辣椒抗蚜品種‘豬大腸’的抗蚜性遺傳分析

梁曉 伍春玲 陳青

（中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境與植物保護(hù)研究所 農(nóng)業(yè)部熱帶作物有害生物綜合治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 海南省熱帶作物病蟲害生物防治工程技術(shù)研究中心 海南省熱帶農(nóng)業(yè)有害生物監(jiān)測與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海口 571101）

蚜蟲的種類很多，有菜蚜、棉蚜、豆蚜、麥蚜等，均屬同翅目蚜科［1］。當(dāng)前辣椒生產(chǎn)中為害的蚜蟲主要為桃蚜（Myzus persicae（sulzer））［2］。桃蚜不僅能以成、若蚜群集于寄主的葉背、頂芽、嫩莖等處刺吸汁液，直接造成寄主葉片皺縮或卷曲，被害植株生長緩慢甚至停止等，而且是一種非常重要的媒介昆蟲，能傳播多種病毒，導(dǎo)致病毒病的發(fā)生與流行，造成作物嚴(yán)重減產(chǎn)［3-4］。隨著瓜菜生產(chǎn)的快速發(fā)展，桃蚜在辣椒、瓜類等作物上的發(fā)生與危害也日趨嚴(yán)重，嚴(yán)重制約了瓜菜高效、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)栽培與生產(chǎn)。目前，瓜菜生產(chǎn)中對(duì)于桃蚜的防治仍依賴于化學(xué)防治，但化學(xué)防治過程中存在諸多問題，如施藥技術(shù)落后帶來的農(nóng)藥的有效利用率不足、農(nóng)藥的使用頻率及使用劑量不斷加大、劇毒、高毒農(nóng)藥的盲目使用等，必將導(dǎo)致害蟲產(chǎn)生抗藥性、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全受到威脅、產(chǎn)地生態(tài)環(huán)境惡化等嚴(yán)重問題［5］。因此，尋求安全高效的防治措施成為辣椒產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展亟需解決的重大問題。

利用作物抗蟲性防治害蟲被認(rèn)為是最經(jīng)濟(jì)、有效、簡便的措施［6］，其中抗蟲品種的篩選和培育是作物抗蟲性實(shí)際應(yīng)用的最主要手段［7］。在辣椒抗蚜品種的研究方面，F(xiàn)rantz等［8］從50份辣椒種質(zhì)中篩選出6份抗桃蚜種質(zhì)。Bosland 和Ellington［9］測定比較了抗蚜和感蚜辣椒種質(zhì)的生理生化差異，發(fā)現(xiàn)非選擇性的排拒作用（Nonpreference antixenosis）是辣椒種質(zhì)產(chǎn)生抗性的主要機(jī)制之一。作物品種的抗蟲性首先表現(xiàn)在遺傳特性上，是作物抗蟲遺傳特性、害蟲危害遺傳特性與環(huán)境等多種因素相互作用的結(jié)果［10］。了解作物的抗蟲遺傳特性對(duì)選育抗蟲品種具有重要的指導(dǎo)意義，然而迄今為止尚未見辣椒抗蚜性遺傳分析的相關(guān)報(bào)道。本研究將抗蚜辣椒品種‘豬大腸’與感蚜辣椒品種‘大羊角椒’配置組合，通過F1代抗性鑒定和F2代分離群體抗感分離比例分析，以期明確其抗蚜基因的組成及遺傳特點(diǎn)，并測定分離后代辣椒群體在蚜蟲為害前后過氧化物酶（Peroxide enzyme，POD）和多酚氧化酶（Polyphenol oxidase，PPO）的活性差異，為抗蚜基因標(biāo)記奠定基礎(chǔ)，為辣椒抗蚜新品種選育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

桃蚜采自中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境與植物保護(hù)研究所害蟲研究室盆栽煙草植株。以遺傳穩(wěn)定的抗蚜辣椒品種‘豬大腸’和感蚜辣椒品種‘大羊角椒’為親本材料。

