硅对甘蔗黑穗病菌的体外抑菌效果研究

王文举; 孙婷婷; 岑光莉; 娄文月; 陈燕玲; 阙友雄; 尤垂淮; 苏亚春

doi:10.3969/j.issn.1000-2561.2021.12.028

热带作物学报 >

2021 , Vol. 42 >Issue 12: 3588 - 3597

DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-2561.2021.12.028

植物保护

硅对甘蔗黑穗病菌的体外抑菌效果研究

王文举 ¹^,² ,
孙婷婷 ¹ ,
岑光莉 ¹ ,
娄文月 ¹ ,
陈燕玲 ¹ ,
阙友雄 ¹ ,
尤垂淮 ^,³^,^* ,
苏亚春 ^,¹^,²^,^*

展开

1.福建农林大学农业农村部福建甘蔗生物学与遗传育种重点实验室,福建福州 350002
2.福建省病原真菌与真菌毒素重点实验室（福建农林大学）,福建福州 350002
3.福建农林大学生命科学学院,福建福州 350002

* 尤垂淮,E-mail： you123chui@163.com;

苏亚春,E-mail： syc2009mail@163.com。

王文举（1992—）,男,硕士,研究方向：作物高优工程与技术。

Copy editor: 谢龙莲

收稿日期: 2021-05-17

修回日期: 2021-07-29

网络出版日期: 2022-01-14

基金资助

国家重点研发计划项目(2018YFD1000503)

福建省病原真菌与真菌毒素重点实验室(福建农林大学)开放课题(114/PTJH13004)

国家糖料产业技术体系建设专项(CARS-17)

版权

收起

Antifungal Effect of Silicon on Sporisorium scitamineum in vitro

WANG Wenju ¹^,² ,
SUN Tingting ¹ ,
CEN Guangli ¹ ,
LOU Wenyue ¹ ,
CHEN Yanling ¹ ,
QUE Youxiong ¹ ,
YOU Chuihuai ^,³^,^* ,
SU Yachun ^,¹^,²^,^*

Expand

1. Fujian Agriculture and Forestry University, Key Laboratory of Sugarcane Biology and Genetic Breeding (Fujian), Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Fuzhou, Fujian 350002, China
2. Key Laboratory of Pathogenic Fungi and Mycotoxins of Fujian Province (Fujian Agriculture and Forestry University), Fuzhou, Fujian 350002, China
3. College of Life Sciences, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou, Fujian 350002, China

* YOU Chuihuai,E-mail： you123chui@163.com;

SU Yachun,E-mail： syc2009mail@163.com。

Received date: 2021-05-17

Revised date: 2021-07-29

Online published: 2022-01-14

Copyright

Fold

摘要

由鞭黑粉菌（Sporisorium scitamineum）引起的黑穗病是甘蔗（Saccharum spp.）生产上最重要的真菌病害。硅是植物生长过程中的有益矿质元素,能够提高植物对生物和非生物胁迫的抗性。目前,关于外源硅对甘蔗黑穗病菌的体外抑菌作用尚未见报道。本研究以硅酸钠（sodium silicate, Na₂SiO₃）和硅酸钾（potassium silicate, K₂SiO₃）处理甘蔗黑穗病菌,观察黑穗病菌的孢子萌发、菌落直径和菌丝生长情况,评价不同硅剂和pH对甘蔗黑穗病菌的体外抑菌效果。结果显示,0.5~20.0 mmol/L Na₂SiO₃和K₂SiO₃均完全抑制甘蔗黑穗病菌的孢子萌发,但1.0 mmol/L Na₂SiO₃促进甘蔗黑穗病菌菌落和菌丝的生长,10.0、20.0 mmol/L Na₂SiO₃和K₂SiO₃则显著抑制菌落和菌丝的生长,表明Na₂SiO₃和K₂SiO₃均会影响甘蔗黑穗病菌的生长,高浓度Na₂SiO₃和K₂SiO₃的抑菌效果明显。在不同pH条件下,低pH（5.87~10.86）处理下的甘蔗黑穗病菌孢子有萌发,但其萌发率随着pH的增大逐渐降低,高pH（≥10.96）完全抑制孢子萌发,此外,pH为9.40和11.57对菌落直径的抑制效果明显。调整pH为6.0的低浓度Na₂SiO₃（0~5.0 mmol/L）和K₂SiO₃（0~3.5 mmol/L）对孢子萌发影响小,但pH为6.0的高浓度Na₂SiO₃（7.0~20.0 mmol/L）和K₂SiO₃（5.0~20.0 mmol/L）显著抑制孢子萌发,表明相同pH水平下的K₂SiO₃比Na₂SiO₃及其对应pH处理对甘蔗黑穗病菌孢子萌发的抑制作用更为明显。研究结果为外源硅在甘蔗抗黑穗病的药效试验和防治机理研究提供参考。

关键词： 甘蔗黑穗病菌; 硅; pH; 抑菌作用

本文引用格式

王文举 , 孙婷婷 , 岑光莉 , 娄文月 , 陈燕玲 , 阙友雄 , 尤垂淮 , 苏亚春 . 硅对甘蔗黑穗病菌的体外抑菌效果研究[J]. 热带作物学报, 2021 , 42(12) : 3588 -3597 . DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2021.12.028

Abstract

Smut caused by Sporisorium scitamineum is the most important fungal disease in Saccharum spp. production. Silicon is a beneficial mineral element in plant growth, which can improve plant resistance to biotic and abiotic stresses. At present, the antifungal effect of exogenous silicon on S. scitamineum in vitro has not been reported. In this study, the spore germination, colony diameter and mycelium growth of the S. scitamineum were observed using sodium silicate (Na₂SiO₃) and potassium silicate (K₂SiO₃) to evaluate the antifungal effects of different silicon agents and pH on S. scitamineum in vitro. The spore germination of S. scitamineum was completely inhibited by 0.5-20.0 mmol/L Na₂SiO₃ and K₂SiO₃. The colony and hyphal growth of S. scitamineum were promoted by 1.0 mmol/L Na₂SiO₃, but was significantly inhibited by 10.0 mmol/L and 20.0 mmol/L Na₂SiO₃ and K₂SiO₃. The results suggested that Na₂SiO₃ and K₂SiO₃ could affect the growth of S. scitamineum, and high concentrations exhibited obvious antifungal effects. The spores could germinate at low pH (5.87-10.86), but the germination rate gradually decreased with the increase of pH. High pH (≥10.96) completely inhibited the spore germination. In addition, pH 9.40 and pH 11.57 significantly inhibited the colony growth. After adjusting pH to 6.0, low concentrations of Na₂SiO₃ (0-5.0 mmol/L) and K₂SiO₃ (0-3.5 mmol/L) had little effects on the spore germination, but high concentrations of Na₂SiO₃ (7.0-20.0 mmol/L) and K₂SiO₃ (5.0-20.0 mmol/L) significantly inhibited the spore germination. The results indicated that at the same pH level, the inhibition effect of K₂SiO₃ on the spore germination of S. scitamineum was better than that of Na₂SiO₃ and the corresponding pH treatment. This study would provide references for further pesticide effect test and control mechanism research on the resistance of sugarcane to smut.

