体功能增强油菜的抗病性。在土施硒0.5 mg/kg和喷施硒0.1 mg/L处理时，对活性氧及质膜氧化物生成有一定的抑制作用，且对抗氧化酶和抗病相关物质生成有促进作用。土施硒0.5 mg/kg处理抑制了叶片中H2O2、 O2- 、MDA等的生成。适宜浓度外源硒显著促进了接种了核盘菌叶片中GLU、FeSOD、nsLTP基因的表达，过高或过低浓度外源硒均会抑制其表达；外源硒显著促进了接种了核盘菌叶片中CHI、APX、CAT、PDF1.2、EDS1基因的表达；高浓度硒显著促进了NPR1、PAL基因的表达，低浓度硒对其表达无显著作用。土壤外源施硒改变了油菜根际微生物的群落结构，影响了其微生物生态环境。在本实验设置的浓度范围内，随硒浓度的增加，其根际土壤的物种丰度越低，分布越不均匀，群落结构越简单。0.5 mg/kg处理显著提高了油菜根际土壤黑斑病病原菌链格孢属的多样性。该研究系统的分析了适量硒增强油菜对菌核病抗性的机制，研究结果有助于促进硒在农业植物保护领域的应用。