间作调控小麦抗氧化酶活性及丙二醛含量降低小麦白粉病发生率

何建杨　吴鑫雨　周懂　李海叶　刘振洋　肖靖秀

摘要：小麦蚕豆间作可以降低小麦白粉病 （Erysiphe graminis f. sp. tritici），但不同氮水平下间作提高小麦抗性的机制尚不清楚。通过盆栽试验，设置2种种植模式［单作小麦 （MW） 和小麦蚕豆间作 （IW）］和3个施氮水平［75、150、225 mg/kg （分别为N1、N2、N3）］，分别于白粉病菌接种0 h、12 h、1 d、2 d、3 d、6 d、10 d调查小麦白粉病发病率及病情指数，同时测定单间作小麦叶片的过氧化物酶 （POD）、过氧化氢酶 （CAT）、超氧化物歧化酶 （SOD）活性和丙二醛 （MDA）含量。结果表明，只有种植模式、氮水平与种植模式交互作用对小麦白粉病发病率有显著影响，但随着氮水平增加，小麦白粉病发病率和病情指数也增加。在病原菌接种后3 d单间作小麦出现白粉病病斑，病原菌接种后 5～10 d，在3个氮水平下，间作分别降低小麦白粉病发病率和病情指数29%、24%、21%和23%、21% （N3水平除外）。病原菌接种后单间作小麦叶片POD、CAT和SOD活性明显提高，随后降低；病原菌接种后12 h，3个氮水平下间作叶片POD活性较单作分别提高56%、49%、29%，接种后10 d时，N2、N3水平下间作较单作分别提高31%和22%；接种1 d后，N1、N2下间作小麦叶片的CAT活性较单作提高18%、28%；但3个氮水平下，单间作小麦叶片SOD活性未见规律性差异。在N1水平下，病原菌侵染0～2 d后，间作的MDA含量表现为间作低于单作；N2、N3水平下，0～4.5 d时间作的MDA含量低于单作。说明间作调控病原菌侵染初期小麦抗氧化酶活性及膜脂过氧化程度是提高小麦抗白粉病的机制之一。

关键词：小麦蚕豆间作；白粉病；抗氧化酶活性；丙二醛含量；发病率；病情指数

中图分类号：S435.121.4+6文献标志码：A文章编号：1002-1302（2023）11-0113-06

小麦白粉病是由专性寄生真菌Blumeria graminis f. sp. tritici引起的一种重要的真菌病害，流行年份导致小麦产量损失严重［1］，是威胁我国小麦生产的主要病害之一［2］。白粉病可在小麦的各个生长阶段侵染危害，发病严重时会导致小麦籽粒形成空粒、瘪粒，甚至腐烂，千粒质量随之下降［3］。化学防治不能满足农业绿色发展的需求［4］，因此，培育抗性品种和生物防治已成为防治小麦白粉病的主要途径［5-7］。

生物多样性是植物病害流行的天然屏障，可以持续控制作物病害的发生［8］。Boudreau等对200多组间作体系的研究发现，间作改变了田间小气候、寄主植物的形态学和生理学结构，直接抑制或者降低了病害的发生［9］。Zhang等通过meta分析也发现，不同氮水平下豆科禾本科间作可以降低作物45%的病害率，尤其在病害流行的早期，间作有效地控制了小麦锈病和白粉病的发生［10］。此外，氮素管理可以有效调节植物病害的发生［11］，尤其是专性寄生物 （白粉病菌）的侵染通常与植物氮素营养水平密切相关［12］。因此，在间作系统中，虽然间作能有效降低小麦病害和病情指数［13］，但病害也会随施氮量增加而增加［14］。但与单一种植相比，间作通常可以调控小麦体内氮、磷、钾等养分元素的吸收、累积和分配，从而降低病害的发生［15-16］。