Key words： Sporisorium scitamineum; silicon; pH; antifungal effect

甘蔗（Saccharum spp.）是重要的糖料作物。由鞭黑粉菌（Sporisorium scitamineum）引起的甘蔗黑穗病是甘蔗生产上最重要的真菌病害,严重威胁甘蔗的产量和品质^[1,2]。通过分析甘蔗鞭黑粉菌的遗传多样性和群体遗传结构推测该病原菌起源于亚洲,后期可能通过感病甘蔗传播到非洲和美洲^[3,4]。鞭黑粉菌侵染种蔗后,导致萌芽早、分蘖增多、茎细小,且大部分的分蘖会抽出黑鞭,造成无可用的原料蔗,此外,该病害还会随着宿根年限的延长而加重^[5,6,7,8]。目前,生产上采用加强栽培管理、实行种苗脱毒处理和更换良种等措施来防治甘蔗黑穗病,其中,培育抗黑穗病甘蔗新品种或寻找新型高效环保的技术手段以控制甘蔗黑穗病具有重要意义^[9]。

硅（silicon）是植物生长发育过程中的有益矿质元素,它主要通过改善植物形态结构和生理过程,增加营养元素的吸收,抑制重金属铜、锌和铅等有害元素的吸收,从而促进植物生长和发育,增强植物对逆境胁迫的响应^[10,11,12]。此外,增加硅的施用会提高作物的产量和品质,且目前已知硅通过物理、生物化学和分子水平防御机制等作用于植物^[13]。已有研究报道,硅剂如硅酸钠（sodium silicate, Na₂SiO₃）、硅酸钾（potassium silicate, K₂SiO₃）和硅酸钙（calcium silicate, CaSiO₃）等可有效控制某些病原体及其相应疾病的发展,在植物抗病方面发挥重要作用^[14,15]。Bi等^[16]研究显示,Na₂SiO₃在体外可以显著抑制链格孢菌（Alternaria alternata）、半裸镰刀菌（Fusarium semitectum）和粉红单端孢（Trichothecium roseum）等单孢的生长。Mostowfizadeh-Ghalamfarsa等^[17]发现Na₂SiO₃和K₂SiO₃可以抑制黄连疫霉菌（Phytophthora pistaciae）的菌丝体生长、孢子囊产生以及囊肿萌发,但Na₂SiO₃处理比K₂SiO₃处理对开心果（Pistacia vera）疫霉病的防治更有利。郭玉蓉等^[18]发现Na₂SiO₃和正硅酸乙酯（tetraethyl orthosilicate, TEOS）可以显著抑制粉红单端孢的活性,但纳米硅（nc-Si:H）则无影响。梁巧兰等^[14]揭示低浓度（25 µg/mL）的K₂SiO₃、Na₂SiO₃和水杨酸（salicylicacid, SA）对豆链格孢菌（Alternaria azukiae）的抑制率低,最高不超过4.59%,但其诱导白三叶草（Trifolium repens）的抗叶斑病率分别高达53.73%、48.69%和53.18%。由此可见,硅对病原物的抑制作用具有广谱性,且不同硅剂的抑菌效果存在差异,其对植物病虫害的作用机理涉及诱导寄主的防卫反应或对病原物的直接抑制效用^[19,20]。此外,由于硅溶液呈碱性,推测其抑菌机理还可能与pH相关^{[17, 21-22]}。

目前,关于外源硅对甘蔗黑穗病菌的体外直接作用尚未见报道。因此,本研究离体测定10个不同浓度Na₂SiO₃和K₂SiO₃及其对应pH处理（即针对不同硅剂浓度的pH所设置的不含硅剂的相对应pH溶液）对甘蔗黑穗病菌的孢子萌发、菌落直径和菌丝生长的影响,评价不同硅剂和pH对甘蔗黑穗病菌的体外抑菌效果,为进一步研究甘蔗抗黑穗病药效试验及其机理提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

甘蔗黑穗病菌混合孢子采集于福建农林大学农业农村部福建甘蔗生物学与遗传育种重点实验室甘蔗基地,黑穗病鞭子置37 ℃烘干后分装于纸袋密封,4 ℃保存备用。

1.2 方法

1.2.1 试验处理试验共设6个处理：（1）不同浓度Na₂SiO₃溶液处理;（2）不同浓度K₂SiO₃溶液处理;（3）不同浓度Na₂SiO₃溶液对应pH处理;（4）不同浓度K₂SiO₃溶液对应pH处理;（5）pH为6.0的不同浓度Na₂SiO₃溶液处理;（6）pH为6.0的不同浓度K₂SiO₃溶液处理。Na₂SiO₃和K₂SiO₃溶液的终浓度分别设置为0、0.5、1.0、1.7、2.0、3.5、5.0、7.0、10.0、20.0 mmol/L。试验用硅剂为购自西陇科学股份有限公司的Na₂SiO₃·9H₂O粉末（分析纯）和K₂SiO₃晶体（分析纯）。

1.2.2 不同浓度Na₂SiO₃和K₂SiO₃溶液pH的测定分别用高压的无菌蒸馏水和马铃薯葡萄糖琼脂培养基（potato dextrose agar, PDA）配置10个浓度分别为0、0.5、1.0、1.7、2.0、3.5、5.0、7.0、10.0、20.0 mmol/L的Na₂SiO₃和K₂SiO₃溶液,置于28 ℃恒温水浴锅中30 min,然后用pH计（亚速旺,中国上海）测定0~20 mmol/L Na₂SiO₃和K₂SiO₃溶液对应的pH（表1）。参照表1,以下试验中的PDA培养基或无菌蒸馏水中与10个不同浓度Na₂SiO₃和K₂SiO₃溶液对应的pH（5.66~ 10.91、5.87~11.69、5.66~11.57、5.87~12.17）采用经高压灭菌的1.0%氢氧化钠（sodium hydroxide, NaOH）、1.0%氢氧化钾（potassium hydroxide, KOH）和1.0%盐酸（hydrochloric acid, HCl）溶液进行调节。

表1 不同浓度硅剂溶液在培养基和无菌水中的pH

Tab. 1 pH values of different concentrations of silicon solution in medium and sterile water

硅剂 Silicon	溶剂 Solvent	不同浓度硅剂溶液Different concentrations of silicon solution/(mmol·L^-1)
硅剂 Silicon	溶剂 Solvent	0	0.5	1.0	1.7	2.0	3.5	5.0	7.0	10.0	20.0
硅酸钠	培养基	5.66	6.35	7.06	7.69	7.80	8.90	9.27	9.65	10.06	10.91
硅酸钠	无菌水	5.87	10.21	10.60	10.86	10.96	11.17	11.29	11.41	11.52	11.69
硅酸钾	培养基	5.66	6.66	7.22	7.93	8.41	9.40	9.92	10.32	10.76	11.57
硅酸钾	无菌水	5.87	10.49	10.81	11.20	11.29	11.47	11.65	11.77	11.90	12.17

