不同LED光質對絲瓜枯萎病菌及枯萎病發(fā)生的影響

吳 波，胡廣齊，王 聰，劉厚誠，王錫巧，匡 粵，李曉冰，龍勇斌，張 榮，馮淑杰

(1.華南農業(yè)大學園藝學院，廣東 廣州 510642；2.佛山安億納米材料有限公司，廣東 佛山 528143)

不同LED光質對絲瓜枯萎病菌及枯萎病發(fā)生的影響

吳 波1，胡廣齊2，王 聰2，劉厚誠1，王錫巧1，匡 粵1，李曉冰1，龍勇斌1，張 榮1，馮淑杰1

(1.華南農業(yè)大學園藝學院，廣東 廣州 510642；2.佛山安億納米材料有限公司，廣東 佛山 528143)

為了探討光質調控病害發(fā)生的機制，我們測定了340～450 nm波段內的11種光質對絲瓜枯萎病菌(Fusarium oxysporum(Schl.)f.sp.luffae)以及枯萎病發(fā)生的影響。結果顯示，同白光處理相比，370 nm和400 nm處理能顯著抑制絲瓜枯萎菌菌落的生長，340 nm、395 nm、410 nm、440 nm、450 nm處理對菌落生長有促進作用，但促進效果不顯著；所有的供試處理對枯萎病菌的產孢都具有一定的促進作用，其中370 nm處理促進產孢的效果最明顯；375 nm、425 nm和440 nm處理對供試病菌的分生孢子萌發(fā)表現出明顯的促進作用，395 nm則表現出一定的抑制效果。經過光照預處理72 h，370 nm、380 nm和425 nm處理顯著延緩了絲瓜枯萎病害的發(fā)展，而375 nm、440 nm、450 nm則對病害的發(fā)展有一定的促進作用。

光質；絲瓜；尖孢鐮刀菌；病情指數；LED

引言

近年來，隨著設施農業(yè)的推廣和發(fā)展，蔬菜高效生產的同時，蔬菜生產規(guī)模化和種植種類單一化周年生產導致的設施內病原物積累，從而引起的連作障礙問題也日趨嚴重。人工補光是設施農業(yè)高效生產的重要保障手段[1]。光作為重要的環(huán)境因子，不僅能通過改變植物體內的光受體構象引起細胞信號傳導來參與調控植株的生長發(fā)育和逆境脅迫響應，也能作為病原真菌代謝途徑的信號，調節(jié)其代謝活動。一些對植物-病原互作的研究也表明，光質能降低栽培過程中植物病害的發(fā)生[2-4]。然而，對于光質如何影響病原菌致病性和病害發(fā)生，尤其是不同波長的光與病原菌毒力和病害發(fā)生之間的關系仍然了解的非常少。

絲瓜(Luffa acutangula (L.) Roxb.)是廣東省主要瓜類蔬菜作物之一，在廣東省各蔬菜產區(qū)均有種植?？菸∈菑V東絲瓜生產上的主要病害之一，在絲瓜整個生育期均可發(fā)病，該病害由尖鐮孢絲瓜專化型(Fusarium oxysporum (Schl.) f.sp.luffae(Kwai)Suzki et Kawai)侵染所致，屬土傳病害。選育和種植抗病品種仍是目前防治該病最有效、最經濟的措施，然而目前廣東省生產上推廣種植的絲瓜品種中以抗和中抗枯萎病品種為主[5]，且枯萎病菌會發(fā)生致病性變異，這些因素都將導致枯萎病的發(fā)生。因此，探索新的有效的防治措施抑制病菌的生長和預防病害的發(fā)生顯得尤為重要。

LED光源綠色環(huán)保、節(jié)能高效、窄光譜、體積小、響應速度快等特點使其在植物補光領域有著顯著的優(yōu)勢[6]。本研究通過探討不同LED光質對絲瓜枯萎菌的菌落生長、產孢量及孢子萌發(fā)率的影響，同時觀察不同光質下絲瓜枯萎病的發(fā)病情況，以期為了解不同光質調控病害的機理奠定基礎，也為設施農業(yè)生產上采用光物理技術防治植物病害提供科學的參考依據。

