不同LED红、蓝光质组合对番茄灰霉病防御机制的影响

摘    要：为了研究不同LED红、蓝光照比例对番茄灰霉病菌丝生长及侵染力的影响，确定抑制灰霉病发展的最佳红蓝光质配比，设置5个不同的红、蓝光谱比例组合照射灰霉病病菌及接种灰霉病的番茄叶片，对灰霉病菌丝生长、病菌侵染、抗氧化保护酶活性、脯氨酸含量、丙二醛含量等相关指标进行测定。结果表明，不同红、蓝光质配比对番茄灰霉病的侵染均有一定的抑制作用，以C（红、蓝5∶1）处理下病斑抑制率最高。离体番茄叶片中SOD、POD、CAT活性随着红光比例的增加逐渐增强，以C（红、蓝5∶1）活性最强。PAL活性、脯氨酸含量也以C（红、蓝5∶1）处理最高，相比对照差异显著。丙二醛含量在C（红、蓝5∶1）处理的降低，效果最为明显。综上可知，LED红、蓝（5∶1）是对设施番茄灰霉病防治最为有利的光配比。

关键词：番茄；LED红蓝光；灰霉病；抗氧化保护酶

中图分类号：S641.2 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2023）04-089-07

Effects of different light quality combinations of red and blue LED on tomato mold defense

CHEN Yanqi1， ZHANG Tao2， LIU Yongpeng3， REN Zijun4， YAN Yingjie5

（1. Henan Agricultural Technology Popularize Overall Department， Zhengzhou 450002， Henan， China; 2. Henan Agricultural University， Zhengzhou 450002， Henan， China; 3. Luohe Academy of Agricultural Sciences， Luohe 462000， Henan， China; 4. Henan Academy of Agricultural Sciences， Zhengzhou 450002， Henan， China; 5. Henan Suixian Agricultural Science Research Institute， Suixian 476900， Henan， China）

Abstract： In this experiment， different combinations of red and blue spectra were used to irradiate Botrytis cinerea and tomato leaves inoculated with B. cinerea. The effects of different light conditions on the mycelial growth and infectivity of B. cinerea were studied， and the best red and blue light quality ratio to inhibit the development of B. cinerea were determined.SOD， POD， CAT， proline content etc， and preliminarily explore the physiological defense mechanism of different light quality ratio of red and blue led to inhibit the development of gray mold.The experiment set up 5 different treatments to measure the above relevant indexes. The results showed that different ratios of red and blue light had certain inhibitory effects on tomato gray mold infection， and the treatment with C（red and blue 5∶1）had the highest inhibition rate of lesions. The activities of SOD， POD and CAT in isolated tomato leaves increased with the increase of the ratio of red light， and the activity of C （red and blue 5∶1）was the strongest. PAL activity and proline content also showed the greatest difference between C（red and blue 5∶1）treatment compared with the control. The content of malondialdehyde in C（red and blue 5∶1） treatment had a better reduction effect， and the effect was the most obvious.In conclusion， LED （red and blue5∶1）is the most favorable light quality ratio for the prevention and control of B. cinerea in facilities.

Key words： Tomato; LED red and blue light; Botrytis cinerea; Antioxidant protective enzymes

番茄灰霉病菌是设施番茄栽培生产中发生较为普遍的一种病原真菌，是当前日光温室越冬、塑料大棚早春番茄生产上最重要的病害之一，一般发病较轻时能造成的经济损失在25%左右，发病严重时可达70%[1]，甚至绝收，目前防治方法还是以化学农药防治为主。但是随着人们生活质量的提高，对蔬菜需求更多为高品质、无污染的绿色有机蔬菜。所以近年来通过对温室内光、温、水、气体等环境因素的调控来达到防治病害的目的已成为温室生产研究的热点课题[2]。其中随着半导体产业的快速发展，LED人工可见光作为一种无污染的新型物理防治技术措施，也开始在防治植物重要病害上得到应用[3]。Shirasawa等[4]通过试验研究发现，红光能很好地抑制水稻稻瘟病细胞的菌丝生长，从而减少水稻稻瘟病病原菌对水稻的侵染和伤害。Yu等[5]研究表明，相比蓝光处理条件下，红、蓝光处理下辣椒炭疽病菌丝生长相对较为缓慢，分生孢子和芽管与其他处理条件下差异也比较大。Liao等[6]研究也发现，柑橘绿霉、青霉及酸梅病菌在低光照度（40 μmol·m-2·s-1）处理下，病原菌菌丝生长与黑暗处理条件下无明显差异，而当光照度增加到120 μmol·m-2·s-1时，才能够有效抑制菌丝生长。Parada等[7]研究显示，红光光照12 h的处理，水稻褐斑病菌的感染面积明显少于对照处理，红光处理48 h的处理，病斑侵染面积也基本没有再扩大。付雁南[8]研究发现，光周期10～12 h·d-1的紫光和红光处理组比其他时长的抑菌效果更为明显，番茄灰霉病病斑扩展的面积也相对比较小。

