野生和栽培甜瓜對瓜列當抗性鑒定及評價

曹小蕾，孫 暢，趙秋月，姚兆群，張 璐，趙思峰

(新疆綠洲農業病蟲害治理與植保資源利用自治區高校重點實驗室/石河子大學 農學院，新疆石河子 832003)

甜瓜 (CucumismeloL.)是世界重要的園藝類水果作物，具有土地利用率高，市場消費需求量大和種植經濟效益顯著等特點，其果實深受各國消費者的喜愛[1]。中國甜瓜產量位居世界首位，2016年甜瓜總產1635.02萬t，占世界總產量的50%以上，新疆甜瓜總產量173.25萬t[2]，是新疆重要的特色農產品之一[3]。瓜列當(PhelipancheaegyptiacaPers)在新疆多地均有分布，對新疆甜瓜生產造成嚴重威脅，每年3500～5000hm2減產，1500～2000hm2甜瓜絕收[4]，有效控制瓜列當的為害和進一步傳播蔓延對保障新疆甜瓜產業基地可持續建設十分重要。由于瓜列當具有寄主范圍廣、繁殖快、種子庫龐大和休眠時間久、早期在根部寄生為害不易發現等生物學特點使得很難根治，目前國內外仍然沒有有效防治瓜列當的技術和方法[5]，培育和推廣抗性品種是目前最經濟和最有效的防治措施。彭金鳳等[6]采用根室、盆栽、田間小區法對31個新疆栽培甜瓜品種進行抗瓜列當的篩選和評價，得出‘金甜蜜17號’具有較好的抗性。Mónica等[7]報道豌豆可以誘導瓜列當種子萌發，但不能使其進一步建立寄生關系而展現出良好的抗性。Diego等[8]篩選出對瓜列當具有不完全抗性的蠶豆品種。由于寄主抗列當寄生的能力在很大程度上依賴于其本身的抗性強弱及遺傳特性，目前研究報道的大多數種類的寄主如蠶豆、巢菜、豌豆、番茄、煙草、香菜等都屬于中抗或低抗，高抗品種較少[5]。目前國內外關于不同甜瓜品種對瓜列當寄生抗性評價的報道較少，鮮見野生型甜瓜品種對瓜列當寄生能力的評價。本研究采用溫室盆栽評價和大田種植評價的方法，對19份栽培甜瓜和9份野生甜瓜進行抗瓜列當寄生能力篩選和評價，以期為抗性甜瓜推廣和抗性育種工作提供依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試甜瓜材料：19份栽培甜瓜，9份野生甜瓜，共計28份甜瓜材料，以高感品種‘K1076’為對照，甜瓜品種存取編號、來源、類型及提供單位見表1。

瓜列當種子采自新疆維吾爾自治區昌吉回族自治州第六師軍戶農場，經形態學和分子生物學鑒定為分枝(瓜)列當(PhelipancheaegyptiacaPers)。

表1 甜瓜名稱、來源、種類及提供單位Table 1 Accession designation,origin,type and providers of muskmelon accessions

1.2 方 法

1.2.1 大田抗性評價 甜瓜幼苗準備：甜瓜種子用φ=5%的次氯酸鈉消毒20 min后，無菌水清洗3遍，室溫浸泡8 h，待其露白，播種于裝有蛭石的穴盤中，每穴一粒，保濕培養，做好標記，放入光照培養室(溫度25～30 ℃、光照度為10 000 lx，光照時長16 h /d)待其長至一葉一心時移植到大田。

大田試驗設計：試驗于2019年5─8月在石河子市周邊的馬家坪農場進行，選取的地塊已連續多年種植甜瓜，瓜列當危害嚴重，2018年因瓜列當為害嚴重導致甜瓜絕收。將土地翻耕后鎮壓實以后覆蓋地膜，于2019-05-14將甜瓜幼苗移栽至田間，每份甜瓜材料3次重復，每個重復10株甜瓜，采用隨機完全區組設計。田間管理按常規進行，不施用任何除草劑。在移苗后60 d、80 d[6](30 d時列當零星出土，60 d列當出土較多，80 d時列當出土數量趨于穩定)對被列當寄生的甜瓜株數和每株上寄生的列當個數進行統計調查。寄生率=小區內被寄生甜瓜株數/小區內甜瓜總株數×100%；寄生程度= 小區內列當數/小區內甜瓜株數。按表2標準對28份甜瓜材料抗性等級進行分類鑒定[6]。

表2 甜瓜對瓜列當抗性等級鑒定標準Table 2 Identification standards of P.aegyptiaca resistance level for muskmelon

Notes:F show parasitism rate；AD show parasitic degree.

