不同LED光质对丝瓜枯萎病菌及枯萎病发生的影响

2017 年 12 月第 28 卷 第 6 期照明 工 程学报ZHAOMING GONGCHENG XUEBAODec 2017Vol. 28 No. 6不同LED光质对丝瓜枯萎病菌及枯萎病发生的影响吴 波1， 胡广 齐2， 王 聪2， 刘厚 诚1， 王锡 巧1， 匡 粤1，李晓 冰1， 龙 勇 斌1， 张 荣1， 冯 淑 杰1( 1. 华南农业大学园艺学院 ， 广东 广 州 510642; 2. 佛山安亿纳米材料有限公司 ， 广东 佛山 528143)摘 要 : 为了探讨光质调控病害发生的机制 ， 我们测定了 340 450 nm 波段内的 11 种光质对丝瓜枯萎病菌( Fusarium oxysporum ( Schl ) f sp luffae) 以及枯萎病发生的影响 。结果显示 ， 同白光处理相比 ， 370 nm 和400 nm处理能显著抑制丝瓜枯萎菌菌落的生长 ， 340 nm、395 nm、410 nm、440 nm、450 nm 处理对菌落生长有促进作用 ， 但促进效果不显著 ; 所有的供试处理对枯萎病菌的产孢都具有一定的促进作用 ， 其中 370 nm 处理促进产孢的效果最明显 ; 375 nm、425 nm 和 440 nm 处理对供试病菌的分生孢子萌发表现出明显的促进作用 ， 395 nm 则表现出一定的抑制效果 。经过光照预处理 72 h， 370 nm、380 nm 和 425 nm 处理显著延缓了丝瓜枯萎病害的发展 ， 而375 nm、440 nm、450 nm 则对病害的发展有一定的促进作用 。关键词 : 光质 ; 丝瓜 ; 尖孢镰刀菌 ; 病情指数 ; LED中图分类号 : TM923 文献标识码 : A DOI: 10. 3969j. issn. 1004-440X. 2017. 06. 016Effects of Light Quality on Fusarium Oxysporum and FusariumWilt Disease of Loofah ( Luffa Acutangula)WU Bo1， HU Guangqi2， WANG Cong2， LIU Houcheng1， WANG Xiqiao1，KUANG Yue1， LI Xiaobing1， LONG Yongbin1， ZHANG ong1， FENG Shujie1( 1. College of Horticulure， South China Agricultural University， Guangzhou 510642， China;2. Foshan Onmillion Nani Materials Co Ltd， Foshan 528143， China)Abstract: To explore the mechanism of light quality regulation on disease， effects of 11 kinds of lightquality ( range from 340 450 nm) on Fusarium oxysporum ( Schl ) f sp luffae and Fusarium wilt weretested Compared with the treatment of white light， mycelia growth of F oxysporum was inhibited intreatments 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 lighttreatments， and that was the highest under 370 nm light treatment There were significant effects ofpromoting spore germination in treatments of 375 nm， 425 nm and 440 nm， while certain inhibitory effectwas found in 395 nm treatment After the light pretreatment of 72 h， the development of wilt diseaseslowed in treatments of 370 nm， 380 nm and 425 nm， however， certain role in promoting the developmentof disease was