植物体内超氧化物歧化酶 （SOD）、过氧化氢酶 （CAT）、过氧化物酶 （POD）等的活性作为植物体自我保护机制，当植物受到生物或非生物胁迫时，作物会产生大量活性氧来抑制膜脂过氧化［17］，CAT酶是清除活性氧过程中的主要抗氧化酶［18］，丙二醛 （MDA）含量的积累造成细胞及膜的伤害，可以用来对膜脂受损程度进行检测，反映细胞膜脂过氧化程度的强弱［19］。通过研究发现，在霜霉病侵染后抗病品种叶片中SOD活性与霜霉病抗性呈正相关［20］，接种炭疽病菌后，POD活性显著升高［21］，西瓜幼苗接种枯萎病病菌后幼苗根部POD、CAT活性显著增强［22］，不同抗性品种的月季受到白粉病侵染后，叶片中抗氧化酶活性增强及MDA含量也显著升高［23］。

综上所述，除了养分能够调控病害发生以外，作物体内自身的抗性物质变化也跟病害发生密切相关，大量研究证实间作能有效降低小麦病害的发生，前人从间作调控矿质营养、田间气候等角度解析了间作降低小麦病害发生的机制［15］。但在小麦蚕豆间作体系中的研究较少，所以本研究主要从小麦蚕豆间作对小麦白粉病防控的影响展开研究。探讨在间作与氮素调控下单间作小麦抗氧化酶活性及丙二醛含量对小麦白粉病病原菌侵染的响应，旨在为深入了解间作降低病害发生提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验地点与试验材料

盆栽试验于2020年9月30日开始，在云南农业大学植物营养系实验室完成，供試土壤采自云南农业大学后山农场，其基本理化性状如下：有机质含量为26.46 g/kg、全氮含量为2.89 g/kg、碱解氮含量为92 mg/kg、速效磷含量为16 mg/kg、速效钾含量为116 mg/kg、pH值为 5.7。

小麦白粉病菌菌种：混合型白粉病菌，来自四川省广泛流行的白粉病菌株，由四川省农业科学院提供；在恒温恒湿培养箱 （温度为18  ℃，湿度为60%）中连续种植小麦，到小麦三叶期接种白粉病菌进行菌种扩繁。

试验供试品种：小麦（Triticum aestivum L.）品种是由江苏省农业科学院提供的易感白粉病的扬麦15；蚕豆（Vicia faba L.）品种为玉溪大粒豆。

试验供试肥料：尿素 （含N 46.0%）、普通过磷酸钙 （含P₂O₅16.0%）、硫酸钾 （含K₂O 50.0%）。

1.2试验设计与管理

试验设计为2因素试验，因素1为种植模式，设小麦单作 （MW），小麦蚕豆间作 （IW）；因素2为3个施氮水平 （N1、N2、N3），小麦施氮量分别为75、150、225 mg/kg干土，共6个处理，每个处理3次重复，7次采样，共计126盆；盆栽试验使用230 mm×130 mm的塑料花盆。单作小麦每盆6株，分2行排列，行距为10 cm，株距为5 cm；小麦与蚕豆间作，小麦、蚕豆各种1行，行距为10 cm，小麦株距为5 cm，每盆3株，蚕豆株距10 cm，每盆2株。

盆栽试验开始前挑选颗粒饱满、大小均匀且无病虫害的小麦种子避光催芽3 d。

试验前每盆称1.5 kg土，倒入各处理称好的肥料，拌匀后转入试验花盆中，标记处理后将花盆随机摆放在培养架上；每隔2 d浇1次水，每盆浇水200 mL。

1.3病菌接种

出苗15 d后开始接种，挑选恒温恒湿培养箱中前期培养长势相同的感病小麦，取布满白粉病病斑的叶片中段5 cm，每3株试验小麦用1段感病叶片来摩擦接种。为保证分生孢子活性，剪1段接种1次，逐盆快速接种［24］。

1.4样品采集分析

小麦叶片采集：在小麦白粉菌接种后的0 h （接种前采样）、12 h、1 d、2 d、3 d、6 d和10 d时分别采集新鲜叶片，混匀后每盆叶片分装入冻存管中，管壁做标记后立即存放在-80 ℃低温冰箱中，备用。

样品分析：小麦叶片的POD、CAT、SOD活性和MDA含量分别使用SOD、POD、CAT活性和MDA含量检测试剂盒（苏州格锐思生物技術有限公司）测定［25］。

1.5小麦白粉病病害调查

于小麦白粉病病菌接种后各时期采样叶片进行调查，依据NY/T 613—2002《小麦条锈病测报调查规范》的8级严重度分级标准记载病级［26］，计算发病率和病情指数，计算公式如下：