1 材料與方法

1.1 供試光源

供試光源為340～450 nm波段的11種光質，包括近紫外光(UV-A)340 nm、370 nm(9.4 nm，半高寬，下同)、375 nm(9.3 nm)、380 nm(10.6 nm)、390 nm(13.0 nm)、395 nm(12.6 nm)、400 nm(13.2 nm)，紫色可見光410 nm(17.6 nm)、425 nm(15.7 nm)、440 nm(16.8 nm)，藍色可見光450 nm(17.3 nm)和白光。其中，白光、340 nm為熒光燈，其余皆為LED燈板，以上光源均由佛山安億納米材料有限公司提供。

所有供試光源的燈板或燈管被安裝到自制的培養(yǎng)箱中。每個培養(yǎng)箱3層，配置3種光質，每個處理之間設置隔熱層，避免燈板產生的熱量對供試對象產生影響。各光質光強均調整為20 W/m2，培養(yǎng)室內室溫設定為(26±1)℃。

1.2 不同光質對絲瓜枯萎病菌的影響

將低溫保存的絲瓜枯萎病菌接在PDA培養(yǎng)基上，26 ℃黑暗培養(yǎng)7天后，用直徑為5 mm的滅菌打孔器，沿著菌落邊緣打取菌齡一致的菌餅，接種到新的PDA平板上，然后用封口膜封住培養(yǎng)皿，置于不同光質下進行培養(yǎng)，其中以白光和全黑暗處理為對照。每天交替進行12 h光照/黑暗處理，每個處理設置5次重復。

1)菌落直徑測定：將處于不同光質下的絲瓜枯萎病菌培養(yǎng)6天后，采用十字交叉法測定菌落直徑。

2)產孢量測定：培養(yǎng)14天后，將各處理的培養(yǎng)皿取出，每個培養(yǎng)皿中加入10 mL滅菌水，用毛筆輕輕刷取菌落表面，將孢子液洗出，然后用血球計數板法測定產孢量，每個重復觀察3次。

3)孢子萌發(fā)測定：取一部分洗取的孢子液，稀釋到每100×視野下30個孢子，然后取出3滴滴在載玻片上，保濕，置于26 ℃培養(yǎng)箱中黑暗培養(yǎng)，8 h后觀察孢子萌發(fā)率。在光學顯微鏡下，用100倍視野下觀察3個重復，每個重復隨機觀察3個視野。

1.3 不同光質處理對絲瓜枯萎病發(fā)生的影響

1)病害接種。供試植株絲瓜品種“雅綠二號”絲瓜。參照羅方芬等的方法[5]，略作改動，進行浸根法接種。選取健壯的2～3片真葉的絲瓜水培苗，分別將其于不同光質下預處理72 h(每天進行補光8 h)，然后倒掉原來的營養(yǎng)液，輕輕提起絲瓜苗，使其根與育苗缽分離，再將其放回，將根系浸入106/mL孢子懸浮液，浸泡24 h后倒去孢子懸浮液換回營養(yǎng)液培養(yǎng)，并放置于不同光質下，每天補光8 h。每個重復8～10 株苗。以白光下浸泡清水為陰性對照，以白光下的接菌處理為陽性對照。

2)病害調查及統計。接種后，隔天觀察記錄瓜苗病害發(fā)生情況1次，直至瓜苗充分發(fā)病后停止調查，統計病情指數(Disease index，DI)。絲瓜枯萎病病株病情分級按羅方芬等[5]描述：0 級，無病癥；1 級，胚軸或子葉出現輕微病癥，但生長正常；3 級，胚軸或子葉出現明顯壞死斑，或1 片子葉黃化，影響生長；5 級，2 片子葉黃化，或1 片子葉枯死；7 級，2 片子葉生長僵化，植株部分萎蔫或停止生長；9 級，整株萎蔫，倒伏或枯死。

式中No為調查總株數，Ni為各級病株數，ri為相對報數值，i=1，…，9。

1.4 數據處理與分析

數據結果采用Microsoft Excel 2007、SPSS Statistics 20.0進行統計處理。顯著性分析采用 LSD 檢驗，統計檢驗的顯著水平為0.05。

