用于柑橘溃疡病可持续管理的新型生态友好型防御诱导剂:整合生化、生理与多变量分析

《Physiological and Molecular Plant Pathology》:Novel eco-friendly defense inducers for sustainable management of citrus canker: integrating biochemical, physiological and multivariate analyses

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月02日 来源:Physiological and Molecular Plant Pathology 3.6

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   摘要柑橘溃疡病由柑橘黄单胞菌柑橘亚种(Xanthomonas citri subsp. citri)引起,是全球影响柑橘生产最具破坏性的病害之一。当前的管理实践严重依赖铜基杀菌剂,这引发了环境问题,且往往无法提供一致的病害控制效果。因此,本研究在两年连续的半控制和田间条件下,

  

摘要

柑橘溃疡病由柑橘黄单胞菌柑橘亚种(Xanthomonas citri subsp. citri)引起,是全球影响柑橘生产最具破坏性的病害之一。当前的管理实践严重依赖铜基杀菌剂,这引发了环境问题,且往往无法提供一致的病害控制效果。因此,本研究在两年连续的半控制和田间条件下,评估了选定的诱导抗性化学品作为柑橘溃疡病可持续管理替代方案的潜力。十种诱导抗性化合物,连同作为阳性对照的水杨酸(SA)和氨基苯磺酸-S-甲基(ASM),被评估其抑制病害发展和增强宿主防御反应的能力。在测试的化学品中,β-氨基丁酸(BABA)、磷酸二氢钾和氯化钾持续降低病害发生率和病害指数,并在半控制和田间条件下表现出与 SA 和 ASM 相当的性能。处理过的植物表现出苯丙氨酸解氨酶、过氧化物酶和多酚氧化酶活性增强,以及酚类物质和叶绿素含量增加,表明防御相关生化途径的激活和生理状况的改善。相关性和主成分分析进一步揭示了防御相关性状与病害抑制之间的强关联,表明增强的宿主抗性有助于减少病害发展。总体而言,该研究表明 BABA 和氯化钾是柑橘溃疡病管理中有前途的诱导抗性剂,可能作为传统铜基杀菌剂的环境可持续替代品。这些发现为甜橙诱导抗性背后的生理和生化机制提供了新见解,并支持将诱导抗性化合物整合到可持续的柑橘病害管理计划中。

引言

柑橘溃疡病由柑橘黄单胞菌柑橘亚种(Xanthomonas citri subsp. citri)引起,是一种高传染性细菌性疾病,威胁着全球大多数商业柑橘品种 [1], [2], [3]。该病害在早熟甜橙(Citrus sinensis)中广泛存在,包括‘Hamlin’、‘Pineapple’和 Navel 类型,以及葡萄柚(Citrus × paradisi),严重限制了有利于细菌生长和传播的湿润热带和亚热带地区的盈利种植 [4], [5]。铜基杀菌剂如氢氧化铜、氧化氯铜和氧化铜长期以来一直是病害管理的中心,以 7-15 天的间隔施用链霉素与氧化氯铜(0.1%)结合已显示出有效的抑制作用 [5], [6], [7]。然而,长期依赖铜已引起严重的环境和农学关注,包括铜抗性细菌菌株的发展和土壤中铜的有毒积累,对树木健康、土壤微生物群和生态系统质量产生负面影响 [8], [9]。链霉素和铜抗性X. citri subsp. citri菌株的出现进一步降低了传统化学控制的可靠性,而对抗生素耐药性的担忧导致欧洲对链霉素实施监管禁令 [10], [11], [12], [13]。日益增加的病害发生率和不断上升的管理成本强调了对有效、经济且可持续替代方案的需求 [14]。
这些挑战增加了对减少铜依赖策略的兴趣,特别是基于诱导植物防御途径的方法。增强植物免疫力的非生物激发子代表了可持续病害管理的有前途的途径,并已证明对作物如拟南芥(Arabidopsis thaliana)、油菜(Brassica napus)、辣椒(Capsicum annuum)、鹰嘴豆(Cicer arietinum)、黄瓜(Cucumis sativus)、烟草(Nicotiana tabacum)、水稻(Oryza sativa)和番茄(Solanum lycopersicum)中的细菌病原体有效 [15], [16], [17]。诱导抗性提供持久、广谱的保护,即使在缺乏病原体的情况下,也可以通过外源化学诱导剂诱导 [18], [19], [20], [21]。氨基苯磺酸-S-甲基(ASM),SA 的功能类似物,在柑橘中已被广泛研究;然而,田间应用通常涉及与传统农药的交替或组合,这可能仍然促进抗性细菌种群的选择 [10], [12], [22], [23], [24], [25]。
植物防御诱导剂激活宿主免疫,并提供铜基杀菌剂的环境友好替代方案 [17], [24], [26]。在木村 - 斯库格(MS)培养基中外源应用钾(K)、钙(Ca)和氮(N)降低了香蕉对香蕉黄单胞菌(Xanthomonas campestris pv. musacearum)的易感性 [27]。矿物元素通过调节氧化还原酶活性、根际微生物群、土壤养分有效性、pH 值、木质素沉积和植物抗毒素生物合成,在增强植物健康和植物保护方面发挥直接作用 [28]。尽管水杨酸(SA)和氨基苯磺酸-S-甲基(ASM)已被广泛研究作为针对多种植物病原体的抗性诱导剂,但关于在印度条件下不同的化学和生化激发子对抗柑橘溃疡病的比较功效的信息仍然有限。此外,诸如β-氨基丁酸(BABA)、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)、氨基酸(精氨酸、蛋氨酸和鸟氨酸)以及基于磷酸盐和钾的盐等化合物,尽管据报道能在其他宿主 - 病原体系统中激活植物防御机制,但在柑橘溃疡病管理中受到的关注相对较少。有效部署诱导抗性化合物不仅需要病害抑制,还需要理解支撑诱导抗性的生理和生化机制。如果没有这样的比较信息,识别在田间条件下提供一致保护的化合物仍然很困难,同时提供环境可持续和经济可行的铜依赖病害管理替代方案。此外,对化学性质不同的激发子的比较评估可能提供见解,说明不同的防御信号通路如何促成对抗X. citri subsp. citri的抗性,从而支持基于机制的病害管理策略的开发。因此,本研究的进行基于以下前提:具有不同作用机制的诱导抗性化合物在激活宿主防御反应和抑制柑橘溃疡病发展方面可能存在差异。通过系统比较成熟的诱导剂(SA 和 ASM)与较少探索的生物化学激发子和矿物盐在半控制和田间条件下的表现,本研究旨在识别柑橘溃疡病管理的有效替代方案,同时阐明它们在甜橙(C. sinensis)中的生理和生化作用机制。假设属于不同化学类别的抗性诱导剂在刺激防御相关生化途径和增强对柑橘溃疡病抗性方面的能力会有所不同。因此,本研究的目标是:评估选定的诱导抗性化合物在半控制和田间条件下对抗柑橘溃疡病的功效;调查它们对关键生理和生化防御标志物的影响;并识别传统抗性诱导剂的可替代方案,用于柑橘溃疡病的可持续管理。

