中国农业科学 ›› 2025, Vol. 58 ›› Issue (11): 2145-2161.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2025.11.006
赵守帅(), 都梦翔, 郭思宇, 张烁, 赵宏伟, 赵长江(
)
收稿日期:
2025-01-15
接受日期:
2025-02-22
出版日期:
2025-06-01
发布日期:
2025-06-09
通信作者:
联系方式:
赵守帅,E-mail:2753638862@qq.com。
基金资助:
ZHAO ShouShuai(), DU MengXiang, GUO SiYu, ZHANG Shuo, ZHAO HongWei, ZHAO ChangJiang(
)
Received:
2025-01-15
Accepted:
2025-02-22
Published:
2025-06-01
Online:
2025-06-09
摘要:
【背景】 由立枯丝核菌(Rhizoctonia solani)引起的水稻纹枯病在世界各稻区常年普遍发生,因抗性品种严重缺乏,给水稻绿色生态种植带来巨大挑战。【目的】 揭示外源钙调物处理对水稻抗病的调节作用及其调控机制。【方法】 四叶一心期籼稻和粳稻幼苗喷施5 mmol·L-1钙调物150 mL,共喷施两次,每24 h喷施一次,在首次喷施48 h后采用牙签嵌入法在水稻第2、3叶片叶鞘接种立枯丝核菌,取同一部位叶片进行活性氧相关指标、光合色素含量测定及内生细菌分析。【结果】 加钙(CaCl2和Ca(NO3)2)处理增强供试水稻的抗病性,减钙(螯合剂EGTA)处理削弱水稻的抗病性。对各处理水稻植株钙含量分析发现,与空白对照相比,加钙处理提升植株钙含量,减钙处理降低植株钙含量;病原菌接种导致体内钙含量较相应对照处理均降低。加钙处理使水稻幼苗活性氧(
赵守帅, 都梦翔, 郭思宇, 张烁, 赵宏伟, 赵长江. 钙调节活性氧和内生细菌增强水稻对纹枯病抗性[J]. 中国农业科学, 2025, 58(11): 2145-2161.
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表1
实时荧光定量PCR特异性引物"
引物(基因号) Primer (Gene ID) | 引物序列 Primer sequence (5′-3′) |
---|---|
OsCAT2-F (LOC_Os06g51150) | GCACAGTTTGACAGGGAG |
OsCAT2-R (LOC_Os06g51150) | GGTCTGAACACCAGGAGC |
OsCNGC9-F (LOC_Os09g38580) | ACTCATGGTGGCCAGAAGAA |
OsCNGC9-R (LOC_Os09g38580) | TGCATTTGAGCAATGGCACT |
OsAnn8-F (LOC_Os09g20330) | CGATGTGCGACGCCAAGAC |
OsAnn8-R (LOC_Os09g20330) | TCGCCGTCCTTCCTCTTCAG |
OsMCA1-F (LOC_Os03g06120) | TTGATGTGTTGTTGCTGTGCG |
OsMCA1-R (LOC_Os03g06120) | ACTGAAATGAGGGTGGGCTAATC |
OsActin-F (LOC_Os10g36650) | CATGCTATCCCTCGTCTCGACCT |
OsActin-R (LOC_Os10g36650) | GCACTTCATGATGGAGTTGTAT |
表3
钙处理对接菌水稻活性氧相关指标的影响"
测定指标 Measurement indicator | 处理 Treatment | 晶两优Jingliangyou | 垦粳Kenjing | ||
---|---|---|---|---|---|
BRS | ARS | BRS | ARS | ||
| Con | 0.80±0.02c | 1.55±0.02b** | 0.22±0.01c | 0.51±0.02b** |
CaCl2 | 0.94±0.04b | 1.21±0.01c** | 0.27±0.01b | 0.33±0.02d | |
Ca(NO3)2 | 1.02±0.03b | 1.26±0.01c** | 0.29±0.01b | 0.42±0.02c** | |
EGTA | 1.31±0.01a | 1.67±0.06a** | 0.43±0.03a | 0.82±0.04a** | |
H2O2含量 H2O2 content (mmol·g-1 FW) | Con | 0.74±0.01b | 1.25±0.02b** | 0.58±0.02c | 1.25±0.01b** |
CaCl2 | 0.77±0.01b | 0.88±0.01d** | 0.66±0.02b | 0.86±0.02d** | |
Ca(NO3)2 | 0.77±0.01b | 0.96±0.01c** | 0.70±0.01b | 0.94±0.02c** | |
EGTA | 0.86±0.02a | 1.61±0.02a** | 1.04±0.03a | 1.43±0.02a** | |