1.2.3 不同浓度Na₂SiO₃和K₂SiO₃溶液及其对应pH处理对甘蔗黑穗病菌孢子萌发的影响借助血球计数板,用无菌蒸馏水将甘蔗黑穗病菌孢子悬浮至5×10⁶个/mL（含0.01%吐温-20作表面活性剂,V/V),取100 μL孢子悬浮液与8 mL高压灭菌后的10个不同浓度的Na₂SiO₃和K₂SiO₃水溶液或其对应pH（5.87~11.69和5.87~12.17）的无菌水溶液或pH为6.0的不同浓度Na₂SiO₃和K₂SiO₃水溶液于15 mL试管中混合均匀。置于28 ℃下,100 r/min震荡培养,6 h和12 h分别取80 μL培养液于单凹玻片上,使用光学显微镜（20×倍镜,Leica,徕卡仪器有限公司）观察计算孢子萌发率,每个处理随机观察5个视野且孢子总数不少于300个,每个处理重复3次。计数时,当芽管长度超过甘蔗黑穗病菌冬孢子直径的一半时,则认为该孢子已萌发。

1.2.4 不同浓度Na₂SiO₃和K₂SiO₃溶液及其对应pH处理对甘蔗黑穗病菌菌落直径的影响将100 μL甘蔗黑穗病菌孢子悬浮液涂布于PDA培养基（含75 μg/mL链霉素）,置于28 ℃培养3~5 d。挑选甘蔗黑穗病菌单孢,分别接种于含10个不同浓度的Na₂SiO₃和K₂SiO₃溶液或其对应pH（5.66~10.91和5.66~11.57）或pH为6.0的含不同浓度Na₂SiO₃和K₂SiO₃溶液的PDA培养基上,置于28 ℃培养。利用十字交叉法分别测定接种后0、1、2、3、5、7、10、15、20 d的菌落直径,记录数值,并拍照,每个处理重复5次。计算抑制率,抑制率=[1-(处理组菌落直径-初始菌落直径)/(对照组菌落直径-初始菌落直径)]×100%,结果以平均值±标准误表示。

1.2.5 不同浓度Na₂SiO₃和K₂SiO₃溶液及其对应pH处理对甘蔗黑穗病菌菌丝生长的影响将稀释后的100 μL甘蔗黑穗病菌孢子悬浮液涂布于PDA培养基（含75 μg/mL链霉素）,置于28 ℃培养3~5 d。挑选甘蔗黑穗病菌单孢,置于25 mL含75 μg/mL链霉素的马铃薯葡萄糖水（potato dextrose water, PDW）,于28 ℃摇床震荡培养至菌液浓度达OD₆₀₀=0.6。参考Kaiser等^[22]的方法,取100 μL菌液涂布于含10个不同浓度的Na₂SiO₃和K₂SiO₃溶液或其对应pH（5.66~10.91和5.66~ 11.57）或pH为6.0的含不同浓度Na₂SiO₃和K₂SiO₃溶液的PDA培养基上,每个处理重复5次。置于28 ℃培养0、1、2、3、5、7、10、15、20 d,分别拍照记录菌丝生长情况。

1.3 数据处理

利用Image-Pro Plus 6.0、DPS 7.05和Excel 2016软件进行实验数据的统计处理,显著性分析采用Duncan’s新复极差法,借助Power point 2016和Origin 8.0软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同硅剂和pH对甘蔗黑穗病菌孢子萌发的影响

表2和表3显示,低pH（5.87~10.86）溶液处理下的甘蔗黑穗病菌孢子有萌发,但其萌发率随着pH的增大逐渐降低,而0.5~20.0 mmol/L Na₂SiO₃（10.21≤pH≤11.69）和K₂SiO₃（10.49≤pH≤12.17）以及高pH（≥10.96）处理均能抑制孢子萌发。经pH为6.0的10个不同浓度Na₂SiO₃和K₂SiO₃处理后,甘蔗黑穗病菌孢子萌发率均大于76.19%,其中,pH为6.0的低浓度Na₂SiO₃溶液（0~5.0 mmol/L）和K₂SiO₃溶液（0~ 3.5 mmol/L）对黑穗病菌孢子萌发影响不大,但pH为6.0的高浓度Na₂SiO₃溶液（7.0~20.0 mmol/L）和K₂SiO₃溶液（5.0~20.0 mmol/L）显著降低黑穗病菌孢子的萌发。由此可见,Na₂SiO₃、K₂SiO₃和pH均会影响甘蔗黑穗病菌孢子的萌发,但pH处理液对孢子萌发的抑制效果不及同一pH水平下添加Na₂SiO₃和K₂SiO₃处理液的抑制效果,且同一pH水平下添加K₂SiO₃处理液对孢子萌发的抑制效果优于添加相同浓度的Na₂SiO₃和对应pH处理的抑制效果。

表2 不同浓度Na₂SiO₃及其对应pH处理的甘蔗黑穗病菌孢子萌发率

Tab. 2 Spore germination rate of S. scitamineum under different concentrations of Na₂SiO₃ and corresponding pH treatments %

时间Time/h	培养液 Culture medium	不同Na₂SiO₃浓度Different concentrations of Na₂SiO₃/(mmol·L^-1)
时间Time/h	培养液 Culture medium	0	0.5	1.0	1.7	2.0	3.5	5.0	7.0	10.0	20.0
6	Na₂SiO₃溶液	77.47±0.37^a	0.00±0.00^c	0.00±0.00^c	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b
	Na₂SiO₃溶液对应的pH溶液	76.73±0.55^a	56.36±2.44^b	54.23±0.92^b	0.15±0.00^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b
	pH为6.0的 Na₂SiO₃溶液	88.00±9.08^a	80.67±9.99^a	94.22±1.00^a	96.32±0.77^a	94.79±0.18^a	91.99±5.56^a	94.37±0.08^a	89.71±0.34^a	84.68±1.98^a	76.19±6.62^a
12	Na₂SiO₃溶液	78.63±2.98^b	0.00±0.00^c	0.00±0.00^c	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b
	Na₂SiO₃溶液对应pH溶液	77.70±1.19^b	58.88±0.71^b	55.95±0.19^b	0.19±0.01^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b
	pH为6.0的 Na₂SiO₃溶液	96.78±0.93^a	93.40±1.57^a	95.27±0.50^a	97.81±0.34^a	95.07±0.35^a	95.22±2.12^a	97.63±0.32^a	90.88±0.53^a	85.72±2.83^a	78.88±2.58^a

注：Na₂SiO₃溶液对应的pH溶液表示针对不同Na₂SiO₃浓度的pH所设置的不含硅剂的相对应的pH溶液。0~20.0 mmol/L Na₂SiO₃溶液对应的pH水溶液的pH分别为5.87、10.21、10.60、10.86、10.96、11.17、11.29、11.41、11.52、11.69。pH为6.0的Na₂SiO₃溶液表示不同浓度Na₂SiO₃溶液的pH均为6.0。同列不同小写字母表示差异显著（P<0.05）。

Note: The corresponding pH treatment of Na₂SiO₃ solution means the corresponding pH solution without silicon agent prepared according to the pH value of different Na₂SiO₃ concentration. The pH value in the corresponding pH mediums of 0-20.0 mmol/L Na₂SiO₃ solutions is 5.87, 10.21, 10.60, 10.86, 10.96, 11.17, 11.29, 11.41, 11.52 and 11.69, respectively. Na₂SiO₃ solutions with pH 6.0 mean that the pH values of Na₂SiO₃ solutions with different concentrations are all 6.0. Different lowercase letters in the same column indicate significant difference (P<0.05).

