黃瓜抗枯萎病研究進(jìn)展

隋繼超，李曉麗，宋曉飛，崔浩楠，閆立英

（河北科技師范學(xué)院園藝科技學(xué)院·河北省特色園藝種質(zhì)挖掘與創(chuàng)新利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 河北秦皇島 066000）

黃瓜（Cucumis sativusL.）是世界十大蔬菜栽培作物之一，是我國(guó)蔬菜供應(yīng)生產(chǎn)中的重要組成部分，作為我國(guó)重要的蔬菜作物，生產(chǎn)規(guī)模占據(jù)世界第一[1]。抗病性是黃瓜遺傳改良的重要目標(biāo)性狀，枯萎病是黃瓜生產(chǎn)上普遍發(fā)生的主要真菌性土傳病害，其病原菌主要侵染黃瓜的根或根頸部，危害莖維管束組織，黃瓜枯萎病發(fā)病率一般在10%～30%，嚴(yán)重時(shí)可達(dá)到50%，甚至導(dǎo)致絕收[2-3]。目前生產(chǎn)中黃瓜枯萎病防治方法主要為農(nóng)業(yè)防治、生物防治及化學(xué)防治。但對(duì)于枯萎病這一土傳病害，采用化學(xué)防治和生物防治效果不佳，雖然生產(chǎn)上南瓜嫁接可以解決枯萎病的危害，但南瓜作為砧木會(huì)影響黃瓜果實(shí)的風(fēng)味，降低商品價(jià)值[4]。因此，選育抗病品種是最好且有效的防治枯萎病的途徑[5]。

1 黃瓜枯萎病的發(fā)生與危害

1.1 病原菌特性

黃瓜枯萎病病原菌為尖孢鐮刀菌黃瓜?；停‵usarium oxysporumf. sp.cucumerinum）。病原菌為白色氣生菌絲且在PDA 培養(yǎng)基上呈淡褐色或淡青紫色。尖孢鐮刀菌黃瓜專化型在25 ℃最適宜生長(zhǎng)，pH 值在7.0～9.0 時(shí)孢子最易萌發(fā)[6]。生理小種是指病原物在形態(tài)上沒(méi)有差異，但在不同植物和品種上具有顯著致病性差異的類群。在抗病性鑒定中采用含有不同抗枯萎病基因的黃瓜材料作為寄主對(duì)生理小種進(jìn)行鑒定，根據(jù)其抗感反應(yīng)的差異來(lái)區(qū)分不同生理小種[7]。目前，引起黃瓜枯萎病的尖孢鐮刀菌黃瓜專化型已分化出4 種生理小種，在中國(guó)引起黃瓜枯萎病的是生理小種4 號(hào)[8]。

1.2 發(fā)病典型癥狀

黃瓜枯萎病發(fā)病時(shí)，幼苗期病株表現(xiàn)為莖基部縊縮，變褐呈水漬狀，隨后萎蔫倒伏；成株發(fā)病初期常表現(xiàn)為在中午時(shí)植株根莖部葉片萎蔫下垂，早晚又恢復(fù)正常；后期則表現(xiàn)為葉片萎蔫卷曲，連續(xù)幾天葉片不能恢復(fù)正常，從下向上直至全株萎蔫，最后植株死亡[9]。病株主蔓莖基部表皮縱裂，內(nèi)部維管束呈黃褐色至黑褐色，且一直向頂端延伸；濕度大時(shí)莖部有樹脂狀膠質(zhì)物溢出，發(fā)病處會(huì)產(chǎn)生粉紅色霉?fàn)钗?，最后全株萎蔫[9]。黃瓜枯萎病病原菌主要侵染植株的根部或根頸部，降低植株對(duì)水分與養(yǎng)分的吸收能力。但也有前人研究發(fā)現(xiàn)，黃瓜枯萎病與其水分輸送障礙之間不是因果關(guān)系[10]。病原菌侵染時(shí)，黃瓜抗枯萎病材料與感病材料的組織結(jié)構(gòu)和生理生化特性存在顯著差異，黃瓜對(duì)枯萎病表現(xiàn)抗性的不同主要由于高抗黃瓜枯萎病的品種可抵抗病菌入侵細(xì)胞表皮，且與高感枯萎病的材料相比能夠更早產(chǎn)生保衛(wèi)反應(yīng)[11]。

1.3 病害鑒定與分級(jí)