章节摘要

病原菌分离物的收集

病原菌分离物是从自然感染并表现出典型柑橘溃疡病症状的柑橘叶片中分离得到的,这些叶片收集自奈里哈米布尔(H.P.)园艺与森林学院甜橙苗圃(31.69° N, 76.46° E)。该分离物在实验室条件下纯化并保存,并通过在健康甜橙(Citrus sinensis)幼苗上人工接种,遵循柯赫氏法则确认了其致病性。

抗性诱导剂浓度的选择

诱导抗性的浓度

半控制条件下评估诱导抗性化学品对抗柑橘细菌性溃疡病的效果

十种非生物诱导抗性化学品,连同两个阳性和两个阴性对照,在甜橙幼苗上以三种浓度评估了其对细菌性溃疡病的影响。化学品在病原菌接种前 24 小时施用,记录病害发生率和病害指数百分比(PDI),并计算相应的减少量(表 1,图 1)。
病害发生率随着所有浓度的增加而显著降低

讨论

施用诱导抗性化学品后柑橘溃疡病发生率和严重程度的显著降低表明处理过的植物中防御反应的激活。这些反应是诱导抗性的特征,这是一种先天防御机制,可以在缺乏病原体的情况下由化学激发子触发 [18]。诱导抗性化学品刺激植物抗毒素产生、活性氧(ROS)生成、胼胝质沉积、细胞壁

结论

本研究证明诱导抗性化学品可以在半控制和田间条件下有效抑制甜橙中柑橘溃疡病的发展。在评估的化合物中,氯化钾、磷酸二氢钾和β-氨基丁酸持续降低病害发生率和严重程度,并表现出与成熟的抗性诱导剂水杨酸和氨基苯磺酸-S-甲基相当的性能。在处理过的植物中观察到的增强病害抗性

CRediT 作者贡献声明

Monica Sharma: 可视化、方法论、概念化。 Amit Sharma: 软件、数据管理。 Sanjeev Kumar Banyal: 资源、调查。 Dinesh Kumar: 写作 - 审查与编辑,写作 - 初稿,方法论,调查

伦理声明

本研究涉及使用微生物和/或植物病原体的实验室实验,不包含人类或动物受试者。所有实验程序均按照机构生物安全法规和全国指南进行。因此不需要伦理批准。

利益冲突

作者声明他们没有利益冲突。

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可根据要求从通讯作者处获得。由于隐私或伦理限制,数据不公开。在本次研究过程中生成或分析的额外数据集可根据合理请求从通讯作者处获得。

资助声明

这项工作得到了科技部,BT/PR39208/FCB/125/92/2020 的支持。

竞争利益声明

? 作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系,可能看似影响了本论文报告的工作。
Dinesh Kumar|Amit Sharma|Monica Sharma|Sanjeev K. Banyal
植物病理学系
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