表3 不同浓度K₂SiO₃及其对应pH处理的甘蔗黑穗病菌孢子萌发率

Tab. 3 Spore germination rate of S. scitamineum under different concentrations of K₂SiO₃ and corresponding pH treatments %

时间 Time/h	培养液 Culture medium	不同K₂SiO₃浓度Different concentrations of K₂SiO₃/(mmol·L^-1)
时间 Time/h	培养液 Culture medium	0	0.5	1.0	1.7	2.0	3.5	5.0	7.0	10.0	20.0
6	K₂SiO₃溶液	77.47±0.37^a	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b
	K₂SiO₃溶液对应的pH溶液	76.73±0.55^a	4.88±0.35^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b
	pH为6.0的K₂SiO₃溶液	88.00±9.08^a	87.79±2.78^a	92.81±1.80^a	86.59±8.49^a	91.22±1.25^a	84.95±1.41^a	82.48±3.66^a	76.25±8.09^a	77.57±4.24^a	81.70±1.87^a
12	K₂SiO₃溶液	78.63±2.98^b	0.00±0.00^c	0.00±0.00^c	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b
	K₂SiO₃溶液对应的pH溶液	77.70±1.19^b	22.83±1.25^b	2.88±0.21^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b
	pH为6.0的K₂SiO₃溶液	96.78±0.93^a	87.93±1.96^a	93.22±0.86^a	90.97±2.71^a	93.76±0.88^a	92.64±0.84^a	83.28±1.20^a	82.26±1.10^a	84.52±3.71^a	82.11±1.78^a

注：K₂SiO₃溶液对应的pH溶液表示针对不同K₂SiO₃浓度的pH所设置的不含硅剂的相对应的pH溶液。0~20.0 mmol/L K₂SiO₃溶液对应的pH水溶液的pH分别为5.87、10.49、10.81、11.20、11.29、11.47、11.65、11.77、11.90、12.17。pH为6.0的K₂SiO₃溶液表示不同浓度K₂SiO₃溶液的pH均为6.0。同列不同小写字母表示差异显著（P<0.05）。

Note: The corresponding pH treatment of K₂SiO₃ solution means the corresponding pH solution without silicon agent prepared according to the pH value of different K₂SiO₃ concentration. The pH value in the corresponding pH mediums of 0-20.0 mmol/L K₂SiO₃ solutions is 5.87, 10.49, 10.81, 11.20, 11.29, 11.47, 11.65, 11.77, 11.90 and 12.17, respectively. K₂SiO₃ solutions with pH 6.0 mean that the pH values of K₂SiO₃ solutions with different concentrations are all 6.0. Different lowercase letters in the same column indicate significant difference (P<0.05).

2.2 不同硅剂和pH对甘蔗黑穗病菌菌落直径的影响

甘蔗黑穗病菌单孢在不同浓度Na₂SiO₃及其对应pH处理和pH为6.0的不同浓度Na₂SiO₃处理下的菌落长势存在差异（图1A~图1C）。用1.0 mmol/L Na₂SiO₃培养的菌落长势相对较好,其菌落直径整体较大,且在培养10~20 d时显著大于对照,而该培养时间段的0.5、1.7~5.0 mmol/L Na₂SiO₃处理组之间对单孢生长的抑制率整体差异不显著。用10.0、20.0 mmol/L Na₂SiO₃培养液处理的菌落直径普遍低于对照,抑制率介于(15.19±4.71)%~(55.64±1.75)%之间（表4）。不同浓度Na₂SiO₃溶液对应pH（5.66~10.91）处理对菌落生长影响较小。培养7 d后,pH为6.0的1.7 mmol/L Na₂SiO₃处理的菌落直径显著大于对照,抑制率均小于(-9.11±4.48)%（表4）。总的来说,不同浓度Na₂SiO₃溶液对应pH（5.66~10.91）处理对甘蔗黑穗病菌菌落生长影响较小,1.0 mmol/L Na₂SiO₃和pH为6.0的1.7 mmol/L Na₂SiO₃溶液促进甘蔗黑穗病菌菌落生长,而高浓度Na₂SiO₃（10.0~20.0 mmol/L）显著抑制菌落生长。

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图1 不同浓度硅剂溶液及其对应pH对甘蔗黑穗病菌菌落直径的影响

A：不同浓度Na₂SiO₃溶液;B：不同浓度Na₂SiO₃对应pH溶液;C：pH为6.0的不同浓度Na₂SiO₃溶液;D：不同浓度K₂SiO₃溶液;E：不同浓度K₂SiO₃对应pH溶液;F：pH为6.0的不同浓度K₂SiO₃溶液。Na₂SiO₃或K₂SiO₃溶液对应的pH溶液表示针对不同Na₂SiO₃或K₂SiO₃浓度的pH所设置的不含硅剂的相对应的pH溶液。pH为6.0的Na₂SiO₃或K₂SiO₃溶液表示不同浓度Na₂SiO₃或K₂SiO₃溶液的pH均为6.0。

Fig. 1 Effect of different concentrations of silicon solutions and corresponding pH on colony diameter of S. scitamineum

A: Different concentrations of Na₂SiO₃ solutions; B: Corresponding pH solutions of different concentrations of Na₂SiO₃; C: Different concentrations of Na₂SiO₃ solutions with pH 6.0; D: Different concentrations of K₂SiO₃ solutions; E: Corresponding pH solutions of different concentrations of K₂SiO₃; F: Different concentrations of K₂SiO₃ solutions with pH 6.0. The corresponding pH treatment of Na₂SiO₃ or K₂SiO₃solution mean the corresponding pH solution without silicon agent prepared according to the pH value of different Na₂SiO₃ or K₂SiO₃concentration. Na₂SiO₃ or K₂SiO₃solutions with pH 6.0 mean that the pH values of Na₂SiO₃ or K₂SiO₃solutions with different concentrations are all 6.0.