目前有多種方法用于黃瓜枯萎病的抗性鑒定，但廣泛使用的方法仍是苗期抗性鑒定[12]。目前苗期鑒定采用較多的方法是：采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的浸根接種法[7]進(jìn)行接種，并將病害分為5 個(gè)等級(jí)（0 級(jí)：無(wú)癥狀；1 級(jí)：子葉黃化未萎蔫；2 級(jí)：子葉萎蔫；3級(jí)：子葉和真葉萎蔫或植株矮化；4 級(jí)：枯死），通過(guò)計(jì)算病情指數(shù)（DI）來(lái)判定鑒別有效性（感病對(duì)照材料的DI＞50 時(shí)即視為有效）。楊凡等[13]以抗感黃瓜枯萎病品種為試驗(yàn)材料，對(duì)4 種接種方法（菌土接種法、灌根接種法、胚根接種法、下胚軸注射接種法）的有效性進(jìn)行了比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，下胚軸注射接種法（播種于滅菌基質(zhì)后，于子葉展平期向距下胚軸1 cm 處進(jìn)行注射接種）優(yōu)于其他3 種接種方法，從而更能高效鑒定黃瓜枯萎病抗性。

1.4 黃瓜枯萎病致病機(jī)制

黃瓜枯萎病主要發(fā)生在黃瓜的莖部，病原菌一般會(huì)通過(guò)傷口處感染植株，最終導(dǎo)致整株枯萎。在致病機(jī)制研究中，存在2 種不同的假說(shuō)，分別是導(dǎo)管束阻塞假說(shuō)和致病毒素假說(shuō)[9]。導(dǎo)管束阻塞假說(shuō)認(rèn)為是由于入侵的病原菌在植株內(nèi)部生長(zhǎng)發(fā)育阻礙了水分運(yùn)輸，所以造成植株枯萎[14]；而毒素假說(shuō)認(rèn)為是病原菌產(chǎn)生的分泌物（串珠鐮刀菌素與伏馬菌素等）損傷了質(zhì)膜，從而引起植株枯萎死亡[15]。

2 黃瓜對(duì)枯萎病的抗性遺傳規(guī)律

2.1 抗性遺傳規(guī)律

研究黃瓜對(duì)枯萎病的抗性遺傳規(guī)律是開發(fā)抗病資源和挖掘抗病基因的重要部分。Vakalounakis等[16]發(fā)現(xiàn)黃瓜對(duì)枯萎病的抗性由單基因控制。毛愛(ài)軍等[17]對(duì)雙親、F1和F3代株系進(jìn)行苗期抗枯萎病和黑星病接種鑒定，并根據(jù)鑒定結(jié)果對(duì)枯萎病的抗性遺傳規(guī)律的連鎖關(guān)系進(jìn)行分析，認(rèn)為WIS2757 對(duì)枯萎病和黑星病的抗性均由單顯性基因控制。周紅梅等[8]研究發(fā)現(xiàn)，WIS2757 對(duì)黃瓜枯萎病的抗性符合顯性單基因的遺傳模式，由單顯性基因控制。而對(duì)Cu13 和京育202 及其F1的接種鑒定結(jié)果推測(cè)抗枯萎病材料Cu13 的抗性受到多基因調(diào)控。侯安福等[18]利用抗感不同的黃瓜品種或品系進(jìn)行雜交，分析F1、F2和BC2對(duì)枯萎病抗性的表現(xiàn)后，發(fā)現(xiàn)其抗性為完全或部分顯性，認(rèn)為黃瓜對(duì)枯萎病的抗性受到多個(gè)基因調(diào)控，且為數(shù)量性狀遺傳。李新等[19]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，黃瓜對(duì)枯萎病的抗性表現(xiàn)為部分顯性。由此可見，對(duì)于黃瓜枯萎病抗性遺傳規(guī)律的研究結(jié)果不一，這可能是由環(huán)境的影響或抗感材料的差異以及其他誤差導(dǎo)致，對(duì)此仍有待進(jìn)一步研究。

