苯丙烷代謝與嫁接黃瓜抗南方根結線蟲的關系

張 宇 劉世琦 張自坤 楊曉建 馬 琳 黃治軍 陳 昆

（山東農業大學園藝科學與工程學院，作物生物學國家重點實驗室，山東泰安 271018）

保護地黃瓜（Cucumis sativusL.）是設施栽培的主要蔬菜之一。隨著根結線蟲等土傳病害危害連年加重，黃瓜的安全生產受到嚴重威脅。據統計病害發生后一般減產20 %～30 %，重者50 %以上，甚至絕收（顧興芳 等，2000）。有研究表明，為害我國北方地區日光溫室內黃瓜的根結線蟲主要是南方根結線蟲。目前，防治根結線蟲最有效而又簡便易行的措施還是嫁接。而篩選出適宜的黃瓜嫁接砧木，是提高嫁接防病效果的關鍵（顧興芳 等，2006；王紹輝 等，2008）。前人對嫁接黃瓜的生理特性進行了大量研究。杜繼煜等（2005）認為黃瓜嫁接苗具有較強的抗病性，張自坤等（2009）認為黃瓜嫁接苗具有更強的細胞膜保護能力，能有效清除根結線蟲侵染后植株體內產生的活性氧，阻止了活性氧的積累，因而具有較強的抗根結線蟲能力。苯丙烷代謝是指從苯丙氨酸到羥基肉桂酸（或香豆酸）及其衍生物的合成途徑，該途徑可形成植保素、木質素及酚類化合物等抗病次生物質，都具有較強的抗病能力。但苯丙烷代謝及其關鍵酶與黃瓜抗根結線蟲之間的關系尚未見報道。本試驗擬在盆栽的條件下，人工接種南方根結線蟲，研究不同黃瓜砧木在南方根結線蟲為害下苯丙烷類代謝產物及其關鍵酶的變化，以篩選出抗南方根結線蟲的砧木，為日光溫室黃瓜的安全生產提供可靠的砧木。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與預處理

黃瓜接穗品種為天津科潤黃瓜研究所育成的日光溫室黃瓜新品種津優35號（CK），砧木品種為改良火鳳凰（T0）、火鳳凰（T1）、優清臺木（T2）、崛京隆（T3）、DTT-RS-39（T4）和黑籽南瓜（T5）（砧木和接穗種子均由正大種業有限公司提供）。

試驗在山東農業大學科技創新園的4號日光溫室內進行，砧木和接穗催芽后播種于 50孔的穴盤，基質育苗，基質組成為草炭∶蛭石=2V∶1V，高溫消毒。2008年9月19日播種砧木，9月20日播種接穗，9月26日砧木真葉破心、接穗子葉展平時采用插接法進行嫁接。嫁接10 d后進行正常管理，用營養液澆灌，營養液中大量元素參照山崎配方略加修改，微量元素參照 Arnon配方。待嫁接苗第2片真葉完全展開時（10月10日），將形態、長勢基本一致的黃瓜嫁接苗、自根苗和砧木定植于高35 cm、直徑30 cm的瓦盆中，每盆2株。盆內裝有10 kg經福爾馬林溶液噴灑、塑料薄膜覆蓋高溫消毒10 d的土壤。

從山東農業大學園藝試驗站收集已感染南方根結線蟲的番茄植株根系，參照劉維志（1995）的根結線蟲卵懸浮液的制備方法，得到南方根結線蟲卵懸浮液。用打孔器在黃瓜嫁接苗和自根苗盆內植株根周圍打孔（5孔·盆-1，深度3 cm），共7個處理，每個處理10盆，每盆2株，共20株，3次重復。于10月13日將南方根結線蟲卵注入，接種量分別為每盆10 000個卵，以注入清水為對照。砧木共6個處理，盆內不接種，讓其正常生長。30 d后測定各項生理指標。

1.2 項目測定

對每個健壯植株從上向下取3片葉，去除葉脈，剪碎按同等質量混合均勻，進行指標測定。以正常生長的砧木為處理1，以感染南方根結線蟲的黃瓜嫁接苗和自根苗為處理2。根結線蟲指數參照王佩圣等（2007）的方法；多酚氧化酶（PPO）活性的測定參照（中國科學院上海植物生理研究所，1999）的方法；苯丙氨酸解氨酶（PAL）和絡氨酸解氨酶（TAL）活性的測定參照Beaudoin-Eagan和Thorpe（1985）的方法；總酚含量的測定參照林植芳等（1988）的方法；木質素和纖維素含量的測定參照Sancho等（1996）的方法。

2 結果與分析

2.1 不同砧木對黃瓜嫁接苗根結線蟲指數的影響

根結線蟲指數是植物受到根結線蟲侵染后的直觀表現。從圖1可以看出，受到南方根結線蟲侵染后，黃瓜嫁接苗與自根苗相比，均表現出一定的抗性，其中以 T4的根結線蟲指數最低，與自根苗相比，根結線蟲指數下降了44.33，表現出很強的抗性。黃瓜嫁接苗中 T5的根結線蟲指數較高，達到了35.76，對南方根結線蟲的生長抑制作用較小。