发病率=发病叶片数/调查总叶片数×100%；

病情指数=∑（各级病叶数×该病级值）/（总叶片数×发病最重级代表数值）×100。

1.6数据处理与方差分析

数据采用Excel软件进行处理。采用SPSS 25.0软件分别对单间作条件下白粉病菌侵染对小麦发病率和病情指数进行单因素和双因素分析，对病原菌接种后小麦叶片氧化酶活性进行数据分析；用最小显著差异法 （Duncans）分析各处理的差异显著性（α=0.05）。

2结果与分析

2.1不同氮水平条件下白粉病菌侵染单间作小麦的发病率和病情指数

由表1可知，在病菌接种后不同氮水平对小麦白粉病的发病率无显著性影响，种植模式及氮水平和种植模式交互作用对小麦白粉病的发病率有显著影响，而氮水平和种植模式均对小麦白粉病的病情指数无显著性影响。但是随着氮水平的提高，小麦白粉病发病率和病情指数随之提高。

在本试验条件下，病原菌接种后3 d单间作小麦叶片出现白粉病病斑，接种后3～4 d，单间作小麦叶片DI和DSI均无明显差异。由图1可知，从接种后5 d开始，3个施氮水平下 （除了接种后9 d时的N3水平），间作显著降低了小麦白粉病的DI，N1、N2、N3水平下降幅平均分别为29%、24%和21%。

N1、N2水平下，病原菌接种后5～9 d，与单作相比，间作显著降低了小麦叶片的DSI，降幅平均为23%和21%；N3水平下，DSI在5、6、9 d间作较单作的降幅分别为23%、17%、9%。

2.2不同施氮水平下，白粉病菌侵染对单间作小麦叶片抗氧化酶活性的影响

由表2可知，SOD、POD、CAT活性及MDA含量受氮水平和种植模式的调控，但仅SOD活性受氮水平×种植模式的显著影响。

2.2.1过氧化物酶由图2可知，小麦白粉病病原菌接种后单间作小麦叶片POD活性均明显提高，病原菌接种后6 d单间作小麦叶片POD活性达到最高。在N1、N2、N3水平下，病原菌接种后12 h，间作小麦叶片酶活性较单作分别提高56%、49%、29%；但病原菌接种后1～6 d，单间作小麦叶片POD活性无显著差异（除了在N2水平下接种后 3 d）；病原菌接种后10 d，在N2、N3水平下，间作小麦叶片酶活性较单作分别提高31%、22%。

2.2.2过氧化氢酶由图3可知，小麦白粉病病原菌接种后单间作小麦叶片CAT活性均明显提高，病原菌接种后2 d单间作小麦叶片CAT活性达到最高。在N1、N2水平下，病原菌接种后1 d，间作小麦叶片CAT活性较单作分别提高18%和28%；病原菌接种后2～8 d，单间作小麦叶片CAT活性无显著差异（除了在N2水平下接种后3、6 d）；病原菌接种后10 d，在3个氮水平下，间作小麦叶片酶活性较单作均有提高，且在N2、N3水平下，分别提高26%、58%。

2.2.3超氧化物歧化酶由图4可知，小麦白粉病病原菌接种后单间作小麦叶片SOD活性均明显提高（除间作在6 d以后较低），单间作小麦叶片SOD酶活性分别在病原菌接种后2～3 d达到最高，N2、N3水平下分别在接种后1.0～2.5 d和2.5～5.0 d 时间作酶活性比单作高且分别在2 、3 d时提高37%和61%，其他时间均为单作比间作酶活性高。在3个氮水平下，接种后6 、10 d时，间作较单作酶活性分别降低50%、42%；65%、59%；38%、49%。

2.3病菌侵染对小麦叶片丙二醛含量的影响

MDA含量受到氮水平、种植模式的影响，但不受氮水平和种植模式交互作用的影响。由图5可知，小麦白粉病病原菌接种后0～2 d时N1水平和0～5 d时N2、N3水平间作的MDA含量较单作低，在N1水平下12 h间作较单作降低了24%；N2、N3水平下分别在12 h、2 d （N3水平除外）和3 d间作含量较单作降低43%、30%， 14%， 45%、19%。其他时间均为间作含量高于单作，接种后6、10 d，N3水平间作含量较单作分别提高22%、21%。