2.2 分子標(biāo)記與基因定位

隨著近年來(lái)育種技術(shù)的發(fā)展，可對(duì)目標(biāo)性狀進(jìn)行準(zhǔn)確選擇和分離，并在DNA 分子水平上對(duì)育種材料進(jìn)行種質(zhì)資源篩選，以此來(lái)進(jìn)行精確育種。目前，關(guān)于黃瓜枯萎病抗病分子標(biāo)記研究，王亞娟[20]以黃瓜抗感枯萎病親本的F2代分離群體為材料，利用AFLP 技術(shù)找到了一個(gè)與黃瓜枯萎病抗性相關(guān)基因連鎖的共顯性標(biāo)記（E25M70-170 bp/167 bp），標(biāo)記與枯萎病抗性基因之間遺傳距離為8.12 cM；張海英[21]采用分離群體分組分析法（BSA）研究發(fā)現(xiàn)，特異DNA 片段P15M5-310 與黃瓜枯萎病抗性基因連鎖，遺傳距離為7.0 cM；Zhang 等[22]利用148 份F9重組自交系和2416 對(duì)SSR 引物對(duì)黃瓜枯萎病抗性進(jìn)行了研究，對(duì)枯萎病抗性進(jìn)行QTL 分析，篩選出一個(gè)主效QTLFoc2.1，位于2 號(hào)染色體SSR03084-SSR1 7631 區(qū)域，遺傳距離為2.4 cM，該SSR 標(biāo)記對(duì)抗性種質(zhì)選擇的準(zhǔn)確率為87.88%。周紅梅等[23]利用抗感枯萎病親本及其F1、F2分離群體，通過(guò)構(gòu)建抗、感池對(duì)黃瓜枯萎病抗性進(jìn)行SSR 分析，發(fā)現(xiàn)抗病位點(diǎn)Foc 4同樣位于2 號(hào)染色體上，共獲得9 個(gè)與黃瓜枯萎病抗性基因（Foc-4）連鎖的SSR 分子標(biāo)記，并將Foc-4基因定位在2 號(hào)染色體兩標(biāo)記SSR17631 和SSR00684 之間，距基因Foc-4的遺傳距離分別為1.0 cM 與0.9 cM。Dong 等[24]使用黃瓜F2分離群體，利用Indel 標(biāo)記在2 號(hào)染色體上成功鑒定出一個(gè)抗枯萎病的主效QTLfw2.1，并使用5 個(gè)標(biāo)記將主效QTL 位點(diǎn)fw2.1精確定位到包含80 個(gè)候選基因的2 號(hào)染色體上的1 248 093～1 817 308 bp 的0.60 Mb 區(qū)間。但以上這些黃瓜枯萎病抗性QTL 的物理位置均不相同。

2.3 黃瓜對(duì)枯萎病的抗病機(jī)制

黃瓜對(duì)枯萎病抗性的不同主要由病原菌侵染時(shí)抗、感品種的組織結(jié)構(gòu)與生理反應(yīng)的差異導(dǎo)致。當(dāng)病原菌從黃瓜植株的根毛或根部傷口侵入植株后，抗病品種會(huì)立即表現(xiàn)為細(xì)胞壁加厚，導(dǎo)管內(nèi)會(huì)生成大量褐色物質(zhì)，導(dǎo)管壁也會(huì)出現(xiàn)覆蓋物，而感病品種產(chǎn)生褐色物質(zhì)以及導(dǎo)管壁的覆蓋物較慢，這說(shuō)明高抗黃瓜枯萎病的品種可抵抗病菌入侵細(xì)胞表皮，且與高感枯萎病的材料相比能夠更早產(chǎn)生保衛(wèi)反應(yīng)[11]。此外，在病原菌侵入后，多種酶會(huì)進(jìn)行催化反應(yīng)，不同的生理生化反應(yīng)也是造成植株對(duì)病原菌入侵表現(xiàn)出抗感反應(yīng)的原因。祝久香[25]從土壤中篩選到一株高效廣譜的多粘類芽孢桿菌HX-140，能誘導(dǎo)黃瓜植株產(chǎn)生幾丁質(zhì)酶等抗病相關(guān)防御酶，說(shuō)明菌株HX-140 可能有誘導(dǎo)黃瓜植株產(chǎn)生抗病性的能力。Zhang 等[26]研究發(fā)現(xiàn)，LRR 家族蛋白可能在黃瓜對(duì)枯萎病的防御反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。此外，乙烯信號(hào)通路在調(diào)節(jié)黃瓜對(duì)尖孢鐮刀菌感染的防御反應(yīng)中也發(fā)揮了積極作用[27]。

3 黃瓜枯萎病綜合防治方法

3.1 農(nóng)業(yè)防治

黃瓜枯萎病是一種普遍嚴(yán)重的土傳病害，預(yù)防為主、防重于治，選用抗病品種可顯著降低黃瓜枯萎病的發(fā)生率。對(duì)于土傳病害的預(yù)防，可采用以下方法：