表4 不同浓度Na₂SiO₃及其对应pH对甘蔗黑穗病菌抑制率的影响

Tab. 4 Effect of different concentrations of Na₂SiO₃ and corresponding pH on the inhibition rate of S. scitamineum%

培养液 Culture medium	浓度 Concentration /(mmol·L^-1)	培养时间Culture time/d
培养液 Culture medium	浓度 Concentration /(mmol·L^-1)	2	3	5	7	10	15	20
Na₂SiO₃溶液	0.5	6.28±7.10^c	-0.44±6.66^c	0.49±0.64^ef	-0.45±2.14^d	0.39±1.66^c	-3.11±0.95^d	-4.99±1.02^c
	1.0	-28.60±5.66^e	-13.49±1.52^c	-0.76±1.88^f	-11.67±2.30^e	-24.88±2.75^d	-26.98±3.23^e	-30.25±3.57^d
	1.7	-21.78±6.53^de	20.72±5.43^b	12.31±2.66^d	3.49±2.85^d	0.65±1.23^c	3.14±0.21^cd	1.35±0.48^c
	2.0	33.48±8.58^ab	48.86±5.62^a	50.72±2.98^a	38.80±2.23^b	10.28±7.52^bc	5.45±5.62^cd	10.29±2.16^b
	3.5	38.89±6.83^a	26.27±6.48^b	5.96±1.90^def	0.79±0.60^d	1.49±2.18^c	3.20±3.58^cd	-0.17±3.99^c
	5.0	15.49±1.95^bc	15.79±2.98^b	10.25±1.33^de	3.53±1.90^d	-0.11±1.98^c	4.19±1.21^cd	1.04±2.32^c
	7.0	52.87±6.18^a	48.18±5.47^a	37.81±4.78^b	22.05±4.23^c	8.93±0.25^bc	9.91±2.11^bc	8.83±1.92^b
	10.0	-2.17±7.95^cd	18.24±2.65^b	22.22±4.33^c	15.19±4.71^c	18.53±1.55^b	13.79±0.61^b	14.01±2.91^b
	20.0	53.30±7.69^a	47.02±3.74^a	54.51±5.30^a	55.64±1.75^a	48.29±2.94^a	36.13±0.84^a	25.69±1.30^a
Na₂SiO₃溶液对应的pH溶液	0.5	-60.64±9.97^b	-50.99±2.50^cd	-29.26±1.44^bc	-22.96±0.13^bc	-14.32±2.26^b	-8.86±1.16^b	-14.79±0.85^bc
	1.0	-55.99±2.68^b	-64.58±4.26^d	-36.51±5.11^cd	-23.55±4.71^bc	-15.62±0.37^b	-14.03±1.01^b	-27.09±1.04^c
	1.7	-9.81±4.03^a	-37.70±3.16^c	-19.06±2.53^b	-19.18±0.69^bc	-16.91±1.51^b	-13.08±0.94^b	-19.79±1.03^c
	2.0	-47.00±3.25^b	-50.15±5.18^cd	-36.92±3.92^cd	-31.33±4.03^c	-21.28±1.32^b	-9.82±0.33^b	-17.33±1.45^bc
	3.5	-52.58±16.65^b	-46.73±4.49^cd	-42.70±3.69^d	-30.62±1.47^c	-11.86±12.65^ab	-14.16±0.44^b	-18.22±2.73^bc
	5.0	-70.25±15.57^b	1.82±5.59^ab	-22.88±2.53^b	-16.97±8.15^b	-5.68±1.62^ab	-13.55±2.42^b	-19.51±5.90^bc
	7.0	-44.94±4.74^b	-31.74±11.12^c	-19.01±6.33^b	-12.87±2.32^b	-16.63±6.46^b	-12.54±8.33^b	-15.65±8.51^bc
	10.0	-15.50±0.99^a	-9.91±1.19^b	-19.79±2.42^b	-17.97±3.34^b	-5.31±5.28^ab	0.95±1.31^a	-1.10±2.61^a
	20.0	-8.57±6.28^a	11.92±0.92^a	10.74±2.90^a	5.21±1.26^a	3.37±4.35^a	4.72±2.35^a	-6.49±3.52^ab
pH为6.0的 Na₂SiO₃溶液	0.5	1.00±4.13^a	-1.81±3.24^b	19.42±1.21^a	11.98±2.80^ab	6.78±4.40^a	-0.14±2.15^ab	-7.43±2.22^cd
	1.0	10.49±2.13^a	7.14±2.27^ab	24.88±2.18^a	18.20±3.40^a	12.58±5.69^a	-2.10±5.93^bc	-8.92±4.23^cde
	1.7	3.16±7.47^a	-5.28±5.43^b	15.42±6.66^a	-9.11±4.48^c	-14.20±2.13^b	-21.71±1.82^d	-16.80±2.88^e
	2.0	-1.85±0.46^ab	3.72±5.42^ab	19.87±1.95^a	5.52±2.70^b	2.41±5.69^a	-10.04±1.40^c	-10.80±2.89^de
	3.5	0.77±0.15^a	16.98±1.92^a	24.18±0.53^a	4.79±2.52^b	5.30±2.59^a	5.21±0.43^ab	-1.81±1.58^bc
	5.0	5.56±6.37^a	6.83±5.90^ab	19.20±2.88^a	5.97±4.72^b	7.23±3.82^a	1.22±3.55^ab	2.21±4.41^b
	7.0	-4.78±5.94^ab	-7.39±1.62^b	15.35±1.92^a	3.96±1.52^b	12.10±2.41^a	8.23±1.89^a	10.90±1.02^a
	10.0	-23.61±13.20^b	-9.30±10.56^b	14.15±5.12^a	3.12±1.64^b	4.53±3.98^a	0.85±1.66^ab	-3.46±1.83^bcd
	20.0	-11.81±12.64^ab	-6.53±7.08^b	13.88±6.50^a	10.19±3.22^ab	11.09±0.81^a	4.39±0.72^ab	-0.83±1.04^bc

注：Na₂SiO₃溶液对应的pH溶液表示针对不同Na₂SiO₃浓度的pH所设置的不含硅剂的相对应的pH溶液。0~20.0 mmol/L Na₂SiO₃溶液对应pH培养基的pH分别为5.66、6.35、7.06、7.69、7.80、8.90、9.27、9.65、10.06、10.91。pH为6.0的Na₂SiO₃溶液表示不同浓度Na₂SiO₃溶液的pH均为6.0。同列不同小写字母表示差异显著（P<0.05）。

Note: The corresponding pH treatment of Na₂SiO₃ solution means the corresponding pH solution without silicon agent prepared according to the pH value of different Na₂SiO₃ concentration. The pH value in the corresponding pH mediums of 0-20.0 mmol/L Na₂SiO₃ solutions is 5.66, 6.35, 7.06, 7.69, 7.80, 8.90, 9.27, 9.65, 10.06 and 10.91, respectively. Na₂SiO₃ solutions with pH 6.0 mean that the pH values of Na₂SiO₃ solutions with different concentrations are all 6.0. Different lowercase letters in the same column indicate significant difference (P<0.05).

