西瓜、黃瓜、甜瓜等瓜類枯萎病研究進(jìn)展

摘要：對瓜類枯萎病及其發(fā)病規(guī)律、抗病機理、分子標(biāo)記在抗病育種中的應(yīng)用和抗源新材料創(chuàng)造等方面的研究進(jìn)行了綜述和評價，介紹了國內(nèi)外瓜類抗枯萎病育種取得的最新進(jìn)展，并對瓜類抗枯萎病育種進(jìn)行了討論和展望。

關(guān)鍵詞：西瓜；黃瓜；甜瓜；枯萎??；育種；分子標(biāo)記；抗源

瓜類枯萎病又稱萎蔫病、蔓割病、死秧病，是由鐮刀菌寄生引起的土傳病害，危害逐年加重，是瓜類蔬菜的重要病害之一，全國各地均有發(fā)生。以黃瓜、西瓜、冬瓜受害重，其次是甜瓜，南瓜較抗病。

1 瓜類枯萎病的為害癥狀

枯萎病典型癥狀是萎蔫。在植株整個生育期均可發(fā)生，但以開花結(jié)瓜期發(fā)病最多且重。苗期發(fā)病，莖基部變褐縊縮，下部葉片變黃猝倒而死。西瓜若在種子發(fā)芽期發(fā)病，種子發(fā)芽后極為緩慢地長出胚芽，但不長或很難長出胚根，剝開病部放大觀察，發(fā)現(xiàn)幼嫩組織變淡褐色。苗期發(fā)病，葉色變淺，逐漸萎蔫。嚴(yán)重時幼苗僵化枯死；成株期發(fā)病初期，葉片從后向前逐漸萎蔫，似缺水狀，中午尤為明顯，傍晚逐漸恢復(fù)，病情向上發(fā)展。西瓜枯萎病病原菌主要以菌絲體、厚垣孢子和菌核在土壤或未腐熟的堆肥中越冬，是翌年發(fā)病的初侵染源；種子也可帶菌。這些是枯萎病的重要特征。其他瓜類如甜瓜、黃瓜、節(jié)瓜等枯萎病癥狀和西瓜相似。

2 枯萎病病原

枯萎病的病原是一類稱為尖鐮孢的真菌(Fusariam oxys—porum Schlecht)。病株莖基部表面所見粉紅色霉層是病菌的菌絲體、分生孢子和厚壁孢子。它的分生孢子又分大小2型：大型分生孢子似鐮刀形或新月形，色淡，基部有足細(xì)胞，3～5個橫隔膜，多數(shù)為3個分隔，大小30～60μm×3.5～5μm；小型分生孢子長橢圓形，色淡，單胞或有1個橫隔，大小5～26μm×2.4μm。尖鐮孢菌是一類土壤中常見的真菌，有的是腐生的，但很多是植物的維管束寄生菌，引起枯萎病。在不同寄主上寄生的尖鐮孢菌往往不會交互侵染。

目前，我國報道侵染瓜類的尖孢鐮刀菌分為5個?；图岸鄠€生理小種，且對各種瓜類的致病力有顯著差異。尖鐮孢黃瓜專化型[F.oxysporum(schi.)f.sp，cucumerium Owen.)]主要侵害黃瓜。除為害黃瓜外，對甜瓜有較強的致病力，不侵染西瓜、瓠瓜、南瓜、絲瓜。西瓜專化型[F.oxysporum(Schi.)f.sp.niveum]主要侵染西瓜、冬瓜，甜瓜可輕微發(fā)病，瓠瓜、南瓜、黃瓜、絲瓜不發(fā)病。甜瓜?；蚚F.oxysportzm(Schi.)f.sp.melonisl主要侵染甜瓜、菜瓜，黃瓜可輕微發(fā)病，西瓜、瓠瓜、南瓜、絲瓜不發(fā)病。瓠瓜?；蚚F.oxrsporum(Schl.)f.sp.lage—nariae]主要侵害瓠瓜、葫蘆，南瓜輕微發(fā)病，不侵染黃瓜、西瓜、甜瓜。絲瓜?；蚚F.oxysporum(Schi.)f.sp.Iuffae]主要侵害絲瓜、甜瓜可輕微發(fā)病，不侵害西瓜、黃瓜。各專化型的病菌形態(tài)相同。病菌生長溫度4～38℃，適溫24～27℃，最適pH值4.5～5.8。瓜類枯萎病菌有生理小種分化。其中，黃瓜枯萎病菌?；陀?個生理小種(我國的黃瓜枯萎病菌為4號小種)，西瓜枯萎病菌?；陀?個生理小種。