選用高抗黃瓜枯萎病的品種[28]，采用穴盤育苗等方式，減少病原菌侵染。生產(chǎn)上常通過(guò)嫁接育苗來(lái)防治黃瓜枯萎病等一系列土傳病害，一般選用黑籽南瓜作為砧木進(jìn)行嫁接，對(duì)黃瓜枯萎病的防治效果較好[29]。

加強(qiáng)田間管理，栽培采用高畦；溝灌會(huì)加速病原菌的傳播，澆水應(yīng)采取小水勤澆，漫灌會(huì)加速病原菌的流動(dòng)傳播。提高棚室溫度，使用PO 膜等透光性好的棚膜，使棚內(nèi)日溫達(dá)到32 ℃，夜溫達(dá)到15 ℃。盡量選擇排水良好的沙質(zhì)壤土進(jìn)行種植[30]。同時(shí)增施腐熟后的有機(jī)肥，促進(jìn)植株生長(zhǎng)，提高抗病力[31]。姚夢(mèng)蝶[32]研究發(fā)現(xiàn)，土壤酸化會(huì)加重枯萎病的發(fā)生，其中最適pH 值為6.5，pH 值為5.5時(shí)病害最嚴(yán)重，病菌的致病性最強(qiáng)。對(duì)于酸性土壤，可施用堿性的土壤改良劑減緩酸化程度，減輕土傳病害的危害。可選擇施用硅鈣鉀鎂肥，抑病效果與腐植酸鉀相比較為顯著[33]。

合理輪作，采用水旱輪作或非瓜類物種輪作，可以與茄科、豆科等作物進(jìn)行輪作，輪作時(shí)間應(yīng)較長(zhǎng)，最好3 年以上，2～3 年更換一次苗床地。采用不同作物或同一作物不同品系進(jìn)行輪作、間作、套作等可以減少土傳病害的發(fā)生，消除連作障礙。孫藍(lán)笛[34]研究發(fā)現(xiàn)，小麥與黃瓜伴生栽培能夠降低枯萎病的發(fā)生率。郭晨曦等[35]研究發(fā)現(xiàn)，進(jìn)行土壤強(qiáng)還原處理能夠顯著提高連作生產(chǎn)土壤質(zhì)量，降低發(fā)病率，添加生物菌肥還具有加成作用，是一種可快速緩解土壤連作障礙的有效措施。

3.2 化學(xué)防治

目前化學(xué)防治手段在黃瓜枯萎病生產(chǎn)上應(yīng)用較為廣泛。馬永強(qiáng)[36]通過(guò)試驗(yàn)得出16%噁霉靈·咯菌腈懸浮劑40 mg·kg-1與53.3 mg·kg-1處理對(duì)黃瓜枯萎病有較好的防治作用。任凱麗等[37]研究發(fā)現(xiàn)，二烯丙基二硫（DADS）可以通過(guò)消除活性氧來(lái)提高植株對(duì)黃瓜枯萎病的抗性。郭嘉華等[38]研究發(fā)現(xiàn)，西芹腐根丙酮二次層析物處理植株可激發(fā)其防御系統(tǒng)，可有效抑制黃瓜枯萎病的發(fā)生。王芳等[39]采用生長(zhǎng)速率法測(cè)定乳果糖對(duì)黃瓜枯萎病菌的抑制率，發(fā)現(xiàn)乳果糖會(huì)誘導(dǎo)黃瓜的抗性，可用于防治黃瓜枯萎病。顧澤辰[40]研究發(fā)現(xiàn)，硝態(tài)氮的營(yíng)養(yǎng)會(huì)通過(guò)黃瓜根系分泌物維持根際土壤真菌群落穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)與功能、較高物種多樣性從而抑制枯萎病的發(fā)生。雖然化學(xué)防治方便、見效快，但存在的缺陷仍不可忽視，不能將化學(xué)防治作為長(zhǎng)久之計(jì)的原因不僅是對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染和危害健康，長(zhǎng)久施用化學(xué)藥劑后還可能會(huì)有其他嚴(yán)重的影響。崔凱[41]研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期施用多菌靈會(huì)降低根際細(xì)菌等微生物的相對(duì)豐富度，反而會(huì)影響黃瓜枯萎病的防治效果。

