西瓜、黄瓜、甜瓜等瓜类枯萎病研究进展

西瓜、黄瓜、甜瓜等瓜类枯萎病研究进展 西瓜、黄瓜、甜瓜等瓜类枯萎病研究进展,专题综述, 韩金星 洪日新 周 林 何 毅 黄金艳 覃斯华 李文信 樊学军 李天艳 约4910字 摘要:对瓜类枯萎病及其发病规律、抗病机理、分子标记在抗病育种中的应用和抗源新材料创造等方面的研究进行了综述和评价，介绍了国内外瓜类抗枯萎病育种取得的最新进展，并对瓜类抗枯萎病育种进行了讨论和展望。 关键词:西瓜;黄瓜;甜瓜;枯萎病;育种;分子标记;抗源 瓜类枯萎病又称萎蔫病、蔓割病、死秧病，是由镰刀菌寄生引起的土传病害，危害逐年加重，是瓜类蔬菜的重要病害之一，全国各地均有发生。以黄瓜、西瓜、冬瓜受害重，其次是甜瓜，南瓜较抗病。 1 瓜类枯萎病的为害症状 枯萎病典型症状是萎蔫。在植株整个生育期均可发生，但以开花结瓜期发病最多且重。苗期发病，茎基部变褐缢缩，下部叶片变黄猝倒而死。西瓜若在种子发芽期发病，种子发芽后极为缓慢地长出胚芽，但不长或很难长出胚根，剥开病部放大观察，发现幼嫩组织变淡褐色。苗期发病，叶色变浅，逐渐萎蔫。严重时幼苗僵化枯死;成株期发病初期，叶片从后向前逐渐萎蔫，似缺水状，中午尤为明显，傍晚逐渐恢复，病情向上发展。西瓜枯萎病病原菌主要以菌丝体、厚垣孢子和菌核在土壤或未腐熟的堆肥中越冬，是翌年发病的初侵染源;种子也可带菌。这些是枯萎病的重要特征。其他瓜类如甜瓜、黄瓜、节瓜等枯萎病症状和西瓜相似。 2 枯萎病病原 枯萎病的病原是一类称为尖镰孢的真菌(Fusariam oxys—porum Schlecht)。病株茎基部表面所见粉红色霉层是病菌的菌丝体、分生孢子和厚壁孢子。它的分生孢子又分大小2型:大型分生孢子似镰刀形或新月形，色淡，基部有足细胞，3,5个横隔膜，多数为3个分隔，大小30,60μm×3.5,5μm;小型分生孢子长椭圆形，色淡，单胞或有1个横隔，大小5,26μm×2.4μm。尖镰孢菌是一类土壤中常见的真菌，有的是腐生的，但很多是植物的维管束寄生菌，引起枯萎病。在不同寄主上寄生的尖镰孢菌往往不会交互侵染。 目前，我国报道侵染瓜类的尖孢镰刀菌分为5个专化型及多个生理小种，且对各种瓜类的致病力有显著差异。尖镰孢黄瓜专化型[F.oxysporum(schi.)f.sp，cucumerium Owen.)] 主要侵害黄瓜。除为害黄瓜外，对甜瓜有较强的致病力，不侵染西瓜、瓠瓜、南瓜、丝瓜。西瓜专化型[F.oxysporum(Schi.)f.sp.niveum]主要侵染西瓜、冬瓜，甜瓜可轻微发病，瓠瓜、南瓜、黄瓜、丝瓜不发病。甜瓜专化型[F.oxysportzm(Schi.)f.sp.melonisl主要侵染甜瓜、菜瓜，黄瓜可轻微发病，西瓜、瓠瓜、南瓜、丝瓜不发病。瓠瓜专化型 [F.oxrsporum(Schl.)f.sp.lage—nariae]主要侵害瓠瓜、葫芦，南瓜轻微发病，不侵染黄瓜、西瓜、甜瓜。丝瓜专化型[F.oxysporum(Schi.)f.sp.Iuffae]主要侵害丝瓜、甜瓜可轻微发病，不侵害西瓜、黄瓜。各专化型的病菌形态相同。病菌生长温度4,38?，适温24,27?，最适pH值4.5,5.8。瓜类枯萎病菌有生理小种分化。其中，黄瓜枯萎病菌专化型有4个生理小种(我国的黄瓜枯萎病菌为4号小种)，西瓜枯萎病菌专化型有3个生理小种。 3 发病规律 枯萎病菌以菌丝、菌核、厚垣孢子在土壤、病残体上或未经高温腐熟的肥料中越冬，也可以在种子上越冬。在土壤中休眠的枯萎病菌，第2年受到瓜类蔬菜根系分泌物的刺激，可打破休眠，在适宜的温、湿度下萌发出芽管，从根部、根尖或伤口侵人，进入维管束后阻塞导管，病菌产生大量菌丝和菌核，影响导管对水分和养分的运输，病菌分泌果胶酶和纤维素酶分解破坏细胞，使有毒物质堵塞导管，引起植株萎蔫。病菌是由下向上扩展，所以，病株萎蔫先从下部叶片开始，以后逐渐向上发展。病菌还能分泌毒素，干扰植株的代谢作用，致使植株中毒死亡。 枯萎病的发生、发展与环境条件等因素有密切的关系，并且枯萎病菌有潜伏侵染的现象，在幼苗期被侵染，到成株期才开始表现。