found in treatments of 375 nm， 440 nm and 450 nmKey words: light quality; loofah; Fusarium oxysporum ( Schl ) f sp luffae; Disease index; LED基金 项 目 : 国家级大学生创新创业训练计划项目 ( 201510564111)通讯作者 : 冯淑杰 ， E-mail: sjief scau. edu. cn88 照 明 工 程学报 2017 年 12 月引言近年 来 ， 随着设施农业的推广和发 展 ， 蔬菜高效生产的同时 ， 蔬菜生产规模化和种植种类单一化周年生产导致的设施内病原物积累 ， 从而引起的连作障碍问题也日趋严重 。人工补光是设施农业高效生产的重要保障手段 1。光作为重要的环境因子 ， 不仅 能 通过改变植物体内的光受体构象引起细胞信号传导来参与调控植株的生长发育和逆境胁迫响应 ， 也能作为病原真菌代谢途径的信号 ， 调节其代谢活动 。一些对植物-病原互作的研究也表明 ， 光质能降低栽培过程中植物病害的发生 2 4。然而 ， 对 于 光质如何影响病原菌致病性和病害发生 ， 尤其是不同波长的光与病原菌毒力和病害发生之间的关系仍然了解的非常少 。丝瓜 ( Luffa acutangula ( L ) oxb ) 是广东省主要瓜类蔬菜作物之一 ， 在广东省各蔬菜产区均有种植 。枯萎病是广东丝瓜生产上的主要病害之一 ，在丝瓜整个生育期均可发病 ， 该病害由尖镰孢丝瓜专化型 ( Fusarium oxysporum ( Schl ) f sp luffae( Kwai) Suzki et Kawai) 侵染所致 ， 属土传病害 。选育和种植抗病品种仍是目前防治该病最有效 、最经济的措施 ， 然而目前广东省生产上推广种植的丝瓜品种中以抗和中抗枯萎病品种为主 5， 且枯 萎 病菌会发生致病性变异 ， 这些因素都将导致枯萎病的发生 。因此 ， 探索新的有效的防治措施抑制病菌的生长和预防病害的发生显得尤为重要 。LED 光源绿色环保 、节能高效 、窄光谱 、体积小 、响应速度快等特点使其在植物补光领域有着显著的优势 6。本研究通过探讨不同 LED 光质对丝瓜枯萎菌的菌落生长 、产孢量及孢子萌发率的影响 ，同时观察不同光质下丝瓜枯萎病的发病情况 ， 以期为了解不同光质调控病害的机理奠定基础 ， 也为设施农业生产上采用光物理技术防治植物病害提供科学的参考依据 。1 材料 与 方法1. 1 供试 光 源供试光源为 340 450 nm 波段的 11 种光质 ， 包括近紫外光 ( UV-A) 340 nm、370 nm ( 9. 4 nm， 半高 宽 ， 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) ， 紫色可见光 410 nm ( 17. 6 nm) 、425 nm ( 15. 7 nm) 、440 nm ( 16. 8 nm) ， 蓝色可见光450 nm ( 17. 3 nm) 和白光 。其中 ， 白光 、340 nm 为荧光灯 ， 其余皆为 LED 灯板 ， 以上光源均由佛山安亿纳米材料有限公司提供 。所有供试光源的灯板或灯管被安装到自制的培养箱中 。每个培养箱 3 层 ， 配置 3 种光质 ， 每个处理之间设置隔热层 ， 避免灯板产生的热量对供试对象产生影响 。各光质光强均调整为 20 W/m2， 培养室内室温设定为 ( 26 1) 。1. 2 不同光质对丝瓜枯萎病菌的影响将低温保存的丝瓜枯萎病菌接在 PDA 培养基上 ， 26 黑暗培养 7 天后 ， 用直径为 5 mm 的灭菌打孔器 ， 沿着菌落边缘打取菌龄一致的菌饼 ， 接种到新的 PDA 平板上 ， 然后用封口膜封住培养皿 ， 置于不同光质下进行培养 ， 其中以白光和全黑暗处理为对照 。每天交替进行 12 h 光照 /黑暗处理 ， 每个处理设置 5 次重复 。1) 菌落直径测定 : 将处于不同光质下的丝瓜枯萎病菌培养 6 天后 ， 采用十字交叉法测定菌落直径 。2) 产孢量测定 : 培养 14 天后 ， 将各处理的培养皿取出 ， 每个培养皿中加入 10 mL 灭菌水 ， 用毛笔轻轻刷取菌落表面 ， 将孢子液洗出 ， 然后用血球计数板法测定产孢量 ， 每个重复观察 3 次 。3) 孢子萌发测定 : 取一部分洗取的孢子液 ，稀释到每 100 视野下 30 个孢子 ， 然后取出 3 滴滴在载玻片上 ， 保湿 ， 置于 26 培养箱中黑暗培养 ，8 h 后观察孢子萌发率 。在光学显微镜下 ， 用 100 倍视野下观察 3 个重复 ， 每个重复随机观察 3 个视野 。