LED光质对蕹菜白锈病发生及相关酶活性的影响

刘亚男, 林碧英, 申宝营, 刘 爽, 柯 彦, 吴宏琪

(福建农林大学园艺学院，福建 福州 350002)

蕹菜(IpomoeaaquaticaForsskal)又名空心菜、竹叶菜，属旋花科番薯属1年生草本植物，为福建省夏秋季主要蔬菜品种之一。近年来，随着蕹菜设施栽培面积的逐年增加，1年可连种数茬，其白锈病已由次要病害上升为主要病害[1]。蕹菜白锈病病原为白锈菌(AlbugoipomoeaeaquaticaeSaw)，属鞭毛菌亚门真菌[2]，发病初期在叶正面出现淡黄绿色至黄色斑点，后变褐色，病斑较大，严重时病斑密集，叶片凹凸畸形，造成落叶；叶背生白色近圆形或不规则形的隆起状疱斑，后期疱斑破裂散出白色粉状物，即病菌的孢子囊，轻碰病叶可见白色粉末飞散；茎秆和根部受害后肿大畸形[3-6]。

蕹菜白锈病夏季发生率超过10%，严重田块达40%以上[3]，一般6月进入发病期，7—8月进入发病盛期，9月随气温下降病情得到缓解。连续阴雨天气或台风暴雨后白锈病发病严重，且偏施氮肥可加重病情，其中连作地发病最重[6]，可通过清除病株残叶以减少越冬菌源[7]。蕹菜白锈病一般采用化学药剂(如53%精甲霜灵·锰锌可湿性粉剂800～1 000倍液)进行防治[8]，而过高的农药残留将威胁人类健康。因此，利用植物自身的防御系统，如水杨酸、茉莉酸等防卫信号物质的合成及植保素的合成等，来提高抗病性已成为防治蕹菜白锈病的最佳方法。大量研究表明，光质可直接影响植物的抗病性[9]，红光可以抑制黄瓜白粉病的发生[10]；UV-B辐射可以破坏多种真菌组织，抑制小麦壳针孢菌、稻瘟病菌等的活性[11-12]；拟南芥接种丁香假单胞菌(Pseudomonassyringae)后，光敏色素信号途径、水杨酸的感知、超敏反应的发生及植物系统抗病性的建立之间存在相互作用[13]。但有关光质对蕹菜白锈病发生的影响鲜见报道。因此，本研究分析了不同光质处理下蕹菜白锈病的发病情况，并探讨苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonia lyase, PAL)活性与发病率的相关性，以期为防治雍菜白锈病提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料及光源

试验于2019年5月在福建农林大学园艺学院设施温室内进行，以市售蕹菜为材料。LED光源购于惠州可道科技股份有限公司，灯板安装在自制的培养箱上，距材料高约50 cm，各光质光强均为140 μmol·m-2·s-1，光周期12 h，控制日间、夜间温度分别为30、25 ℃。营养液采用华南农大叶菜类B配方[14]，pH值为7.0，EC值为1.0～1.2之间。

1.2 试验处理及病害调查

采用水培的方式，在50 ℃下浸种10 h，用恒温震荡箱催芽2 d后，播种在珍珠岩中。待长到一叶一心时，移栽至水培盆中，每7天更换1次营养液。待长到两叶一心时接种白锈病孢子病菌[15]，并移入温室内进行不同光质处理。病菌均采集自温室内自然发生白锈病的植株。共设4个光质处理：白光(对照，CK)、红光、绿光、蓝光。20 d后调查各处理植株白锈病发病率：发病率/%=发病株数/总株数×100。

共统计植株300株，其中CK处理90株，发病90株；红光处理63株，发病49株；绿光处理71株，发病64株；蓝光处理76株，发病51株。参考文献[16]对蕹菜白锈病进行病情分级：0级，无病症；1级，叶片正面出现淡黄色至黄色斑点，但生长正常；3级，叶片背面出现隆起白色孢斑，但生长正常；5级，孢子沿叶脉生长，且变为褐色，叶片开始轻微皱缩；7级，褐色孢子破裂，病斑密集，影响生长；9级，叶片枯黄，叶、茎出现肿胀、畸形，植株停止生长或死亡。依据病情等级统计蕹菜白锈病病情指数(disease index, DI)：