1.2.2 盆栽法鑒定 將1.5 L塑料花盆裝入1 L混有營養土、蛭石、沙子(體積比為2∶1∶1)及50 mg瓜列當種子(約8 000粒)的混合土。選用 “1.2.1”中大田試驗篩選出的表現抗性的14份甜瓜材料，以高感品種‘K1076’為對照。每份種質材料種植10盆，并種植3盆未接種瓜列當種子的對照，每盆種入一粒露白的甜瓜種子并在花盆上做好標記。將播種好的花盆采用完全隨機區組設計放入光照溫室中培養(溫度25～30 ℃，光照度為10 000 lx，光照時長16 h/d)，常規管理。60 d后，將甜瓜植株從花盆中取出，用自來水仔細將甜瓜根清洗干凈，測定各指標。

1.2.3 測定項目及方法 瓜列當發育階段進行記錄和分類：參考Westwood的分類標準[9]，并稍做改變。S0，預處理未萌發的列當種子；S1，列當長出芽管未形成早期吸器；S2，形成早期吸器；S3，列當與寄主建立寄生關系未與寄主維管束連接；S4，列當與寄主維管束連接，形成結節；S5，結節處形成次生根并與其他根連接<1 cm；S6，列當長出幼莖>2 cm但未出土；S7，列當出土；S8，列當開花；S9，列當結籽。

列當生物量測定。將每株甜瓜上分離的列當用吸水紙吸除多余水份并用電子天平測量鮮質量，裝入牛皮紙袋放入105 ℃烘箱殺青15 min，轉為75 ℃烘至恒量，稱干質量。

甜瓜生物量測定：測量甜瓜從子葉到生長點的高度記為株高；莖粗：用游標卡尺測量甜瓜自莖基部向上2 cm處甜瓜莖的直徑；甜瓜根、莖、葉生物量：用電子天平測定甜瓜葉、莖、根(摘除列當)鮮質量后，將甜瓜的根、莖、葉分別裝入牛皮紙袋，放入105 ℃烘箱中殺青15 min，轉為75 ℃烘至恒量，稱干質量。

1.3 數據處理

采用SPSS 19.0統計軟件進行方差分析，采用鄧肯新復極差法進行差異顯著性檢驗(P≤ 0.05),采用t檢驗檢測不同抗性甜瓜材料接種瓜列當后與CK相比，地上干質量、根干質量、株高、莖粗生理指標的差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 大田抗性評價結果

由表3可知，不同甜瓜材料在大田條件下抗性水平差異顯著。在第80天調查時所有甜瓜的瓜列當寄生率和寄生程度均高于第60天，因此抗性水平的鑒定結果主要依據第80 天調查數據并以第60天的調查數據為參考。根據第80天時的調查數據可將28份甜瓜材料劃分為 4類。第一類抗性水平表現為高感，主要是2個栽培甜瓜種質‘PMR6’和‘真正哈密瓜’，其寄生程度均大于10，而‘PMR6’寄生程度最高為16.50；第二類抗性水平表現為感，包括4個野生甜瓜和6個栽培甜瓜；第三類為抗寄生甜瓜材料，包括‘PI 536473’‘PI 614391’‘PI 614308’‘PI 614439’‘PI 614409’這5個野生型甜瓜和‘安農2號’‘PI-136215’‘MR1’等9個栽培型甜瓜；第四類為高抗甜瓜材料，包括‘新引甜16號’和‘Sekine’這2個栽培型甜瓜。

通過比較不同甜瓜材料第80天寄生程度，可以看出寄生程度最高為‘PMR6’，其次為‘真正哈密瓜’，其寄生程度分別為16.05和12.04，兩者差異不顯著；且與‘PI 406737’‘PI-476339’‘婆殺L’‘PI 532829’‘PI-136200’‘KXL’‘PI-136196-1’‘PI 614412’‘PI 536473’‘PI- 476332’‘PI 614355’‘PI-234607’‘安農2號’‘PI 614391’這14個甜瓜材料差異不顯著；但與‘PI-136195-1’‘PI-136215’‘PI-164610’‘PI-182938’‘Ezust anarst’‘PI 614308’‘PI 614439’‘新世紀’‘MR1’‘PI 614409’‘新引甜16號’‘Sekine’這12個甜瓜材料差異顯著，其中與‘新引甜16號’‘Sekine’這兩個高抗甜瓜差異最大，‘PMR6’寄生程度分別高出‘新引甜16號’‘Sekine’15.83、16.17。