3 發(fā)病規(guī)律

枯萎病菌以菌絲、菌核、厚垣孢子在土壤、病殘體上或未經(jīng)高溫腐熟的肥料中越冬，也可以在種子上越冬。在土壤中休眠的枯萎病菌，第2年受到瓜類蔬菜根系分泌物的刺激，可打破休眠，在適宜的溫、濕度下萌發(fā)出芽管，從根部、根尖或傷口侵人，進(jìn)入維管束后阻塞導(dǎo)管，病菌產(chǎn)生大量菌絲和菌核，影響導(dǎo)管對水分和養(yǎng)分的運輸，病菌分泌果膠酶和纖維素酶分解破壞細(xì)胞，使有毒物質(zhì)堵塞導(dǎo)管，引起植株萎蔫。病菌是由下向上擴展，所以，病株萎蔫先從下部葉片開始，以后逐漸向上發(fā)展。病菌還能分泌毒素，干擾植株的代謝作用，致使植株中毒死亡。

枯萎病的發(fā)生、發(fā)展與環(huán)境條件等因素有密切的關(guān)系，并且枯萎病菌有潛伏侵染的現(xiàn)象，在幼苗期被侵染，到成株期才開始表現(xiàn)。一般來說，連茬或重茬地區(qū)發(fā)病重，在保護(hù)地栽培上尤為明顯。溫、濕度方面。在溫度20～30℃、相對濕度達(dá)到85％時最容易發(fā)病。另外，土壤pH值5～7或者受線蟲危害地區(qū)，發(fā)病也比較嚴(yán)重。

4 抗性鑒定方法

瓜類枯萎病的抗性鑒定方法分為苗期鑒定和成株期鑒定。由于苗期枯萎病發(fā)病情況和成株期發(fā)病情況表現(xiàn)一致，可以用室內(nèi)苗期鑒定代替大田成株期鑒定。而枯萎病的苗期鑒定中接種方法有3種，分別為浸根法、灌根法、胚根法。鑒于3種接種方法發(fā)病時期、接種方法、操作簡便性等各方面因素，可以根據(jù)具體情況選擇合適的接種方法進(jìn)行西瓜枯萎病的鑒定。西瓜枯萎病抗性分級標(biāo)準(zhǔn)為發(fā)病率0～20％為高抗；21％～50％為中抗；51％～80％為低抗；80％以上為感病。另外，有報道指出，利用過氧化物酶同工酶的方法可以判斷瓜類枯萎病的抗性。隨著病情指數(shù)增大，酶帶數(shù)增多?？箍菸∧芰υ綇?，酶帶數(shù)增加得越少；反之，感病越嚴(yán)重，酶帶數(shù)增加得越多。

5 瓜類枯萎病育種研究進(jìn)展

5.1 抗性機理研究

瓜類作物對枯萎病的抗性包括形態(tài)學(xué)抗性和生理生化抗性。高抗品種導(dǎo)管分布分散，且中央導(dǎo)管少，胞腔較小，細(xì)胞壁較厚，胞腔內(nèi)有一層加厚的細(xì)胞壁。而感病品種的導(dǎo)管多集中于中央，官腔較大，管壁薄。這些結(jié)構(gòu)特征對枯萎病菌的侵染和擴展有一定的阻止作用。苗琛等的研究表明枯萎病菌多從根部受損部位侵入。木質(zhì)部導(dǎo)管中相繼出現(xiàn)侵填體及一些灰褐色物質(zhì)，并發(fā)生管壁加厚現(xiàn)象，在篩管中篩板加厚形成胼胝體，這種現(xiàn)象在感病品種與抗性品種中都能見到，但在抗性品種中發(fā)生更早、頻率更高。生理生化抗性包括諸多方面，也是近年來才引起人們廣泛關(guān)注的一個研究領(lǐng)域，

自1978年Fridovich提出生物自由基學(xué)說以來，細(xì)胞保護(hù)性酶系統(tǒng)與植物抗病性的關(guān)系引起了人們的普遍關(guān)注。許多學(xué)者的研究結(jié)果表明，超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)等能抵御活性氧及氧自由基對細(xì)胞膜系統(tǒng)的傷害，增強植物對病害的抵抗能力，但對其在抗病反應(yīng)中的變化規(guī)律說法不一。

