草地早熟禾(Poa pratensis L.)是一种冷季型禾本科草坪草。坪用表现优良,如色泽美观,绿期持久,使用年限较长等,被广泛应用到环境绿化和经济草坪建植中。草坪草褐斑病是由立枯丝核菌Rhizoctonia solani Kuhn(R.solani)引起的一种危害性极广的土传性病害,有草坪存在的地方就有该病害发生,常见大面积发病一般出现在夏季高温高湿环境下。此时也是草坪使用最频繁时期。因此造成的经济损失巨大。研究表明2,3-丁二醇(2,3-butanediol,2,3-BD)可以有效诱导植物对褐斑病产生诱导性系统抗性(Induced systemic resistance,ISR)。木质素在植物结构抗性方面有重要作用,一般在植株抗逆过程中可大量积累,可抵御病害的发生和快速扩展。在植物抗逆性方面具有很好的研究价值。因此,本文SCH772984体外研究了2,3-BD诱导草地早熟禾抗褐斑病过程中木质素生物合成途径。首先通过不同浓度梯度2,3-BD处理草地早熟禾幼苗并接种褐斑病病原真菌R.solani,通过病害抗性评价和木质素积累筛选出诱导剂的最佳使用浓度。分析诱导处理后草地早熟禾幼苗抗褐斑病过程中木质素合成相关酶活性和基因表达。测定了总木质素和三种单体含量,并通过显微结构观察了他们的沉积规律。同时采用靶向代谢组学方法对木质素生物合成过程中的中间体做了定性定量检测。从生理生化、显微结构和基因水平上评估了2,3-BD诱导草地早熟禾抗褐斑病的木质素合成事件及木质素沉积模式。主要结果如下:(1)本研究使用不同浓度梯度2,3-BD(100、300和500μmol/L)处理草地早熟禾幼苗并接种R.solani。结果表明,2,3-BD诱导显著降低了草地早熟禾发病率,第12天时,只接菌植株发病率达到90.74%,100μmol/L和500μmol/L诱导接菌处理发病率分别达到85.19%和70.37%,300μmol/L诱导接菌处理发病率仅为50%,诱导抗病率为最高达74.76%,是100μmol/L和500μmol/L处理下的5.56倍和1.72倍。草地早熟禾接菌后木质素含量显著升高。接菌处理接菌后第3天积累最多达25.11%,后期显著下降。300μmol/L诱导处理积累量后期显著升高相比Barasertib核磁其他处理最多,12天时达到了28.41%。同时,对R.solani生长和显微结构的研究发现,2,3-BD对其没有产生任何影响。表明300μmol/L的2,3-BD能显著提高草地早熟禾对褐斑病的早期防御反应,且是通过诱导植物自身抗性而不是对病原产生抑制。(2)采用300μmol/L的2,3-BD诱导草地早熟禾对木质素生物合成酶进行相关研究。植株感染R.solani后,6种酶(包括上游酶PAL、4CL、C4H和下游酶CAD、POD、LAC)在整个试验过程中均被诱导,活性均得到显著的增加,尤其在第9天,酶活性均有大幅度增加。诱导接菌处理植株的酶活性普遍较只接菌植株高。同时,只诱导的处理酶活性除C4H和LAC较低,PAL、4CL、CAD和POD活性显著高于对照(P<0.05)。(3)对合成途径涉及的13个相关基因做了相对表达量分析。在植株被R.solani感染后,除Pp CSE和Pp HCT,其他基因Pp PAL、Pp4CL、Pp C4H、Pp C3H、Pp COMT、Pp CCo AOMT、Pp CCR、Ppmedieval European stained glasses CAD、Pp POD和Pp LAC全部在侵染后快速表达,与酶活性的变化表现出一定的协同趋势。Pp HCT在整个试验中相对表达量下调(P<0.05)。Pp CSE在感染初期相对表达没有发生较大变化,第9天时开始被诱导迅速上调表达。除Pp CCR外的所有基因在第9天时表现出表达量峰值。在整个试验阶段2,3-BD诱导植株的相对表达量也是普遍高于只接菌处理。只诱导处理较对照相比也有较显著上调(P<0.05)。(4)草地早熟禾总木质素和三种木质素单体含量测定,及显微结构观察结果显示,植株被R.solani感染后木质素得到大量积累,但每个处理条件下的积累模式均不相同。诱导接菌处理积累量最多,而且木质素单体积累水平呈S木质素>G木质素>H木质素,使得G/S和H/S比值显著下降,G/H比值为显著上升。只接菌处理木质素积累量显著高于对照,单体积累水平为H木质素>S木质素>G木质素,G/H比值下降(P<0.05)。显微沉积显示,木质素主要在维管组织处,厚壁组织和角质层上相对积累量较多,病原入侵点周围细胞发生明显木质化。R.solani感染促进了木质素沉积,2,3-BD诱导植株细胞木质化程度高,细胞和组织受害程度相比未诱导植株较轻。(5)木质素生物合成路径的中间体靶向代谢组结果显示,接菌后中间产物含量发生了显著变化。主要为L-苯丙氨酸、芥子醛、对-香豆醛、阿魏酸、对-香豆醇、松柏醛和肉桂酸含量发生显著的下调。而代谢物松柏醇、对-香豆酸、咖啡酸、芥子醇、咖啡醇和咖啡醛含量表现出显著的上调积累(P<0.05)。2,3-BD诱导植株中与S和G木质素相关的聚合物芥子醇和松柏醇显著上调积累(P<0.05)。只诱导的处理和对照这两个处理之间没有出现显著的差异物质(P>0.05)。本次试验中,研究了2,3-BD诱导草地早熟禾对褐斑病病原真菌R.solani感染的早期木质化反应。病原菌侵染能诱导木质素的在植株细胞壁中的合成与沉积。诱导剂2,3-BD在这一过程中明显加快了木质化进程。使草地早熟禾增强了其对R.solani的耐受性,有效控制了褐斑病快速发展。