不同地理來源蠶豆種質(zhì)的綠豆象抗性特征分析

楊 新，楊 峰，呂梅媛，于海天，胡朝芹，王玉寶，鄭愛清，代正明，唐永生，代 快，王麗萍，何玉華*

（1.云南省農(nóng)業(yè)科學院糧食作物研究所，昆明 650205；2.曲靖市農(nóng)業(yè)科學院，曲靖 655000，云南；3.云南省煙草公司玉溪市公司/煙草行業(yè)病蟲害生物防治工程研究中心，玉溪 653100，云南）

蠶豆（Vicia fabaL.）屬豆科（Leguminosae），蝶形花亞科（Papilionaceae），野豌豆族（Vicieae），巢菜屬（ViciaL.），初生起源中心為亞洲西部和非洲北部，距今已有超過5000年的栽培歷史，在中國的栽培歷史也已超過2100年[1]。蠶豆在長期的栽培馴化中發(fā)展為一種多用途多功能作物，在生產(chǎn)中可用作糧食、蔬菜、飼料和綠肥種植[2]，中國是世界第一蠶豆生產(chǎn)大國，蠶豆種植面積和總產(chǎn)量均居世界首位，近年來我國蠶豆種植面積常年保持在140萬hm2左右，達到世界總種植面積的50%以上[3]。隨著蠶豆生產(chǎn)水平的不斷提高和蠶豆貿(mào)易的日益增長，對蠶豆的倉儲和運輸?shù)拳h(huán)節(jié)也提出了新的要求，使得蠶豆的安全存儲變得越來越重要[4]。然而，當前蠶豆倉儲和運輸過程中所面臨的蟲害問題越來越突出，特別是綠豆象的為害尤其引起廣泛關(guān)注[5]。研究表明，在倉儲期間綠豆象對大多數(shù)食用豆類籽粒均可造成為害，其中對蠶豆籽粒的為害率可達30%以上，可造成50%以上的產(chǎn)量損失，特別是成蟲羽化后形成的二次侵染往往造成十粒九空，導致產(chǎn)量和品質(zhì)嚴重下降，對我國食用豆類的倉儲和貿(mào)易造成嚴重損失[6-9]。長期以來，對綠豆象的防治普遍采取化學方法，這不僅會對環(huán)境造成污染還嚴重影響蠶豆的品質(zhì)[10]，如果能通過作物自身的抗蟲特性抑制綠豆象為害則不僅經(jīng)濟有效，也是綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求[11]。然而，當前有關(guān)蠶豆抗綠豆象的研究明顯落后于豌豆、綠豆和小豆等其他食用豆類作物[12-15]，極少有關(guān)于蠶豆抗綠豆象機制研究及品種篩選的相關(guān)報道[16]。本研究選取具有代表性的不同地理來源蠶豆種質(zhì)，通過考察綠豆象飽和侵染下不同蠶豆種質(zhì)的籽粒受害率、蟲重和蟲孔數(shù)等抗蟲性相關(guān)指標對其綠豆象抗性進行鑒定，以期對蠶豆種質(zhì)資源的綠豆象抗性進行初步鑒定并篩選出抗蟲材料，為未來蠶豆抗綠豆象品種選育及相關(guān)研究提供參考和理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試材料來自國家種質(zhì)庫（全國統(tǒng)一編號H0000097-H0006317）共計1 380份，在云南典型蠶豆產(chǎn)區(qū)生態(tài)條件下經(jīng)過連續(xù)3年種植提純并篩選出表現(xiàn)良好的蠶豆資源共計874份，其中來自國內(nèi)的材料為831份，國外的資源為43份。參試材料地理來源信息見表1；按不同種皮色劃分參考《蠶豆種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準》[17]，種皮色可劃分為深色（黑色、褐色、乳白色）401份、青綠色（青色、綠色等）360份及混合色（兼有深色和青色）113份；按百粒重則參考《蠶豆生產(chǎn)技術(shù)》[18]劃分為大粒（大于120 g）、中粒（70～120 g）和小粒（小于70 g）材料（表2）。