王雅平對小麥赤霉病、吳岳軒等對水稻白葉枯病的研究表明SOD、POD活性均與其抗性成正相關(guān)。靳華芬的報道以及李妙對棉花枯萎病的研究認(rèn)為：植株感病后POD和SOD活性呈增加的趨勢，但感病品種活性明顯高于抗病品種。而云興福㈣對黃瓜感染霜霉病的研究認(rèn)為SOD活性與其抗性成負(fù)相關(guān)，POD活性成正相關(guān)。王建明等對西瓜苗期感染枯萎病菌后根部細(xì)胞的質(zhì)膜透性、某些酶類和化合物，以及光合色素含量的動態(tài)變化進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：受枯萎病菌侵染的抗病品種其自我調(diào)節(jié)恢復(fù)正常狀態(tài)的能力顯著大于感病品種。MDA作為膜脂過氧化作用的最終分解產(chǎn)物，它的含量是膜脂過氧化程度的一個重要標(biāo)志，而膜脂過氧化的加劇引起質(zhì)膜透性增大，致使大量電解質(zhì)外滲，因此MDA含量和電導(dǎo)率與細(xì)胞膜的損害程度直接相關(guān)。大量研究表明MDA含量和電導(dǎo)率與植物抗病性成負(fù)相關(guān)。此外在植物體內(nèi)一些物質(zhì)的變化與植物的抗病性密切相關(guān)，如可溶性糖、葉綠素a和b、可溶性蛋白、氨基酸、維生素C等。劉慶元、張穗舊對黃瓜霜霉病的研究中認(rèn)為黃瓜葉內(nèi)糖分含量越高，其抗病性就越強，否則就越弱，這與Horsfall等的研究報道一致。并且其研究結(jié)果還表明CAT活性愈強，植株的抗病性也越強。但云興福、劉素萍等人的報道卻認(rèn)為糖是病原微生物必需的營養(yǎng)物質(zhì)，因此糖含量高乃是促進(jìn)植物感病性的因素。而有關(guān)可溶性蛋白和維生素C含量的許多研究表明可溶性蛋白和維生素C含量愈高，抗病性就愈強㈣。隨著凝膠電泳技術(shù)的發(fā)展，測定植物組織中SOD、POD同工酶帶的變化引起許多植物病理學(xué)者的興趣，但結(jié)論也不一致。如吳功振等測定感白葉枯病水稻品種多1條酶帶，而抗病品種則少了1條酶帶。綜上所述，植物受病原菌侵染后其體內(nèi)的防御酶系、保護(hù)性物質(zhì)變化與植物的抗病性密切相關(guān)。

5.2 分子技術(shù)在抗枯萎病育種研究中的應(yīng)用

我國對瓜類種質(zhì)資源的抗病鑒定和利用起步較晚，20世紀(jì)80年代后期我國在西瓜枯萎病菌小種分化、西瓜枯萎病的種質(zhì)篩選及抗病育種等方面集中開展過較系統(tǒng)的研究，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)缺乏抗病種質(zhì)而且栽培品種絕大部分是感病品種～I(xiàn)-22]。目前我國的瓜類病害越來越嚴(yán)重，一些過去并不嚴(yán)重的病害已上升成為重要的病害類型。值得開展新的抗病鑒定、篩選和育種工作。

抗枯萎病種質(zhì)資源比較少見，而瓠瓜對枯萎病具有高度抗性或免疫，但由于瓠瓜與其他瓜類間的親緣關(guān)系較遠(yuǎn)，利用常規(guī)育種方法無法將瓠瓜的枯萎病抗性轉(zhuǎn)到其他瓜類上來。肖光輝等采用生物技術(shù)方法首次將瓠瓜DNA導(dǎo)人西瓜，獲得了變異性狀，并以這些抗性材料為親本選育出了商品性狀優(yōu)良的3個高抗、2個中抗枯萎病的雜交組合新品系，這表明我國西瓜抗枯萎病育種取得了重大突破。而野生西瓜中不僅存在抗西瓜枯萎病基因。同時還存在一般栽培品種中少見的有利性狀，利用常規(guī)育種手段可以將野生西瓜的有利性狀轉(zhuǎn)育到栽培西瓜品種上來。肖光輝等∞用常規(guī)育種方法，將野生西瓜的抗枯萎病性狀轉(zhuǎn)育到栽培西瓜中，后代在病圃中經(jīng)7代自交純化和抗性選擇，選育出了4份抗性材料。苗期接種鑒定和自然接種鑒定的結(jié)果都表明，選育出的8份材料中，高抗西瓜枯萎病2份，中抗6份，對炭疽病抗性均較強，上述研究結(jié)果表明野生西瓜的利用是西瓜抗枯萎病育種的一種有效方法。