2 結果與分析

2.1 不同光質對絲瓜枯萎菌的影響

從菌落生長來看，與全黑暗的處理相比較，除370 nm外，其他所有供試光源都在不同程度上促進絲瓜枯萎菌的菌絲生長，以340 nm效果最顯著；與白光對照相比，370 nm、400 nm能顯著抑制培養(yǎng)基上絲瓜枯萎菌的生長，而340 nm、395 nm、410 nm、440 nm、450 nm波長對菌落生長有促進作用，但促進效果不顯著[圖1(a)]，這也表明了絲瓜枯萎菌對不同光質的耐受性不盡相同。此外，除了對菌落生長產生影響外，不同光質對于病原菌色素的產生也具有明顯的作用，所有光照處理，包括白光，都較黑暗處理產生了明顯的色素，425 nm和440 nm處理下的菌落明顯產生了較多的色素(如圖2所示)。

注①：柱形圖上的相同定母表示在P=0.05檢驗水平下無顯著差異。

從產孢量上來看，不論是同白光處理還是全黑暗處理相比較，除390 nm外，其余處理都表現出促進絲瓜枯萎病菌的產孢，340 nm、370 nm、380 nm、395 nm、410 nm、425 nm、450 nm波長促進效果顯著，其中近紫外光370 nm處理下的產孢量最大，是白光的4.3倍。黑暗處理與白光處理無顯著差異[圖1(b)]。

從孢子萌發(fā)情況來看，與全黑暗處理99.22%的萌發(fā)率相比較，所有的光源處理都不同程度地會抑制孢子萌發(fā)，但是425 nm和440 nm對孢子萌發(fā)的抑制效果不明顯；與白光處理相比，390 nm和395 nm表現出對孢子萌發(fā)有抑制效果，其中395 nm表現出顯著的抑制效果，抑制率達到66.36%，而375 nm、425 nm和440 nm則表現為明顯的促進作用，萌發(fā)率分別達80.78%、93.22%和89.89%[圖1(c)]。

圖1 不同光質對絲瓜枯萎病菌的影響①Fig.1 Effects of different light quality on Fusarium oxysporum

圖片依次為340 nm、370 nm、375 nm、380 nm、390 nm、395 nm、400 nm、410 nm、425 nm、440 nm、450 nm、白光和黑暗處理下，PDA培養(yǎng)基上絲瓜枯萎病菌的菌落性狀圖2 不同光質下絲瓜枯萎病菌的培養(yǎng)性狀Fig.2 Colony characteristics of Fusarium oxysporum in treatments of different light quality

2.2 不同光質對絲瓜枯萎病發(fā)生的影響

苗期經過光照預處理72 h后，絲瓜枯萎病的發(fā)病情況如表1所示。接種后第5天，450 nm的病情指數最高，達到20.37，375 nm、395 nm、440 nm對于病情也有一定的促進作用；370 nm、390 nm、400 nm、410 nm和425 nm表現出抑制發(fā)病的作用。接種后第9天，375 nm和450 nm處理的植株病情指數最高，分別達到40.47和46.3。370 nm病情指數最低，為7.41，此外，380 nm和425 nm也表現出一定的抑制效果，而375 nm、440 nm和450 nm則表現為明顯促進病害的發(fā)展。390 nm早期病情發(fā)展緩慢，但后期發(fā)展迅速，而395 nm則表現為后期病情發(fā)展緩慢。

3 討論

光作為感知周圍環(huán)境的信號，可以對病原菌的生長、無性繁殖、有性生殖、色素產生等行為進行調節(jié)[7]。不同光質既可刺激病原菌發(fā)育，也可抑制病原菌發(fā)育。本研究中，不同光質對絲瓜枯萎病菌的菌落生長、色素產生、產孢量以及孢子萌發(fā)有著不同的影響作用。與白光對照相比，在菌落生長上，供試光源對絲瓜枯萎病菌的促進效果并不顯著，但是370 nm和400 nm能顯著抑制培養(yǎng)基上病原菌的生長；在產孢量上，所有的供試光源處理都表現出對枯萎病菌的產孢不同程度的促進作用，其中以370 nm處理的促進效果最明顯；在孢子萌發(fā)方面，390 nm和395 nm表現出對孢子萌發(fā)有抑制效果，375 nm、425 nm和440 nm則表現為明顯的促進作用。

