钾素对番茄青枯病抗性的影响及机理研究

何昕　蒋佳峰　董元华

摘要[目的]探究钾素对番茄青枯病抗性的影响。[方法]通过水培试验研究4个不同浓度钾素对番茄生长和养分吸收的影响，并在接种青枯菌后，统计不同处理青枯病的发病情况，分析番茄叶片H2O2浓度、过氧化物酶（POD）和多酚氧化酶（PPO）活性变化。[结果]提高钾营养浓度能够减轻番茄青枯病发病情况，钾素能够促进番茄的生长及对钾的吸收利用，在接种青枯菌后，钾素还能促进番茄叶片H2O2的合成，并提高叶片POD和PPO活性。[结论]钾素营养能够降低番茄青枯病的发生，钾素营养通过促进番茄的生长、钾素的吸收及生理抗性酶活性进而增强了对番茄青枯病的抗性。

关键词钾；番茄青枯病；抗性

中图分类号S436.412.1+5文献标识码A文章编号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

番茄青枯病是一种由青枯劳尔氏菌（Ralstonia solaanacearum）引起的毀灭性土传病害，发病植物茎叶萎蔫下垂直至全部枯死，是世界上危害大、分布广、造成损失严重的植物病害之一。番茄青枯病的防治方法主要有4 种，即抗性品种的选育[1]、农业措施[2]、化学防治[3]和生物防治[4]。虽然这些方法能够在一定程度上控制番茄青枯病的发生，但是目前还没有完全有效的方法来防治番茄青枯病，同时化学农药等的使用也引起了巨大的环境风险。由于番茄青枯病的严重性及现有防治方法的局限性，研究有效绿色的防治方法来控制番茄青枯病具有重要意义。

矿质营养不仅影响植物的正常生长发育，而且还以多种方式直接或间接地影响植物的感病和抗病性[5]。钾素不仅是植物品质重要影响元素，而且在植物抗病性方面起着重要作用，比如钾素营养能够帮助知足组织形成坚韧的角质层，促进木质化和硅质化，使茎干变硬变厚等。钾离子还在调节植物气孔关闭中起着重要作用。另外，钾素还与植物生长气孔的调节有关。宋美珍等[6]研究发现施用钾素能够降低棉花枯萎病的发病率和病情指数，施用钾肥还能抑制油菜黑斑病病菌孢子的萌发，减少产孢子，从而减轻病害的发生[7]，表明钾素营养的改善有利于提高寄主植物的抗病性。

然而，关于钾素对番茄青枯病抗性的研究还较少。笔者通过研究不同钾素营养浓度对番茄青枯病发病情况的影响，并结合钾素对番茄生长、养分吸收，以及接种青枯菌后其生理H2O2的合成积累和抗性相关过氧化物酶（POD）、多酚氧化酶（PPO）活性的影响，探讨了钾素对番茄抗性的影响，并初步揭示了其调控机理。

1材料与方法

1.1材料

番茄品种为上海906（青枯病易感品种）。

1.2方法

1.2.1盆栽试验。

番茄种子播种在蛭石和珍珠岩体积比1∶1的混合基质中，播种后每7 d浇2次Hogaland营养液，当幼苗长至5～6叶时，将幼苗取出，洗净根系后移栽到3 L塑料盆中，每盆1株，进行水培培养。设置以下不同钾浓度处理：T1（0.5 mmol/L）、T2（2.0 mmol/L）和CK（6.0 mmol/L，Hogaland营养液钾浓度）和T3（18.0 mmol/L）。其余营养元素保持与Hoagland营养液一致，营养pH调至6.0，每7 d更换2次营养液，每个处理设置24盆平行。

1.2.2植株生长和养分分析。

植株水培30 d后，每处理随机挑选3株植物，用精度为0.1 cm的卷尺测量其高度，精度为0.1 cm的游标卡尺测量其茎粗，植株烘干后测量其干重，植株氮、磷和钾含量测定参考鲁如坤[8]的方法。

1.2.3青枯菌接种。

挑取清水悬浮保存的强致病青枯菌在YGPA固体培养基划线培养，28 ℃培养48 h，挑取平板上的单菌落接种到YGPA液体培养基上，28 ℃振荡培养48 h，菌液经显微镜直接计数后稀释至1×108 cfu/mL，番茄幼苗水培30 d后，用浸根法接种青枯菌。

1.2.4病情指数统计。

接种青枯菌后，每隔1 d中午以株为单位调查统计番茄植株的发病情况，统计14 d，根据植株发病情况计算病情指数，病情分级标准采用5级标准法[9]。

1.2.5植株理化分析。

每处理随机挑选6株植物，在接种青枯菌6 h后，采集叶片样品测定H2O2含量，在接种青枯菌24 h后，采集叶片样品测定其POD和PPO活性[10]。

1.2.6数据分析。

使用Microsoft Excel 2010软件进行数据分析，采用SPSS 18.0软件对数据进行显著性分析，采用Origin 8.0软件进行数据作图。

2结果与分析

2.1钾素对番茄青枯病发生的影响

在接种青枯菌4 d后，各处理植株开始出现青枯病现象（图1），T1处理病情发生最严重，病情指数达100，随着营养液钾浓度的升高，各处理病情指数显著下降，正常钾浓度CK处理病情指数为70.6，显著低于低钾的T1和T2处理，高钾T3处理病情指数为53.1，显著低于CK。