观察不同浓度K₂SiO₃溶液及其对应pH处理对甘蔗黑穗病菌菌落直径的影响（图1D~图1F,表5）,结果显示,pH为6.0的不同浓度K₂SiO₃处理下的菌落直径之间的差异较小。在2~3 d时,除0.5 mmol/L K₂SiO₃培养的菌落直径与对照差异不显著外,其余K₂SiO₃浓度培养的菌落直径显著低于对照,随着培养时间的延长（5~20 d）和K₂SiO₃浓度的增加（0.5~7.0 mmol/L）,菌落直径抑制率逐渐下降且处理间的差异趋于不显著,但高浓度K₂SiO₃（10.0、20.0 mmol/L）下的菌落生长抑制效果明显,其抑制率介于(17.14±2.48)%~ (85.57±0.48)%之间。在不同pH条件下,3.5、20.0 mmol/L K₂SiO₃对应pH处理,即pH为9.40和11.57培养基处理下的菌落直径显著小于对照。从整体上看,相较于对照,低浓度K₂SiO₃（<10.0 mmol/L）、pH为6.0的不同浓度K₂SiO₃和低pH对甘蔗黑穗病菌菌落生长的影响较小,而高浓度K₂SiO₃（10.0、20.0 mmol/L）和高pH（9.40、11.57）的抑菌效果明显。

表5 不同浓度K₂SiO₃及其对应pH对甘蔗黑穗病菌抑制率的影响

Tab. 5 Effect of different concentrations of K₂SiO₃ and corresponding pH on the inhibition rate of S. scitamineum%

培养液 Culture medium	浓度 Concentration /(mmol·L^-1)	培养时间Culture time/d
培养液 Culture medium	浓度 Concentration /(mmol·L^-1)	2	3	5	7	10	15	20
K₂SiO₃溶液	0.5	4.09±7.50^e	1.84±6.97^f	-0.83±5.10^f	-0.48±1.79^def	-0.39±1.55^cd	-4.10±2.10^bc	-7.78±1.65^c
	1.0	13.65±1.37^de	13.46±6.69^def	-4.89±2.61^f	-7.10±0.42^f	-8.05±0.53^d	-7.41±0.90^c	-3.08±2.15^c
	1.7	12.79±5.79^de	16.72±3.57^de	4.42±1.73e^f	1.95±2.22^de	2.11±2.67^cd	-2.06±2.40^bc	-1.88±1.69^c
	2.0	19.95±4.46^cd	9.01±3.50^ef	-2.05±0.42^f	-4.18±2.04^ef	-3.72±1.44^cd	-3.19±1.77^bc	-4.83±1.34^c
	3.5	15.53±1.83^de	14.75±5.56^def	13.02±4.66^de	11.49±0.32^c	4.97±1.20^bc	0.74±1.88^bc	-5.63±1.15^c
	5.0	17.40±4.33^de	26.92±2.15^cd	18.49±2.35^d	5.00±1.84^d	1.92±1.78^cd	-0.19±0.98^bc	-4.87±0.48^c
	7.0	33.08±7.12^c	40.22±5.00^c	32.97±3.48^c	20.14±2.09^b	13.10±2.98^b	2.56±4.57^b	-1.61±2.87^c
	10.0	61.44±3.04^b	65.59±1.70^b	48.46±3.02^b	45.4±3.27^a	29.75±5.73^a	23.28±4.10^a	17.14±2.48^b
	20.0	76.87±2.09^a	85.57±0.48^a	60.65±5.06^a	39.66±3.43^a	25.53±5.96^a	21.93±1.89^a	28.87±1.92^a
K₂SiO₃溶液对应的pH溶液	0.5	-15.11±3.34^d	-2.60±3.49^e	-4.64±0.85^ef	-13.89±2.00^c	-17.81±1.03^bc	-14.64±2.59^cd	-11.08±1.61^bcd
	1.0	5.54±5.00^bc	2.64±3.19^e	6.08±2.25^cd	0.69±3.49^b	-4.18±0.96^b	-3.32±7.55^bc	-6.12±1.34^bc
	1.7	-10.02±2.82^cd	1.95±6.75^e	-9.22±1.76^f	-28.57±3.43^d	-37.03±6.48^d	-32.64±7.14^e	-27.78±6.02^e
	2.0	-9.53±3.03^cd	34.59±7.10^bc	15.80±3.88^b	2.58±5.46^b	-4.58±0.75^b	-13.53±5.58^cd	-17.72±1.94^de
	3.5	-1.14±1.45^cd	45.20±1.27^b	42.91±0.92^a	28.81±5.94^a	14.26±11.47^a	3.11±6.29^ab	7.37±1.42^a
	5.0	-15.33±10.15^d	22.91±6.95^cd	0.20±4.57^de	-12.93±4.64^c	-11.66±1.54^bc	-10.74±2.10^bcd	-8.92±1.40^bcd
	7.0	-53.95±7.58^e	9.50±3.34^de	10.80±1.56^bc	-21.31±5.23^cd	-21.86±2.86^c	-24.44±2.83^de	-16.43±5.07^cd
	10.0	26.54±3.73^a	43.57±1.36^b	17.26±1.98^b	0.75±4.65^b	-9.26±4.80^bc	-7.36±2.47^bc	-3.71±3.04^b
	20.0	19.95±9.06^ab	58.93±2.59^a	43.69±2.03^a	38.50±2.95^a	21.60±3.45^a	15.80±4.16^a	12.27±1.92^a
pH为6.0的K₂SiO₃溶液	0.5	11.78±5.64^b	-0.17±10.78^a	5.59±11.01^ab	-11.99±10.37^bc	6.65±7.64^ab	-10.69±5.72^b	-9.45±2.99^ab
	1.0	33.62±3.24^ab	-3.93±33.21^a	-0.60±11.06^b	-8.10±7.51^abc	5.64±8.70^ab	0.79±9.04^ab	-2.23±8.49^ab
	1.7	30.11±11.19^ab	22.12±4.13^a	9.84±6.38^ab	0.16±11.39^abc	12.72±8.42^ab	-1.61±0.62^ab	-4.29±3.61^ab
	2.0	11.93±18.16^b	-17.73±19.66^a	-19.58±19.28^b	-22.76±18.82^c	-0.03±3.78^b	-8.13±3.06^b	-13.76±2.51^b
	3.5	18.80±2.74^b	23.95±15.06^a	7.16±13.93^ab	-7.25±7.67^abc	1.58±1.97^b	-0.41±1.23^ab	-3.52±4.22^ab
	5.0	14.90±11.31^b	2.54±12.19^a	-2.28±3.12^b	-8.12±7.58^abc	2.09±6.15^b	-10.20±6.24^b	-1.69±5.15^ab
	7.0	42.04±14.32^ab	27.38±20.71^a	11.71±4.97^ab	-3.51±2.87^abc	12.44±4.39^ab	-9.71±3.36^b	-14.88±2.17^b
	10.0	8.03±9.10^b	-14.38±2.21^a	12.52±9.57^ab	7.85±5.69^ab	12.33±5.92^ab	-1.76±2.55^ab	4.20±5.96^a
	20.0	52.26±1.35^a	37.00±2.57^a	33.17±4.18^a	18.75±3.90^a	26.13±4.39^a	12.20±4.09^a	2.49±3.60^ab

