新疆不同棉花品種（系）對土耳其斯坦葉螨抗性的鑒定及其葉片表面蠟質分析

劉凱揚，王有武，趙倩，王春娟，趙伊英*

（1.石河子大學農學院，新疆石河子8320002；2.塔里木大學植物科學學院，新疆阿拉爾843300）

新疆是我國棉花主產區，而蟲害每年對新疆棉花生產造成嚴重危害。土耳其斯坦葉螨（Tetranychus turkestani）是北疆棉田害螨優勢種群[1]，一般在棉花葉片背面活動，對棉花的葉片、嫩枝、嫩莖、花萼、果柄及幼嫩的蕾鈴部位進行危害。該蟲的危害方式以刺吸為主，吸食細胞液和葉綠粒，影響植物光合作用，葉正面初始出現紅白色斑點，后逐漸變紅，最后葉片皺縮干枯掉落[2]。目前對棉花害螨田間防治，以化學防治為主。持續大劑量地噴施農藥，不僅使棉葉螨的抗藥性增強，還殺死大量天敵，導致棉葉螨的抗性增長，防治更加困難，造成的損害也有逐年增長的趨勢[3]。因此，篩選抗蟲棉花種質，并對其抗性機制進行深入研究，是持續控制害蟲的有效途徑。

植物表皮蠟質會影響植食性昆蟲對寄主植物的選擇、取食和產卵[4]。近年來，在植物的組織結構如葉片茸毛等，與抗蟲相關性有較多的研究報道[5]；在單寧、棉酚以及黃酮等棉花次生代謝物質與棉葉螨抗性的相關性方面也有報道[6]。但截至目前，陸地棉（Gossypium hirsutum）抗螨品種培育還沒有大的突破。因此，本研究對新疆有代表性的236個棉花材料進行抗螨性鑒定，在此基礎上進一步分析棉花葉片蠟質組分，并對棉花蠟質含量及組分與抗螨性進行相關性分析，將為棉花抗螨品種選育及棉葉螨防治提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料

陸地棉品種及種質236個，包括：北疆主要的新陸早系列品種如新陸早35號等；南疆主要的新陸中系列品種如新陸中1號、新陸中6號、新陸中33號等；新疆常見棉花種植品種（系）X-4、X-46等；轉精氨酸激酶基因（AK）與幾丁質酶基因（CHI）抗螨棉花品系ACH156及其轉基因受體材料YZ-1。所有品種（系）均由新疆生產建設兵團綠洲生態農業重點實驗室提供。

土耳其斯坦葉螨（T.turkestaniUgarov et Nikolski）為引自石河子大學農學院昆蟲生態實驗室的敏感品系，在實驗室內用盆栽豇豆苗葉片進行繁殖，置于（26±1）℃、相對濕度為 65%的人工氣候箱（光/暗時間（光周期）為16 h/8 h）內飼養。

1.2 螨害鑒定與分級標準

棉花材料螨害的室內鑒定主要參照杜雄明等的方法[7]：先在室外進行營養缽育苗，每份材料播10缽，每缽播種3粒，出苗后每缽保留2株生長基本一致的健壯棉苗。待棉苗到3葉期時，清除棉苗上所有的害蟲和天敵，移入溫度為28℃、相對濕度為65%、光/暗時間為16 h/8 h的光照培養箱進行培育。然后用毛筆尖將棉葉螨接到棉苗頂尖上，每株接成螨5頭，在光照培養箱中進行培育。接螨2周后開始螨害調查。參照杜雄明等的方法，對棉花葉片受螨害程度進行分級[7]。葉片受螨害程度分級標準：0級，真葉未受害，生長正常；1級，真葉表面出現黃白色小斑，斑面積小，占全葉l/3以下；2級，全真葉l/3～l/2面積出現紅斑；3級，全真葉l/2～2/3面積出現紅斑；4級，全真葉2/3以上面積出現紅斑，未完全脫落；5級，真葉即將脫落或完全脫落[7]。并按下式計算葉片受害級數：葉片受害級數＝∑（受害級別×相應受害級別的葉片數）/調查總葉片數。以葉片受害級數評價其抗性，抗棉葉螨分級標準：高抗（High resistance，HR）， 葉片受害級數＜1.0；抗（Resistance，R），葉片受害級數在[1.0，2.5)；中抗（Moderate resistance，MR）， 葉 片 受 害 級 數 在[2.5～3.5)；感（Susceptibility，S），葉片受害級數在[3.5～4.5)；高感（High susceptibility，HS），葉片受害級數≥4.5。