1. 3 不同光质处理对丝瓜枯萎病发生的影响1) 病害接种 。供试植株丝瓜品种 “雅绿二号 ”丝瓜 。参照罗方芬等的方法 5， 略作 改 动 ， 进行浸根法接种 。选取健壮的 2 3 片真叶的丝瓜水培苗 ，分别将其于不同光质下预处理 72 h ( 每天进行补光8 h) ， 然后倒掉原来的营养液 ， 轻轻提起丝瓜苗 ，使其根与育苗钵分离 ， 再将其放回 ， 将根系浸入106/mL 孢子 悬 浮液 ， 浸泡 24 h 后倒去孢子悬浮液换回营养液培养 ， 并放置于不同光质下 ， 每天补光8 h。每个重复 8 10 株苗 。以白光下浸泡清水为阴性对照 ， 以白光下的接菌处理为阳性对照 。2) 病害调查及统计 。接种后 ， 隔天观察记录第 28 卷 第 6 期 吴 波 等 : 不同 LED 光质对丝瓜枯萎病菌及枯萎病发生的影响 89瓜苗病害发生情 况 1 次 ， 直至瓜苗充分发病后停止调 查 ， 统计病情指数 ( Disease index， DI) 。丝瓜枯萎病株病情分级按罗方芬等 5描述 : 0 级 ， 无 病症 ; 1 级 ， 胚 轴或子叶出现轻微病症 ， 但生长正常 ;3 级 ， 胚轴或子叶出现明显坏死斑 ， 或 1 片子叶黄化 ， 影响生长 ; 5 级 ， 2 片子叶黄化 ， 或 1 片子叶枯死 ; 7 级 ， 2 片子叶生长僵化 ， 植株部分萎蔫或停止生长 ; 9 级 ， 整株萎蔫 ， 倒伏或枯死 。DI =( Ni ri)No 9 100% ( 1)式中 No为调查 总株数 ， Ni为各级 病株数 ， ri为相对报 数值 ， i =1， ， 9。1. 4 数据处理与分析数 据 结 果 采 用 Microsoft Excel 2007、SPSSStatistics 20. 0 进行统计处理 。显著性分析采用 LSD检验 ， 统计检验的显著水平为 0. 05。2 结果 与 分析2. 1 不同光质对丝瓜枯萎菌的影响从 菌 落 生长来看 ， 与全黑暗的处理相比较 ， 除370 nm 外 ， 其他所有供试光源都在不同程度上促进丝瓜枯萎菌的菌丝生长 ， 以 340 nm 效果最显著 ; 与白光对照相比 ， 370 nm、400 nm 能显著抑制培养基上丝瓜枯萎菌的生长 ， 而 340 nm、395 nm、410 nm、440 nm、450 nm 波长对菌落生长有促进作用 ， 但促进效果不显著 图 1 ( a) ， 这也表明了丝瓜枯萎菌对不 同光质的耐受性不尽相同 。此外 ， 除了对菌落生长产 生影响外 ， 不同光质对于病原菌色素的产生也具有明显的作用 ， 所有光照处理 ， 包括白光 ， 都较黑暗处理产生了明显的色素 ， 425 nm 和 440 nm 处理下的菌落明显产生了较多的色素 ( 如图 2 所示 ) 。注 : 柱形图上的相同定母表示在 P =0. 05 检验水平下无显著差异 。从产 孢 量上来看 ， 不论是同白光处理还是全黑暗处理相比较 ， 除 390 nm 外 ， 其余处理都表现出促进丝瓜枯萎病菌的产孢 ， 340 nm、370 nm、380 nm、395 nm、410 nm、425 nm、450 nm 波长促进效果显著 ， 其中近紫外光 370 nm 处理下的产孢量最大 ， 是白光的 4. 3 倍 。黑暗处理与白光处理无显著差异 图 1 ( b) 。从孢子萌发情况来看 ， 与全黑暗处理 99. 22% 的萌发率相比较 ， 所有的光源处理都不同程度地会抑制孢子萌发 ， 但是 425 nm 和 440 nm 对孢子萌发的抑制效果不明显 ; 与白光处理相比 ， 390 nm 和 395 nm 表现出对孢子萌发有抑制效果 ， 其中 395 nm 表现出显著的抑制效果 ， 抑制率达到 66. 36%， 而 375 nm、425 nm 和 440 nm 则表现为明显的促进作用 ， 萌发率分别达 80. 78%、93. 22%和 89. 89% 图 1 ( c) 。图 1 不同光质 对丝瓜枯萎病菌的影响Fig. 1 Effects of different light quality on Fusarium oxysporum2. 2 不同光质对丝瓜枯萎病发生的影响苗 期 经 过光照预处理 72 h 后 ， 丝瓜枯萎病的发病情况如表 1 所示 。接种后第 5 天 ， 450 nm 的病情指数最高 ， 达到 20. 37，375 nm 、395 nm、440 nm对于病情也有一定的促进作用 ; 370 nm、390 nm、400 nm、410 nm 和 425 nm 表现出抑制发病的作用 。