哌啶酸作为植物抗病激活剂在防治苹果果实病害中的应用
阅读说明：本技术 哌啶酸作为植物抗病激活剂在防治苹果果实病害中的应用 (Application of pipecolic acid as plant disease-resistant activator in preventing and treating apple fruit diseases ) 是由 王彩霞 孙子豪 韩春雪 李晓鹏 练森 李保华 于 2021-01-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了哌啶酸作为植物抗病激活剂在防治苹果果实病害中的应用,属于植物诱导抗病性技术领域。所述哌啶酸用于增强植物体内防御酶的活性和提高抗病基因的表达,所述的防御酶为PAL、PPO、POD和SOD,所述的抗病基因为PR1和PR5。浓度为0.2mmol·L～(-1)～0.5mmol·L～(-1)的哌啶酸溶液可用于诱导苹果果实抗病性,防治苹果果实病害。本发明的哌啶酸溶液本身无离体的杀菌或抑菌活性,在活体条件下才能诱发植物抗病性,诱导苹果果实产生的抗病性具有持效期长和抗病谱广特点,且环保安全,不宜导致病原菌产生抗药性；使用方法简单,浓度低,用量少。(The invention discloses application of piperidine acid as a plant disease-resistant activator in preventing and treating apple fruit diseases, and belongs to the technical field of plant induced disease resistance. The pipecolic acid is used for enhancing the activity of defense enzymes in plants and improving the expression of disease-resistant genes, wherein the defense enzymes are PAL, PPO, POD and SOD, and the disease-resistant genes are PR1 and PR 5. The concentration is 0.2 mmol.L ‑1 ～0.5mmol·L ‑1 The piperidine acid solution can be used for inducing apple fruit disease resistance and preventing and treating apple fruit diseases. The piperidine acid solution disclosed by the invention has no in-vitro bactericidal or bacteriostatic activity, can induce the disease resistance of plants under the living condition, has the characteristics of long lasting period and wide disease resistance spectrum for inducing the disease resistance of apple fruits, is environment-friendly and safe, and is not suitable for causing pathogenic bacteria to generate drug resistance; simple application method, low concentration and low dosage.)
技术领域
本发明属于植物诱导抗病性技术领域，具体涉及哌啶酸作为植物抗病激活剂在防治苹果果实病害中的应用。
背景技术
苹果是我国重要的经济作物和出口水果，栽培面积和产量均居世界首位，然而，苹果出口率不足总产量的3％，在国际上的市场占有率与我国苹果生产大国的地位极不相称，苹果病害尤其果实病害是造成该现象的一个重要因素。苹果生产中各环节因真菌感染而造成的病害给人们带来了巨大的损失。苹果果实病害不仅在生长期造成果实腐烂，在采后储藏、保鲜和运输过程中也会造成烂果，造成严重经济损失。
苹果果实病害主要包括：苹果轮纹病(Botryosphaeria dothidea)、灰霉病(Botrytis cinerea)、炭疽病(Colletotrichum gloeosporioides)、斑点病(Acremoniumsclerotigenum)和霉心病(Trichothecium roseum或Alternaria alternata或Fusariumspp)等。目前，生产上防治苹果果实病害以套袋保护为主，由于苹果套袋成本逐年上涨，苹果的无袋栽培已成为必然趋势，但是果实病害是苹果无袋栽培首先要解决的关键问题。苹果采后病害的防治主要依靠化学药剂浸泡果实的方法，但是化学杀菌剂的药剂残留、病原菌易对其产生抗性和环境污染严重等问题已日趋严重，多种杀菌剂已被限制或禁止使用。因此，寻求可替代化学杀菌剂的安全有效防治措施已成为苹果生产和采后贮藏果实病害防治中亟待解决的问题。