一般来说，连茬或重茬地区发病重，在保护地栽培上尤为明显。温、湿度方面。在温度20,30?、相对湿度达到85,时最容易发病。另外，土壤pH值5,7或者受线虫危害地区，发病也比较严重。 4 抗性鉴定方法 瓜类枯萎病的抗性鉴定方法分为苗期鉴定和成株期鉴定。由于苗期枯萎病发病情况和成株期发病情况表现一致，可以用室内苗期鉴定代替大田成株期鉴定。而枯萎病的苗期鉴定中接种方法有3种，分别为浸根法、灌根法、胚根法。鉴于3种接种方法发病时期、接种方法、操作简便性等各方面因素，可以根据具体情况选择合适的接种方法进行西瓜枯萎病的鉴定。西瓜枯萎病抗性分级为发病率0,20,为高抗;21,,50,为中抗;51,,80,为低抗;80,以上为感病。另外，有报道指出，利用过氧化物酶同工酶的方法可以判断瓜类枯萎病的抗性。随着病情指数增大，酶带数增多。抗枯萎病能力越强，酶带数增加得越少;反之，感病越严重，酶带数增加得越多。 5 瓜类枯萎病育种研究进展 5.1 抗性机理研究 瓜类作物对枯萎病的抗性包括形态学抗性和生理生化抗性。高抗品种导管分布分散，且中央导管少，胞腔较小，细胞壁较厚，胞腔内有一层加厚的细胞壁。而感病品种的导管多集中于中央，官腔较大，管壁薄。这些结构特征对枯萎病菌的侵染和扩展有一定的阻止作用。苗琛等的研究表明枯萎病菌多从根部受损部位侵入。木质部导管中相继出现侵填体及一些灰褐色物质，并发生管壁加厚现象，在筛管中筛板加厚形成胼胝体，这种现象在感病品种与抗性品种中都能见到，但在抗性品种中发生更早、频率更高。生理生化抗性包括诸多方面，也是近年来才引起人们广泛关注的一个研究领域， 自1978年Fridovich提出生物自由基学说以来，细胞保护性酶系统与植物抗病性的关系引起了人们的普遍关注。许多学者的研究结果表明，超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)等能抵御活性氧及氧自由基对细胞膜系统的伤害，增强植物对病害的抵抗能力，但对其在抗病反应中的变化规律说法不一。 王雅平对小麦赤霉病、吴岳轩等对水稻白叶枯病的研究表明SOD、POD活性均与其抗性成正相关。靳华芬的报道以及李妙对棉花枯萎病的研究认为:植株感病后POD和SOD活性呈增加的趋势，但感病品种活性明显高于抗病品种。而云兴福?对黄瓜感染霜霉病的研究认为SOD活性与其抗性成负相关，POD活性成正相关。王建明等对西瓜苗期感染枯萎病菌后根部细胞的质膜透性、某些酶类和化合物，以及光合色素含量的动态变化进行了研究，结果表明:受枯萎病菌侵染的抗病品种其自我调节恢复正常状态的能力显著大于感病品种。MDA作为膜脂过氧化作用的最终分解产物， 它的含量是膜脂过氧化程度的一个重要标志，而膜脂过氧化的加剧引起质膜透性增大，致使大量电解质外渗，因此MDA含量和电导率与细胞膜的损害程度直接相关。大量研究表明MDA含量和电导率与植物抗病性成负相关。此外在植物体内一些物质的变化与植物的抗病性密切相关，如可溶性糖、叶绿素a和b、可溶性蛋白、氨基酸、维生素C等。刘庆元、张穗旧对黄瓜霜霉病的研究中认为黄瓜叶内糖分含量越高，其抗病性就越强，否则就越弱，这与Horsfall等的研究报道一致。并且其研究结果还表明CAT活性愈强，植株的抗病性也越强。但云兴福、刘素萍等人的报道却认为糖是病原微生物必需的营养物质，因此糖含量高乃是促进植物感病性的因素。而有关可溶性蛋白和维生素C含量的许多研究表明可溶性蛋白和维生素C含量愈高，抗病性就愈强?。随着凝胶电泳技术的发展，测定植物组织中SOD、POD同工酶带的变化引起许多植物病理学者的兴趣，但结论也不一致。如吴功振等测定感白叶枯病水稻品种多1条酶带，而抗病品种则少了1条酶带。综上所述，植物受病原菌侵染后其体内的 防御酶系、保护性物质变化与植物的抗病性密切相关。 5.2 分子技术在抗枯萎病育种研究中的应用 我国对瓜类种质资源的抗病鉴定和利用起步较晚，20世纪80年代后期我国在西瓜枯萎病菌小种分化、西瓜枯萎病的种质筛选及抗病育种等方面集中开展过较系统的研究，发现国内缺乏抗病种质而且栽培品种绝大部分是感病品种,I-22]。