3结论与讨论

在田间试验条件下，前人研究证实了间作可以明显降低小麦锈病［16］和白粉病［4］的发生，与单作相

比间作降低了蚕豆锈病［27］和赤斑病［28］的发病率和病情指数，但随着施氮量的增加，小麦白粉病和锈病的发病率和病情指数也显著增强［29］，但间作的控病效果不受氮水平的影响。本研究与前人研究结果相同，不同氮水平下间作均可以降低小麦白粉病的发生，但在N3水平下单间作病情指数无差异。Zhang等通过meta分析表明，间作控病效果往往在病害发生前期更为突出，但在本试验条件下却发现人为接种，间作不能有效抑制病原菌的定殖，但是能缓解病害的侵染和降低病害危害程度［10］。

POD、SOD、CAT等抗氧化酶活性与抗病性呈正相关关系，是植物体内重要的活性氧清除酶［30］，主要作用是使活性氧维持在正常水平，从而防止活性氧对细胞膜的毒害［31］。POD酶是抵御病原体入侵和扩展的重要防御措施［32］。本研究中，病菌接种后0～24 h和6～10 d时，N2、N3水平下间作的POD活性高于单作，这一结果与前人研究结果一致，但笔者发现在N2和N3水平下，病害发生高峰期时，间作的POD活性很高，至于其发挥什么样的作用机制，目前还不清楚，后续还需深入探讨。SOD活性与植物体受到生物或非生物胁迫作出的抗性反应有关，主要作用是将O^-₂·歧化为H₂O₂和O2［33］，而CAT是清除植物体内H₂O₂最有效的酶［34］。CAT和SOD活性在病菌侵染后的前期迅速升高而降低植物体内H₂O₂和O^-₂·等活性氧的积累，中后期酶活性降低是由于小麦叶片中抗氧化体系功能随病害加重而降低，从而导致体内活性氧积累，加剧膜脂过氧化作用和破坏细胞膜结构，导致抵御病原菌入侵能力减弱［35］，本研究中CAT和SOD活性的状况与前人研究结果一致；有研究发现间作模式下的CAT和SOD活性高于单作，如玉米大豆间作中，间作玉米的CAT和SOD活性高于单作［36］、茄子与甜菜间作在镉 （Cd）胁迫下，间作可以提高甜菜CAT、SOD活性，降低Cd毒性［37］，本研究中CAT活性均在N1、N2水平下病原菌接种后0～2 d 和8～10 d时，间作高于单作；SOD活性分别在N2、N3水平下病原菌接种后分别在1.0～2.5 d和3～5 d时间作高于单作，说明在不同氮水平下间作调控了小麦抗氧化酶活性以抵御病害的侵染。

MDA作为膜脂过氧化的产物之一，与膜脂过氧化的程度有关［38］。研究发现，在逆境或生物胁迫下间作MDA含量低于单作，如一定范围Cu²⁺胁迫条件下，玉米豌豆间作中间作玉米的MAD含量较单作降低［17］，茄子与大蒜间作，间作大蒜MDA含量低于单作［39］。本试验条件下，3个氮水平下病原菌接种后0～3 d，间作小麦叶片MDA含量低于单作。但是在病害发生的后期 （接种后4～10 d），间作MDA含量高于单作。通常情况下MDA的含量反映植物细胞有害物质积累程度，其含量越高表示细胞膜受损程度越大［40］，本研究条件下病害侵染后期间作小麦叶片MDA含量高于单作，其具体作用机制如何尚不清楚，与病害发生的关系也有待进一步明确。

盆栽试验条件下，小麦白粉病的发生受氮水平和种植模式的影响，间作可以有效降低小麦白粉病的发病率和病情指数。3个氮水平下，白粉病病菌接种12 h后，间作提高了POD活性29%～56%，N1、N2水平下，病菌接种24 h，间作提高CAT活性18%～28%；0～48 h间作较单作降低了MDA含量。研究结果表明，小麦蚕豆间作可以有效调控小麦叶片POD和CAT活性及膜脂过氧化程度，降低小麦白粉病的发生。

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