通過比較不同甜瓜材料第80天寄生程率，可以看出所有甜瓜材料的寄生率在11.11%～100%，整體差異顯著。其中‘真正哈密瓜’‘婆殺L’‘PI 532829’‘PI-136196-1’‘PI 614412’這5個甜瓜材料寄生率最高均可達到100%，與其他甜瓜材料差異不顯著。‘Sekine’的寄生率最低為11.11%，其次為‘新引甜16號’‘PI-136195-1’寄生率為33.33%。

2.2 溫室盆栽抗性評價結果

從表4中可以看出，所有甜瓜種質材料上的列當均可發育至S7階段，即列當出土階段。除S6階段，不同甜瓜材料上S4、S5、S7這3個階段列當數量差異顯著。通過比較不同甜瓜種質材料上總寄生列當數量發現，‘Ezust anarst’寄生總列當數最多，為89.40個每株，與‘新世紀’‘PI-164610’‘安農2號’‘PI 614409’‘PI 614391’‘PI-136195-1’‘Sekine’‘PI 614439’‘PI-136215’差異不顯著；與‘PI 614308’‘K1076’‘PI-182938’‘新引甜16號’‘MR1’差異顯著。通過比較不同甜瓜種質材料上總寄生瓜列當生物量發現鮮質量和干質量的變化具有一致性，因此瓜列當生物量分析主要以總寄生列當干質量為主。‘K1076’‘MR1’‘新世紀’‘新引甜16號’這4個品種上總寄生的瓜列當干質量差異不顯著，其干質量依次為0.91、0.73、0.77、0.75 g每株；‘PI 614308’寄生的瓜列當干質量最輕僅為0.08 g每株，與‘K1076’‘MR1’‘新世紀’‘新引甜16號’‘PI-164610’‘安農2號’‘PI 614409’差異顯著。對總寄生列當干質量與總寄生列當數量聯合進行分析，發現總寄生列當數量與總寄生列當干質量沒有直接相關性，總寄生列當干質量并不隨總寄生列當數量的增加而增加。

表3 田間條件下不同甜瓜材料對瓜列當的抗性Table 3 Broomrape-resistance of different muskmelon accessions in fields

以未接種瓜列當的甜瓜植株為對照，瓜列當對不同甜瓜地上干質量和根干質量的影響如圖1及表5所示。瓜列當對‘Ezust anarst’‘PI-182938’‘PI 614391’‘Sekine’地上干質量和根干質量沒有造成不良影響，與對照相比差異不顯著。然而使‘K1076’‘PI 614409’‘MR1’‘新引甜16號’‘PI-136195-1’‘PI-136215’‘PI 614439’‘PI 614308’‘新世紀’地上干質量分別減少52.84%、58.55%、71.33%、68.90%、55.73%、47.62%、55.47%、44.29%、59.66%；對‘PI-164610’‘安農2號’地上干質量沒有影響。‘K1076’‘PI-164610’‘PI 614409’‘新引甜16號’‘PI-136215’‘新世紀’‘安農2號’‘MR1’‘PI 614439’‘PI 614308’根干質量分別減少80.00%、57.14%、61.11%、87.50%、61.54%、68.75%、31.03%、61.90%、50.00%、25.00%；PI-136195-1與對照相比差異不顯著。

表4 盆栽條件下不同甜瓜材料上寄生的列當數量及生物量Table 4 Attachments number and biomass of P.aegyptiaca in pot experiment

A～D依次為Sekine、PI 614391、安農2號、新引甜16號未接種瓜列當生長狀態; E～F依次為Sekine、PI 614391、安農2號、新引甜16號接種瓜列當生長狀態; I～L依次為Sekine、PI 614391、安農2號、新引甜16號根部瓜列當寄生狀態

表5 盆栽條件下不同甜瓜材料地上干質量、根干質量、株高及莖粗Table 5 Total above-ground parts dry mass,root dry mass,plant height and stem diameter of different muskmelons in pot experiment

