硅介导稻瘟病抗性的根系作用机理

稻瘟病(Magnaporthe grisea)是水稻的主要病害之一，传统的防治方法如选择抗性品种、采用化学农药和栽培措施等存在一定的局限。硅是地球上含量仅次于氧而位居第二的矿质元素，硅肥作为环境友好性肥料能显著增强稻瘟病的抗性，但其抗性机制仍不完全清楚，并且大多研究集中在地上部的抗性机理，而忽视了地下部。本研究选用稻瘟病抗性有显著差异的水稻品种和不同抗性的近等基因系材料，以大田试验、溶液培养和土壤盆栽实验为基础，运用离子色谱技术、高效液相技术、环境扫描电镜及X射线能谱仪技术，研究：（1）在有病原菌侵染及正常生长情况下，不同稻瘟病抗性品种水稻根系对硅的吸收、积累及分布差异；（2）硅处理和稻瘟病侵染对根系分泌物的诱导效应；（3）稻瘟病侵染和硅处理对地下部和地上部防御物质的影响等，从而深入揭示硅介导稻瘟病抗性的根系作用机理，为稻瘟病的有效防治提供参考依据和理论指导。

稻瘟病(Magnaporthe grisea)是水稻的主要病害之一，传统的防治方法如选择抗性品种、采用化学农药和栽培措施等存在一定的局限。硅是地球上含量仅次于氧而位居第二的矿质元素，硅肥作为环境友好性肥料能显著增强稻瘟病的抗性，但其抗性机制仍不完全清楚，并且大多研究集中在地上部的抗性机理，而忽视了地下部。本研究选用稻瘟病抗性有显著差异的水稻品种和不同抗性的近等基因系材料，以大田试验、溶液培养和土壤盆栽实验为基础，运用离子色谱技术、高效液相技术、环境扫描电镜及X 射线能谱仪技术，研究在有病原菌侵染及正常生长情况下，不同稻瘟病抗性品种水稻根系对硅的吸收、积累及分布差异；稻瘟病侵染和硅处理对地下部和地上部防御物质及抗性基因表达的影响等及蛋白组学机理。研究结果表明：（1）硅能显著增加稻瘟病的抗性，硅处理显著植株的硅含量。环境扫描电镜观察显示，在接种稻瘟病菌情况下，加硅处理后硅在叶片表面高度沉积，叶片的硅化细胞长度、宽度、面积有不同程度的增加，气孔硅突数增多，硅化细胞数量增多，排列更加清晰、致密、整齐；（2）接菌后，加硅处理显著改变植株叶片中的总酚、木质素、有机酸、乙烯和H2O2含量，根系和叶片反应存在显著差异。此外硅处理能调节水稻叶片的K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Fe2+含等无机离子含量，使之回复到与对照更接近的水平。（3）在接菌条件下，加硅及水杨酸处理能通过诱导抗性激活防御相关酶（POD, PAL, PPO）活性及增强抗性基因的表达。(4）双向电泳结合质谱的蛋白组学研究表明，在不接菌条件下，硅处理导致水稻叶片8个蛋白的量发生显著变化，均上调；而在稻瘟病侵染条件下，硅处理引起叶片43个蛋白质的表达发生变化，有30个上调，13个下调。这些蛋白是的功能类别包括能量与代谢、光合作用、氧化还原、蛋白质的合成/调节、信号转导/转录及病原抗性蛋白等。（4）硅肥对田间稻瘟病的控制效果不同地区、不同季节存在差异，在龙川晚造和从化晚造对叶瘟和穗瘟病情指数有显著效果，而在阳江硅肥对稻瘟病病情指数没有明显影响。本研究揭示了硅提高稻瘟病抗性的机械抗性、生理生化代谢和分子机制，从而为环境友好性肥料（硅肥）控制植物病害提供理论依据和实践指导。