该研究发现正常钾浓度处理病情指数比极低钾浓度处理下降了29.4%，杨尚东等[11]研究发现番茄青枯病罹病植株根际土壤速效钾含量显著低于健康植株，表明提高钾素营养能够降低番茄青枯病的发生。李莫然等[12]研究发现增加钾肥的使用量可以减轻玉米青枯病发生率25.6%～44.5%。该研究发现进一步提高钾素浓度，高钾处理病情指数比CK处理进一步下降了24.78%，表明钾素营养能够降低番茄青枯病的发生情况。

2.2钾素对番茄生长的影响

CK处理中番茄株高为59.28 cm（表1），T1和T2植株株高分别为46.32和53.46 cm，显著低于CK，高钾T3处理株高为62.83 cm，显著高于CK。在茎粗方面，T1、T2和CK处理无显著差异，而高钾处理茎粗为4.38 cm，显著高于CK。CK处理番茄生物量为4.63 g，T1和T2植株生物量分别为3.15和4.21 g，显著低于CK，而高钾T3處理生物量为5.36 g，比对照CK显著增加了16.77%。

植物生长的健壮情况会影响其抗病性，饶贵珍等[13]研究发现通过整枝方法可以促进番茄的生长发育进而提高其抗病性。该研究发现钾素能够显著促进番茄的生长，显著提高其株高和生物量的积累，提高番茄植株的健壮性从而提高其对青枯病的抗性。

2.3钾素对番茄养分吸收的影响

不同钾浓度处理对番茄氮素和磷素吸收无显著影响（表2），而显著影响番茄对钾素的吸收利用，低钾T1和T2处理中植株钾素含量分别为21.05和26.84 g/kg，分别比对照（37.59 g/kg）显著降低了44.00%和28.60%，而高钾处理植株钾素含量为43.62 g/kg，比CK显著提高了16.04%。

养分不仅是植物正常生长的基础，而且对植物病害抗性有着极其重要的影响，钾能够提高植物组织的含糖量，进而提高植物的抗病性[14]。董民等[15]研究发现施用钾素能够促进桃对钾素的吸收并促进其对褐腐病的抗病性。该研究发现钾素营养对番茄氮素和磷素的吸收无显著影响，但是能够显著促进番茄钾的吸收，表明提高钾素营养可促进番茄钾素的吸收利用，进而提高了其对青枯病的抗性。

2.4钾素对番茄叶片H2O2浓度的影响

接种青枯菌后，不同钾浓度处理番茄叶片中H2O2活性差异显著（图2），CK处理中番茄叶片H2O2浓度为8.23 μmol/gFW，低钾处理T1番茄叶片H2O2浓度最低为3.68 μmol/gFW，显著低于其他处理，低钾T2中H2O2浓度未6.25 μmol/gFW，比对照低了24.06%，而高钾T3处理中H2O2浓度最高为11.35 μmol/gFW，比对照显著高了37.91%。

H2O2是植物抗病系统中最重要的一类活性氧物质，在植物抗病性方面起着重要作用[16]。植物在遭遇病原菌感染的最早期会大量合成H2O2，造成植物组织局部坏死从而阻止病原菌的入侵[17]。该研究发现在接种病原菌之后，番茄叶片H2O2浓度显著升高，并且随着处理中钾浓度的提高，番茄叶片中H2O2浓度显著增加，表明钾营养可能通过促进番茄叶片H2O2的合成来提高番茄对青枯病的抗性。

2.5钾素对番茄生理抗性酶活性的影响

接种青枯菌后，不同钾浓度处理番茄叶片中POD活性差异显著（图3），对照处理番茄叶片POD活性为62.58 U/gFW，低钾处理T1番茄叶片POD活性最低为26.94 U/gFW，显著低于其他处理，低钾T2中POD活性（38.42 U/gFW），比对照低38.61%，而高钾T3处理中POD活性最高为78.36 U/gFW，比对照显著高出25.21%。

同样，不同钾浓度处理番茄叶片中PPO活性差异显著（图4），对照处理番茄叶片PPO活性为46.35 U/gFW，高钾T3处理中PPO活性最高为53.16 U/gFW，比对照显著高出14.69%，低钾T2中POD活性为35.68 U/gFW，比对照低23.02%，而低钾处理T1中PPO活性最低，为31.26 U/gFW，显著低于其他处理。

POD在植物中扮演着活性氧去除功能，是植物细胞中一类重要的抗氧化物质[18]，而PPO可以将植物组织中活性氧的底物酚类物质分解成为醌类物质，之前的研究表明POD和PPO都参与到植物的抗病系统中[19]。该研究发现随着各处理中钾浓度的升高，番茄叶片组织中POD和PPO浓度显著提高，已有研究同样发现钾素能够提高人参POD等抗氧化酶活性[20]。马晓林等[21]研究发现施钾能够提高马铃薯的PPO活性并提高其抗性，表明钾素在调控植物抗性酶活性方面起着重要作用，钾素提高番茄叶片组织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结论

试验研究了不同钾素营养浓度对番茄青枯病发生情况的影响，并初步揭示了钾素提高番茄青枯病抗性的机理。提高钾营养可显著促进番茄的生长，提高番茄钾素的吸收和利用，提高番茄叶片组织中H2O2的浓度，并进一步提高其POD和PPO的活性，进而提高番茄青枯病的抗性。

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