1、黃瓜枯萎病是一種真菌性土傳病害，嚴(yán)重影響了黃瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)。其病原菌為半知菌亞門鐮孢屬的尖孢鐮刀菌黃瓜?；?Fusariumoxysporumf.sp.cucumerinum，F(xiàn)OC)。目前，黃瓜枯萎病致病機(jī)制的相關(guān)研究進(jìn)展比較緩慢，爭議最大的焦點(diǎn)是導(dǎo)管堵塞和毒素作用。導(dǎo)管堵塞學(xué)說認(rèn)為病菌侵染后進(jìn)入維管束，產(chǎn)生大量的菌絲和菌核，同時植物體會形成胼胝質(zhì)、侵填體和膠質(zhì)等，這些物質(zhì)的形成會妨礙水分的運(yùn)輸，引起植株萎蔫。毒素作用理論認(rèn)為病原茵

2、毒素能夠干擾植株的代謝活動，改變細(xì)胞膜透性，使水分直接從受傷害的細(xì)胞中擴(kuò)散出去，破壞植株水分平衡，導(dǎo)致植株萎蔫。本研究通過探討與黃瓜枯萎病發(fā)生相關(guān)的生理生化過程，以期從生理水平上闡述黃瓜枯萎病的致病機(jī)制，并為黃瓜枯萎病的防控提供理論基礎(chǔ)。
　　本研究采用土壤培養(yǎng)方式，研究了病原菌侵染對黃瓜植株水分、光合特性、毒素產(chǎn)生及作用方式等的影響，探討了黃瓜枯萎病的發(fā)病生理機(jī)制。在發(fā)病機(jī)制的理論基礎(chǔ)上，采用營養(yǎng)液培養(yǎng)，研究了不同形態(tài)氮素營養(yǎng)（

3、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮）對黃瓜枯萎病防控的影響，通過分析病原茵侵染對不同氮素形態(tài)下黃瓜植株體內(nèi)水分關(guān)系、物質(zhì)代謝過程、毒素的響應(yīng)能力、分泌物組成及轉(zhuǎn)錄水平的影響，探討了氮素營養(yǎng)的抗病機(jī)制。主要研究結(jié)果如下:
　　1.病原菌侵染后黃瓜植株的蒸騰速率(E)、氣孔導(dǎo)度(gs)、葉片含水量及葉片水勢均顯著降低;而E/gs顯著上升，說明病原茵侵染促進(jìn)了葉片非氣孔水分散失。雖然病原茵侵染顯著降低了導(dǎo)水率，但植株紅墨水吸收結(jié)果表明，侵染植株葉片中紅墨水

4、的吸收量顯著高于健康植株。此外，通過電鏡觀察侵染植株的葉片細(xì)胞膜，及分析葉片H+-ATPase酶活性及葉片電導(dǎo)率，發(fā)現(xiàn)侵染植株葉片細(xì)胞膜遭到嚴(yán)重破壞，說明盡管發(fā)病植株莖稈萎縮，但植株的水分吸收及運(yùn)輸仍能滿足葉片的需求;病原菌的侵染導(dǎo)致葉片細(xì)胞膜受傷害，從而使水分直接以非氣孔形式散失，葉片水分平衡遭到破壞，最終導(dǎo)致植株萎蔫。
　　2.在侵染前期，病原菌的侵染導(dǎo)致葉片ABA含量升高、氣孔關(guān)閉、葉片溫度升高。葉片溫度與蒸騰速率之間呈顯著

5、負(fù)相關(guān)關(guān)系。然而，植株葉片在光下和暗處呈現(xiàn)不同的響應(yīng):在光下，發(fā)病植株的葉片溫度顯著高于健康植株;在暗處，發(fā)病植株的葉片溫度卻顯著低于健康植株，說明發(fā)病植株中葉片的水分散失不是通過氣孔，而是從傷害細(xì)胞中擴(kuò)散出去的。在侵染后期，侵染植株葉片水分平衡遭到嚴(yán)重破壞，葉片組織脫水壞死，從而導(dǎo)致植株葉片溫度持續(xù)上升。上述結(jié)果說明，F(xiàn)OC的侵染能夠?qū)е氯~片細(xì)胞膜傷害，使水分直接從受傷害的細(xì)胞中擴(kuò)散出去，破壞葉片水分平衡，最終導(dǎo)致植株萎蔫。通過監(jiān)測葉

6、片在光下和暗處的溫度響應(yīng)，紅外熱像儀不僅可以直接非損傷的監(jiān)測土傳病害的發(fā)生過程，同時還能揭示植株體內(nèi)與水分狀況相關(guān)的生理過程。
　　3.病原茵毒素(FA)處理后，葉片氣孔關(guān)閉、葉片溫度上升。在光暗交替環(huán)境中，F(xiàn)A處理植株在光下的葉片溫度顯著高于健康植株;在暗處，F(xiàn)A處理植株的葉片溫度卻顯著低于健康植株。此外，F(xiàn)A處理后黃瓜植株葉片細(xì)胞膜遭到了嚴(yán)重的破壞。為驗(yàn)證FA處理后水分直接從受傷害的細(xì)胞中擴(kuò)散出去，采用分根實(shí)驗(yàn)方法，對黃瓜植株