3.3 生物防治

生物防治可以在控制病害蔓延的同時(shí)做到既環(huán)保又安全，發(fā)展前景廣闊[42]?？莶菅挎邨U菌是目前廣泛應(yīng)用的有益且高效的生防細(xì)菌，具有環(huán)保健康等特點(diǎn)。魏滟潔[43]研究發(fā)現(xiàn)，球毛殼菌與枯草芽孢桿菌復(fù)配后對(duì)黃瓜枯萎病的防效達(dá)到了68.38%。此外，大部分木霉菌都可以抑制枯萎病發(fā)生，木霉通過(guò)激發(fā)、誘導(dǎo)改善相關(guān)抗性指標(biāo)，并直接抑制致病因子生長(zhǎng)，從而抑制病害發(fā)生。張春秋[44]研究發(fā)現(xiàn)，鐮刀菌104CFU·g-1與木霉菌厚垣孢子105CFU·g-1互作時(shí)對(duì)黃瓜枯萎病的防治效果最好。趙洪姣[45]研究發(fā)現(xiàn)，黃瓜抗病相關(guān)基因的表達(dá)受木霉菌的誘導(dǎo)，并篩選得到8 個(gè)與木霉菌誘導(dǎo)黃瓜抗枯萎病相關(guān)的基因。王子俊[46]分離得到的對(duì)黃瓜枯萎病有拮抗作用的2 株青霉菌能誘導(dǎo)黃瓜植株防御酶POD 等活性的升高，同時(shí)減少丙二醛的含量，從而增強(qiáng)植株抗病性，有效防治黃瓜枯萎病，對(duì)黃瓜有促生作用。季倩茹等[47]研究發(fā)現(xiàn)，組合施用生防菌對(duì)黃瓜枯萎病的抑制效果優(yōu)于單獨(dú)施用，同時(shí)還會(huì)顯著增加黃瓜植株的生物量。但由于生防菌在土壤中存活問(wèn)題會(huì)影響生防微生物的效果，葉現(xiàn)豐[48]研究分離出的珊蝴球菌EGB 對(duì)多種尖孢鐮刀菌以及其他植物病原菌具有高效捕食能力，在病害的生物防治方面具有良好的應(yīng)用前景。除此之外，施露[49]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)釀醋廢料發(fā)酵后的醋糟基質(zhì)可以有效防治黃瓜枯萎病，其中對(duì)黃瓜枯萎病產(chǎn)生抑制作用的為多粘類芽孢桿菌。羅文建等[50]通過(guò)對(duì)尖孢鐮刀菌拮抗菌進(jìn)行分離篩選得到了黃瓜枯萎病的拮抗菌貝萊斯芽胞桿菌。李娜等[51]篩選出1 株對(duì)尖孢鐮刀菌抑制較強(qiáng)的假單胞屬菌株-弗雷德里克斯堡假單胞菌，對(duì)苗期枯萎病的防治率可達(dá)86.95%，同時(shí)促進(jìn)植株生長(zhǎng)。董玉潔[52]研究發(fā)現(xiàn)，鏈霉菌會(huì)影響作物根際與土壤微生物群落之間的互作，對(duì)防治黃瓜枯萎病有很大價(jià)值，其拮抗細(xì)菌GX-8 對(duì)黃瓜枯萎病防治效果最好，防效達(dá)到43.01%。

4 黃瓜抗枯萎病研究趨勢(shì)與展望

目前在生產(chǎn)上，對(duì)于黃瓜枯萎病主要是以預(yù)防為主，防治黃瓜枯萎病的方法，主要趨向于更加綠色環(huán)保的生物防治，而生物防治存在的問(wèn)題是效果不如化學(xué)防治，見效慢且不具有長(zhǎng)效性。雖然生產(chǎn)上采用南瓜嫁接解決枯萎病產(chǎn)生的危害，但南瓜作為砧木會(huì)影響黃瓜果實(shí)的風(fēng)味、降低商品價(jià)值。因此選育抗枯萎病黃瓜新品種是解決枯萎病危害的有效手段，目前對(duì)黃瓜枯萎病抗性遺傳規(guī)律的研究，不同研究人員的結(jié)論并不相同?；蚨ㄎ谎芯枯^少且結(jié)果均不相同，不能很好地應(yīng)用于黃瓜抗枯萎病育種中。接下來(lái)應(yīng)深入研究黃瓜抗枯萎病遺傳規(guī)律并精細(xì)定位抗病基因，以期為黃瓜抗枯萎病遺傳育種的研究提供基因資源與理論基礎(chǔ)。