中国农业科学

中国农业科学2005,38(3):576-581ScientiaAgriulturaSinica收稿日期：2004-03-04基金项目：教育部资助项目（00249）作者简介：郭玉蓉（1962-），女，副教授，博士，主要从事食品生物工程研究。Tel:[phone];Fax:[phone];E-mail:[e-mail],[e-mail]两种硅化物对甜瓜白粉病的抑制机理研究郭玉蓉1,2，赵桦2，陈德蓉3，刘磊4，毕阳1(1甘肃农业大学食品科学与工程学院，兰州730070；2陕西理工学院生命科学学院，汉中723000；3甘肃农业大学生命科学学院，兰州730070；4甘肃农业大学动物医学院，兰州730070)摘要：以玉金香甜瓜为试验材料，研究不同硅化物对白粉病的抑制机理。结果表明，2种硅化物处理均能显著降低甜瓜幼苗白粉病的严重度，以硅酸钠降低的幅度最大。经20mmol·L-1硅酸钠处理后和接种白粉菌后，甜瓜POD活性显著高于对照；GLU活性也于硅酸钠处理后120h和接种白粉菌后120h，显著高于对照。经SEM-EDX分析显示硅酸钠处理，其硅在叶面气孔和表皮层沉积明显提高。纳米氧化硅处理对POD酶活性没有明显影响，但硅的沉积特点与硅酸钠处理相似。关键词：甜瓜；白粉病；硅化物；硅分布；过氧化物酶；β-1,3葡聚糖酶InhibitoryMechanismsofTwoSiliconCompoundsonMildewPowderofMelonGUOYu-rong1，2,ZHAOHua2,CHENDe-rong3,LIULei4,BIYang1(1CollegeofFoodScienceandEngineering,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070;2CollegeofLifeScience,ShaanxiCollegeofScienceandTechnology,Hanzhong723000;3CollegeofLifeScience,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070;4CollegeofVeterinaryMedicine,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070)Abstract:TheseedlingsofMelonYujinxiangwereusedtostudytheeffectandinhibitorymechanismofsiliconcompoundsonmildewpowder.Theresultsshowedthattheseverityofmildewpowderofmelonseedlingdecreasedsignificantlybytreatmentswithtwosiliconcompounds.Sodiumsilicatewasmoreeffectonmildewpowderthannanosizedsilicon.Sodiumsilicateincreased.theactivityofresistant-enzyme.Peroxidase(POD)activitywasincreasedsignificantlybysodiumsilicatetreatmentaftersilicontreatedandpathogen-inoculation.β-1,3-glocosidase(GLU)activityincreasedsignificantlyafter120hoftreatmentbysodiumsilicateand120hafterpathogen-inoculation.Siliconofsodiumsilicatetreatmentdepositedobviouslyatstomataandepidermis.NanosizedsilicondidnotinducePODactivity.Andsilicondepositionofnanosizedsilicontreatmentwasasthesameassodiumsilicatetreatment.Keywords:CucumismelonL.;Sphaerothecacucurbitae;Siliconcompounds;Silicondistribution;POD;GLU白粉病是目前西北地区厚皮甜瓜生产中的主要病害，高温干燥的气候环境非常有利于该病的传播，对农业生产危害严重，造成大幅减产，严重时甚至绝收[1]。生产中多采用硫磺粉防治该病，但大量硫磺粉的使用，不仅严重污染环境，且防效逐年降低。因此，寻找有效的、环保的抗白粉病药物已成为当前生产中亟待解决的问题。据报道，在黄瓜无土栽培营养液中加入可溶性硅，可显著减轻由Pythiumspp造成的的根腐，其防治效果与植株体内过氧化物酶和多酚氧化酶活性增强有关[2]。Wagner首次发现抗白粉病程度和沉积在感病位点上的硅浓度呈正相关[3]；Adatia等认为营养液中的高浓度硅可降低黄瓜白粉病的发病率[4]。此外，硅化物处理还可减轻厚皮甜瓜采后的红粉病[5]。然而，至3期郭玉蓉等：两种硅化物对甜瓜白粉病的抑制机理研究577今未见硅化物防治甜瓜田间病害的研究报道。本研究采用2种硅化物处理，研究其对生产中主栽厚皮甜瓜玉金香苗期白粉病的控制效果及机理。1材料与方法1.1供试材料供试玉金香甜瓜（CucumismelonL.cv.Yujinxiang）种子由甘肃省河西瓜菜研究所提供。将玉金香种子直播于营养钵内，置于大棚培养至2叶1心期时待用。硅酸钠（Na2SiO4），天津市科密欧化学试剂开发中心生产，分析纯。纳米氧化硅（SiO2），舟山明日纳米材料有限公司生产，化学纯。平均粒径为15nm，比表面积160m2.g-1。