表1 參試材料地理來源Table 1 The geographic origin of test materials

表2 參試材料粒色和百粒重Table 2 The seed color and hundred-grain weight of test materials

1.2 試驗方法

綠豆象抗性鑒定蠶豆資源為在云南蠶豆典型生境條件下表現(xiàn)較優(yōu)的蠶豆種質(zhì)874份，試驗材料分別于2015—2016年（2015年10月播種，2016年4月收獲）和2016—2017（2016年10月播種，2017年4月收獲）年種植于云南省農(nóng)業(yè)科學院糧食作物研究所祿勸試驗基地，在兩季田間試驗中于蠶豆生長期間記錄花色、粒色和百粒重等性狀，蠶豆收獲后從每份材料中精選健康無蟲眼的籽粒20粒并置于小培養(yǎng)皿中（不加蓋），后擺放于長方體種子盒（長70 cm×寬50 cm×高25 cm）內(nèi)并放置于普通倉庫內(nèi)人工接種綠豆象，其間不做任何防蟲處理。待綠豆象自然飽和侵染后，進行受害籽粒綠豆象鑒定，以電鏡掃描觸角識別法[19]排除豆象屬其他類型豆象后調(diào)查參試材料受害情況，測定指標包括產(chǎn)卵率、蟲孔數(shù)、蟲重和籽粒受害率（受害籽粒的百分比）等。根據(jù)蠶豆籽粒受害情況對參試材料抗蟲性進行初步評價，評價標準參照綠豆象抗蟲性評價標準進行抗蟲性等級統(tǒng)計[20]（表3）。

表3 綠豆象抗性等級劃分Table 3 Evaluation criteria of resistance to Callosobruchus chinensis L.

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel進行整理，用Statistix（Stat Soft Inc.Statistix.Tulsa OK.1991）、SAS 8.0程序進行數(shù)據(jù)整理、方差分析和多重比較，采用Sigma Plot 12.5軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 蠶豆種質(zhì)的綠豆象抗性分布

對綠豆象飽和侵染后蠶豆種質(zhì)籽粒受害情況的研究表明，所有參試種質(zhì)籽粒表面均有綠豆象卵附著，但不同種質(zhì)籽粒受害率差異明顯，根據(jù)綠豆象抗性等級劃分（表3）結(jié)果顯示：874份參試材料的抗性分布主要有4個等級，即高抗、抗、感和高感，各抗性等級材料數(shù)分別為高抗27份、抗12份、感270份和高感565份，占比分別為3.1%、1.1%、30.9%和64.9%（圖1）。由此可知，本試驗中參試蠶豆資源對綠豆象的抗性分布表現(xiàn)為感和高感材料占比極大，而中間抗性材料占比極小。

圖1 蠶豆種質(zhì)抗性分布Figure 1 Level of resistance of faba bean germplasms

2.2 不同類型蠶豆種質(zhì)對綠豆象的抗性

2.2.1 不同粒色蠶豆的綠豆象抗性

試驗結(jié)果顯示，蠶豆深色種質(zhì)抗性分布表現(xiàn)為高抗（HR）7份，抗（R）3份，感（S）92份，高感（HS）299份，占比分別為1.7%、0.7%、22.9%和74.7%；青綠色種質(zhì)抗性分布表現(xiàn)為高抗（HR）11份，抗（R）6份，感（S）129份，高感（HS）212份，占比分別為3.1%、1.7%、36.0%和59.2%；混合色種質(zhì)抗性分布表現(xiàn)為高抗（HR）8份，抗（R）2份，感（S）25份，高感（HS）80份，占比分別為7.0%、1.7%、21.7%和69.6%（圖2）。不同粒色蠶豆種質(zhì)的平均抗蟲率最高的材料混合色為8.7%，而深色和青色材料分別為2.4%和4.8%。

圖2 不同粒色蠶豆種質(zhì)抗性分布Figure 2 Level of resistance of faba bean germplasms with different seed color

