鉀素對(duì)番茄青枯病抗性的影響及機(jī)理研究

何昕　蔣佳峰　董元華

摘要[目的]探究鉀素對(duì)番茄青枯病抗性的影響。[方法]通過水培試驗(yàn)研究4個(gè)不同濃度鉀素對(duì)番茄生長(zhǎng)和養(yǎng)分吸收的影響，并在接種青枯菌后，統(tǒng)計(jì)不同處理青枯病的發(fā)病情況，分析番茄葉片H2O2濃度、過氧化物酶（POD）和多酚氧化酶（PPO）活性變化。[結(jié)果]提高鉀營(yíng)養(yǎng)濃度能夠減輕番茄青枯病發(fā)病情況，鉀素能夠促進(jìn)番茄的生長(zhǎng)及對(duì)鉀的吸收利用，在接種青枯菌后，鉀素還能促進(jìn)番茄葉片H2O2的合成，并提高葉片POD和PPO活性。[結(jié)論]鉀素營(yíng)養(yǎng)能夠降低番茄青枯病的發(fā)生，鉀素營(yíng)養(yǎng)通過促進(jìn)番茄的生長(zhǎng)、鉀素的吸收及生理抗性酶活性進(jìn)而增強(qiáng)了對(duì)番茄青枯病的抗性。

關(guān)鍵詞鉀；番茄青枯病；抗性

中圖分類號(hào)S436.412.1+5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2017）36-0154-03

Abstract[Objective] The aim was to study effect of potassium on tomato bacterial wilt resistance. [Method] Hydroponic experiment was carried out with 4 different gradients of potassium nutrition. Effect of potassium on the growth and nutrient absorption of tomato was studied， and after inoculation with Ralstonia solanacearum， incidence of bacterial wilt， H2O2 concentration， POD and PPO activities in tomato leaves were analyzed. [Result] Results showed that increased potassium concentration could reduce the incidence of tomato bacterial wilt. Potassium nutrition could promote tomato growth and absorption and of potassium. At the same time， after inoculation with Ralstonia solanacearum， potassium could also promote the synthesis of H2O2 and accumulation of POD and PPO in tomato leaves. [Conclusion] Potassium could reduce the occurrence of tomato bacterial wilt by promoting tomato growth， potassium absorption and physiological resistance enzyme activity.

Key wordsPotassium；Tomato bacterial wilt；Resistance

番茄青枯病是一種由青枯勞爾氏菌（Ralstonia solaanacearum）引起的毀滅性土傳病害，發(fā)病植物莖葉萎蔫下垂直至全部枯死，是世界上危害大、分布廣、造成損失嚴(yán)重的植物病害之一。番茄青枯病的防治方法主要有4 種，即抗性品種的選育[1]、農(nóng)業(yè)措施[2]、化學(xué)防治[3]和生物防治[4]。雖然這些方法能夠在一定程度上控制番茄青枯病的發(fā)生，但是目前還沒有完全有效的方法來防治番茄青枯病，同時(shí)化學(xué)農(nóng)藥等的使用也引起了巨大的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。由于番茄青枯病的嚴(yán)重性及現(xiàn)有防治方法的局限性，研究有效綠色的防治方法來控制番茄青枯病具有重要意義。

礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)不僅影響植物的正常生長(zhǎng)發(fā)育，而且還以多種方式直接或間接地影響植物的感病和抗病性[5]。鉀素不僅是植物品質(zhì)重要影響元素，而且在植物抗病性方面起著重要作用，比如鉀素營(yíng)養(yǎng)能夠幫助知足組織形成堅(jiān)韌的角質(zhì)層，促進(jìn)木質(zhì)化和硅質(zhì)化，使莖干變硬變厚等。鉀離子還在調(diào)節(jié)植物氣孔關(guān)閉中起著重要作用。另外，鉀素還與植物生長(zhǎng)氣孔的調(diào)節(jié)有關(guān)。宋美珍等[6]研究發(fā)現(xiàn)施用鉀素能夠降低棉花枯萎病的發(fā)病率和病情指數(shù)，施用鉀肥還能抑制油菜黑斑病病菌孢子的萌發(fā)，減少產(chǎn)孢子，從而減輕病害的發(fā)生[7]，表明鉀素營(yíng)養(yǎng)的改善有利于提高寄主植物的抗病性。

