间作作物根系分泌物中诱导玉米BXs合成的信号物质研究

Monoculture decreases the stability of ecosystem, which would cause crop diseases burst. How to change crop patterns to improve agrobiodiversity for disease control in the field is an urgent problem need to solve. Our previous studies demonstrated that Bipolaris maydis and phytophthora were suppressed if maize intercropped with pepper, further studies indicated that pepper root exudates can induce synthesis of benzoxazines and defense related genes in maize，these changes make maize resistance to Bipolaris maydis. In order to investigate the inducible factor from pepper roots, and how general this factor is in the intercropping system, our study will focus on separating and identifying these inducible factor，and testing if the factor exist in other crops as well. Above all, according to the analysis allelopathic mechanisms of crop roots and crop roots interaction,, in order to offer theoretical support for agro-biodiversity planting for disease control,we wish this research could be part of the support of agrobiodiversity planting for disease control.

单一作物的大面积种植降低了农田生物多样性水平，导致农田生态系统的稳定性降低，病害容易爆发。因此，如何改进作物的种植模式，增加农田作物的多样性，实现作物病害的生态控制是当前亟需解决的问题。本课题组前期研究发现，玉米与辣椒多样性间作不仅能增加产量还能有效控制两种作物病害的危害。其中辣椒与玉米根系的互作能诱导玉米根系和叶部BXs的合成及防御相关基因的表达，从而增强了玉米对小斑病的抗性。为了探明辣椒与玉米根系互作过程中释放的诱导物质及这些诱导物质在作物种间互作中的普遍性，本项目拟以玉米和辣椒多样性间作为体系，深入分离和鉴定辣椒根系分泌中能诱导玉米产生抗性的活性物质，同时分析其他可以与玉米间作的作物中这些物质的存在情况及诱导抗性能力。通过这些研究深入解析作物种间根系互作诱导作物抗病性的化感机制，为合理利用作物多样性种植控制病害提供理论支撑。

单一作物的大面积种植容易引起病害爆发，课题组前期的研究表明玉米与辣椒间作既能有效控制辣椒疫病在田间的蔓延，又能减轻玉米小斑病的危害。深入研究发现玉米根系能分泌苯并噻唑类化合物对辣椒疫霉菌有显著的抑制作用。辣椒根系分泌物也可以诱导玉米根系和叶部BXs的合成和防御基因的表达，并由此增强玉米对自身病害小斑病的抗性，但辣椒根系分泌何种物质诱导了BXs的合成还不清楚；另外，这些诱导物质是否在其它间作作物根系分泌物中普遍存在也还未知。因此，本项目拟深入研究辣椒根系分泌中对玉米防御物质具有诱导活性的物质，筛选其他可以与玉米间作并诱导玉米抗性增加的间作作物，同时探索玉米根系分泌物是否也能诱导辣椒的防御反应。具体结果如下：.1) 收集并鉴定了辣椒总根系分泌物的组分，用辣椒总根系分泌处理了玉米植株后6h、12h、24h后，玉米地上部的MBOA含量只有在24h时被诱导，,对于防御相关基因来说，地上部在6h被显著诱导，地下部在12h被显著诱导。对RAL的测定进一步说明了辣椒根系分泌物能诱导玉米抗玉米小斑病的能力增加。.2) 不同极性辣椒根系分泌物处理玉米24、48和72h后，玉米地上部MBOA含量在48h被显著诱导，显著上升的MBOA主要集中于氯仿相，正丁醇相和水相。.3) 烟草、豆科、小麦和马铃薯根系分泌物处理玉米后均能不同程度的诱导MBOA含量的增加，特别是豆科表现出了显著的诱导作用。.4) 玉米根系分泌物也能诱导辣椒体内SA防御相关途径基因CaPR9和防御相关激素SA和JA的上调，从而增强辣椒的抗病能力。其次，玉米根系分泌苯并噻唑是通过抑制辣椒疫霉细胞形态、非生物胁迫防御和代谢解毒相关基因的表达，诱导细胞凋亡相关基因的表达，并通过干扰和破坏菌丝细胞骨架的和形态结构来抑制菌丝的正常生长。.项目的开展可为田间合理间作提供理论指导意义，同时可为合理利用作物多样性种植进行生态防控提供理论支撑。