式中，No为调查总株数，Ni为各级病株数，ri为病情级数(i=1，…，9)。

1.3 酶活性的测定

1.3.1 PAL活性 PAL活性采用Solarbio公司出品的PAL活性检测试剂盒(型号：BC0210，规格：50T/48S)测定。

1.3.2 超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)活性 SOD活性参照文献[17]的方法测定。

1.4 统计与分析

采用Microsoft Excel 2013、Graphpad 8.0进行统计处理；采用SPSS 20.0进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同光质处理对蕹菜白锈病发生的影响

不同光质处理对蕹菜白锈病发生的影响不同(表1)。由表1可知，不同光质处理下蕹菜白锈病发病率依次为：CK>绿光>红光>蓝光。其中，红光、绿光和蓝光处理白锈病发病率分别为77.78%、90.14%和67.11%，比CK降低了22.22%、9.86%和32.89%。不同光质处理下白锈病病情指数依次为：CK>红光>绿光>蓝光。其中，红光、绿光和蓝光的病情指数分别比CK降低了50.49%、62.56%和71.61%，且均达极显著差异(P<0.01)。综合来看，蓝光处理下白锈病发病率和病情指数最低，且病情指数极显著小于其他处理，说明蓝光可降低蕹菜白锈病的发病率并延缓病情恶化。

表1 不同光质处理下蕹菜白锈病发病率及病情指数

1)同列数值后附不同小写字母者表示差异达0.01显著水平。

2.2 不同光质处理对蕹菜白锈病相关酶活性的影响

图1 不同光质处理下蕹菜PAL活性

2.2.1 PAL活性 PAL是植物次生代谢过程的重要指标之一，其活性与植物的抗病性密切相关[18]。(1)叶。由图1可知，蓝光处理下蕹菜叶的PAL活性显著高于其他处理，比CK提高94.41%；绿光处理下PAL活性与CK无显著性差异，而红光处理则比CK降低68.75%，差异达显著水平，说明蓝光相比其他光质更有利于蕹菜叶PAL活性的提高。(2)根。蓝光处理下蕹菜根的PAL活性与CK差异不显著，而绿光处理分别比CK、红光和蓝光处理提高了89.79%、93.69%和89.49%，达显著差异，说明绿光对蕹菜根的PAL活性影响较大，而蓝光对其影响不大。(3)茎。蕹菜茎上部PAL活性依次为：绿光>蓝光>CK>红光，其中蓝光处理PAL活性显著高于CK，但比绿光处理降低了88.37%，差异达显著水平。茎中部PAL活性依次为：CK>绿光>蓝光>红光，其中蓝光处理PAL活性分别比CK和绿光处理降低了93.19%和92.85%，差异达显著水平；而红光处理PAL活性最低，仅6.45 U·g-1。茎下部PAL活性依次为：CK>蓝光>绿光>红光，其中蓝光处理比CK降低了7.33%，比红光和绿光处理提高了97.13%和94.78%，差异均达显著水平。综合来看，绿光对蕹菜茎上部和茎中部的PAL活性影响较大；蓝光则对茎下部PAL活性影响较大。