90 照 明 工 程学报 2017 年 12 月图片依 次为 340 nm、370 nm、375 nm、380 nm、390 nm、395 nm、400 nm、410 nm、425 nm、440 nm、450 nm、白光和黑暗处理下 ， PDA 培养基上丝瓜枯萎病菌的菌落性状图 2 不同光质下丝瓜枯萎病菌的培养性状Fig. 2 Colony characteristics of Fusarium oxysporum intreatments of different light quality接种 后 第 9 天 ， 375 nm 和 450 nm 处理的植株病情指数最高 ， 分别达到 40. 47 和 46. 3。370 nm 病情指数最低 ， 为 7. 41， 此外 ，380 nm 和 425 nm 也表现出一定的抑制效果 ， 而 375 nm、440 nm 和 450 nm则表现为明显促进病害的发展 。390 nm 早期病情发展缓慢 ， 但后期发展迅速 ， 而 395 nm 则表现为后期病情发展缓慢 。3 讨论光作为感知周围环境的信号 ， 可 以 对病原菌的生长 、无性繁殖 、有性生殖 、色素产生等行为进行调节 7。不同光质既可刺激病原菌发育 ， 也可 抑 制病原菌发育 。本研究中 ， 不同光质对丝瓜枯萎病菌的菌落生长 、色素产生 、产孢量以及孢子萌发有着不同的影响作用 。与白光对照相比 ， 在菌落生长上 ， 供试光源对丝瓜枯萎病菌的促进效果并不显著 ， 但是 370 nm和 400 nm 能显著抑制培养基上病原菌的生长 ; 在产孢量上 ， 所有的供试光源处理都表现出对枯萎病菌的产孢不同程度的促进作用 ， 其中以 370 nm 处理的促进效果最明显 ; 在孢子萌发方面 ， 390 nm 和 395 nm表现出对孢子萌发有抑制效果 ， 375 nm、425 nm 和440 nm 则表现为明显的促进作用 。表 1 不同光质处理下丝瓜植株枯萎病的发病情况Table 1 Disease index of loofah Fusarium wilt in treatments of different light quality处理 /nm 340 370 375 380 390 395 400 410 425 440 450 白光病情指数 ( 5 天 ) 7. 41 1. 85 11. 11 7. 41 3. 7 14. 81 1. 85 5. 56 3. 7 15. 29 20. 37 7. 41病情指数 ( 9 天 ) 16. 67 7. 41 40. 74 9. 26 31. 48 16. 67 16. 67 22. 22 11. 11 35. 19 46. 3 25. 93病原菌对紫外线辐射的响应非常敏 感 ， 往 往通过改变菌落的面积 、厚度或菌丝的密度 ， 调节紫外线辐射对于菌落的穿透力 8; 病原菌孢子的产生 往 往也会受到紫外线辐射的调节 9， 其中 ， UV-A 有明显促进病原菌孢子形成的作用 10。陈永萱在诱导稻瘟病菌产 孢 研究发现 ， 在加入稻叶 、玉米叶等的各种 PDA培养基上 ， 病菌在室内自然光下不能产生孢子或产孢量少 ， 而经紫外线连续照射时则产生大量孢子 11。付 鸣佳和邹峥嵘研究则发现蓝光 可以诱导多种真菌的形态发生和发育 ， 包 括孢子的产生和菌丝的形成 12。本研 究 中 ， 370 nm 处理下的丝瓜枯萎病菌菌落面积最小 ， 产生的色素也不明显 ， 但是产生了最多的分生孢子 ， 这似乎说明了刺激产孢是丝瓜枯萎菌应答 UV光胁迫的一种方式 ， 然而 340 nm处理下的病原菌菌落面积最大 ( 但与对照无显著差异 ) ， 却仅产生了中等程度的孢子量 ， 而 390 nm处理下的病原菌无论从菌落直径上 ， 还是产孢量上都与白光处理的结果最接近 。这种现象在研究光质对其它病原菌如菜心炭疽病菌 ，黄瓜疫霉的影响时也被发现 ( 数据未列出 ) 。因此 ，病原菌对不同光质的应答可能存在非常复杂的机制 ，即使在同一类型的光范围内 ， 不同光质对病原菌仍有着不同的调控机制 。不同光质处理不仅对病原菌产生一系列的影响 ，还直接影响到植物的抗病性 。紫外光的预处理可以诱导植物抗病物质的产生 ， 进而抑制随后病害的发生 10， 13， 蓝光处理下的植物则更容易发生病害 3， 14。在 本 研 究 中 ， 经 过 光 照 预 处 理 72 h，370 nm、380 nm 和 425 nm 显著延缓了丝瓜枯萎病害的发展 ; 而 375 nm、440 nm、450 nm 则对病害的发展有一定的促进作用 。