1.3 真葉表面蠟質含量的測定與蠟質組分分析

棉花葉片表面蠟質含量的測定：取洗干凈的培養皿稱量（m0），將預熱60℃的氯仿倒入培養皿中。將不同品種（系）的陸地棉種質資源培養至3片真葉期，每個品種（系）選取3株長勢相當的健壯棉苗，取其長出的第1片真葉并用2 cm×2 cm的打孔器打孔，將所得的棉花葉片稱量（m1）后放入培養皿中1 min，用氮吹儀使氯仿揮發后，再稱得培養皿質量（m2）。棉花品種（系）真葉表面蠟質含量CW＝（m2－m0）/m1（單位：mg·g－1）。

棉花葉片表面蠟質組分分析主要參照Jetter等方法[8]進行。采用GC-MSQP2020氣相色譜-質譜聯用儀（島津公司，日本）對各品種（系）真葉表面蠟質成分進行分析：載氣為氦氣，采用DB-1石英毛細管柱（長度×內徑×膜厚＝30.0 m×0.32 mm×0.10 μm）分析棉花真葉脂肪酸甲酯組分；升溫程序50.0℃保持2 min，以40℃·min－1升至 200℃， 保持 2 min；3℃·min－1升至 320℃，保持30 min；進樣口溫度250℃；進樣方式：分流，分流比10.0；初始壓力500～900 kPa；流量控制方式：線速度；壓力：176.6 kPa；線速度20.0 cm·s－1。

2 結果與分析

2.1 土耳其斯坦葉螨對棉花不同品種（系）的螨害調查

236個棉花品種（系）對棉葉螨的抗性分級結果表明：大部分的棉花品種（系）對土耳其斯坦葉螨的危害表現敏感，不同抗性的品種（系）間受害等級存在顯著差異。其中：高抗（HR）的品系有2個，分別為ACH56與XS13，葉片受害級數分別為 0.87和 0.89（表 1）；表現出較明顯抗性（R）的品種（系）有X-4、新陸中 6號和 X-46，葉片受害級數在1.44～2.39；有22個品種（系）表現為中抗（MR）；敏感（S）的材料有 207 份；高感（HS）品種（系）有新陸中34和16B-3，葉片受害級數在4.55左右。

表1 部分參試棉花品種（系）對棉葉螨的抗性Table 1 Resistance of partial cotton varieties(lines)in Xinjiang to T.turkestani

2.2 各品種真葉表面蠟質含量測定

對表 1 中列出的高抗螨（HR）、抗螨（R）、中抗螨（MR）、感螨（S）及高感螨（HS）材料的棉葉蠟質含量測定結果表明，高抗螨、抗螨與高感棉花品種（系）的蠟質含量存在顯著差異。XS13、X-4與新陸中6號真葉的蠟質含量較高，而新陸中34號與16B-3等真葉蠟質含量相對較低。總體來說，抗螨品種（系）的棉葉蠟質含量明顯高于感螨品種（系）。其中：高抗品系XS13真葉的蠟質含量達到了3.09 mg·g－1，比含量最低的高感品系16B-3的含量多近1倍；X-4、新陸中6號、X-46比全棉3號分別高54.02%、33.91%、32.18%。需要說明的是，轉基因抗螨材料ACH56的葉片蠟質含量僅為 1.89 mg·g－1，與其對照 YZ-1 相比沒有明顯變化，但是其受害級別遠低于YZ-1，接近高抗葉螨棉花品種XS13，推測ACH56通過表達抗螨基因，殺死了部分葉螨，達到較好的抗螨效果。Pearson相關性分析表明，棉葉表面蠟質含量與葉片受害級數存在顯著的負相關（r＝－0.936，P＜0.05），即棉葉蠟質含量越高，其葉片受害級數越低（圖 1）。