诸多研究表明，通过激发植物本身的防御体系来控制病害，是开发高效、安全、绿色农药的一条重要途径。植物抗病激活剂(Plant activator)是能够诱导植物产生抗病性的化合物，目前已有多种商品化的抗病激活剂在番茄、葡萄、烟草等作物上应用，并取得显著防病效果。植物的诱导抗性起始于植物对来自病原菌信号物质的识别，通过激活植物体内多种信号途径，如水杨酸、茉莉酸、乙烯等信号途径，导致植物产生一系列抗性反应，其中包括防御基因表达水平升高、防御酶活性的提高、防御化合物的累积等等。大量研究已表明，利用诱导抗性控制植物病害具有抗性持续时间长、抗病谱广及不污染环境等优点，被认为是植物病害防治的一种新策略和可行途径。
发明内容
本发明旨在针对现有技术的不足，提供哌啶酸作为植物抗病激活剂在防治苹果果实病害中的应用。本发明针对目前农业生产中苹果果实病害危害严重且防治困难，化学药剂造成的农药残留及病原菌抗药性等问题，提供了一种诱导苹果果实抗病性的方法，对苹果果实病害进行有效防治。以此减少化学药剂的使用次数和使用量，削弱其对环境的危害及对人类身体健康的影响，并可延迟苹果果实病害病原菌抗、耐药菌株的出现，以实现苹果产业向着安全、高效、可持续的方向发展。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明公开了一种植物抗病激活剂在苹果果实上的应用，所述植物抗病激活剂的有效成分为哌啶酸。
在上述方案的基础上，所述哌啶酸用于增强植物体内防御酶的活性和提高抗病基因的表达，所述的防御酶为PAL、PPO、POD和SOD，所述的抗病基因为PR1和PR5。
在上述方案的基础上，使用时将哌啶酸制备成水溶液。
在上述方案的基础上，所述哌啶酸溶液通过喷施或浸润的方式施用于苹果果实。
在上述方案的基础上，所述哌啶酸溶液的浓度为0.2mmol·L-1～0.5mmol·L-1。
在上述方案的基础上，用于诱导苹果果实抗病性，防治苹果病害。
在上述方案的基础上，所述苹果病害为由病原菌引起的苹果轮纹病、灰霉病、炭疽病、斑点病或霉心病。
在上述方案的基础上，所述苹果轮纹病病原菌为葡萄座腔菌(Botryosphaeriadothidea)、灰霉病病原菌为灰葡萄孢菌(Botrytis cinerea)、炭疽病病原菌为胶胞炭疽菌(Colletotrichum gloeosporioides)、斑点病病原菌为菌核生枝顶孢菌(Acremoniumsclerotigenum)、霉心病病原菌为粉红单端孢菌(Trichothecium roseum)、链格孢菌(Alternaria alternate)和镰刀菌(Fusarium spp.)。
基于同一个发明构思，本发明还公开了一种诱导苹果果实抗病性的方法，使用喷雾器在苹果果实表面喷洒浓度为0.5mmol·L-1哌啶酸溶液。
基于同一个发明构思，本发明还公开了另外一种诱导苹果果实抗病性的方法，将苹果果实在浓度为0.2mmol·L-1哌啶酸溶液中浸泡5～10min。
本发明的有益效果是：
本发明所提供的化合物哌啶酸可诱导植物抗病性，属于植物抗病激活剂，与传统农药相比具有以下优点：
(1)本身无离体的杀菌或抑菌作用，在活体条件下才能诱发植物自身的免疫系统抵御病害的侵袭；
(2)诱导产生的抗病性具有持效性长和广谱特性，经哌啶酸处理过的苹果果实对苹果轮纹病、灰霉病、炭疽病、斑点病和霉心病的病原菌均具有显著的防效，处理30天后的苹果果实对苹果轮纹病、灰霉病防治效果分别为75.5％和82.8％，防效显著；
(3)哌啶酸诱导产生的抗病性属于植物机体自身生理代谢反应，对环境安全，不宜产生抗药性；
(4)使用方法简单，浓度低，用量少；
(5)防治上述苹果果实病害效果显著，最高防治效果可达80.51％，具有很高的经济效益；
(6)使用哌啶酸还能提高苹果果实内防御酶PAL、PPO、POD和SOD的活性，而且可诱导抗病相关基因PR1和PR5表达量显著升高。
附图说明
图1不同浓度哌啶酸对苹果轮纹病菌菌丝生长和孢子萌发的影响，A为苹果轮纹病菌孢子萌发率，B为苹果轮纹病菌菌落直径；
图2哌啶酸对苹果轮纹病病原菌防治效果随时间的变化
图3哌啶酸对苹果灰霉病病原菌防治效果随时间的变化；
图4哌啶酸浸泡处理提高苹果果实对病害的抗性，A为接种苹果轮纹病病原菌的对照，B为哌啶酸浸泡处理对苹果轮纹病的防治效果；C为接种苹果灰霉病病原菌的对照组，D为哌啶酸浸泡处理对苹果灰霉病的防治效果；
图5哌啶酸对苹果果实内防御酶活性的影响；
图6哌啶酸对苹果果实内抗病相关基因表达的影响。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的内容，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。
本发明涉及一种诱导苹果果实抗病性的方法，其包括将有效浓度的哌啶酸水溶液应用于苹果果实，经吸收后激发果实的抗病性，从而提高苹果果实对病害的抗性。
本发明所述的哌啶酸具有以下结构：
实施例1
1.1哌啶酸对苹果病原菌菌丝生长的影响