圖1 不同砧木根結線蟲指數的比較

2.2 南方根結線蟲對黃瓜植株PPO和TAL活性的影響

PPO與TAL被認為與植物防御病原微生物侵染有關，是一種植物的防御酶，PPO和TAL活性的提高有助于植物緩解根結線蟲的為害，提高植物的抗根結線蟲能力。

從圖2可以看出，未接種南方根結線蟲的黃瓜砧木中，以T1和T2的PPO活性最高，其次是T4，最低的為 T3。受到南方根結線蟲侵染后，黃瓜嫁接苗葉片中 PPO活性顯著高于自根苗，其中以T1、T2、T4的活性最高，T3和T5的活性較低，這與未接種南方根結線蟲黃瓜砧木的變化相一致。與自根苗相比，嫁接苗T1、T2、T4的PPO活性分別提高了75.22 %、71.13 %、72.19 %，嫁接苗中PPO活性最低的T5與自根苗相比也提高了26.80 %。

TAL活性的變化與PPO活性的變化基本一致，未接種南方根結線蟲的黃瓜砧木以T0、T3、T4的TAL活性最高。接種南方根結線蟲的黃瓜嫁接苗以T0和T4的TAL活性最高，兩種處理的變化基本一致，黃瓜嫁接苗的TAL活性顯著高于黃瓜自根苗，T0和T4分別比自根苗高65.7 %和54.44 %（圖3）。

圖2 黃瓜砧木和嫁接苗PPO活性的變化

圖3 黃瓜砧木和嫁接苗TAL活性的變化

2.3 南方根結線蟲對黃瓜植株PAL活性和總酚含量的影響

圖4表明，未接種南方根結線蟲的黃瓜砧木PAL活性以T0、T1、T4較高，T2、T3、T5較低。接種南方根結線蟲的黃瓜嫁接苗之間的PAL活性同樣出現較大差異，T0、T1、T4的PAL活性顯著高于T2、T3、T5，其中以T4最高，與自根苗相比提高68.44 %。這表明不同黃瓜砧木抗南方根結線蟲的能力差異較大。

酚類廣泛分布于微生物和植物體中，一般以糖苷活糖脂狀態積存于植物的葉片及其他組織的細胞液泡中，與植物的抗性密切相關。從圖5可以看出，未接種南方根結線蟲的黃瓜砧木總酚含量差別不大（T0>T1>T4>T3>T5>T2），接種南方根結線蟲后，黃瓜嫁接苗的總酚含量顯著高于自根苗，其中以T0和T4的總酚含量最高，T2和T5最低，與砧木變化趨勢相一致。

圖4 黃瓜砧木和嫁接苗PAL活性的變化

圖5 黃瓜砧木和嫁接苗總酚含量的變化

2.4 南方根結線蟲對黃瓜植株木質素和纖維素含量的影響

木質素是由簡單酚類的醇衍生物經過氧化和聚合而形成的，能增強細胞壁抗真菌穿透能力和限制病原真菌毒素向周圍細胞的擴散，其含量與植物的抗性成正相關。圖6表明，未接種南方根結線蟲的黃瓜砧木木質素含量以 T0、T1、T4較高，接種南方根結線蟲后，黃瓜嫁接苗的木質素含量顯著高于自根苗，木質素含量從多到少依次為T4>T1>T0>T3>T5>T2>CK。

纖維素是植物中最廣泛的骨架多糖，植物的細胞壁約一半是由纖維素組成。細胞壁不僅作為結構屏障阻止胞外病原微生物的進入，而且在細胞受到感染和傷害時，能積極參與防御反應。接種南方根結線蟲后，黃瓜嫁接苗的纖維素含量顯著高于自根苗，但6種嫁接苗之間的纖維素含量變化不大（圖7）。這可能與纖維素作為細胞壁的主要成分，廣泛分布在植物體內有關。

圖6 黃瓜砧木和嫁接苗木質素含量的變化

圖7 黃瓜砧木和嫁接苗纖維素含量的變化

3 結論與討論

酚類化合物有多種合成途徑，以莽草酸途徑為主，大多數酚類化合物的合成以苯丙氨酸為原料，PAL和TAL是該途徑的關鍵酶和限速酶。PPO是苯丙烷代謝途徑中重要的氧化酶，其活性的增加可加速植株中酚類物質的氧化，而酚類物質氧化產物的毒性可增強寄主的抗病反應，因此，PPO活性的增加與寄主植物的抗病性密切相關。徐小明等（2008）研究認為，感染南方根結線蟲后，茄子幼苗的根系總酚含量和PAL、TAL活性變化相一致，表明南方根結線蟲侵染引起茄子砧木幼苗根系酚類物質合成量的增加與苯丙烷代謝速度加快有關。在本試驗中得到相似的結論，感染南方根結線蟲后黃瓜嫁接苗葉片中總酚含量與 PAL、TAL、PPO活性呈現相同的變化，嫁接苗明顯比自根苗具有更強的抗性。史娟和楊為之（2006）認為，由PAL控制的苯丙烷代謝是葡萄的抗性機制之一，木質素等抗菌物質的積累顯著提高了葡萄的抗性。在本試驗中，根結線蟲指數與木質素、總酚等含量呈相反的趨勢，這表明苯丙烷代謝是黃瓜抗南方根結線蟲的一個重要機制。

通過對根結線蟲指數和南方根結線蟲侵染后不同黃瓜砧木嫁接苗生理生化指標的分析，表明與黃瓜自根苗相比，嫁接苗在各方面均表現出優勢，具有較強的抗根結線蟲能力。在整個侵染過程中，DTT-RS-39對南方根結線蟲表現出較強的抗性反應，這與張自坤等（2009）的研究相一致。6種砧木的抗南方根結線蟲能力從強到弱依次為:DTT-RS-39（T4）>改良火鳳凰（T0）>火鳳凰（T1）>崛京隆（T3）>優清臺木（T2）>黑籽南瓜（T5），該結論為保護地黃瓜嫁接栽培及抗根結線蟲砧木篩選提供了依據。

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