2.3 高抗與高感棉花真葉表面蠟質成分測定

對高抗品系XS13與高感品系16B-3葉片蠟質的GC-MS分析結果（圖2）表明，棉花葉片表皮蠟質主要成分為烷烴類化合物，同時含有少量的酯類、醚類、脂肪酸等化合物。其中：飽和烷烴16種，包括 10種長鏈單鏈烷烴[C17烷（C17H36）、C19烷（C19H40）、C20烷（C20H42）、C21烷（C21H44）、C24烷（C24H5O）、C31烷（C31H64）、C33烷（C33H68）、C35烷（C35H72）、C43烷（C43H88）、C44烷（C44O90）]，4 種長鏈支 鏈 烷 烴[C25烷（C25H52）、C27烷（C27H56）、C29烷（C29H60）、C50烷（C50H102）]，鹵代烷（C54H108Br2）和稠環 芳 烴（C26H48）； 另 有 不 飽 和 脂 類 化 合 物（C23H44O3）、 鹵代酯（C36H65F7O2）、 醚類化合物（C37H76O）與長鏈飽和脂肪酸（C69H138O2）各 1種。

圖1 不同棉花品種（系）葉片表面蠟質含量及其抗螨性Fig.1 Surface wax content of leaves and mite resistance of different cotton varieties(lines)

圖2 高抗及高感棉葉螨棉花品系蠟質成分分析Fig.2 Analysis of wax components in cotton high resistant line and high sensitive line to T.turkestani

在高抗品系XS13的葉片蠟質組分中，烷烴類化合物、酯類化合物、醚類化合物和脂肪酸的峰面積占比（相對含量）分別為87.35%、9.44%、2.92%和0.29%，化合物平均峰面積占比為5%，其中高于平均峰面積占比的化合物有11種，包括烷烴類化合物 10種 [C27H56（7.47%）、C26H48（6.90%）、C25H52（6.88%）、C29H60（6.74%）、C24H50（6.67%）、C33H68（6.67%）、C31H64（6.58%）、C20H42（6.21%）、C21H44（6.14%）、C19H40（5.45%）]和酯類化合物 1 種 C23H44O3（7.46%）。

高感品系中，烷烴類化合物、酯類化合物、醚類化合物和脂肪酸分別占85.59%、9.00%、3.59%和1.82%，化合物平均峰面積占比為5%，其中高于平均峰面積占比的化合物有12種，包括烷烴類化合物 11 種[C29H60（7.38%）、C26H48（6.91%）、C27H56（6.76% ）、C25H52（6.64% ）、C31H64（6.49% ）、C33H68（6.27% ）、C20H42（6.24% ）、C21H44（6.24% ）、C35H72（6.20%）、C19H40（5.57%）、C17H36（5.15%）]和酯類化合物1種C23H44O3（6.78%）。

在高抗螨品系XS13的葉片蠟質組分中，烷烴類物質 C27H56、C25H52、C33H68、C31H64、C24H50的相對含量高于高感品系16B-3，其中C24H50在2個品種中含量差距最大（在16B-3中含量僅為2.51% ）；XS13 中 C26H48、C29H60、C20H42、C21H44、C35H72、C17H36的相對含量低于高感品系 16B-3，其中 C35H72、C17H36的分別為 4.89%、4.93%，低于平均峰面積占比，且在2個品種中含量差距較大；XS13中酯類物質C23H44O3相對含量高于16B-3。