然而，關(guān)于鉀素對(duì)番茄青枯病抗性的研究還較少。筆者通過研究不同鉀素營(yíng)養(yǎng)濃度對(duì)番茄青枯病發(fā)病情況的影響，并結(jié)合鉀素對(duì)番茄生長(zhǎng)、養(yǎng)分吸收，以及接種青枯菌后其生理H2O2的合成積累和抗性相關(guān)過氧化物酶（POD）、多酚氧化酶（PPO）活性的影響，探討了鉀素對(duì)番茄抗性的影響，并初步揭示了其調(diào)控機(jī)理。

1材料與方法

1.1材料

番茄品種為上海906（青枯病易感品種）。

1.2方法

1.2.1盆栽試驗(yàn)。

番茄種子播種在蛭石和珍珠巖體積比1∶1的混合基質(zhì)中，播種后每7 d澆2次Hogaland營(yíng)養(yǎng)液，當(dāng)幼苗長(zhǎng)至5～6葉時(shí)，將幼苗取出，洗凈根系后移栽到3 L塑料盆中，每盆1株，進(jìn)行水培培養(yǎng)。設(shè)置以下不同鉀濃度處理：T1（0.5 mmol/L）、T2（2.0 mmol/L）和CK（6.0 mmol/L，Hogaland營(yíng)養(yǎng)液鉀濃度）和T3（18.0 mmol/L）。其余營(yíng)養(yǎng)元素保持與Hoagland營(yíng)養(yǎng)液一致，營(yíng)養(yǎng)pH調(diào)至6.0，每7 d更換2次營(yíng)養(yǎng)液，每個(gè)處理設(shè)置24盆平行。

1.2.2植株生長(zhǎng)和養(yǎng)分分析。

植株水培30 d后，每處理隨機(jī)挑選3株植物，用精度為0.1 cm的卷尺測(cè)量其高度，精度為0.1 cm的游標(biāo)卡尺測(cè)量其莖粗，植株烘干后測(cè)量其干重，植株氮、磷和鉀含量測(cè)定參考魯如坤[8]的方法。

1.2.3青枯菌接種。

挑取清水懸浮保存的強(qiáng)致病青枯菌在YGPA固體培養(yǎng)基劃線培養(yǎng)，28 ℃培養(yǎng)48 h，挑取平板上的單菌落接種到Y(jié)GPA液體培養(yǎng)基上，28 ℃振蕩培養(yǎng)48 h，菌液經(jīng)顯微鏡直接計(jì)數(shù)后稀釋至1×108 cfu/mL，番茄幼苗水培30 d后，用浸根法接種青枯菌。

1.2.4病情指數(shù)統(tǒng)計(jì)。

接種青枯菌后，每隔1 d中午以株為單位調(diào)查統(tǒng)計(jì)番茄植株的發(fā)病情況，統(tǒng)計(jì)14 d，根據(jù)植株發(fā)病情況計(jì)算病情指數(shù)，病情分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)采用5級(jí)標(biāo)準(zhǔn)法[9]。

1.2.5植株理化分析。

每處理隨機(jī)挑選6株植物，在接種青枯菌6 h后，采集葉片樣品測(cè)定H2O2含量，在接種青枯菌24 h后，采集葉片樣品測(cè)定其POD和PPO活性[10]。

1.2.6數(shù)據(jù)分析。

使用Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，采用SPSS 18.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析，采用Origin 8.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)作圖。

2結(jié)果與分析

2.1鉀素對(duì)番茄青枯病發(fā)生的影響

在接種青枯菌4 d后，各處理植株開始出現(xiàn)青枯病現(xiàn)象（圖1），T1處理病情發(fā)生最嚴(yán)重，病情指數(shù)達(dá)100，隨著營(yíng)養(yǎng)液鉀濃度的升高，各處理病情指數(shù)顯著下降，正常鉀濃度CK處理病情指數(shù)為70.6，顯著低于低鉀的T1和T2處理，高鉀T3處理病情指數(shù)為53.1，顯著低于CK。

該研究發(fā)現(xiàn)正常鉀濃度處理病情指數(shù)比極低鉀濃度處理下降了29.4%，楊尚東等[11]研究發(fā)現(xiàn)番茄青枯病罹病植株根際土壤速效鉀含量顯著低于健康植株，表明提高鉀素營(yíng)養(yǎng)能夠降低番茄青枯病的發(fā)生。李莫然等[12]研究發(fā)現(xiàn)增加鉀肥的使用量可以減輕玉米青枯病發(fā)生率25.6%～44.5%。該研究發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步提高鉀素濃度，高鉀處理病情指數(shù)比CK處理進(jìn)一步下降了24.78%，表明鉀素營(yíng)養(yǎng)能夠降低番茄青枯病的發(fā)生情況。

