镁营养对黄瓜枯萎病影响机制研究开题报告

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1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

镁(mg)是最重要的营养物质之一，对植物生长发育起至关重要的作用。镁是植物细胞中重要的二价阳离子，是叶绿素的中心离子，还是很多酶的活化剂，参与能量代谢，对提高作物产量具有非常重要的作用（王丹等，2015；beale等，1995）。缺mg时患枯萎病黄瓜植物体内响应机制一个迫切需要解决的问题。本实验通过研究缺mg时尖孢镰刀菌侵染的黄瓜植株的表型和生理变化、以及mg2 在植物次生代谢中的作用等方面进行研究，研究防治方法在防治过程中的机理，寻找黄瓜枯萎病发生的机理，对症下药，对于降低黄瓜枯萎病，提高黄瓜的产量具有十分重大的意义。镁是植物和微生物必需的矿物元素，对疾病有直接和间接的影响。营养平衡对于抗病性的表达至关重要，因为营养是受植物遗传和环境影响的微妙平衡相互依赖系统的一部分。由于这些相互关联的过程，镁的缺乏或过量会影响多种生理功能。研究范围镁缺乏或过量对植物疾病的直接影响的报道比许多元素少，因为镁参与了广泛的一般生理功能，因此涉及防御、毒力或发病机制的个体活动不容易被表征。在不同的环境条件下，镁对其他矿物质的补充或拮抗能力会导致不同的疾病反应。当有足够的镁时，枯萎病病原体往往不那么严重，而镁增加了组织对枯萎病的抵抗力。

与其他营养素相比，mg与疾病的相互作用方面的研究较少。

探究mg营养在防治枯萎病中的作用机制对于降低黄瓜枯萎病，提高黄瓜的产量具有十分重大的意义。mg可能在病原菌侵入和定植植物韧皮部组织的方式中产生影响(nome et al. 2009)。mg可以通过增加组织对细菌软腐病原体的溶胶酶降解的抵抗力这种机制抗病。由于镁是植物结构组织的组成部分，参与许多生理功能和生化过程，因此其中一些过程可能是通过多种途径对植物体的健康产生影响。从结构上看，镁是中间薄片的组成部分，也是叶绿素分子的组成部分。它也与植物生长、活性有丝分裂、高蛋白水平、碳水化合物代谢和氧化磷酸化有关。它参与能量转移反应、呼吸、dna和rna的形成，并作为许多酶的辅助因子(marschner等，2011)。所有这些过程都受到植物病害的影响，并与植物对病害的反应有关(horsfall和cowling, 1978，1980)。植物生长过程中镁的缺乏会降低中间薄片的结构完整性，降低防御功能和病原体代谢产物失活所必需的能量的产生。mg是叶绿素分子的组成部分或各种生理过程的辅助因子。因此，产生对感染的物理和化学反应需要光合作用(horsfall和cowling 1980)的能量，这依赖于mg的供应充足。mg在韧皮部中决定着基础性作用光合作用的产物的产生,因此mg的缺乏可能导致过多的糖、淀粉和氨基酸积累,叶绿素分解，活性氧(ros)积累，合作用固定co2的障碍(cakmak等，2008;hermans 等， 2005)。钙离子的竞争能够导致钙质土壤中镁的缺乏。这些限制镁含量的条件有利于各种疾病(huber等，1978, 1991)和一些严重的植物疾病，如花叶病毒。

