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重大发现:首次揭示钙网蛋白BrCRT2氨基酸缺失导致干烧心病的发生

2019/10/29 6:10:35发布15次查看
近日,北京市农林科学院蔬菜研究中心张凤兰课题组在《plant,cell&environment》期刊报道了钙网蛋白brcrt2(calreticulin2)基因调控白菜干烧心病的发生,进一步利用转基因技术、基因表达量分析、ca2+荧光标记和内质网分离体的钙离子结合/外排等试验,证明了brcrt2蛋白参与植物胞质ca2+浓度调控的新机制。
图1张凤兰课题组发表文章
一、 揭秘干烧心病发生原因及ca2+防治原理
我国自20世纪70年代初起,大白菜干烧心病作为一种生理性病害在各地均有不同程度的发生,尤其是在一些海涂地、盐碱地地区,大白菜干烧心病己发展成为与大白菜病毒病、霜霉病、软腐病等同等重要的病害。目前农户只知道喷钙防治干烧心的发生,但尚不知引起该病害发生的原因及防治原理。
1、钙网蛋白brcrt2氨基酸缺失导致干烧心病的发生
在基因水平上,brcrt2氨基酸的缺失导致干烧心病的发生。今年7月,张凤兰课题组利用转基因分析、荧光标记(图2)、基因表达分析(图3)和内质网分离体的钙离子结合/外排等试验证明在钙网蛋白brcrt2关键结构域中的17个氨基酸的缺失会导致该蛋白钙离子结合能力下降,降低了细胞质对钙离子的存储能力,使得细胞中钙离子浓度降低,从而降低植物应对逆境胁迫的能力,最终导致干烧心病的发生。
图2brcrt2荧光标记及蛋白结构
图3brcrt2基因表达量分析
2、生理性缺钙是引起病害发生的主要因素
在植物水平上,缺钙是引起病害发生的首要因素。在大白菜结球的初期,此时生长迅速,需要大量的矿物质,钙元素作为其中的一种,由于钙元素供应不足及在植株体内移动速率较慢,导致植物体内缺少钙元素;同时钙又是细胞壁的主要成分,钙的缺失降低了细胞壁对细胞的机械强度,从而引起大白菜干烧心(图4)的发生。在天气干旱,浇水不足或不匀,土壤返盐或重施氮肥,使土壤溶液的浓度增高,造成钙素供应不足,也会引起该病害的发生。
图4大白菜干烧心病症
3、环境条件影响大白菜干烧心病的发生
环境仍然影响干烧心的发生。研究表明,当增加空气湿度,降低温度,减少蒸腾强度,创造根压产生的条件,能减少干烧心病的发生。其中降水量是影响大白菜干烧心病的重要因素。另外干烧心病的发生与气候、品种、土壤盐碱度、肥水管理、栽培技术等因子有关,但导致病害发生的主要因素是缺水,缺水生长和营养吸收障碍导致代谢失常是干烧心病发生的主要病因。
二、防治措施
1、选育抗病品种
根据张凤兰课题组的研究,我们可以选取含有brcrt2抗性基因的品种或者对干烧心病高抗或者耐抗的品种,进行种植,增强大白菜抵抗干烧心病的能力。也可利用该基因,结合转基因技术培育抗病品种,增强大白菜对干烧心的抗病性。
2、合理栽培、合理施用基肥
在大白菜种植之前,基肥以有机肥为主、化肥为辅。每亩施腐熟农家肥5000kg、过磷酸钙50kg及少量的尿素,以改善土壤结构,促使植株健壮生长。同时要求土壤平整,浇水均匀,避免土壤含盐量高于0.2%。
在种植大白菜时,应避免与吸钙量大的甘蓝、番茄等进行连做。如果在番茄结果期发现脐腐病严重时,说明该地缺钙严重,秋茬最好不要种植大白菜或补充钙肥后再种植。
3、适时补钙
在大白菜生长到莲座期时,进行叶面喷肥,喷0.5%~0.7%的氯化钙与50μg/g萘乙酸混合液,也可单独喷施氯化钙溶液、喷施2~3次;或者叶面喷施0.08%~0.1%的硫酸锰溶液,喷洒时要注意集中向心叶喷洒,但要避免人为损伤植株。
4、加强田间管理
在白菜整个生育期,要保持水分供应要均匀,遇干旱,要及时浇水,宜实行小水灌溉,使土壤不干不涝。灌水应在早晚进行,莲座期灌水做到“见干见湿”,结球期应“见湿不见干”。灌溉后,及时中耕松土,防止板结。改善土壤结构,阻止盐碱上升。切忌大水漫灌,以免田间受涝损伤根系,妨碍吸收。

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