2.2鉀素對(duì)番茄生長(zhǎng)的影響

CK處理中番茄株高為59.28 cm（表1），T1和T2植株株高分別為46.32和53.46 cm，顯著低于CK，高鉀T3處理株高為62.83 cm，顯著高于CK。在莖粗方面，T1、T2和CK處理無顯著差異，而高鉀處理莖粗為4.38 cm，顯著高于CK。CK處理番茄生物量為4.63 g，T1和T2植株生物量分別為3.15和4.21 g，顯著低于CK，而高鉀T3處理生物量為5.36 g，比對(duì)照CK顯著增加了16.77%。

植物生長(zhǎng)的健壯情況會(huì)影響其抗病性，饒貴珍等[13]研究發(fā)現(xiàn)通過整枝方法可以促進(jìn)番茄的生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)而提高其抗病性。該研究發(fā)現(xiàn)鉀素能夠顯著促進(jìn)番茄的生長(zhǎng)，顯著提高其株高和生物量的積累，提高番茄植株的健壯性從而提高其對(duì)青枯病的抗性。

2.3鉀素對(duì)番茄養(yǎng)分吸收的影響

不同鉀濃度處理對(duì)番茄氮素和磷素吸收無顯著影響（表2），而顯著影響番茄對(duì)鉀素的吸收利用，低鉀T1和T2處理中植株鉀素含量分別為21.05和26.84 g/kg，分別比對(duì)照（37.59 g/kg）顯著降低了44.00%和28.60%，而高鉀處理植株鉀素含量為43.62 g/kg，比CK顯著提高了16.04%。

養(yǎng)分不僅是植物正常生長(zhǎng)的基礎(chǔ)，而且對(duì)植物病害抗性有著極其重要的影響，鉀能夠提高植物組織的含糖量，進(jìn)而提高植物的抗病性[14]。董民等[15]研究發(fā)現(xiàn)施用鉀素能夠促進(jìn)桃對(duì)鉀素的吸收并促進(jìn)其對(duì)褐腐病的抗病性。該研究發(fā)現(xiàn)鉀素營(yíng)養(yǎng)對(duì)番茄氮素和磷素的吸收無顯著影響，但是能夠顯著促進(jìn)番茄鉀的吸收，表明提高鉀素營(yíng)養(yǎng)可促進(jìn)番茄鉀素的吸收利用，進(jìn)而提高了其對(duì)青枯病的抗性。

2.4鉀素對(duì)番茄葉片H2O2濃度的影響

接種青枯菌后，不同鉀濃度處理番茄葉片中H2O2活性差異顯著（圖2），CK處理中番茄葉片H2O2濃度為8.23 μmol/gFW，低鉀處理T1番茄葉片H2O2濃度最低為3.68 μmol/gFW，顯著低于其他處理，低鉀T2中H2O2濃度未6.25 μmol/gFW，比對(duì)照低了24.06%，而高鉀T3處理中H2O2濃度最高為11.35 μmol/gFW，比對(duì)照顯著高了37.91%。

H2O2是植物抗病系統(tǒng)中最重要的一類活性氧物質(zhì)，在植物抗病性方面起著重要作用[16]。植物在遭遇病原菌感染的最早期會(huì)大量合成H2O2，造成植物組織局部壞死從而阻止病原菌的入侵[17]。該研究發(fā)現(xiàn)在接種病原菌之后，番茄葉片H2O2濃度顯著升高，并且隨著處理中鉀濃度的提高，番茄葉片中H2O2濃度顯著增加，表明鉀營(yíng)養(yǎng)可能通過促進(jìn)番茄葉片H2O2的合成來提高番茄對(duì)青枯病的抗性。

2.5鉀素對(duì)番茄生理抗性酶活性的影響

接種青枯菌后，不同鉀濃度處理番茄葉片中POD活性差異顯著（圖3），對(duì)照處理番茄葉片POD活性為62.58 U/gFW，低鉀處理T1番茄葉片POD活性最低為26.94 U/gFW，顯著低于其他處理，低鉀T2中POD活性（38.42 U/gFW），比對(duì)照低38.61%，而高鉀T3處理中POD活性最高為78.36 U/gFW，比對(duì)照顯著高出25.21%。