1.2 方法

1.2.1 雜交后代群體的抗蚜性鑒定 采用實(shí)驗(yàn)室前期建立的辣椒品種溫室苗期鑒定方法［11］對(duì)正反雜交雜種后代F1、F2進(jìn)行抗性評(píng)價(jià)（圖1），將待測品種隨機(jī)排列，播種于育苗用營養(yǎng)缽中，每品種1行，每行10株，行長60 cm，行距、株距均為6 cm。在辣椒苗4-6葉期進(jìn)行人工接蚜。方法是剪取布滿蚜蟲的辣椒葉片，均勻設(shè)三點(diǎn)置于待測苗的行間，令其自然轉(zhuǎn)移。接蚜8 d后進(jìn)行查蚜。查蚜方法為計(jì)數(shù)法。每行查蚜10株，以每株的平均蚜量定級(jí)，共分5級(jí)（表1）。每品種抗性鑒定重復(fù)3次F1代采用群體評(píng)級(jí)，F(xiàn)2代采用單株評(píng)級(jí)。

圖1 抗蚜辣椒品種‘豬大腸’和感蚜辣椒品種‘大羊角椒’正反雜交

表1 辣椒抗蚜性溫室苗期抗性評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

1.2.2 辣椒POD和PPO酶活分析 從‘豬大腸’和‘大羊角椒’正反雜交的F2代群體中各選取10株經(jīng)過抗性鑒定的抗、感蚜辣椒用于辣椒POD和PPO酶活分析。POD和PPO的酶活分析方法參照Xiao等［12］的方法進(jìn)行。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析 采用SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，顯著性差異分析采用One-Way ANOVA-Fisher中的LSD方法，所有數(shù)據(jù)均為3個(gè)生物學(xué)重復(fù)的平均值，顯著性檢測水平為α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 辣椒抗蚜性的遺傳分析

抗蚜性鑒定結(jié)果表明，‘豬大腸’和‘大羊角椒’正反雜交后代F1表型均沒有出現(xiàn)抗、感性分離，平均每株蚜量分別為0.59頭和0.78頭，表現(xiàn)為高抗（HR）。F1自交所得F2表型出現(xiàn)抗、感性分離，抗蚜與感蚜植株分離比經(jīng)χ2測驗(yàn)符合3∶1分離規(guī)律（表2）。上述結(jié)果說明，辣椒抗蚜性由單顯性核基因控制，且能穩(wěn)定遺傳。此外，圖2結(jié)果表明，感蚜辣椒植株在接種桃蚜8 d后癥狀明顯，而抗蚜辣椒植株只表現(xiàn)出輕微的桃蚜為害癥狀。

2.2 蚜蟲侵害前后抗、感蚜辣椒植株葉組織內(nèi)PPO活性變化

2.3 蚜蟲侵害前后抗、感蚜辣椒植株葉組織內(nèi)POD活性變化

表3結(jié)果表明，無論對(duì)于辣椒親本及其F1、F2代群體，抗蚜品種在接蚜初期和后期植株葉組織內(nèi)PPO活性并無顯著差異，但與未接蚜相比均顯著升高（P＜0.05），升高倍數(shù)在2.01倍-3.07倍之間，而感蚜品種PPO活性在接蚜前后均無顯著差異（P＜0.05）。此外，接蚜前抗、感蚜辣椒品種PPO活性也無顯著差異，而抗蚜品種接蚜初期、后期葉組織內(nèi)PPO活性也分別顯著高于感蚜品種（P＜0.05）。

表2 辣椒抗蚜性遺傳分析

圖2 典型的抗、感蚜辣椒植株接種前后癥狀對(duì)比圖

表4結(jié)果表明，無論對(duì)于辣椒親本及其F1、F2代群體，抗蚜品種在接蚜初期和后期植株葉組織內(nèi)POD活性并無顯著差異，但與未接蚜相比均顯著升高（P＜0.05），升高倍數(shù)在2.00倍-2.31倍之間，而感蚜品種POD活性在接蚜前后均無顯著差異（P＜0.05）。此外，接蚜前抗、感蚜辣椒品種PPO活性也無顯著差異，而抗蚜品種接蚜初期、后期葉組織內(nèi)PPO活性均分別顯著高于感蚜品種（P＜0.05）。