表1 不同光質處理下絲瓜植株枯萎病的發(fā)病情況

病原菌對紫外線輻射的響應非常敏感，往往通過改變菌落的面積、厚度或菌絲的密度，調節(jié)紫外線輻射對于菌落的穿透力[8]；病原菌孢子的產生往往也會受到紫外線輻射的調節(jié)[9]，其中，UV-A有明顯促進病原菌孢子形成的作用[10]。陳永萱在誘導稻瘟病菌產孢研究發(fā)現，在加入稻葉、玉米葉等的各種PDA培養(yǎng)基上，病菌在室內自然光下不能產生孢子或產孢量少，而經紫外線連續(xù)照射時則產生大量孢子[11]。付鳴佳和鄒崢嶸研究則發(fā)現藍光可以誘導多種真菌的形態(tài)發(fā)生和發(fā)育，包括孢子的產生和菌絲的形成[12]。本研究中，370 nm處理下的絲瓜枯萎病菌菌落面積最小，產生的色素也不明顯，但是產生了最多的分生孢子，這似乎說明了刺激產孢是絲瓜枯萎菌應答UV光脅迫的一種方式，然而340 nm處理下的病原菌菌落面積最大(但與對照無顯著差異)，卻僅產生了中等程度的孢子量，而390 nm處理下的病原菌無論從菌落直徑上，還是產孢量上都與白光處理的結果最接近。這種現象在研究光質對其它病原菌如菜心炭疽病菌，黃瓜疫霉的影響時也被發(fā)現(數據未列出)。因此，病原菌對不同光質的應答可能存在非常復雜的機制，即使在同一類型的光范圍內，不同光質對病原菌仍有著不同的調控機制。

不同光質處理不僅對病原菌產生一系列的影響，還直接影響到植物的抗病性。紫外光的預處理可以誘導植物抗病物質的產生，進而抑制隨后病害的發(fā)生[10,13]，藍光處理下的植物則更容易發(fā)生病害[3,14]。在本研究中，經過光照預處理72 h，370 nm、380 nm和425 nm顯著延緩了絲瓜枯萎病害的發(fā)展；而375 nm、440 nm、450 nm則對病害的發(fā)展有一定的促進作用。375 nm和440 nm處理下的絲瓜枯萎病菌皆是在菌落生長和產孢量上與白光對照無顯著差異，但是在孢子萌發(fā)上要優(yōu)于白光；450 nm則是在菌落生長和孢子萌發(fā)上與白光接近，而在病原菌產孢上有明顯的存進作用。這3種光質有利于絲瓜枯萎病菌的生長或繁殖，因此在一定程度上促進了病害的發(fā)展。然而，370 nm處理下的絲瓜枯萎病菌有著最小的菌落直徑，最大的產孢量，在孢子萌發(fā)上與白光不存在顯著性差異；380 nm在菌落生長和孢子萌發(fā)上與白光無顯著差異，產孢量上卻顯著高于白光；425 nm在菌落生長上與白光無顯著差異，但在產孢量和孢子萌發(fā)上顯著高于白光。這3種光質對病原菌并沒有產生不利的影響，相反380 nm和425 nm明顯利于病原菌的生長。那么，在病原菌沒有受到抑制，反而被促進的前提下，絲瓜枯萎病的病情指數明顯降低，可能預示著這3種光質誘導了植物抗病性或某些抗病物質的產生，當然這需要后續(xù)更多的實驗來證明。

[1] 楊其長，徐志剛，陳弘達，等.LED光源在現代農業(yè)的應用原理與技術進展[J].中國農業(yè)科技導報，2011，13(5)：37-43.

[2] KHANAM NN，MAKOTO U，KIHARA J，et al.Suppression of red light-induced resistance in broad beans toBotrytiscinereaby salicylic acid[J].Physiological and Molecular Plant Pathology，2005，66(1-2)：20-29.