分子標(biāo)記技術(shù)為鑒定和研究數(shù)量抗性基因提供了科學(xué)的方法。在瓜類枯萎病的研究方面，開展了西瓜枯萎病抗性基因分子標(biāo)記技術(shù)，許勇等將西瓜野生種質(zhì)P1296341抗枯萎病生理小種1的抗性基因連鎖的RAPD標(biāo)記OPP/700進(jìn)行克隆、測序，Southen雜交證明此標(biāo)記為1個單拷貝，并轉(zhuǎn)化為SCAR標(biāo)記，并初步建立了西瓜抗枯萎病育種分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)系統(tǒng)。一些學(xué)者對甜瓜枯萎病生理小種2的抗性基因進(jìn)行了基因定位。國內(nèi)外學(xué)者對西瓜枯萎病抗性的分子標(biāo)記進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。Leigh等采用RAPD標(biāo)記繪出了西瓜抗枯萎病的連鎖圖譜，篩選出了與生理小種1抗性相關(guān)的3個RAPD標(biāo)記和與生理小種2抗性相關(guān)的4個RAPD標(biāo)記，但繪出的連鎖圖譜與抗性位點的聯(lián)系過于松散，而很難作為一種有效的分子輔助抗性選擇手段。LeviDt、Hawkins031等利用RAPD對西瓜枯萎病抗性進(jìn)行了標(biāo)記。

5.3 抗枯萎病品種選育

美國從1902年開始西瓜抗枯萎病育種工作，白第1個抗病品種Conqueror問世以來，又培育出IowaKing，Iowa Belle，Jubilee。Calhoun Gray，Crimson Sweet等抗病性強、商品性好的品種閻。我國的西瓜抗枯萎病育種工作雖起步較晚，但進(jìn)展很快。目前全國已育成并在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用的抗病品種主要有中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹研究所的鄭抗系列、北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心育成的京抗系列、江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)院育成的早抗京欣、抗病蘇蜜、抗病蘇紅寶等。黃瓜方面，目前生產(chǎn)上推廣的黃瓜抗耐病品種有津雜1號、津雜2號、長春密剌。甜瓜方面，宜選用甜瓜品種龍?zhí)?號、龍?zhí)?號、伊麗莎白、錦豐甜寶等抗病品種。

6 西瓜、黃瓜、甜瓜等瓜類枯萎病研究展望

西瓜、黃瓜、甜瓜等瓜類枯萎病是生產(chǎn)中的毀滅性病害，培育和應(yīng)用抗病品種是防治此病害最經(jīng)濟有效的措施。研究鑒定抗病品種的抗性及遺傳效應(yīng)又是選育新抗病品種的基礎(chǔ)。瓜類枯萎病抗性遺傳研究國內(nèi)外早有許多報道。對抗枯萎病遺傳研究結(jié)果頗不一致。西瓜抗枯萎病育種研究已取得了顯著的進(jìn)展，但從目前的西瓜抗枯萎病育種現(xiàn)狀來看仍然存在一些問題。

西瓜、黃瓜、甜瓜等瓜類枯萎病抗源材料不足，需要進(jìn)一步收集各種瓜類抗病種質(zhì)資源特別是野生種質(zhì)材料，充分利用生物技術(shù)手段對枯萎病抗性基因進(jìn)行定位，開展基因克隆，創(chuàng)造和豐富瓜類枯萎病抗性資源。采用傳統(tǒng)的育種方法和航天育種、細(xì)胞工程、基因工程、分子標(biāo)記等高新技術(shù)相互滲透與組合選育抗枯萎病新品種。選育具有多元抗性的瓜類新品種，今后的研究目標(biāo)應(yīng)在選育抗枯萎病品種的基礎(chǔ)上。增加對炭疽病、疫病等病害的抗性品種的選育。為此，可利用轉(zhuǎn)基因方法與常規(guī)育種相結(jié)合，將多個抗病基因共同導(dǎo)入西瓜，從而培育出抗多種病害的品種。隨著對西瓜、黃瓜、甜瓜等瓜類枯萎病抗病機理研究的不斷深入，以及現(xiàn)代育種技術(shù)和植物基因工程技術(shù)的不斷發(fā)展，瓜類枯萎病防治工作必將取得更大的成效。