电解质渗透率 Electrolyte leakage rate (%) | Con | 6.20±0.18b | 12.15±0.18a** | 3.88±0.19b | 5.68±0.24b** |
CaCl2 | 5.40±0.10c | 7.61±0.12c** | 3.02±0.16c | 3.66±0.13d | |
Ca(NO3)2 | 5.28±0.15c | 10.18±0.11b** | 3.52±0.19bc | 4.41±0.20c | |
EGTA | 7.99±0.22a | 11.69±0.15a** | 4.57±0.19a | 8.60±0.22a** | |
MDA含量 MDA content (µmol·g-1 FW) | Con | 0.0091±0.0002b | 0.0137±0.0001b** | 0.0060±0.0001b | 0.0090±0.0001b** |
CaCl2 | 0.0089±0.0001b | 0.0119±0.0002c** | 0.0047±0.0001c | 0.0056±0.0002d** | |
Ca(NO3)2 | 0.0093±0.0002b | 0.0118±0.0002c** | 0.0060±0.0001b | 0.0069±0.0002c** | |
EGTA | 0.0121±0.0002a | 0.0161±0.0001a** | 0.0091±0.0001a | 0.0113±0.0002a** |
表4
钙处理对接菌水稻体内钙含量及抗氧化酶活性的影响"
测定指标 Measurement indicator | 处理 Treatment | 晶两优Jingliangyou | 垦粳Kenjing | ||
---|---|---|---|---|---|
BRS | ARS | BRS | ARS | ||
Ca含量 Ca content (μg·g-1) | Con | 218.51±7.93b | 113.55±5.43b** | 92.89±6.35c | 66.99±3.60b |
CaCl2 | 242.76±8.96a | 143.31±10.88a** | 102.53±10.66b | 86.28±2.63a | |
Ca(NO3)2 | 233.67±9.17a | 136.14±8.02ab** | 124.30±6.04a | 72.50±4.54b** | |
EGTA | 189.31±8.84c | 160.11±7.90a | 86.00±7.57d | 71.68±4.51b | |
SOD活性 SOD activity (U·g-1 FW) | Con | 108.80±1.37c | 142.69±1.52c** | 140.37±0.93b | 166.67±1.26b** |
CaCl2 | 146.07±0.90a | 172.83±0.91a** | 140.89±0.55b | 174.28±1.70a** | |
Ca(NO3)2 | 149.17±1.02a | 169.86±0.26a** | 146.19±1.54a | 174.02±0.68a** | |
EGTA | 125.88±1.92b | 163.17±1.10b** | 136.29±0.63c | 131.60±1.99c | |
POD活性 POD activity (U·mg-1 FW) | Con | 24.58±0.18c | 26.94±0.29b** | 26.46±0.26c | 30.13±0.48c** |
CaCl2 | 27.91±0.36b | 30.76±0.41a** | 31.29±0.13a | 34.57±0.30a** | |
Ca(NO3)2 | 29.10±0.20a | 30.16±0.64a | 28.50±0.03b | 32.07±0.28b** | |
EGTA | 22.98±0.20d | 26.38±0.44b** | 25.67±0.07d | 30.88±0.15c** | |
CAT活性 CAT activity (U·g-1 FW) | Con | 28.89±2.22b | 46.67±3.33b | 28.89±2.22b | 71.11±2.22b** |
CaCl2 | 42.22±2.22a | 93.33±3.85a** | 55.56±2.22a | 100.00±3.85a** | |
Ca(NO3)2 | 37.78±2.22a | 80.00±3.85a** | 55.56±2.22a | 95.56±2.22a** | |
EGTA | 22.22±2.22b | 33.33±6.67b | 22.22±2.22b | 68.89±2.22b** |
表5
钙处理对接菌水稻抗坏血酸-谷胱甘肽循环系统影响"
测定指标 Measurement indicator | 处理 Treatment | 晶两优Jingliangyou | 垦粳Kenjing | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