同樣，不同鉀濃度處理番茄葉片中PPO活性差異顯著（圖4），對(duì)照處理番茄葉片PPO活性為46.35 U/gFW，高鉀T3處理中PPO活性最高為53.16 U/gFW，比對(duì)照顯著高出14.69%，低鉀T2中POD活性為35.68 U/gFW，比對(duì)照低23.02%，而低鉀處理T1中PPO活性最低，為31.26 U/gFW，顯著低于其他處理。

POD在植物中扮演著活性氧去除功能，是植物細(xì)胞中一類重要的抗氧化物質(zhì)[18]，而PPO可以將植物組織中活性氧的底物酚類物質(zhì)分解成為醌類物質(zhì)，之前的研究表明POD和PPO都參與到植物的抗病系統(tǒng)中[19]。該研究發(fā)現(xiàn)隨著各處理中鉀濃度的升高，番茄葉片組織中POD和PPO濃度顯著提高，已有研究同樣發(fā)現(xiàn)鉀素能夠提高人參POD等抗氧化酶活性[20]。馬曉林等[21]研究發(fā)現(xiàn)施鉀能夠提高馬鈴薯的PPO活性并提高其抗性，表明鉀素在調(diào)控植物抗性酶活性方面起著重要作用，鉀素提高番茄葉片組織POD和PPO活性的效果可能是其提高番茄青枯病抗性的重要作用。

3結(jié)論

試驗(yàn)研究了不同鉀素營(yíng)養(yǎng)濃度對(duì)番茄青枯病發(fā)生情況的影響，并初步揭示了鉀素提高番茄青枯病抗性的機(jī)理。提高鉀營(yíng)養(yǎng)可顯著促進(jìn)番茄的生長(zhǎng)，提高番茄鉀素的吸收和利用，提高番茄葉片組織中H2O2的濃度，并進(jìn)一步提高其POD和PPO的活性，進(jìn)而提高番茄青枯病的抗性。

參考文獻(xiàn)

[1] 黎振興，鄭錦榮，黃愛興，等.番茄新品種新星 101 的選育[J].中國蔬菜，2002（1）：21-22.

[2] 王漢榮，茹水江，王連平，等.嫁接防治番茄青枯病的研究[J].浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2009，21（3）：283-287.

[3] 胡永軍，丁加剛.大棚番茄青枯病的發(fā)生與無公害防治[J].植物醫(yī)生，2005，18（1）：31.

[4] 楊宇紅，劉俊平，楊翠榮，等.無致病力 hrp突變體防治茄科蔬菜青枯病[J].植物保護(hù)學(xué)報(bào)，2009，35（5）：433-437.

[5] HUBER D M.Fertilizers and soilborne diseases[J].Soil use and management，1990，6（4）：168-172.

[6] 宋美珍，朱荷琴.鉀肥與棉花枯黃萎病的關(guān)系[J].中國棉花，1995（3）：21-22.

[7] SHARMA S R，KOLTE S J.Effect of soilapplied NPK fertilizers on severity of black spot disease （Alternaria brassicae）and yield of oilseed rape[J].Plant and soil，1994，167（2）：313-320.

[8] 魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M].北京：中國農(nóng)業(yè)科技出版社，2000.

[9] 李合生.植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2000.

[10] 方中達(dá).植物研究方法[M].北京：農(nóng)業(yè)出版社，1979.

[11] 楊尚東，吳俊，趙久成，等.番茄青枯病罹病植株和健康植株根際土壤理化性狀及生物學(xué)特性的比較[J].中國蔬菜，2013，1（22）：64-69.

[12] 李莫然，梅麗艷，韓慶新，等.黑龍江省玉米青枯病發(fā)生危害調(diào)查及鉀肥防病研究[J].黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)，1994（2）：12-16.

[13] 饒貴珍，肖波，吳廣宇.不同整枝方法對(duì)越夏水果型番茄生長(zhǎng)發(fā)育、抗病性及產(chǎn)量的影響[J].吉林蔬菜，2005（4）：46-47.

[14] YANG X E，LIU J X，WANG W M，et al.Potassium internal use efficiency relative to growth vigor，potassium distribution，and carbohydrate allocation in rice genotypes[J].Journal of plant nutrition，2004，27（5）：837-852.