茉莉酸甲酯与水杨酸甲酯对水稻化感作用的诱导效应

《茉莉酸甲酯与水杨酸甲酯对水稻化感作用的诱导效应》由会员分享，可在线阅读，更多相关《茉莉酸甲酯与水杨酸甲酯对水稻化感作用的诱导效应（56页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、 摘 要 信号物质茉莉酸甲醋与水杨酸甲醋可以诱导植物产生抗虫性和 抗病性。本论文研究植物防御信号物质茉莉酸甲 醋和水杨酸甲 酷对水 稻化感作用的诱导。 水稻经茉莉酸甲酣、 水杨酸甲醋处理以后， 根部能分泌化学物质 抑制邻近稗草的生长， 将水稻与稗草种在琼脂中， 用Mc S A处理水稻 华粳釉1 号、 A U S 1 9 6 , I A C 1 6 5 后， 这三个水稻对稗草的根都有显著 影响，其中 A U S 1 9 6为促进作用，促进率为 3 2 . 0 %，华粳釉 1号和 I A C 1 6 5 为抑制作用， 抑制率分别为1 9 . 8 % 和1 9 .4 %。 用M e 7 A处理水 稻

2、华粳釉 1 号、I A C 1 6 5 2 d 后收集的根系分泌物对稗草的根有显著影 响， 华粳釉1 号表现为抑制作用， 抑制率为1 8 . 1 %, I A C 1 6 5 表现为 促 进作用，促进率为1 4 .9 %。水稻叶片和茎的水提取物对稗草也有化感 作 用， 在四 叶 期 用M c S A 处 理 水 稻w o o - c o - c h i n - y u 后， 水 稻茎的 水 浸 提物对稗草苗和根都有显著的抑制作用， 抑制率分别为2 3 . 6 % 和3 7 . 8 %;叶的水浸提物对稗草的苗和根都有显著作用， 对根的影响为抑制 作用，抑制率为2 5 .3 %，对苗为促进作用，促

3、进率为4 8 .7 %。不同水 稻品 种对茉莉酸甲 醋和水杨酸甲 醋的响应是不同的。 强化感品 种好于 中化感品种和弱化感品种。 在水稻不同的生长时期用茉莉酸甲醋和水杨酸甲 酷处理水稻， 水 稻茎叶水浸提物对稗草生长的影响具有显著差异 。对于 w o o - c o - c h i n - y u的 茎浸提物在四叶 期的 诱导 效果比 在 六叶 期的 诱导效 果强、而A U S 1 9 6 品种不论是茎的浸提物还是叶的浸提物在四叶期诱 导的效果比 在六叶期诱导的效果要强。 莉酸甲 醋和水杨酸甲 酷诱导水 稻产生的 化感作用具有时fa l 效应， 茎的水浸提液在处理4 d 时的 效果最 好;叶的

4、水浸提液在处理2 , 4 , 6天时 化感作用比 较强，诱导0 , 8 , 1 0 , 1 2 天时化感作用较弱或者没产生化感作用。 茉莉酸甲酷与水杨酸 甲醋在处理水稻4 d 时效果最好。 用茉莉酸甲 酷与水杨酸甲醋处理后水稻的株高、 单株穗重、 穗数、 穗长、实粒数、空粒数、结实率和千粒重都没有达到显著性差异。茉 莉酸甲酷和水杨酸甲酷处理水稻的叶绿素提高，根数增加。用茉莉酸 甲 酷和水杨酸甲 醋处理华粳粕1 号7 d 后， 水稻叶绿素A , B和总量分 别提高了7 2 .9 %, 9 .5 %和6 8 . 1 %，用水杨酸甲酷处理后叶绿素A , B 和总量分别提高了 1 0 8 .0 %,

5、2 7 .7 % 和 1 0 2 , 1 %。用茉莉酸甲醋和水杨 酸甲 酷处理3 0 d 后水稻叶绿素的 含量也会升高， 但增加量比处理七天 后的增加量要少。用茉莉酸甲酷处理后叶绿素A , B和总量分别提高 了9 .9 %, 3 6 . 8 %和1 4 . 8 。 用水杨酸甲 酩处理后叶绿素A , B 和总量 分别提高了4 .4 %, 1 2 . 8 % 和6 .2 %. I A C 1 6 5 品种不含有叫噪生物碱，经茉莉酸甲 醋和水杨酸甲 醋处 理以后也不能产生咧噪生物碱。液相色谱 ( H P L C )分析表明:经茉 莉酸甲酷和水杨酸甲 醋处理后水稻产生了新的次生代谢物质并且原有 的 某