3 討論

棉花是我國支柱性產業，新疆又是國內最大的棉花產區，其地理位置氣候條件是棉花種植的理想地區，同時因為氣候在夏季高溫干旱，也是棉葉螨適應區。近年來，新疆棉區棉葉螨呈偏重發生態勢，危害嚴重可造成棉田減產30%以上[9]。過度依賴化學藥劑防治害螨，不但殺死了大量天敵，而且還增強了害螨的抗藥性。張金發等研究表明，海島棉和二倍體栽培棉的中棉和草棉，對朱砂葉螨具有較高水平的抗性[10]。王朝生等鑒定了3種不同遺傳類型（海島棉、陸地棉、海陸雜交棉）的棉花種質材料對棉葉螨的抗性，結果表明，海島棉受棉葉螨為害最輕，而陸地棉受害最重[11]。農業生產栽培的棉花主要是四倍體的陸地棉。目前，在陸地棉抗螨品種培育上，還沒有大的突破。

棉花在長期與植食性螨類的選擇進化下，會產生一些防御手段，包括棉花形態、組織結構的抗螨性如葉片茸毛量、葉形、蠟質含量、生長速度等[12]，生理生化抗螨性如含水量、氨基酸含量及組分、單寧含量、棉酚含量、可溶性糖含量等。不同的抗螨品種或材料具有不盡相同的抗螨機制。因此，在抗螨育種中，應盡量選擇具有上述多種抗螨機制的材料加以利用。

表皮蠟質是覆蓋在植物表面最外層的保護物質[13]，表皮蠟質具有阻止植物非氣孔性散失、防治有害光線損傷、維持表面清潔與表面防水、避免被細菌和昆蟲侵害的功能。已有大量研究報道植物蠟質在植物抗逆境脅迫中發揮者重要作用。蠟質主要由烷烴、酯類、游離脂肪醇和酸等多種化合物組成，在昆蟲與寄主植物互作和協同進化過程中扮演著重要的角色[14]。植物葉片表面蠟質提取物和單一的蠟質成分能夠刺激或者抑制植食性昆蟲對寄主植物的選擇、取食和產卵[15-18]。Daoust等研究發現[15]，ɑ-松菇和月桂烯在抗云杉食心蟲白云杉（Picea glauca）針葉中的含量是其在敏感型中含量的3～5倍，證實單松烯類在云杉抗食心蟲侵蝕中發揮重要作用。Eigenbrode等[16]報道了抗蟲和感蟲甘藍品種葉片表面蠟質對小菜蛾（Plutella xyllostella）選擇行為的影響；劉勇等[17]研究了不同小麥品種（系）葉片表面蠟質對2種麥蚜取食的影響。本研究表明，棉花葉片蠟質成分多數為烷烴類化合物，少數為酯類、醚類、脂肪酸等化合物。高抗螨品系中棉花葉片蠟質成分烷烴類和酯類組分的含量高于高感品系，醚類化合物和脂肪酸相對含量總和低于高感品系。上述結果對通過育種和栽培手段調控植物以提高植物抗逆性有重要意義[18]。

4 結論

對236份棉花材料的鑒定結果表明：近90%的材料對棉葉螨的危害表現敏感；不同棉花品種（系）真葉的蠟質含量存在明顯差異。棉葉表面蠟質含量與葉片受害級數存在顯著的負相關。高感和高抗螨品系的葉片蠟質最主要組分均為烷烴類，少數為酯類、醚類、脂肪酸等化合物。高抗螨品系葉片中烷烴類和酯類化合物含量要高于高感螨品系，而醚類和脂肪酸化合物組分含量要低于高感螨品系； 烷烴類化合物 C24H50、C35H72、C17H36在抗螨、感螨棉花材料中的含量差異較大。這些蠟質組分含量的差異是否導致棉花對螨抗性的差異，仍有待于進一步研究。本研究為進一步探究棉花葉表蠟質組分對棉葉螨寄主選擇和抗螨作用的影響奠定了基礎。