供试甜瓜白粉菌（Sphaerothecacucurbitae）由甘肃农业大学植物保护系提供。活性保存待用。1.2白粉病严重度和防效测定用预先筛选的浓度均为20mmol.L-1的硅酸钠和纳米氧化硅，加入0.01%Tween80作为表面活性剂。以0.01%Tween80处理作为对照。喷施于甜瓜植株上，24h后按陈喜之等[6]方法接种预先繁殖好的白粉菌孢子，罩上塑料薄膜过夜，24h后除去薄膜，继续培养至叶片充分发病时，调查发病严重度[7]。病情严重度＝调查叶片上菌落面积/叶片总面积×100%试验设3次重复，每重复20株。防效[7]用以下式计算：防效(%)=(1-处理严重度/对照严重度)×1001.3酶测定方法在幼苗第2片真叶完全展开时，分别用20mmol·L-1硅酸钠和纳米氧化硅溶液，加入0.01%Tween80作为表面活性剂，用软毛笔涂于植株的第1片真叶上。对照仅用0.01%Tween80涂于第1片真叶上。硅处理后第5天，接种白粉菌[6]，并在23～25℃温度下保湿24h。于硅化物处理前(0h)、硅化物处理后24h和120h分别摘第2叶，测不同硅化物处理后，植株第2片真叶过氧化物酶(POD)及β-1,3葡聚糖酶（GLU）活性。于接种后24h（硅化物处理后144h）、120h（硅化物处理后240h）再次采样，测第2真叶的POD及GLU活性。1.3.1POD活性测定参照Koghba[8]法。每处理设2次重复，每重复取样15株。酶活性计算公式如下：POD活性(μmol.mg-1protein·min-1)=ΔOD×稀释倍数×6165.41/样品的蛋白质(mg)×反应时间(min)1.3.2GLU活性测定参照李合生方法[9]，吸取经1:10稀释后的酶降解样品液，按蒽酮法测定其中的含糖量。以每小时形成1mg葡萄糖为1个酶活性单位（葡萄糖和吸光度的标准曲线方程为：Y=0.02818+0.9921X其中X为糖含量，Y为吸光度。每处理设3次重复，每重复取样15株。酶活性计算公式如下：GLU活性(μ·mg-1protein·h-1)=ΔOD×稀释倍数/样品的蛋白质(mg)×反应时间(h)1.3.3蛋白质含量的测定参照魏海姆[10]考马斯亮蓝法。吸光度与蛋白质含量的标准曲线方程为：Y=0.070+11.23X，r=0.9923、R2=0.9847。1.4电镜扫描及X-能谱分析(SEM-EDX)取出20mmol.L-1纳米氧化硅、硅酸钠和对照处理50d后的植株，剪取经处理的叶片，做外表皮和纵剖面徒手切片，切片厚度为0.1～0.2mm，粘于滤纸上并固定，以保证切片平整，自然风干。然后用双面胶正面朝上粘于铜台上，喷金（作电导层）。扫描电镜（scanningelectronmicroscopy,SEM）为HITACH,S-520,加速电压（accelerationvoltage）为30kV，分辨率为30μm，放大倍数为1000倍。X-能谱（energydispersiveX-ray,EDX）为EOAX9100(PHILIP,Holland)，X-ray，记速率(countrate)5991counts·s-1，收集时间（collecttime）62s，总计数时间(totalcount)186816s，电压(voltage)20kV，维持时间(livetime)60.00s。分析软件采用武汉大学分析测试中心研制的WD-8XX-rayanalysissystemanddigitalimageanalysissystem。叶片剖面线扫描，在甜瓜叶片剖面选择一条直线，以钙作为参比，用SEM-EDX进行线扫描分析（图3）。图3中上面的横线为所选择扫描直线，下面的横线为扫描横坐标线。叶表面气孔面扫描，在甜瓜叶片表面随机选择一个气孔，以气孔最小直径为边长，选择气孔大小的正方形扫描面，并选择K、Ca、Fe、Cu、Al、Mg、Na为参比元素，进行气孔部位Si相对含量的EDX面扫描分析（图4）。1.5数据分析试验数据采用dps软件分析。578中国农业科学38卷2结果与分析2.1两种硅化物对玉金香白粉病的作用效果两种硅化物处理，其甜瓜植株白粉病的发病严重度和对照相比，均显著降低（P0.05），表现为硅酸钠的严重度最低，其次为纳米氧化硅，对照的严重度最高，显著高于2种硅化物处理（P0.05）。2种硅化物的防效结果显示，硅酸钠处理对白粉病的防效达71.1%，纳米氧化硅为36.2%。可见2种硅化物对白粉病都有一定的防治效果（表）。表两种硅化物处理对甜瓜植株白粉病的影响TableEffectoftwosiliconcompoundsonmildewpowderofmelon处理Treatments浓度Concentration（mmol·L-1）严重度Severityofdisease(%)防效Preventionrate(%)水（对照）Water(CK)73.7±7.4a0纳米氧化硅Nanosizesiliconoxide2047.0±5.0b36.2硅酸钠Sodiumsilicate2021.3±2.5c71.12.2两种硅化物处理对甜瓜过氧化物酶（POD）活性的影响硅酸钠处理可促进玉金香叶片中POD酶活性的提高（图1）。处理后24h，POD活性开始升高(P0.05)，处理120h，POD活性继续升高，约高出对照1.59倍(P0.05)；接种白粉菌后24h，硅酸钠处理的POD活性达到高峰，约高出对照的1.37倍(P0.05)；接种后120h，POD活性虽有一定下降，但仍比对照高1.56(P0.05)。纳米氧化硅处理和对照接种白粉菌后，POD活性也有提高，但两者之间无明显差异。2.3硅酸钠处理对甜瓜GLU活性的影响硅酸钠处理对接种白粉菌前后甜瓜GLU活性的影响较为明显（图2）。硅酸钠处理后24h，GLU活性开始升高，120h约为对照的3.43倍（P0.05）；接种白粉菌后GLU活性持续增加，接种后120h达到最高，约是对照的1.45倍（P0.05），差异达显著水平。2.4两种硅化物处理甜瓜叶片剖