图2 不同光质处理下蕹菜SOD活性

2.2.2 SOD活性 SOD反映了植物防御自身氧毒害的能力，其在保护细胞免受氧化损伤过程中起着重要的作用[19-20]。(1)叶。由图2可知，不同光质处理下蕹菜叶SOD活性依次为：绿光>蓝光>红光>CK。其中，蓝光处理分别比CK和红光处理提高48.52%和18.81%，差异达显著水平；绿光处理则比蓝光处理提高20.16%，差异达显著水平。(2)根。蕹菜根SOD活性依次为：绿光>蓝光>红光>CK。其中，蓝光处理分别比CK和红光处理提高53.85%和34.62%，差异达显著水平；绿光处理则比蓝光处理提高10.34%，差异达显著水平。(3)茎。蓝光处理下蕹菜茎上部、中部和下部的SOD活性均最高，分别为22.53、23.94和27.21 U·g-1，与其他处理有显著性差异。茎上部SOD活性依次为：蓝光>CK>绿光>红光，蓝光处理比CK提高29.35%，而CK则比绿光、红光处理提高23.64%、17.15%。蓝光处理下茎中部SOD活性比CK、红光处理提高64.08%、48.53%；而红光处理则分别比CK和绿光处理提高30.20%和30.54%，差异达显著水平。茎下部SOD活性依次为：蓝光>绿光>红光>CK，其中蓝光处理比CK和绿光处理提高了57.60%、42.10%。综合来看，蓝光处理更有利于提高蕹菜茎各部位SOD活性，而绿光处理则有利于促进蕹菜叶和根SOD活性的增加。

2.3 蕹菜白锈病发病率与PAL活性相关性分析

表2 蕹菜白锈病发病率与PAL活性的相关性

经计算，蕹菜白锈病发病率与SOD活性相关性不大，因此仅对发病率与PAL活性的相关性进行讨论(表2)。由表2可知，以相关系数(R)绝对值>0.75为阈值时[21]，蕹菜白锈病发病率与叶的PAL活性呈正相关，与茎中部的PAL活性呈负相关，但与其他部位PAL活性的相关性不大。说明叶及茎中部PAL活性的变化对白锈病发病率影响较大。

3 讨论与小结

植物受到病原菌侵染后会产生一系列的防卫反应，如活性氧的爆发、植保素的产生、病原相关蛋白的合成等[10]，而光在植物对抗病害的过程中起着重要作用。蓝光可以有效抑制病害的发生，并减轻病害发生程度。袁慧丽[22]发现，蓝光照射可降低植株根结数，提高根系的PAL活性；吴波等[23]研究表明，采用395 nm波长的光照射可抑制丝瓜枯萎病菌，且370、380和425 nm波长的光可显著缓解丝瓜枯萎病的加重。说明波长在370～425 nm范围内的部分光对植物病害的发生有一定的抵御和保护作用。

苯丙烷类代谢是植物次生代谢的一个重要途径[18]，而PAL是植物次生代谢，特别是苯丙烷途径的关键酶和限速酶，与植物的抗病性直接相关[20]。植物受到病害后，PAL活性及其次生代谢物质增加，PAL代谢转化为一系列苯丙素类化合物，如黄酮体、木质素、生物碱等[24]，这些次生产物对植物生长发育、抵御病虫害、防御紫外线及构成植物支撑系统等方面具有重要意义[25]。本研究表明，蓝光处理下蕹菜白锈病发病率和病情指数均最低，且蕹菜叶的PAL活性与白光、红光和绿光处理均存在显著性差异，说明蓝光是PAL代谢途径的重要信号因子。蓝光可抑制蕹菜白锈病的另一个原因可能是蓝光的波长更靠近紫外光，而紫外光的预处理可增强植株的抗病性[26]；UV-B辐射可以破坏多数真菌组织[10,27]。

抗氧化代谢对植株抗病也起着关键作用[28]。随着病害的发生，细胞自身发生氧化爆发，氧的自由基会对植物细胞产生严重危害，长时间将导致植株死亡。SOD活性的增强可提升植株对氧化爆发的防御能力，减轻病害的威胁[29]。本试验中绿光处理下叶片的SOD活性显著高于其他处理；蓝光处理下茎各部位SOD活性显著高于其他处理。而蕹菜白锈病的主要发病部位为叶背部。因此，抗氧化代谢途径在蕹菜抗白锈病中并未起到重要作用，这与王虹[10]探讨抗氧化代谢对黄瓜抗病性作用的结果一致，说明光质诱导抗氧化代谢途径相应活动的增加并消灭了氧的自由基，但缓解白锈病未起到关键作用。

综上所述，蓝光主要通过植物的次生代谢途径来抑制蕹菜白锈病。与其他光质相比，蓝光显著降低了白锈病的发病率，且病情指数最低，并与PAL活性相关性显著。