《Discover Plants》：Elicitation of defense responses in rice against sheath blight using salicylic acid and methyl jasmonate
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本研究為應對水稻紋枯病（由Rhizoctonia solani引起）因缺乏穩定遺傳抗性及化學殺菌劑局限而導致的產量損失挑戰，研究人員以兩種不同抗性水稻基因型為對象，系統評估了水楊酸(SA)和茉莉酸甲酯(MeJA)作為種子引發劑和葉面噴霧劑的應用潛力。研究結果表明，SA和MeJA在體外完全抑制病原菌菌絲生長及菌核形成，通過種子處理和葉面噴施的聯合應用可顯著降低病害發生率、抑制病害垂直擴展，并增強苯丙氨酸解氨酶(PAL)、過氧化物酶(POD)和幾丁質酶等防御相關酶活性，同時促進植株生長和產量。這項工作揭示了SA和MeJA在促進植物生長和誘導系統抗性的雙重作用，為水稻紋枯病的可持續、環境友好型管理提供了有前景的替代方案。
水稻，作為全球半數以上人口的主糧，其生產安全對保障糧食供應至關重要。然而，水稻的“健康”一直受到多種病害的威脅，其中紋枯病堪稱一位難以對付的“隱形殺手”。這種由土壤真菌立枯絲核菌(Rhizoctonia solani)引起的病害，能悄無聲息地侵襲水稻的葉鞘和莖稈，導致嚴重的產量損失，在東南亞地區年減產可達50%之多。更棘手的是，對抗這位“殺手”的武器庫卻相當有限：目前尚未發現持久穩定的遺傳抗性資源；過度依賴化學殺菌劑不僅面臨病原菌產生抗藥性的風險，還可能對環境造成負面影響。因此，尋找一種既能有效控病、又環境友好的可持續管理策略，成為了水稻科研領域的迫切需求。就在這樣的背景下，一項發表在《Discover Plants》上的研究，將目光投向了植物自身免疫系統的“激活劑”——水楊酸(SA)和茉莉酸甲酯(MeJA)，探索它們能否成為對抗紋枯病的新利器。
為了探究SA和MeJA在防治水稻紋枯病中的潛力，研究人員采用了一套組合研究方法。他們選取了對紋枯病高感的Tapaswini和中抗的CR Dhan 1014兩個水稻品種作為研究對象。研究首先在實驗室條件下（體外）測試了不同濃度SA和MeJA對立枯絲核菌菌絲生長和菌核形成的直接抑制效果。接著，通過種子引發（即用不同濃度的SA或MeJA溶液處理種子）評估了這兩種化合物對種子萌發、幼苗生長和活力的影響。在溫室盆栽實驗中，研究人員設計了一套復雜的處理方案，包括單獨的種子處理、單獨的葉面噴霧，以及種子處理與葉面噴霧相結合的方式，并在水稻最大分蘗期人工接種了高毒力的立枯絲核菌菌株（ShBL-4），以系統評估不同處理方式對紋枯病發生、發展的控制效果。此外，研究還測定了接種后不同時間點水稻葉片中關鍵防御相關酶——苯丙氨酸解氨酶(PAL)、過氧化物酶(POD)和幾丁質酶的活性變化，從生化層面解析其誘導抗病的機制。最后，評估了不同處理對水稻產量相關性狀的影響。所有實驗數據均經過嚴格的統計學分析。
3.1 體外對峙試驗
研究表明，SA和MeJA在體外對立枯絲核菌表現出顯著的抑制活性。兩種化合物在所有測試濃度下均能顯著抑制病原菌的菌絲生長和菌核形成，且效果隨濃度升高而增強。在100 mg/L濃度下，SA和MeJA均能完全抑制菌絲生長。SA在25、50和100 mg/L濃度下能完全抑制菌核形成，而MeJA則在100 mg/L濃度下實現完全抑制。這證實了SA和MeJA具有直接的抗菌潛力。
3.2 種子引發對種子萌發、生物量和幼苗活力的影響
種子引發處理顯著改善了水稻的早期生長性狀。對于高感品種Tapaswini，MeJA (100 mg/kg)處理獲得了最高的萌發率(95.00%)；而對于中抗品種CR Dhan 1014，SA (100 mg/kg)處理效果最佳(94.67%)。兩種引發劑均促進了根長、苗長和幼苗活力，其中MeJA (100 mg/kg)在兩個品種中均表現出最一致的積極效果，顯著提高了幼苗活力指數。
3.3 水楊酸和茉莉酸甲酯的種子引發與葉面噴霧組合對溫室條件下紋枯病發生的影響
在控制病害方面，組合處理顯示出最佳效果。其中，T3處理（即種子用SA 100 mg/kg引發，并在移栽后40天和60天葉面噴施SA 100 mg/L）的防病效果最為突出。該處理使Tapaswini的病害發生率顯著降低46.81%，使CR Dhan 1014的病害發生率降低33.33%。同時，它還顯著抑制了病害的垂直擴展，降低了病害進展曲線下面積(AUDPC)，并減少了單株菌核數量。組織病理學觀察也證實，在T3處理的Tapaswini植株中，病原菌的侵染墊等穿透結構數量顯著減少。
3.5 防御酶活性
生化分析顯示，SA和MeJA處理能有效激活水稻的防御系統。在接種病原菌后，經過T3等有效處理的植株中，PAL、POD和幾丁質酶的活性均顯著高于僅接種病原菌的對照植株。這些酶的活性在接種后隨時間變化，通常在120小時達到峰值。值得注意的是，中抗品種CR Dhan 1014在各項防御酶活性上均普遍高于高感品種Tapaswini。最能顯著增強這三種防御酶活性的處理包括：T3（種子SA處理+葉面SA噴霧）、T5（種子SA處理+葉面MeJA噴霧）和T6（種子MeJA處理+葉面SA噴霧）。
3.6 水楊酸和甲基茉莉酸酯的種子引發和葉面噴霧組合對兩個水稻品種產量相關性狀的影響
除了防病，有效的處理還能提高水稻產量。同樣，T3處理（種子SA處理+葉面SA噴霧）在提升產量性狀方面表現最佳。該處理使兩個品種的穗粒數、飽滿粒數、單穗重和單盆產量均顯著提高，同時降低了癟粒數。
4 討論與5 結論
本研究的討論部分深入闡述了SA和MeJA作為植物防御信號分子的已知作用機制。SA是系統獲得性抗性(SAR)的關鍵信號分子，而MeJA則主要參與誘導系統抗性(ISR)途徑。二者都能通過調控一系列生理生化反應，激活植物的防御基因表達和防御化合物合成。本研究的結果與這些機制相符：SA和MeJA處理不僅直接抑制了病原菌生長，更重要的是通過種子引發和葉面噴霧，系統性地增強了水稻自身的防御能力，表現為防御相關酶活性的持續升高。
綜上所述，本研究得出明確結論：利用水楊酸(SA)和茉莉酸甲酯(MeJA)進行種子引發和葉面噴施，是一種有效且可持續的水稻紋枯病管理策略。這兩種化學激發子扮演了雙重角色：既是植物生長的促進劑，又是植物免疫的有效誘導劑。它們通過直接抗菌作用和激活植物內源防御系統（如增強PAL、POD和幾丁質酶活性），顯著降低了紋枯病的危害，并最終提高了水稻產量。這項研究為減少對傳統化學殺菌劑的依賴、發展環境友好的水稻病害綜合治理技術提供了重要的理論依據和實踐方案，對于保障水稻生產的可持續性和糧食安全具有重要意義。