配置PDA培养基，在其中添加哌啶酸水溶液，使其终浓度为0.5mmol·L-1，在上述PDA培养基中分别接种活化好的苹果轮纹病病原菌葡萄座腔菌(Botryosphaeriadothidea)、灰霉病病原菌灰葡萄孢菌(Botrytis cinerea)、炭疽病病原菌胶孢炭疽菌(Colletotrichum gloeosporioides)、斑点病病原菌菌核生枝顶孢菌(Acremoniumsclerotigenum)、霉心病病原菌粉红单端孢菌(Trichothecium roseum)、链格孢菌(Alternaria alternate)和镰刀菌(Fusarium spp.)。上述菌均为本领域的常规病原菌，于25℃恒温暗培养3～5d，测量菌落直径。
上述所用PDA培养基，其组分及配方如下：马铃薯削皮后称取200g，切成小块在水中煮沸15～20min，四层纱布过滤后加入葡萄糖20g，琼脂粉15g，定容至1000mL，pH值天然，在121℃高压蒸汽灭菌20min。
结果显示，0.5mmol·L-1哌啶酸对上述病原菌的菌落直径无明显影响，说明该浓度化合物对病原菌菌丝生长没有抑制作用。
1.2哌啶酸对苹果病原菌孢子萌发的影响
分别制备上述苹果果实病害病原菌的孢子悬浮液，浓度为105个·mL-1，分别向上述孢子悬浮液中添加哌啶酸水溶液，使其终浓度为0.5mmol·L-1，置于25℃条件下，12h观察孢子萌发情况。
结果显示：0.5mmol·L-1哌啶酸对上述病原菌孢子萌发没有明显影响，说明该浓度化合物对病原菌孢子萌发没有抑制作用。
哌啶酸对苹果轮纹病菌菌丝生长和孢子萌发的影响，结果见图1。
实施例2
哌啶酸对苹果果实病害的防治效果：
配置0.5mmol·L-1哌啶酸水溶液，苹果轮纹病病原菌葡萄座腔菌(Botryosphaeriadothidea)、灰霉病病原菌灰葡萄孢菌(Botrytis cinerea)、炭疽病病原菌胶孢炭疽菌(Colletotrichum gloeosporioides)、斑点病病原菌菌核生枝顶孢菌(Acremoniumsclerotigenum)、霉心病病原菌粉红单端孢菌(Trichothecium roseum)、链格孢菌(Alternaria alternate)和镰刀菌(Fusarium spp.)在PDA培养基上活化培养3d，在菌落边缘打取直径5mm的菌饼备用。
挑选大小均匀健康的富士苹果，流水洗净后75％酒精进行表面消毒，室温晾干，在苹果赤道处刺伤，每伤口直径约5.0mm，深约3.0mm，每果实3个伤口，将上述0.5mmol·L-1哌啶酸水溶液均匀喷雾到果实上，直到有水滴滴下，室温晾干后，在刺伤处接种上述病原菌菌饼。接种后3d和5d，分别观察并测量病斑直径，计算防治效果。
防治效果＝(对照组病斑直径-处理组病斑直径)/对照组病斑直径×100％。
所述哌啶酸对上述苹果果实病害的防治效果见表1，哌啶酸水溶液对7种苹果果实病害均具有显著的防治效果，防效均在46％以上，最高防效可达80.51％，说明该植物激活剂表现出良好的广谱抗病性且防效显著。
表1哌啶酸防治苹果果实病害的效果
实施例3
哌啶酸防治效果随使用间隔时间的变化：
按照实施例2中方法处理苹果果实，造成伤口后，将0.5mmol·L-1哌啶酸水溶液均匀喷雾到果实上，直到有水滴滴下，室温晾干，分别于喷雾后12h，24h，48h，72h和96h，在刺伤处接种苹果轮纹病菌(Botryosphaeria dothidea)和灰霉病菌(Botrytis cinerea)菌饼，测定哌啶酸防治效果随使用间隔时间的变化。
结果如图2和图3所示：间隔不同时间接种病原菌，其防治效果存在显著差异，其中间隔时间在48～72h，防治效果最好，防效均在75％以上。
实施例4
哌啶酸浸泡处理提高苹果果实对病害的抗性：
配置0.2mmol·L-1哌啶酸水溶液，苹果采摘后，经上述水溶液浸泡处理5～10min，室温下自然晾干，于4℃，相对湿度95％条件下，黑暗贮藏。贮藏30d后，伤口接种苹果轮纹病菌和灰霉病菌，接种后3d，测量病斑直径，计算防治效果。
防治效果＝(对照组病斑直径-处理组病斑直径)/对照组病斑直径×100％。
结果如图4所示：0.2mmol·L-1哌啶酸水溶液浸泡处理苹果果实30d后，以分别接种苹果轮纹病菌和灰霉病菌病原菌的果实作为对照，苹果果实仍然对苹果轮纹病和灰霉病的病原菌具有显著的防效，对苹果轮纹病和灰霉病的病原菌防治效果分别为75.5％和82.8％。
实施例5
哌啶酸诱导苹果果实抗病机理：
按照实施例2种方法处理果实，果实表面消毒晾干后，在苹果赤道处刺伤，每伤口直径约5.0mm，深约3.0mm，每果实3～4处伤口，均匀喷施0.5mmol·L-1哌啶酸水溶液，以无菌水处理的果实作为对照。以刺伤处为中心，分别于处理后0、12、24、48、72、96、120、144h取样，测定果实组织内防御相关酶活性和抗病相关基因的变化趋势。
结果如图5和图6所示：0.5mmol·L-1哌啶酸处理苹果果实后，果实组织内苯丙氨酸解氨酶(PAL)、多酚氧化酶(PPO)、过氧化物酶(POD)和超氧化歧化酶(SOD)活性相比对照均明显升高，而且病程相关蛋白(PRs)基因PR1和PR5表达量显著上调，说明哌啶酸可通过提高果实内防御酶活性和抗病基因的表达，诱导苹果果实对病害的抗性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。