6、些物质的含量显著增加，有的含量基本不变， 也有一些次生代谢 物质消失。 本研究证实信号物质茉莉酸甲醋与水杨酸甲醋可以诱导水稻化 感作用，说明化感作用与植物的诱导抗虫、抗病性具有类似机制，通 过信号传导途径调控化感作用的表达。本研究为揭示化感作用产生与 调控机理提供了理论依据。 关键词:诱导化感水稻信号物质茉莉酸甲醋水杨酸甲酷 HP L C 1 . 前 言 水稻是人类最重要的粮食作物之一。 杂草是影响水稻产量和质量 的 重要因 素。 若 1 衬 的 水稻天中 夹杂有一株稗 草， 水 稻将减产 1 6 ( O l o f s d o t t e r , 1 9 9 6 ) 。 在泰国由 于杂草的

7、危害水稻每年会减产2 5 %- 7 5 % ( 何华 勤， 2 0 0 0 ; M a n a a c h o t e , 1 9 9 6 ) 。 在使用除 草剂 和人工除 草的 情况下，每年因杂草危害造成产量损失为1 2 %， 不进行除草杂草可导 致5 0 % - 6 0 %的产量损失， 甚至导致颗粒无收。 一些耕作方式的改变( 如 水稻直播、 免耕、 抛秧等技术的采用) ， 使杂草问题更加突出。 农业劳 动力比 较弱， 人力除草越来越少。 水资源的缺乏和灌溉成本的提高使 得传统可以用深水灌溉控制的一部分杂草也迅速滋生影响水稻产量 ( Im e t a l . , 1 9 9 3 ) 。 为

8、了 控制杂草， 发达国 家使 用大量的除草剂， 除 草 剂在农药总量中占了6 0 %以 上， 使水稻生产成本大大提高，同时也污 染了环境、杂草也产生了抗性。尤其是稻田 使用除草剂容易造成对地 下水的污染， 这直接威胁到人类饮用水的安全。除草剂的大量使用还 破坏整个生态系统的平衡，打破食物链和食物网关系。在中国，由于 农民文化素质和技术水平不高，加上农作物和杂草比 较相似， 经常因 使用除草剂不当而造成对农作物的伤害。这些负面影响使得人们认识 到稻田杂草控制必须在使用化学除草剂以外寻求替代途径。 国内目 前使用的除草剂基本上是从国外仿制。加入世界贸易组织 后， 使用进口除草剂将使成本大大提高。

9、而国内自5 0 年代开始便开始 通过人工合成的手段开发除草剂， 5 0 多年来收效甚微， 至今仍然主要 靠仿制。国外开发一个除草剂平均需要8 - 1 0 年时间， 耗资上亿美元。 投放市场后杂草又很快形成抗药性。 这一切说明中国不能走发达国家 依靠大量使用除草剂控制杂草的老路。中国应对杂草进行生态控制。 利用作物的化感特性控制杂草是符合可持续发展要求的一种新思路和 新方法( 王妮妍和蒋德安，2 0 0 2 ; D i c k e R i c e , 1 9 8 4 ) 。 起作用的 化学物质称为 化感物 质。 据美国农业部估计化感作用新技术的应用将会给美国农业带来相 当于美国总产量的2 %，

10、折合2 0 亿美元的效益 ( 孔垂华，1 9 9 8 ) 0 自 1 9 8 5 年 美国 科 学 家D i l d a y 发 现 水 稻 具 有通 过 释 放化学 物 质 控制 稻田杂草的化感作用特性以来，水稻的化感作用引起了科学家们的广 泛兴 趣。 据 O l o f s d o tt e r ( 1 9 9 5 ) 报道几个研究小组己 经确定了几百个 水稻品种具有化感活性， 其中6 0 个水稻品种具有抑制多种杂草的化感 活 性。 在美国 农 业部的 大力资 助下， 以D i l d a y ( D i l d a y , e t a l . , 1 9 9 8 ) 为 首 的一批科学家

11、投入水稻化感作用特性和抗草基因的筛选研究工作。 1 9 9 0 年他发现有1 2 个品种对美国主要稻田 杂草D u c k s a l a d 可以形成半 径为 1 82 0厘米的抑制圈，在这个圈内 8 0 % -9 0 %的杂草得到控制 ( D i c k e C h u n g e t a l ., 1 9 9 5 ) 鉴定出4 5 个国内品 种具有抑 制稗草的化 感活性 ( C h u n g , 1 9 9 7 ) o 国际 水稻所( I R R I ) 也 在F A O的支 持下开展水稻化感作用研究。日 本、丹麦等国家也相继开展水稻化感 作用研究。水稻是目 前发现具有化感作用农作物中