對被綠豆象蛀食的蠶豆種質(zhì)統(tǒng)計分析表明，不同粒色種質(zhì)的每份蟲重和蟲孔數(shù)有顯著性差異，深色、青色和混合色感蟲蠶豆種質(zhì)的平均蟲重分別為120.2、96.6和91.1 mg，蟲孔數(shù)分別為22.3、19.5和19.7。深色蠶豆種質(zhì)的平均蟲重和蟲孔數(shù)均顯著高于青色和混合色種質(zhì)，而青色和混合色種質(zhì)間則無顯著差異（表4）。結(jié)合不同粒色蠶豆種質(zhì)的抗蟲率可知，抗蟲率越高的種質(zhì)其每份蟲重越低，蟲孔數(shù)也越少。

表4 不同粒色蠶豆蟲重和蟲孔數(shù)Table 4 The weight and puncture hole numbers of the insect in faba bean with different seed color

2.2.2 不同百粒重蠶豆的綠豆象抗性

將參試蠶豆種質(zhì)按照百粒重劃分為大粒、中粒和小粒（表2），對不同百粒重蠶豆種質(zhì)的綠豆象抗蟲性分析結(jié)果顯示：大粒、中粒和小粒蠶豆種質(zhì)的平均抗蟲率分別為2.5%、3.8%和8.1%，表明隨著蠶豆籽粒的增大，其對綠豆象的抗性呈下降趨勢。不同百粒重蠶豆種質(zhì)對綠豆象的抗性分布具體表現(xiàn)為：大粒種質(zhì)高抗（HR）2份，抗（R）1份，感（S）26份，高感（HS）89份，占比分別為1.7%、0.8%、22.0%和75.5%；中粒種質(zhì)高抗14（HR）份，抗8（R）份，感（S）171份，高感（HS）391份，占比分別為2.4%、1.1%、29.2%和67.0%；小粒種質(zhì)高抗（HR）11份，抗（R）3份，感（S）65份，高感（HS）93份，占比分別為6.4%、1.7%、37.8%和54.1%（圖3）。

圖3 不同百粒重蠶豆種質(zhì)抗性分布Figure 3 Level of resistance of faba bean germplasms with different hundred-grain weight

對受綠豆象蛀食的蠶豆種質(zhì)每份蟲重和蟲孔數(shù)的統(tǒng)計分析表明，不同百粒重水平的蠶豆種質(zhì)受侵染籽粒的蟲重和蟲孔數(shù)均存在顯著差異，大粒、中粒和小粒種質(zhì)的平均蟲重分別為154.7、109.7和56.7 mg；蟲孔數(shù)分別為23.9、20.9和18.0，即隨著蠶豆百粒重的降低，綠豆象蟲重和蟲孔數(shù)均顯著下降（表5）。結(jié)合不同百粒重蠶豆種質(zhì)的抗蟲率可知，百粒重越高的種質(zhì)抗蟲率越低，每份蟲重和蟲孔數(shù)則越高。

表5 不同百粒重蠶豆蟲重和蟲孔數(shù)Table 5 The weight and puncture hole numbers of the insect in faba bean with different hundred-grain weight

2.2.3 不同地理來源蠶豆的綠豆象抗性

對不同地理來源蠶豆種質(zhì)的抗蟲等級調(diào)查顯示，來自國內(nèi)和國外的種質(zhì)抗性分布均表現(xiàn)為感和高感種質(zhì)占比極大，而中間抗性種質(zhì)占比極小。具體表現(xiàn)為：國內(nèi)種質(zhì)高抗（HR）26份，抗（R）11份，感（S）257份，高感（HS）537份，占比分別為3.1%、1.3%、30.9%和64.7%；國外種質(zhì)高抗（HR）1份，抗（R）1份，感（S）13份，高感（HS）28份，占比分別為2.3%、2.3%、30.2%和65.2%；國內(nèi)和國外種質(zhì)的平均抗蟲率較為接近，分別為4.4%和4.6%（圖4）。同時，對已受綠豆象蛀食的國內(nèi)外蠶豆種質(zhì)蟲重和蟲孔數(shù)的調(diào)查表明，國內(nèi)和國外種質(zhì)蟲重分別為每份104.1和110.9 mg，兩者差異不顯著，而蟲孔數(shù)則分別為20.8和23.7，兩者差異達顯著水平，兩者綠豆象綜合抗性無明顯差異（表6）。