2. 研究的基本内容和问题

通过水培实验，确定缺mg胁迫对黄瓜生长及枯萎病发生的影响，分析缺mg胁迫如何影响黄瓜生长和发病的生理生化过程。

1：确定不同mg营养条件处理对黄瓜枯萎病发病率的影响作用；

2：研究不同mg营养处理条件下不同部位（根，茎，叶）病原菌数量变化，分析不同部位物质差异与病原菌的关系；

3. 研究的方法与方案

黄瓜植株材料与培养方法：黄瓜品种采用津春4号，黄瓜种子在温水中浸泡2~3个小时，置于温室中，泡掉种子表面的有毒物质，提高发芽率，后置于大培养皿中黑暗状态进行催芽24h，培养皿中保持水分温度湿度充足，挑选长势基本一致的种子，播种于含有石英砂的育苗盘内，每天予以适当的水分及光照条件，待第一片真叶完全展开时，挑选地上部地下部尽量一致且生长较壮的苗，将其移入1000ml的塑料杯内，每个杯子种植一棵。先用1/4浓度的hoagland营养液缓苗3天，后换成1/2浓度的hoagland营养液培养，hoagland营养液配方为：2.5 mmol l-1（nh4）2so4 或 ca（no3）2，2.5 mmol l-1 k2so4，1.0 mmol l-1 kh2po4，2.0 mmol l-1 mgso47h20，35.8 μmol l-1 fe-edta，57.8 μmol l-1 h3bo3，11.4 μmol l-1 mncl2，0.96 μmol l-1 znso4，0.4 μmol l-1 cuso4，0.48 μmol l-1 h2moo4。维持营养液中的ph在6.80±0.20，为黄瓜生长提供最适宜的ph环境，营养液每3天更换一次。

植株材料接菌和毒素处理方法：待黄瓜幼苗长至三片真叶时，用一定浓度的病原菌进行浸根处理2小时，然后移入1/2浓度的hoagland营养液培养继续培养，于不同的时间点采样，直至植株发病萎蔫。

病原菌的培养与接菌方法：病原菌为尖孢镰刀菌黄瓜专化型菌（foc，fusarium oxysporum f.sp. cucumerinum），来自于南京农业大学植物营养系菌种保藏室。将foc病原菌在超净台无菌环境下接种到pda培养基上，在28℃的真菌培养箱中恒温培养7 d左右，待菌丝长满整个平板后，划取1/4平板置于灭好菌的foc产孢培养基中，将产孢培养基放置在28℃，170rpm的摇床上摇7d。通过4层纱布过滤，制得孢子悬浮液。接菌时，将黄瓜根系先浸在浓度为107个孢子/ml的孢子悬液中2h，其后再将黄瓜植株转移到上述的塑料杯中进行培养。fa浓度通过梯度筛选，终浓度为2 mg l^-1。待黄瓜幼苗长至三片真叶时，用含有2 mg l^-1的毒素的hoagland营养液继续培养，于不同的时间点采样。

4. 研究创新点

在中国，黄瓜很少施用镁肥。黄瓜枯萎病严重影响着黄瓜的产量和品质，造成经济极大损失。镁(Mg)是最重要的营养物质之一，参与许多酶的活性和组织的结构稳定，但近几十年来，植物学家和农业学家忽视了镁作为一种重要的营养物质离子的重要性，没有将植物中镁的缺乏视为严重的健康问题。

镁(Mg)是最重要的营养物质之一，已有报道表明Mg对病害有影响，但在黄瓜枯萎病中的研究很少。本项目主要研究不同浓度的镁元素对患枯萎病黄瓜植株病原菌数量以及毒素产生和物质代谢的影响，从而得到镁元素影响黄瓜抗病的生理机制，这在国内外尚未见报导。探究Mg营养在防治枯萎病中的作用机制对于降低黄瓜枯萎病，提高黄瓜的产量具有十分重大的意义。

5. 研究计划与进展

2018.12.20-2019.03.31：确定不同mg营养条件处理对黄瓜枯萎病发病率的影响，完成不同mg营养处理条件下不同部位（根，茎，叶）病原菌数量变化实验；完成不同mg营养处理条件下黄瓜植株对病原菌毒素fa的响应实验。

2019.04.01-2019.04.15完成数据统计与分析，阐明不同部位物质差异与病原菌的关系；通过研究fa的吸收以及分配，进一步阐明fa与植株抗病之间的关系。

2019.04.15-2019.05.08总结课题，完成论文撰写，并经由老师审阅修改。