[3] WANG H，JIANG YP,YU HJ，et al.Light quality affects incidence of powdery mildew，expression of defence-related genes and associated metabolism in cucumber plants[J].European Journal of Plant Pathology，2010，127(1):125-135.

[4] KOOK H，PARK S，JANG Y，et al. Blue LED(light-emitting diodes)-mediated growth promotion and control ofBotrytisdisease in lettuce[J].Acta Agriculturae Scandinavica Section B-soil and Plant Science，2013，63(3)：271-277.

[5] 羅方芬,何自福，虞皓，等.廣東絲瓜主要品種對枯萎病抗性的鑒定與評價[J].廣東農業(yè)科學，2009,(12)49-50.

[6] 朱雪菘，劉木清.LED 補充照明系統用于促進鐵皮石斛生長的初步研究[J].照明工程學報，2016，27(2):118-123.

[7] IDNUM A，HEITMAN J.Light controls growth and development via a conserved pathway in the fungal kingdom[J].PLoS Bio，2005，3:e95.

[8] BRAGA GUL，FLINT SD，MILLER CD，et al.Both solar UVA and UVB radiation impair conidial culturability and delay germination in the entomopathogenic fungusMetarhiziumanisopliae[J].Photochem Photobiol，2001，74(5)：734-739.

[9] RAVIV M，ANTIGNUS Y.Invited Review：UV radiation effects on pathogens and insect pests of greenhouse-grown crops[J].Photochemistry and Photobiology，2004，79：219-226.

[10] PAUL ND.Stratospheric ozone depletion，UV-B radiation and crop disease[J].Environmental Pollution，2000，108:343-355.

[11] 陳永萱.誘發(fā)稻瘟病菌(Pyriculariaoryzae)分生孢子產生的方法[J].南京農業(yè)大學學報，1983，(2)：39-43.

[12] 付鳴佳，鄒崢嶸.藍光誘導擬盤多毛孢菌分生孢子器產生和類胡蘿卜素的積累[J].食品科學，2009，(07)：118-121.

[13] GUNASEKERA TS，PAUL ND，AYRES PG.The effects of ultraviolet-B(UV-B：290-320 nm) radiation on blister bligt disease of tea(Camelliasinensis)[J].Plant Pathology，1997，46：179.

[14] YU SM，RAAMKUMAR G，LEE YH.Light quality influences the virulence and physiologial responses ofColletotricumacutatumcausing anthracnose in pepper plants[J].Journal of Applied Microbiology，2013，115(2)：509-516.

EffectsofLightQualityonFusariumOxysporumandFusariumWiltDiseaseofLoofah(LuffaAcutangula)

WU Bo1，HU Guangqi2，WANG Cong2，LIU Houcheng1，WANG Xiqiao1，KUANG Yue1，LI Xiaobing1，LONG Yongbin1，ZHANG Rong1，FENG Shujie1
(1.CollegeofHorticulure，SouthChinaAgriculturalUniversity，Guangzhou510642，China; 2.FoshanOnmillionNaniMaterialsCo.Ltd，Foshan528143，China)

To explore the mechanism of light quality regulation on disease，effects of 11 kinds of light quality(range from 340～450 nm) on Fusarium oxysporum(Schl.) f.sp.luffae and Fusarium wilt were tested.Compared with the treatment of white light，mycelia growth of F.oxysporum was inhibited in treatments of 370 nm and 400 nm，while mycelia growth was slightly promoted in treatment of 340 nm，395 nm，410 nm，440 nm and 450 nm.Sporulation of F.oxysporum was promoted in all light treatments，and that was the highest under 370 nm light treatment.There were significant effects of promoting spore germination in treatments of 375 nm，425 nm and 440 nm，while certain inhibitory effect was found in 395 nm treatment.After the light pretreatment of 72 h，the development of wilt disease slowed in treatments of 370 nm，380 nm and 425 nm，however，certain role in promoting the development of disease was found in treatments of 375 nm，440 nm and 450 nm.

light quality；loofah；Fusarium oxysporum(Schl.)f.sp.luffae；Disease index;LED

國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目(201510564111)

馮淑杰，E-mail：sjief@scau.edu.cn

TM923

A

10.3969/j.issn.1004-440X.2017.06.016