圖4 不同地理來源蠶豆種質(zhì)抗性分布Figure 4 Level of resistance of faba bean germplasms from different geographic origin

表6 不同地理來源蠶豆蟲重和蟲孔數(shù)Table 6 The weight and puncture hole numbers of the insect in faba bean from different geographic origin

對國內(nèi)種質(zhì)抗蟲性的研究顯示，不同省份的蠶豆種質(zhì)抗蟲性分布特點表現(xiàn)一致，均為感和高感占比極大，而高抗和抗性占比極低，且不同省份間抗蟲率有明顯差異。其中，來自重慶、湖南、浙江、安徽和江西的蠶豆種質(zhì)具有較高的抗蟲率，而云南、四川、陜西和貴州的種質(zhì)抗蟲率較低，另外，來自甘肅、青海、江蘇和廣西的蠶豆種質(zhì)則因樣本量較小，其抗蟲率需進一步鑒定（表7）。對各省份受綠豆象蛀食的蠶豆種質(zhì)蟲重和蟲孔數(shù)的調(diào)查表明，不同省份間蟲重有顯著差異，其中，來自安徽、重慶、江蘇和云南的蠶豆種質(zhì)蟲重分別為218.6、188.1、187.5和185.0 mg，顯著高于青海、湖南、江西、陜西和貴州的蠶豆種質(zhì)；蟲孔數(shù)在不同省份間也存在顯著差異，其中云南和四川的種質(zhì)蟲孔數(shù)顯著高于湖南、安徽和廣西（表8）。

表7 不同省份來源蠶豆抗性分布和抗蟲率Table 7 The resistant level and rate of the insect of faba bean from different provinces of China

表8 不同省份來源蠶豆蟲重和蟲孔數(shù)Table 8 The weight and puncture hole numbers of the insect in faba bean from different provinces of China

2.3 蟲重與蟲孔數(shù)的相關(guān)性

對參試蠶豆種質(zhì)的蟲重與籽粒蟲孔數(shù)的線性擬合結(jié)果顯示，蟲重與蟲孔數(shù)的相關(guān)系數(shù)（R2）為0.06，兩者無顯著相關(guān)關(guān)系，即蟲孔數(shù)的增加并不依賴于蟲重的增加（圖5）。這說明綠豆象蛀食蠶豆籽粒也具有二次侵染特性，會反復蛀食蠶豆籽粒造成一蟲多孔的蛀食為害，這不同于豆象科其他豆象對食用豆的“一豆一蟲，蛀食一孔”的侵染特征，綠豆象即使較少的蟲重也能造成蠶豆籽粒較多的蟲孔數(shù)。

圖5 蟲重與蟲孔數(shù)的相關(guān)分析Figure 5 The relationship of weight and puncture hole numbers of the insect

3 討論

3.1 蠶豆種質(zhì)對綠豆象的抗性

在本試驗中874份蠶豆種質(zhì)受綠豆象的為害情況差異較大，對綠豆象的抗性存在顯著的品種間差異，總體抗性分布表現(xiàn)為感和高感材料占比極大，而中間抗性的高抗和抗則占比極低（圖1）。然而，與本研究結(jié)果不同，張紅巖等[16]對500份蠶豆種質(zhì)的研究則表明不同蠶豆資源對綠豆象的抗性分布呈“正態(tài)分布”，即免疫和高感材料占比小，而中間抗性材料占比大。另外，唐永生等[21]對100份蠶豆栽培品種的研究結(jié)果則顯示，除高感材料占比較大（48%）外，其余抗性材料占比較為接近，總體上并未表現(xiàn)出“正態(tài)分布”特征，本研究中蠶豆種質(zhì)對綠豆象抗性分布規(guī)律表現(xiàn)出的明顯差異可能是由試驗選取的蠶豆種質(zhì)差異所致。蠶豆抗蟲基因的相關(guān)研究明顯落后于綠豆，已有較多的研究證實綠豆的抗蟲性由一個顯性單基因控制[22-24]，而當前有關(guān)蠶豆抗綠豆象基因分布和抗性機制的研究還極少，張紅巖等的研究指出蠶豆對綠豆象的抗性可能由多基因控制[16]。因此，蠶豆在綠豆象抗性表現(xiàn)上的差異性和多樣性與其基因調(diào)控有關(guān)，需對更多的蠶豆抗蟲資源進行進一步研究來明確其主效基因。