375 nm 和 440 nm 处理下的丝瓜枯萎病菌皆是在菌落生长和产孢量上与白光对照无显著差异 ， 但是在孢子萌发上要优于白光 ;450 nm 则是在菌落生长和孢子萌发上与白光接近 ，而在病原菌产孢上有明显的存进作用 。这 3 种光质有利于丝瓜枯萎病菌的生长或繁殖 ， 因此在一定程度上促进了病害的发展 。然而 ， 370 nm 处理下的丝瓜枯萎病菌有着最小的菌落直径 ， 最大的产孢量 ，在孢子萌发上与白光不存在显著性差异 ; 380 nm 在第 28 卷 第 6 期 吴 波 等 : 不同 LED 光质对丝瓜枯萎病菌及枯萎病发生的影响 91菌落 生 长和孢子萌发上与白光无显著差异 ， 产孢量上却显著高于白光 ; 425 nm 在菌落生长上与白光无显著差异 ， 但在产孢量和孢子萌发上显著高于白光 。这 3 种光质对病原菌并没有产生不利的影响 ， 相反380 nm 和 425 nm 明显利于病原菌的生长 。那么 ，在病原菌没有受到抑制 ， 反而被促进的前提下 ， 丝瓜枯萎病的病情指数明显降低 ， 可能预示着这 3 种光质诱导了植物抗病性或某些抗病物质的产生 ， 当然这需要后续更多的实验来证明 。参 考 文 献 1 杨其 长 ， 徐 志刚 ， 陈弘达 ， 等 LED 光源在现代农业的应用原理与技术进展 J 中国农业科技导报 ，2011， 13 ( 5) : 37-43 2 KHANAM NN， MAKOTO U， KIHAA J， et alSuppression of red light-induced resistance in broad beansto Botrytis cinerea by salicylic acid J Physiological andMolecular Plant Pathology， 2005， 66 ( 1-2) : 20-29 3 WANG H， JIANG YP， YU HJ， et al Light qualityaffects incidence of powdery mildew， expression ofdefence-related genes and associated metabolism incucumber plants J European Journal of PlantPathology， 2010， 127 ( 1) : 125-135. 4 KOOK H， PAK S， JANG Y， et al Blue LED ( light-emitting diodes) -mediated growth promotion and control ofBotrytis disease in lettuce J Acta AgriculturaeScandinavica Section B-soil and Plant Science， 2013， 63( 3) : 271-277. 5 罗 方芬 ， 何 自福 ， 虞皓 ， 等 广东丝瓜主要品种对枯萎病抗性的鉴定与评价 J 广东农业科学 ， 2009，( 12) 49-50. 6 朱雪菘 ， 刘木清 LED 补充照明系统用于促进铁皮石斛生长的初步研究 J 照明工程学报 ， 2016， 27( 2) : 118-123 7 IDNUM A， HEITMAN J Light controls growth anddevelopment via a conserved pathway in the fungal kingdom J PLoS Bio， 2005， 3: e95. 8 BAGA GUL， FLINT SD， MILLE CD， et al Bothsolar UVA and UVB radiation impair conidial culturabilityand delay germination in the entomopathogenic fungusMetarhizium anisopliae J Photochem Photobiol，2001， 74 ( 5) : 734-739 9 AVIV M， ANTIGNUS Y Invited eview: UV radiationeffects on pathogens and insect pests of greenhouse-growncrops J Photochemistry and Photobiology， 2004， 79:219-226 10 PAUL ND Stratospheric ozone depletion， UV-B radiationand crop disease J Environmental Pollution， 2000，108: 343-355 