注：K₂SiO₃溶液对应的pH溶液表示针对不同K₂SiO₃浓度的pH所设置的不含硅剂的相对应的pH溶液。0~20.0 mmol/L K₂SiO₃溶液对应pH培养基的pH分别为5.66、6.66、7.22、7.93、8.41、9.40、9.92、10.32、10.76、11.57。pH为6.0的K₂SiO₃溶液表示不同浓度K₂SiO₃溶液的pH均为6.0。同列不同小写字母表示差异显著（P<0.05）。

Note: The corresponding pH treatment of K₂SiO₃ solution mean the corresponding pH solution without silicon agent prepared according to the pH value of different K₂SiO₃ concentration. The pH value in the corresponding pH mediums of 0-20.0 mmol/L K₂SiO₃ solutions is 5.66, 6.66, 7.22, 7.93, 8.41, 9.40, 9.92, 10.32, 10.76, and 11.57, respectively. K₂SiO₃ solutions with pH 6.0 mean that the pH values of K₂SiO₃ solutions with different concentrations are all 6.0. Different lowercase letters in the same column indicate significant difference (P<0.05).

2.3 不同硅剂和pH对甘蔗黑穗病菌菌丝生长的影响

不同浓度Na₂SiO₃及其对应pH处理下的甘蔗黑穗病菌菌丝生长情况如图2A~图2C所示。相比对照组,0.5~1.0 mmol/L Na₂SiO₃处理的甘蔗黑穗病菌的菌丝浓密,长势较好,随着Na₂SiO₃浓度的增大和培养时间的延长,菌丝生长逐渐变慢,形态稀疏,长势减弱,当Na₂SiO₃浓度大于10.0 mmol/L时,菌丝生长明显被抑制（图2A）。不同浓度Na₂SiO₃对应pH处理（图2B）和pH为6.0的0~20.0 mmol/L Na₂SiO₃处理（图2C）的甘蔗黑穗病菌菌丝均能生长,且各处理之间的菌丝长势差别不明显。

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图2 不同硅剂溶液及其对应pH处理对甘蔗黑穗病菌菌丝生长的影响

A：不同浓度Na₂SiO₃溶液;B：不同浓度Na₂SiO₃对应pH溶液;C：pH为6.0的不同浓度Na₂SiO₃溶液;D：不同浓度K₂SiO₃溶液;E：不同浓度K₂SiO₃对应pH溶液;F：pH为6.0的不同浓度K₂SiO₃溶液。硅剂溶液对应的pH溶液表示针对不同硅剂浓度的pH所设置的不含硅剂的相对应的pH溶液。pH为6.0的硅剂溶液表示不同浓度硅剂溶液的pH均为6.0。

Fig. 2 Effect of different silicon solutions and corresponding pH treatments on mycelial growth of S. scitamineum

A: Different concentrations of Na₂SiO₃ solutions; B: Corresponding pH solutions of different concentrations of Na₂SiO₃; C: Different concentrations of Na₂SiO₃ solutions with pH 6.0; D: Different concentrations of K₂SiO₃ solutions; E: Corresponding pH solutions of different concentrations of K₂SiO₃; F: Different concentrations of K₂SiO₃ solutions with pH 6.0. The corresponding pH treatment of silicon solution means the corresponding pH solution without silicon agent prepared according to the pH value of different silicon concentration. Silicon solutions with pH 6.0 mean that the pH values of silicon solutions with different concentrations are all 6.0.

图2D~图2F显示,0.5~1.7 mmol/L K₂SiO₃处理的甘蔗黑穗病菌的菌丝长势与对照组相比差异不明显,但当K₂SiO₃浓度在2.0~5.0 mmol/L时,菌丝生长随着K₂SiO₃浓度的增大逐渐减弱,K₂SiO₃浓度在7.0~20 mmol/L时对菌丝生长的抑制作用明显（图2D）。不同浓度K₂SiO₃对应pH处理（图2E）和pH为6.0的不同浓度K₂SiO₃处理（图2F）之间的甘蔗黑穗病菌菌丝长势差别不明显。

3 讨论

已有大量研究表明,外源硅对离体培养的病原菌的孢子萌发和菌丝生长具有抑制作用^{[16-17, 22]},且硅可提高在生物和非生物胁迫下植物体内酶和激素含量以及抗性基因表达等,增强作物的产量和品质^{[17,18,19,20,21,22,23]}。甘蔗黑穗病病原菌为黑粉菌,孢子大小5~6 μm,近圆形,棕色或黑色,单孢均有乳突^[24],其菌丝呈黄、褐、白和黑色的有分隔的分枝。目前,甘蔗黑穗病已成为世界各植蔗区的流行病害,严重影响甘蔗产业的发展^[25]。研究不同硅制剂对甘蔗黑穗病菌的体外抑菌效果,可为外源硅在甘蔗抗黑穗病中的应用奠定基础。

生产上人们施用硅肥来提高作物产量,改善土壤结构,增强植物抗病性,但关于硅酸盐对不同植物病原菌的抑制效果及处理浓度各不相同^[26,27]。张志英等^[28]研究表明,浓度为0.25、0.5、1.0、2.0 mmol/L Na₂SiO₃均会抑制番茄叶霉病菌丝的生长,且浓度越高,其抑制作用越强。Bi等^[16]通过配置浓度为12.5、25、50、100、200 mmol/L Na₂SiO₃（27% SiO₂）的PDA培养基处理链格孢菌、半裸镰刀菌和粉红单端孢,结果显示,100 mmol/L Na₂SiO₃能完全抑制3种病原菌的生长,在Na₂SiO₃浓度为12.5’50 mmol/L时处理5 d后也抑制3种病原菌的生长,而更高浓度的Na₂SiO₃（200 mmol/L）对植物具有毒性。徐红霞^[29]研究发现,纳米硅、Na₂SiO₃和TEOS的硅源溶液对灰葡萄孢的孢子萌发率和菌落直径与对照相比差异不显著,且对灰葡萄孢生长还有促进作用。相类似,本研究发现0.5~20.0 mmol/L Na₂SiO₃和K₂SiO₃均完全抑制甘蔗黑穗病菌的孢子萌发（表2、表3）,但1.0 mmol/L Na₂SiO₃促进甘蔗黑穗病菌菌落和菌丝的生长,而高浓度Na₂SiO₃和K₂SiO₃（10.0、20.0 mmol/L）则显著抑制菌落和菌丝的生长（图1、图2,表4、表5）,表明Na₂SiO₃和K₂SiO₃会影响甘蔗黑穗病菌的生长,高浓度Na₂SiO₃和K₂SiO₃的抑菌效果明显。