3.2 不同類型蠶豆種質(zhì)綠豆象抗性差異

在蠶豆品種選育和生產(chǎn)中，種皮顏色是區(qū)分其品種和品質(zhì)的重要指標之一，不同蠶豆種質(zhì)的粒色差異也較大，在本研究中依照《蠶豆種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準》[17]將參試蠶豆種質(zhì)劃分為深色、青色和混合色，并對其綠豆象抗性進行鑒定。試驗結(jié)果顯示，不同粒色蠶豆種質(zhì)的綠豆象抗性有較大差異，混合色蠶豆種質(zhì)抗蟲率、蟲重和蟲孔數(shù)均最低，對綠豆象的綜合抗性強于深色和青色蠶豆種質(zhì)（圖2、表4）。然而，張紅巖等[16]的研究則表明相較于青色種質(zhì)，深色蠶豆種質(zhì)具有更佳的綠豆象抗性；仲偉文等[25]對不同粒色豌豆種質(zhì)的綠豆象抗性研究也表明深色種質(zhì)較青色種質(zhì)具有更好的抗性，這可能是因試驗選取材料不同差異所致。蠶豆籽粒內(nèi)含物質(zhì)可能會影響綠豆象的取食選擇和偏好，有研究表明不同粒色蠶豆品種內(nèi)含物質(zhì)差異較大，如張杰等[28]的研究表明，蠶豆種皮酚類物質(zhì)含量與其粒色有關(guān)聯(lián)且存在顯著的品種間差異；單寧是植物重要的抗蟲次生物質(zhì)之一，也有明顯的品種間差異，通常粒色越深其單寧含量越高[26-27]，但目前尚無研究明確單寧含量的高低與豆類抗蟲性的直接關(guān)聯(lián)，另外對綠豆象取食起抑制作用的次生物質(zhì)還有生物堿、凝集素（PHA）、豆酸A、環(huán)形肽和淀粉酶抑制劑等[29-30]。因此，不同蠶豆粒色對綠豆象抗性差異是否因其內(nèi)含抗蟲物質(zhì)所致，以及何種抗蟲物質(zhì)是主效因子等還需進一步研究。百粒重在蠶豆品種選育中也是極為重要的一個指標，百粒重的大小不僅是蠶豆重要的產(chǎn)量構(gòu)成因子還與其品質(zhì)有密切關(guān)聯(lián)。在本研究中，將參試蠶豆種質(zhì)按百粒重劃分為大粒、中粒和小粒并考察其綠豆象抗性差異，結(jié)果顯示隨蠶豆百粒重的增大其抗蟲率下降、蟲重和蟲孔數(shù)增加，綜合抗性明顯下降（圖3、表4），張紅巖等[16]的研究也表明莢大粒大的蠶豆品種更容易被綠豆象蛀食。

在本試驗中不同地理來源蠶豆種質(zhì)的綠豆象抗性表現(xiàn)為來自國內(nèi)的蠶豆種質(zhì)綜合抗性與國外種質(zhì)差異不顯著（圖4和表6），而仲偉文等[24]對豌豆種質(zhì)綠豆象抗性的研究則表明國內(nèi)種質(zhì)的綠豆象抗性高于國外種質(zhì)。對國內(nèi)各省蠶豆種質(zhì)顯示，各省間綠豆象抗性差異較大，來自重慶、湖南浙江、安徽和江西的蠶豆種質(zhì)具有較高的綜合抗性，而云南、四川、陜西和貴州的種質(zhì)抗性較低（表7、8）。