BRS | ARS | BRS | ARS | |||||
APX活性 APX activity (U·g-1 FW) | Con | 70.00±3.21b | 84.22±2.25a** | 81.48±1.48b | 106.67±2.57c** | |||
CaCl2 | 78.89±1.92a | 88.07±1.78a | 79.26±3.70b | 144.44±4.44a** | ||||
Ca(NO3)2 | 83.33±1.92a | 89.56±1.90a | 97.78±6.67a | 133.33±2.57b** | ||||
EGTA | 55.56±1.28c | 42.22±1.28b** | 46.67±2.57c | 76.30±2.67d** | ||||
GPX活性 GPX activity (U·mg-1 FW) | Con | 1.72±0.02b | 2.20±0.01b** | 2.27±0.01c | 2.34±0.02b** | |||
CaCl2 | 1.93±0.02a | 2.38±0.002a** | 2.32±0.005b | 2.43±0.01a** | ||||
Ca(NO3)2 | 1.91±0.01a | 2.15±0.02c** | 2.36±0.02a | 2.42±0.02a | ||||
EGTA | 1.52±0.005c | 2.06±0.02d** | 2.24±0.01c | 2.29±0.01c | ||||
ASA含量 ASA content (μg·g-1 FW) | Con | 208.55±3.03a | 195.83±4.91a | 207.81±0.52a | 207.18±0.61a | |||
CaCl2 | 208.63±3.79a | 196.35±3.08a | 208.90±0.52a | 207.41±0.69a | ||||
Ca(NO3)2 | 209.28±2.61a | 196.19±3.67a | 209.33±0.6a | 208.88±0.58a | ||||
EGTA | 187.11±3.67b | 172.46±1.77b | 206.08±0.45b | 203.15±0.63b | ||||
GSH含量 GSH content (μmol·g-1 FW) | Con | 308.14±4.14c | 320.73±4.64c | 349.52±3.18ab | 370.06±3.60b | |||
CaCl2 | 330.67±4.03b | 373.08±5.78b** | 360.12±3.44a | 383.98±5.74b | ||||
Ca(NO3)2 | 351.21±5.78a | 406.21±4.64a** | 360.79±5.18a | 419.10±10.35a** | ||||
EGTA | 333.32±1.75b | 296.87±2.89d** | 338.68±3.44b | 321.27±3.60c |
表6
钙处理对晶两优基因表达的影响"
基因 Gene | 处理 Treatment | 相对表达量Relative expression level | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
BRS | ARS | |||||||
CNGC9 | Con | 1.00±0.04a | 0.71±0.05a | |||||
CaCl2 | 1.01±0.08a | 0.62±0.06a | ||||||
Ca(NO3)2 | 1.01±0.08a | 0.24±0.03b** | ||||||
EGTA | 1.03±0.19a | 0.74±0.03a | ||||||
Ann8 | Con | 1.18±0.18a | 0.18±0.02b** | |||||
CaCl2 | 1.06±0.22a | 0.69±0.13a | ||||||
Ca(NO3)2 | 1.08±0.27a | 0.08±0.01b** | ||||||
EGTA | 1.04±0.21a | 0.12±0.003b** | ||||||
MCA1 | Con | 1.00±0.07a | 0.44±0.05a* | |||||
CaCl2 | 1.05±0.21a | 0.26±0.07a** | ||||||
Ca(NO3)2 | 1.04±0.21a | 0.32±0.02a** | ||||||
EGTA | 1.00±0.05a | 0.48±0.02a* | ||||||
CAT2 | Con | 1.04±0.19a | 0.92±0.03c | |||||
CaCl2 | 1.11±0.35a | 1.83±0.20b* | ||||||
Ca(NO3)2 | 1.01±0.08a | 2.30±0.03a** | ||||||
EGTA | 1.01±0.07a | 0.58±0.03c |
表7
钙处理对接菌水稻光合色素含量的影响"
测定指标 Measurement indicator | 处理 Treatment | 晶两优Jingliangyou | 垦粳Kenjing | ||