当前LED光源作为新型节能光源，具有光谱广泛、耗能少、发热少和寿命长等优点，被越来越多地应用于温室作物生产中[9-11]。但由于LED在农业上的应用刚刚开始，对LED在植物抗病性方面的作用研究较少且主要集中于单一光质和光周期上，在组合光质研究上并不深入，抗病现象产生的具体机制研究比较少。因此，笔者以番茄灰霉病菌为研究对象，在前人研究的基础上[6-8]，在LED光照度为200 μmol·m-2·s-1、光周期为12 h·d-1的情况下，研究了不同红蓝光质配比的光环境条件对番茄灰霉病侵染的影响，并通过检测抗氧化酶活性及脯氨酸、丙二醛含量的变化了解光环境对番茄叶片防御机制的影响，探究LED影响番茄灰霉病致病性的生理机制，为在温室番茄生产中通过红蓝组合光环境条件抑制灰霉病发生和发展提供重要理论参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验材料采用常见栽培番茄品种Money Maker。供试灰霉病菌株由河南农业大学植物保护学院提供，从当地温室内感染灰霉病的番茄植株上分离鉴定得到，在PDA培养基上25 ℃条件下继代培养，待用。试验照明设备采用广东三雄极光股份有限公司生产的LED灯。

1.2 试验设计

试验于2020年8月至2021年1月在河南省郑州市河南农业大学2号楼人工气候室中进行。通过设置全LED光照人工气候箱，调节不同的LED红、蓝光质配比（由红色与蓝色LED光按照不同比例组合获取），分别为红光∶蓝光（R∶B）=1∶1、红光∶蓝光（R∶B）=3∶1、红光∶蓝光（R∶B）=5∶1和白光，分别简写为A、B、C和D，同时以黑暗条件作为对照（CK）处理，共5个处理。分别调节人工气候箱的温、湿度做菌丝生长试验和离体番茄叶片灰霉病菌接种侵染试验。

1.3 方法

1.3.1 灰霉菌丝生长试验 选取致病性较强的菌株，从原始菌落中转移到PDA培养基上培养，待菌落长至50～60 mm时从菌落边缘打取d=5 mm的菌片接种到新的PDA培养基中央。培养基放置到人工培养箱内，分别调节4种光质LED灯进行照射，同时以黑暗条件下培养的菌落为对照（CK）。通过调节LED光源与PDA平板距离及电流光强控制器，使其表面处的光照度稳定为200 μmol·m-2·s-1，光周期设置为12 h·d-1。人工气候室温度和相对湿度分别为（23±1） ℃和90%。按照随机区组设计，每个处理接种60株，每个处理3次重复，接种1 d后，每12 h测量菌落直径，每个重复取样20株，共记录5 d。

1.3.2 离体番茄叶片灰霉病菌接种侵染试验 选取生长期间长势相同的番茄叶片，用蒸溜水清洗干净。筛选出最适病菌孢子悬浮液浓度（106 CFU·mL-1），在番茄叶上进行针刺接种灰霉病菌孢子悬浮液（106 CFU·mL-1，5 μL·伤口-1，3个伤口·颗-1），做灰霉病侵染的试验。将接种了灰霉病菌的番茄叶片置于调好温度（23±1） ℃和湿度（90%）的人工气候箱中，人工气候箱中安装4种红、蓝光质配比的LED灯，光周期设置为12 h·d-1。按照随机区组设计，每个处理接种60片，每个处理3次重复，接种1 d后，每12 h测量1次，每个重复取样20片叶片，测病斑直径，共记录3 d。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 菌丝生长抑制率和病斑扩展抑制率测定方法 使用游标卡尺测量菌落生长直径，并用下列公式计算菌丝生长抑制率和病斑扩展抑制率。

菌丝生长抑制率/%=

[对照菌落生长直径-处理菌落生长直径对照菌落直径]×100；

（1）

病斑扩展抑制率/%=

[对照病斑生长直径-处理病斑生长直径对照病斑直径]×100。

（2）

1.4.2 番茄叶片酶活性指标的测定 在对番茄叶片接种灰霉病后，在不同LED光质处理下，每隔12 h开始取叶片样品，样品均为接种成功并已经侵染的叶片，共记录3 d，取3次。然后对不同处理下的叶片样品进行保护酶活性等及MDA、脯氨酸含量的测定。根据Huo等[12]方法测定SOD、POD和CAT活性；参照《植物生理生化实验原理与技术》[13]测定PAL酶活性、脯氨酸和MDA含量。试验随机取样，所有指标测定均3次重复。