3.2 綠豆象對蠶豆籽粒的侵染特征

前人研究顯示，綠豆象對蠶豆的為害方式不同于豆象屬的其他豆象僅在鮮莢產(chǎn)卵，孵化后幼蟲蛀食籽粒，綠豆象既可以于蠶豆結(jié)莢期產(chǎn)卵于鮮莢也能在倉儲條件下產(chǎn)卵于蠶豆干籽粒表面，卵孵化后蛀食蠶豆籽粒[31]。王燕等[32]通過對綠豆象在不同豆類籽粒的為害調(diào)查發(fā)現(xiàn)，綠豆象在不同豆類表面有明顯的產(chǎn)卵選擇，而其對蠶豆干籽粒具有極高的產(chǎn)卵率，平均產(chǎn)卵率接近100%；張紅巖等[16]的研究也表明綠豆象在蠶豆干籽粒表面的產(chǎn)卵率達100%，且與蠶豆品種差異無關(guān)，本研究對874份不同蠶豆種質(zhì)的研究得出了同樣的結(jié)果，所有參試蠶豆種質(zhì)均有綠豆象蟲卵附著，說明綠豆象在不同蠶豆品種之間未表現(xiàn)出明顯的產(chǎn)卵選擇性。雖然綠豆象對蠶豆籽粒具有極高的產(chǎn)卵率，但最終蛀食和為害率存在明顯的品種間差異，在本試驗中，綠豆象對不同蠶豆種質(zhì)的為害率存在著顯著差異，這與張紅巖等[16]的研究結(jié)果一致，另A.Szafirowska等[33]的研究也指出不同蠶豆品種對豆象具有顯著且穩(wěn)定的抗性差異。

綠豆象對倉儲豆類的為害不同于豆象屬其他豆象的一年一代[34]，研究表明綠豆象具有二次侵染性，在條件適宜的情況下可反復蛀食豆類籽粒[6-9]。鄧蕓等[31]的研究也表明綠豆象在溫度等條件適宜的情況下對綠豆的侵害完成一代僅需20 d左右，一年可造成10代以上的反復侵染。本研究雖未對綠豆象為害代數(shù)進行調(diào)查，但對蟲重和蟲孔數(shù)的相關(guān)分析表明兩者無顯著相關(guān)關(guān)系（圖5），蟲孔數(shù)的增加并不依賴于蟲重的增加，即較少的蟲重也能導致蠶豆籽粒較多的蟲孔數(shù)，這說明綠豆象蛀食蠶豆籽粒也具有二次侵染特性。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，①參試蠶豆種質(zhì)綠豆象抗性表現(xiàn)為高抗（HR）27份，抗（R）12份，感（S）270份，高感（HS）565份，其中感和高感材料占比較大，分別為30.9%和64.9%，而高抗（HR）和抗（R）性材料占比極小，僅為3.1%和1.1%。②不同粒色蠶豆種質(zhì)的綠豆象抗性有顯著差異，混合色、青色和深色種質(zhì)的抗蟲率和蟲重分別為8.7%和91.1 mg、4.8%和96.6 mg、2.4%和120.2 mg，綜合抗性表現(xiàn)為青色顯著優(yōu)于混合色和深色種質(zhì)。③蠶豆種質(zhì)的綠豆象抗性隨百粒重的增加而降低，大粒、中粒和小粒種質(zhì)的抗蟲率和蟲重分別為2.5%和154.7 mg、3.8%和109.7 mg、8.1%和56.7 mg，小粒種質(zhì)的綠豆象綜合抗性顯著優(yōu)于中粒和大粒種質(zhì)。④不同地理來源蠶豆種質(zhì)綠豆象抗性差異表現(xiàn)為國內(nèi)和國外種質(zhì)無顯著差異，但國內(nèi)各省蠶豆種質(zhì)抗性差異顯著，其中綠豆象抗性較高的有重慶、湖南、浙江、安徽和江西，而來自云南、四川、陜西和貴州種質(zhì)的綠豆象抗性則相對較低。本研究對蠶豆的綠豆象抗性資源的評價和篩選為綠豆象抗性新品種的選育提供了潛在抗源和理論依據(jù)，但有關(guān)蠶豆抗綠豆象的內(nèi)在機制和相關(guān)基因的發(fā)掘則需更進一步研究。