---|---|---|---|---|---|
BRS | ARS | BRS | ARS | ||
叶绿素a+b含量 Chlorophyll a+b content (mg·g-1 FW) | Con | 4.08±0.08a | 2.99±0.09b** | 3.00±0.13b | 2.34±0.07b** |
CaCl2 | 4.15±0.11a | 3.61±0.08a** | 3.47±0.08a | 2.56±0.09b** | |
Ca(NO3)2 | 4.24±0.05a | 3.52±0.16a** | 3.02±0.09b | 2.82±0.07a | |
EGTA | 3.00±0.12b | 2.34±0.09c** | 2.47±0.11c | 1.96±0.06c** | |
类胡萝卜素含量 Carotenoid content (mg·g-1 FW) | Con | 0.32±0.01b | 0.20±0.02b** | 0.23±0.01b | 0.19±0.01a |
CaCl2 | 0.39±0.01a | 0.28±0.01a** | 0.32±0.01a | 0.20±0.01a** | |
Ca(NO3)2 | 0.36±0.01a | 0.26±0.01a** | 0.25±0.01b | 0.20±0.01a** | |
EGTA | 0.27±0.02c | 0.17±0.02b** | 0.18±0.01c | 0.15±0.003b |
图3
钙处理对接菌水稻叶片内生细菌α-多样性的影响 Ace和Chao指数代表群落丰富度,值越大,群落物种数目越大;Shannon和Simpson指数代表群落多样性,值越大,群落中的物种多样性越多The Ace and Chao indices represent community richness, with higher values indicating a greater number of species in the community. The Shannon and Simpson indices represent community diversity, with higher values indicating greater species diversity within the community。BCK、BCaCl2、BCa(NO3)2、BEGTA:分别为接菌前空白对照、CaCl2处理、Ca(NO3)2处理、EGTA处理Blank control, CaCl2 treatment, Ca(NO3)2 treatment, EGTA treatment before inoculation, respectively;ACK、ACaCl2、ACa(NO3)2、AEGTA:分别为接菌后空白对照、CaCl2处理、Ca(NO3)2处理、EGTA处理Blank control, CaCl2 treatment, Ca(NO3)2 treatment, EGTA treatment after inoculation, respectively"
图4
钙处理对接菌水稻叶片内生细菌核心菌属和群落网络稳定性的影响 A:微生物共现网络Microbial symbiotic networks。节点大小代表细菌的丰富度,不同颜色代表不同的细菌属,不同颜色的线代表不同的正负相关关系Node size represents the abundance of bacteria, different colors represent different bacterial genera, different color lines represent different positive or negative correlations。B、C:网络稳定性评估Network stability assessment。B图中纵坐标数值越高代表网络稳定性越高,C图中纵坐标数值越高代表网络受到冲击时稳定性越高The higher the number of ordinate coordinates in B figure, the higher the stability of the network, the higher the value of ordinate coordinates in C figure, the higher the stability of the network when impacted BRS、BRSCa+、BRSCa-:分别为接菌前空白对照、钙处理和EGTA处理Blank control, calcium treatment, EGTA treatment before inoculation, respectively;ARS、ARSCa+、ARSCa-:分别为接菌后空白对照、钙处理和EGTA处理Blank control, calcium treatment and EGTA treatment after inoculation, respectively。图5同The same as Fig. 5"
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