关于硅酸盐对病原菌的抑制性已有大量报道,但是该抑制作用是由硅酸盐本身造成的还是解离时的pH造成的有待深入研究。王丽^[30]研究表明,随着pH增加,灰霉菌（Botrytis cinerea）和黑腐菌（Xanthomonas campestris）的孢子萌发率降低、菌丝直径逐渐变小。Smilanick等^[31]发现pH在4~7时对柑橘绿霉病菌（Penicillium digitatum）没有抑制作用,但高pH时抑制其萌发。采用20、40、60、80、100 mmol/L Na₂SiO₃及其对应pH处理均会抑制粉红单端孢的生长,但对应pH处理的抑制效果不如Na₂SiO₃^[32]。本研究中,不同浓度Na₂SiO₃溶液对应低pH（5.87~10.86）处理下的甘蔗黑穗病菌孢子有萌发,但其萌发率随着pH的增大逐渐降低,高pH（≥10.96）完全抑制了孢子萌发,此外,pH为9.40、11.57对菌落生长的抑制效果明显。然而,甘蔗黑穗病菌孢子萌发率在浓度为0.5 mmol/L以上的Na₂SiO₃和K₂SiO₃溶液中均为0,调整pH为6.0后的低浓度Na₂SiO₃（0~5.0 mmol/L）和K₂SiO₃（0~3.5 mmol/L）对孢子萌发影响小,但pH为6.0的高浓度Na₂SiO₃（7.0~20.0 mmol/L）和K₂SiO₃（5.0~20.0 mmol/L）显著抑制孢子萌发（表2、表3）,表明pH会影响甘蔗黑穗病菌的生长,但Na₂SiO₃和K₂SiO₃的抑菌作用比pH处理更为明显。Na₂SiO₃和K₂SiO₃均为强碱弱酸盐,Halasz等^[33]研究发现,Na₂SiO₃中的钠离子和硅酸根离子会在溶液pH>11时解离,其中钠离子通过渗透作用所引起的对粉红单端孢的抑菌作用不大,反之,硅酸根离子起着主要作用。本研究显示,pH为6.0的不同浓度Na₂SiO₃和K₂SiO₃对甘蔗黑穗病菌的菌丝生长影响较小（图2C、图2F）,空白PDA培养基pH为5.66,而含20 mmol/L Na₂SiO₃和10 mmol/L K₂SiO₃的PDA培养基pH（分别为10.91、10.76）接近11（表1）,其对甘蔗黑穗病菌的菌丝和菌落生长具有明显抑制作用（图1、图2）,推测此硅酸盐对甘蔗黑穗病菌的抑制效果除了与其对环境pH的改变有关外,更多涉及到硅酸根离子的影响,与前人研究结果^[32]相符。

前人研究发现喷施300、400倍Na₂SiO₃稀释液对黄瓜白粉病的防治效果分别为89.3%和78.2%,喷施300、400倍K₂SiO₃稀释液对黄瓜白粉病的防治效果分别为87.3%和83.2%,而高浓度Na₂SiO₃和K₂SiO₃的200倍稀释液会对植株产生毒害作用^[34]。吴寅等^[35]研究显示,小麦生育后期喷施Na₂SiO₃和K₂SiO₃均能防治白粉病,其中K₂SiO₃防治效果较好。关于硅对病原菌直接产生毒害作用,还是硅通过物理防御机制、生物化学防御机制和分子水平防御机制作用于植物尚不明确^[36,37]。在本研究中,同样发现K₂SiO₃的抑菌效果优于Na₂SiO₃,K₂SiO₃在更低浓度条件下即对甘蔗黑穗病菌的孢子萌发和菌丝生长表现出体外抑制作用（表2、表3,图2A、图2D）。Araujo等^[38]发现与0 mmol/L K₂SiO₃及无接种稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae）处理相比,2.0 mmol/L K₂SiO₃培养的水稻叶片接种稻瘟病菌后,叶片组织中的Si浓度、Si沉积量和酚类化合物的沉积量较高,此外,叶片表面的稻瘟病菌的真菌菌丝和附着胞结构较少。Rios等^[39]研究表明,与对照组相比,经pH为5.6的2.0 mmol/L K₂SiO₃培养的水稻叶片接种稻瘟病菌后,水稻植株发病程度降低了67.66%,同时增加了净碳同化速率、气孔导度、蒸腾速率和色素浓度等气体交换参数。刘光玲等^[40]研究表明,‘桂糖21号’（GT21）和‘ROC22’幼苗在pH为6.0的1/2 Hoagland营养液中的株高、叶绿素、可溶性蛋白和可溶性糖含量最高。因此,后续可采用pH为6.0的2.0 mmol/L K₂SiO₃喷施不同基因型甘蔗品种,对其抗黑穗病防治效果和作用机理进行综合评价分析,为采取经济、简便、生态安全的防控措施治理甘蔗黑穗病提供理论依据。

参考文献

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Abstract

1 材料与方法

1.1 材料

1.2 方法

表1 不同浓度硅剂溶液在培养基和无菌水中的pH

1.3 数据处理

2 结果与分析

2.1 不同硅剂和pH对甘蔗黑穗病菌孢子萌发的影响

表2 不同浓度Na₂SiO₃及其对应pH处理的甘蔗黑穗病菌孢子萌发率

表3 不同浓度K₂SiO₃及其对应pH处理的甘蔗黑穗病菌孢子萌发率

2.2 不同硅剂和pH对甘蔗黑穗病菌菌落直径的影响

图1 不同浓度硅剂溶液及其对应pH对甘蔗黑穗病菌菌落直径的影响

表4 不同浓度Na₂SiO₃及其对应pH对甘蔗黑穗病菌抑制率的影响

表5 不同浓度K₂SiO₃及其对应pH对甘蔗黑穗病菌抑制率的影响

2.3 不同硅剂和pH对甘蔗黑穗病菌菌丝生长的影响

图2 不同硅剂溶液及其对应pH处理对甘蔗黑穗病菌菌丝生长的影响

3 讨论

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1.3 数据处理

2 结果与分析

2.1 不同硅剂和pH对甘蔗黑穗病菌孢子萌发的影响

表2 不同浓度Na2SiO3及其对应pH处理的甘蔗黑穗病菌孢子萌发率

表3 不同浓度K2SiO3及其对应pH处理的甘蔗黑穗病菌孢子萌发率

2.2 不同硅剂和pH对甘蔗黑穗病菌菌落直径的影响

图1 不同浓度硅剂溶液及其对应pH对甘蔗黑穗病菌菌落直径的影响

表4 不同浓度Na2SiO3及其对应pH对甘蔗黑穗病菌抑制率的影响

表5 不同浓度K2SiO3及其对应pH对甘蔗黑穗病菌抑制率的影响

2.3 不同硅剂和pH对甘蔗黑穗病菌菌丝生长的影响

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