7、的兩側(cè)根系分別供應(yīng)0ppm和100ppm的FA。分根處理后，暗處葉片低溫區(qū)域的FA含量及細(xì)胞傷害程度均顯著高于高溫區(qū)域。韌皮部燙傷對黃瓜植株FA的吸收以及分布無影響，F(xiàn)A主要通過木質(zhì)部進(jìn)行運(yùn)輸。由此可見，F(xiàn)A能夠誘導(dǎo)植株葉片細(xì)胞膜傷害，使水分以非氣孔途徑散失，最終導(dǎo)致植株萎蔫。通過紅外熱像儀監(jiān)測葉片在光下和暗處的溫度變化，可以直接非損傷的監(jiān)測病菌侵染時植株的萎蔫過程。
　　4.與銨態(tài)氮相比，硝態(tài)氮營養(yǎng)顯著降低了黃瓜植株枯萎病的發(fā)病

8、率，并顯著促進(jìn)了植株的生長以及植株生物量的增加。銨態(tài)氮植株的光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率、羧化效率及袁觀量子效率均顯著高于硝態(tài)氮植株，然而銨態(tài)氮植株的葉片溫度及水分吸收量均顯著低于硝態(tài)氮植株。銨態(tài)氮植株中可溶性蛋白及可溶性糖含量均顯著高于硝態(tài)氮植株，從而能夠促進(jìn)病原菌對銨態(tài)氮植株的侵染。FOC的侵染顯著抑制了銨態(tài)氮植株的生長、葉片光合和水分吸收，干擾了植株體內(nèi)的物質(zhì)代謝，而病原菌的侵染卻對硝態(tài)氮植株無顯著影響。由此可見，硝態(tài)氮植株對黃瓜

9、植株的生長更有益，能夠更好的防控枯萎病的發(fā)生，因此在黃瓜的栽培中，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)增加硝態(tài)氮肥的施入而減少銨態(tài)氮肥的施用以抑制枯萎病的發(fā)生。
　　5.FOC侵染后，硝態(tài)氮植株體內(nèi)病原茵的數(shù)量顯著低于銨態(tài)氮植株。與硝態(tài)氮相比，銨態(tài)氮植株的根系分泌物顯著促進(jìn)了病原菌孢子的萌發(fā)。經(jīng)HPLC鑒定，黃瓜植株的根系分泌物主要含有草酸和檸檬酸兩種有機(jī)酸，且銨態(tài)氮植株根系分泌物中檸檬酸含量顯著高于硝態(tài)氮植株。FOC侵染顯著促進(jìn)了銨態(tài)氮植株根系分泌物中檸檬

10、酸含量，而對硝態(tài)氮植株無影響。在檸檬酸濃度為5μM-50μM時，尖孢鐮刀茵的孢子萌發(fā)率隨檸檬酸濃度的增加而增加。此外，外源添加檸檬酸能顯著增加黃瓜植株的病情植株及病原茵數(shù)量。由此可見，根系分泌物在硝態(tài)氮抗枯萎病的過程中發(fā)揮著重要作用;黃瓜植株在銨態(tài)氮營養(yǎng)下根系分泌物中檸檬酸含量增加，從而促進(jìn)病原菌孢子的萌發(fā)，導(dǎo)致枯萎病發(fā)病率增加。
　　6.FOC侵染后，在銨態(tài)氮植株和硝態(tài)氮植株體內(nèi)均能監(jiān)測到FA;銨態(tài)氮植株葉片和莖中的FA含量顯著

11、高于硝態(tài)氮植株，而根中的FA含量卻與硝態(tài)氮植株無明顯差異。FA處理后銨態(tài)氮植株迅速萎蔫，而硝態(tài)氮植株無明顯萎蔫癥狀;FA對銨態(tài)氮植株葉片細(xì)胞膜的傷害程度高于硝態(tài)氮植株。雖然銨態(tài)氮植株FA的吸收體積顯著低于硝態(tài)氮植株，但銨態(tài)氮植株和硝態(tài)氮植株FA的吸收總量卻無顯著差異;硝態(tài)氮植株FA的平均吸收濃度顯著低于銨態(tài)氮植株。FA處理后，硝態(tài)氮植株根系中FA的含量顯著高于銨態(tài)氮植株，而葉片和莖中的FA含量卻顯著低于銨態(tài)氮植株。由此可見，F(xiàn)OC侵染后

12、硝態(tài)氮植株中FA含量較少;硝態(tài)氮植株能夠選擇性的吸收FA，且吸收的FA主要積累在根中，限制FA向地上部的運(yùn)輸，減少對地上部的傷害;硝態(tài)氮植株對FA具有更強(qiáng)的耐毒性。
　　7.通過對FOC侵染后不同形態(tài)氮素營養(yǎng)下黃瓜植株根系進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組水平分析，表明差異基因生物學(xué)過程主要富集在細(xì)胞過程、代謝過程、刺激響應(yīng)和生物調(diào)控等中;細(xì)胞組分主要富集在細(xì)胞、細(xì)胞部分、細(xì)胞器和細(xì)胞膜等中;而分子功能主要富集在催化活性和結(jié)合中;差異基因所參與的KEGG