3 討論

作物與有害生物的互作是一個(gè)長期進(jìn)化中互相影響的過程，當(dāng)我們利用植物在長期進(jìn)化中積累的抗性來培育抗蟲品種時(shí)，抗性的長期穩(wěn)定遺傳是我們首先要考慮的問題［13］。單基因抗性遺傳簡單，便于操作，而多基因抗性由于隨著代數(shù)的增加而逐漸分散，使抗性削弱。對(duì)春小麥［14］、桃樹［13］、高粱［15］、苜蓿［16］等作物的抗蚜性遺傳分析表明，其抗蚜性均為質(zhì)量性狀遺傳，其抗性各由一對(duì)顯性單基因控制。本研究發(fā)現(xiàn)F1自交所得F2表型出現(xiàn)抗感性分離，抗蟲與感蟲植株分離比經(jīng)χ2測驗(yàn)符合3∶1分離規(guī)

律，表明辣椒抗蚜性由單顯性核基因控制，且能穩(wěn)定遺傳。在大羊角椒×豬大腸的F2代分離群體中，感蟲植株的數(shù)量比預(yù)期3∶1分離比率略高，根據(jù)Zhang等［17］的解釋，此現(xiàn)象可能是由于感蟲品種中存在一個(gè)修飾基因，改變了顯性基因的抗性。

表3 蚜蟲侵害前后抗、感蚜辣椒品種葉組織內(nèi)PPO活性變化

表4 蚜蟲侵害前后抗、感蚜辣椒品種葉組織內(nèi)POD活性變化

PPO和POD參與植物的防御反應(yīng)，其活性顯著升高可有效提高植物抗蟲性水平［18-19］。PPO和POD不僅可通過清除活性氧而抵御昆蟲對(duì)植物的侵害，還可作為次生代謝途徑中的重要酶，調(diào)控和影響寄主植物次生代謝物質(zhì)的產(chǎn)生，從而增強(qiáng)植物的抗蟲性［20-21］。研究發(fā)現(xiàn)，蟲害脅迫的茶樹葉片PPO和POD等含量升高，活性增強(qiáng)，對(duì)昆蟲及其誘發(fā)的一系列病害有防御作用［19，22］。麥長管蚜為害可誘導(dǎo)抗性小麥葉組織中PPO和POD活性顯著升高，而敏感種質(zhì)中卻無顯著變化［18］。桃蚜為害可誘導(dǎo)甘藍(lán)體內(nèi)PPO和POD活性的升高，且隨桃蚜為害時(shí)間的延長而增加［23］。蚜蟲為害后，抗性高梁種質(zhì)體內(nèi)PPO和POD活性比感蚜前顯著升高，并與蚜蟲的誘導(dǎo)相關(guān)［24］。蚜蟲取食可誘導(dǎo)棉花體內(nèi)的PPO和POD活性升高，其升高速度及峰值高低與棉花抗蚜性呈正相關(guān)關(guān)系［25］。本研究針對(duì)PPO和POD酶活分析結(jié)果與前人相似，抗性辣椒種質(zhì)受蚜蟲為害初期葉組織PPO和POD活性不僅顯著高于為害前水平，而且顯著高于感蚜品種，并且可以將酶活維持在一個(gè)穩(wěn)定的高水平至接蚜后期，表明辣椒PPO和POD活性增加幅度與辣椒抗蚜性具有顯著相關(guān)性。

4 結(jié)論

針對(duì)辣椒抗蚜品種‘豬大腸’的抗蚜性遺傳分析結(jié)果表明，辣椒抗蚜性由顯性單基因控制，能夠穩(wěn)定遺傳。PPO和POD酶活性受桃蚜為害后顯著升高與抗蚜辣椒品種的抗性顯著相關(guān)。

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