目前我国的瓜类病害越来越严重，一些过去并不严重的病害已上升成为重要的病害类型。值得开展新的抗病鉴定、筛选和育种工作。 抗枯萎病种质资源比较少见，而瓠瓜对枯萎病具有高度抗性或免疫，但由于瓠瓜与其他瓜类间的亲缘关系较远，利用常规育种方法无法将瓠瓜的枯萎病抗性转到其他瓜类上来。肖光辉等采用生物技术方法首次将瓠瓜DNA导人西瓜，获得了变异性状，并以这些抗性材料为亲本选育出了商品性状优良的3个高抗、2个中抗枯萎病的杂交组合新品系，这表明我国西瓜抗枯萎病育种取得了重大突破。而野生西瓜中不仅存在抗西瓜枯萎病基因。同时还存在一般栽培品种中少见的有利性状，利用常规育种手段可以将野生西瓜的有利性状转育到栽培西瓜品种上来。肖光辉等?用常规育种方法，将野生西瓜的抗枯萎病性状转育到栽培西瓜中，后代在病圃中经7代自交纯化和抗性选择，选育出了4份抗性材料。苗期接种鉴定和自然接种鉴定的结果都表明，选育出的8份材料中，高抗西瓜枯萎病2份，中抗6份，对炭疽病抗性均较强，上述研究结果表明野生西瓜的利用是西瓜抗枯萎病育种的一种有效方法。 分子标记技术为鉴定和研究数量抗性基因提供了科学的方法。在瓜类枯萎病的研究方面，开展了西瓜枯萎病抗性基因分子标记技术，许勇等将西瓜野生种质P1296341抗枯萎病生理小种1的抗性基因连锁的RAPD标记OPP/700进行克隆、测序，Southen杂交证明此标记为1个单拷贝，并转化为SCAR标记，并初步建立了西瓜抗枯萎病育种分子标记辅助选择技术系统。一些学者对甜瓜枯萎病生理小种2的抗性基因进行了基因定位。国内外学者对西瓜枯萎病抗性的分子标记进行了较为系统的研究。Leigh等采用RAPD标记绘出了西瓜抗枯萎病的连锁图谱，筛选出了与生理小种1抗性相关的3个RAPD标记和与生理小种2抗性相关的4个RAPD标记，但绘出的连锁图谱与抗性位点的联系过于松散，而很难作为一种有效的分子辅助抗性选择手段。LeviDt、Hawkins031等利用RAPD对西瓜枯萎病抗性进行了标记。 5.3 抗枯萎病品种选育 美国从1902年开始西瓜抗枯萎病育种工作，白第1个抗病品种Conqueror问世以来，又培育出IowaKing，Iowa Belle，Jubilee。Calhoun Gray，Crimson Sweet等抗病性强、商品性好的品种阎。我国的西瓜抗枯萎病育种工作虽起步较晚，但进展很快。目前全国已育成并在生产中推广应用的抗病品种主要有中国农业科学院郑州果树研究所的郑抗系列、北京市农林科学院蔬菜研究中心育成的京抗系列、江苏农业科学院育成的早抗京欣、抗病苏蜜、抗病苏红宝等。黄瓜方面，目前生产上推广的黄瓜抗耐病品种有津杂1号、津杂2号、长春密剌。甜瓜方面，宜选用甜瓜品种龙甜1号、龙甜2号、伊丽莎白、锦丰甜宝等抗病品种。 6 西瓜、黄瓜、甜瓜等瓜类枯萎病研究展望 西瓜、黄瓜、甜瓜等瓜类枯萎病是生产中的毁灭性病害，培育和应用抗病品种是防治此病害最经济有效的。研究鉴定抗病品种的抗性及遗传效应又是选育新抗病品种的基础。瓜类枯萎病抗性遗传研究国内外早有许多报道。对抗枯萎病遗传研究结果颇不一致。西瓜抗枯萎病育种研究已取得了显著的进展，但从目前的西瓜抗枯萎病育种现状来看仍然存在一些问题。 西瓜、黄瓜、甜瓜等瓜类枯萎病抗源材料不足，需要进一步收集各种瓜类抗病种质资源特别是野生种质材料，充分利用生物技术手段对枯萎病抗性基因进行定位，开展基因克隆，创造和丰富瓜类枯萎病抗性资源。采用传统的育种方法和航天育种、细胞工程、基因工程、分子标记等高新技术相互渗透与组合选育抗枯萎病新品种。选育具有多元抗性的瓜类新品种， 今后的研究目标应在选育抗枯萎病品种的基础上。增加对炭疽病、疫病等病害的抗性品种的选育。为此，可利用转基因方法与常规育种相结合，将多个抗病基因共同导入西瓜，从而培育出抗多种病害的品种。随着对西瓜、黄瓜、甜瓜等瓜类枯萎病抗病机理研究的不断深入，以及现代育种技术和植物基因工程技术的不断发展，瓜类枯萎病防治工作必将取得更大的成效。