11 陈 永萱 诱发稻瘟病菌 ( Pyricularia oryzae) 分生孢子产生的方法 J 南京农业大学学报 ， 1983， ( 2) : 39-43 12 付鸣佳 ， 邹 峥嵘 蓝光诱导拟盘多毛孢菌分生孢子器产生和类胡萝卜素的积累 J 食品科学 ， 2009，( 07) : 118-121 13 GUNASEKEA TS， PAUL ND， AYES PG The effectsof ultraviolet-B ( UV-B: 290-320 nm) radiation on blisterbligt disease of tea ( Camellia sinensis) J PlantPathology， 1997， 46: 179 14 YU SM， AAMKUMA G， LEE YH Light qualityinfluences the virulence and physiologial responses ofColletotricum acutatum causing anthracnose in pepperplants J Journal of Applied Microbiology， 2013， 115( 2) : 509-516.( 上接 第 86 页 ) 15 IKEDA A， NAKAYAMA S， KITAYA Y， et al Effectsof photoperiod， CO2concentration， and light intensity ongrowth and net photosynthetic rates of lettuce and turnip J Acta Horticulturae， 1988， 10 ( 229) : 273-282. 16 HOLE CC， DEAMAN J The effect of photon fluxdensity on distribution of assimilate between shoot andstorage root of carrot， red beet and radish J ScientiaHorticulturae， 1993， 55: 213-225. 17 WAINGTON I J， NOTON A An evaluation ofplant growth and development under various daily quantumintegrals J Journal of the American Society forHorticulturalence， 1991， 116 ( 3) : 544-551. 18 CAKE L E， SEIBET M， CLIFFOD J T Growthand development of radish ( raphanus sativus l ) underselected light environments J Annals of Botany，1983， 51 ( 1) : 59-64. 19 SITAUTAS ， SAMUOLIENE G， BAZAITYTE A， etal Temperature and photoperiod effects on photosyntheticindices of radish ( raphanus sativus l) J Zemdirbyste-agriculture， 2011， 98 ( 1) : 57-62. 20 SOFFE W， LENTON J ， MILFOD G F J Effects ofphotoperiod on some vegetable species J Annals ofApplied Biology， 1977， 85 ( 3) : 411-415. 21 FUUYAMA S， ISHIGAMI Y， HIKOSAKA S， et alEffects of blue/red ratio and light intensity onphotomorphogenesis and photosynthesis of red leaf lettuce J Acta Horticulturae， 2014， 1037 ( 1037) : 317-322. 22 ADAMS S ， LANGTON F A Photoperiod and plantgrowth: a review J Journal of Horticultural Science Biotechnology， 2005， 80 ( 1) : 2-10.