12、最强的一种。由于 水稻的化感作用是基因控制的遗传性状，具有化感作用的水稻品种能 长期保持抗草作用，这使得应用它控制杂草非常简单， 也不需要每年 花额外的成本，农民 很容易接受。所以，利用水稻本身产生的化感作 用来控制杂草是极为理想的选择.我国 水稻种质资源丰富，来源于不 同 基因库的 水稻遗传群体和突变体材料在化感作用潜力上存在显著的 基因 型差异( C h u n g 何 华勤 等， 2 0 0 2 : 何 华 勤 和林 文雄， 2 0 0 1 ) 0 这些研究说明用植物的化感活性来抑制杂草的生长发育从而达到除草 的目的是有很大潜力的。 很多报道指出产生化感作用的物质一般是酚酸类物质、黄酮类

13、物 质、 菇烯类物质和生物碱类物质。 例如黄酮类物质对小麦种子的发芽 有很强的抑制作用( 于凤兰等，1 9 9 9 ) ;水稻根分泌的两种黄酮木犀草 素和芹黄素-7 -0 -葡萄糖贰可以抑制水稻田中恶性杂草羞草的生 长 ( 王俊儒等，1 9 9 8 ) ; 杨梅黄素和山 奈酚4 m g 能完全抑制三叶草的 萌发 ( 王俊儒等， 1 9 9 8 ) 0 酚酸类物质具有强烈的植物毒性， 能抑制草 本种子的萌发( 国 家自 然科学基金委员会， 1 9 9 6 ) ， 在水稻化感中 起关 键的 作 用 ( 林 文 雄 和何 华 勤， 2 0 0 1 ; C h o u A n e t a l ., 2

14、 0 0 0 ) . 胜红 蓟挥发油在1 6 6 7 u g t g 浓度时 对 稗草生 长的 抑 制百 分率为 2 6 .7 ，经鉴定胜红蓟挥发油中 对杂草起作用的主要成分是单菇和倍 半 枯 类 化 合 物 ( 孔 垂 华 等， 2 0 0 1 ) . 探索病、虫、草害控制的新方法已 经成为农业可持续发展的重大 课题， 提高作物的抗性是最重要的 途径之一。 植物的诱导抗病、 抗虫成 为近年化学生态学、进化生态学和植物防御抗性研究的热点( D i x o n , 2 0 0 1 ; H e i l , 2 0 0 2 ; O m e r V a n d e r 吕 华飞等， 1 9 9 8 ;

15、 饶力群等， 2 0 0 0 ) 。 而 在植 物的抗 性研究 中茉莉酸甲 酷与水杨酸甲 醋是一重要的诱导物质。 茉莉酸甲醋( M e t h y l J a s m o n a t e , M c J A ) 和水 杨 酸甲 fi e ( M e th y l S a l i c y l a t e , M c S A ) 在植 物界 普遍 存在， 具有广泛的 生理功能 ( T h a l e r , 1 9 9 9 ) ， 是 重要的 植物生长调 节剂，更重要的是，它是病原物、害虫、 激发子、 胁迫、创伤诱导植 物防御基因表达的信号分子，并且本身也可作为激发子( 何华勤等， 2 0 0 2

16、 ; L i e c h t i c T h a l e r , 1 9 9 9 ; L i e c h t i 李国 靖和周 燮， 2 0 0 1 ) 。 茉 莉酸甲 酷 是 从素 馨 花( T a s m in u m g r a d ii lo r u m ) 香精油中 分离 出 来的 一种易 挥发 性的 化 合物( D e m o l e e t a l, 1 9 6 2 ) 。 许多研究表明 ， M c J A可作为病原物、激发子及创伤诱导植物防卫基因表达的信号分 子。 外源Mc J A能诱导植物特异基因的表达， 产生茉莉酸酷诱导蛋白， 启动防 御系统， 进而诱发植保素( P h y t o a l e x i n s ) 和木质素( L i g n i n ) 等 物质的合成， 然后再分别通过抗菌作用促使伤害部位木质化，形成结 构及化学屏障， 从而限制病原菌的扩展 ( 王妮妍和蒋德安， 2 0 0 2 ) 。 茉 莉酸能诱导植物产生樱花素 5 ,4 一 二经- 7 一甲 氧基黄烷酮 s a k u r a n e t i n ( R a