以未接種瓜列當的甜瓜植株為對照，瓜列當對不同甜瓜株高和莖粗的影響如表5所示。瓜列當對‘安農2號’‘PI 614439’‘PI 614391’‘PI 614409’‘Sekine’株高和莖粗的影響較小，與對照相比差異不顯著。與對照相比，‘MR1’‘Ezust anarst’‘PI-136215’‘K1076’‘PI 614308’‘PI-136195-1’‘PI-182938’‘新引甜16號’‘新世紀’‘PI-164610’在瓜列當寄生后株高分別降低了 52.49%、47.50%、29.00%、32.90%、51.94%、 35.28%、40%、72.28%、47.5%、53.52%。而‘MR1’‘K1076’‘新世紀’在瓜列當寄生后莖粗分別減少了31.25%、35.41%、17.33%；‘PI-136215’‘PI 614308’‘PI-136195-1’‘PI-182938’‘新引甜16號’‘PI-164610’在瓜列當寄生后與對照相比莖粗的差異不顯著。

3 討 論

新疆是古 “絲綢之路”交通要道，與8個國家接壤，有5 700 km邊境線，目前有一類口岸18個，人員和物資往來頻繁，導致一些檢疫性的農業有害生物如瓜列當主要在新疆分布和危害，而新疆又是我國主要的甜瓜產區，瓜列當對新疆甜瓜生產影響巨大[5]。瓜列當種子繁育能力非常強，其種子在寄主根系分泌的萌發刺激物作用下才能萌發，萌發后的芽管穿透寄主植物韌皮部與維管束連接形成結節，建立寄生關系后從寄主植物獲取所需的水分和營養物質，這些過程均在地下完成，待看到大量幼莖出土并形成花莖時進行防治，已對甜瓜造成難以挽回的影響。多數種子在沒有萌發刺激物的作用下可在土壤存活數十年之久，如果在同一塊地頻繁的種植寄主作物，土壤中的種子庫會急劇增加，最終導致土地棄耕或種植單子葉植物進行輪作倒茬[10]。國內外有關瓜列當抗性寄主植物的報道多集中于蠶豆、巢菜、豌豆、番茄、煙草、香菜、向日葵等[11]作物中，有關甜瓜對瓜列當抗性評價的報道較少，迄今為止尚未有對野生型甜瓜品種對瓜列當寄生能力的評價。

本研究針對收集到的19份栽培甜瓜和9份野生甜瓜材料，通過大田試驗共篩選出2個高抗材料，14個抗性材料，但并沒有篩選到對瓜列當表現為免疫的甜瓜材料，其余表現均為感或高感。

除了‘PI536473’ ‘PI-234607’這兩個品種其余14個表現為抗性甜瓜種質材料，通過盆栽試驗進一步確定其抗性。就寄生程度即每株甜瓜寄生列當總量而言，除了‘PI-164610’和‘Ezust anarst’顯著高于感病品種‘K1076’，其余甜瓜材料與‘K1076’沒有顯著性差異。盆栽和大田試驗結果的不一致性可以解釋為大田試驗忽略了未出土的列當數，而事實上未出土的列當數占總寄生列當數的87.67%～100%，此結果與2019年Fatima等[10]報道的結果相同。Rubiales等[11]認為以寄主植物上出土的列當數這一參考值作為評價寄主抗性水平的指標具有偏差性，寄主植物自身的健康狀態和生長情況也應該考慮作為參考指標。因此本研究進一步通過盆栽試驗測定一系列甜瓜植物自身生長指標及列當的生物量來區分抗感差異。

在盆栽試驗中，‘Sekine’‘PI 614391’的株高、莖粗、地上干質量、根干質量受到列當影響較小，與CK相比差異不顯著；其寄生的列當總干質量也顯著低于‘K1076’。其中‘安農2號’除根干質量受到列當為害嚴重外，其余指標與CK相比差異不顯著，而其余甜瓜種質材料，生物量均受到列當不同程度的影響，其原因可以解釋為，由于甜瓜的生長發育與列當的生長發育關系存在源—庫對營養競爭的關系，列當為了地上生長則需要根從寄主植物維管束獲得更多的水分和營養，從而導致寄主植物生物量顯著減少。這一結果與Grenz等[12]、Trabelsi[13]等報道列當可造成感病品種蠶豆、豌豆地上干物質顯著降低的結果相一致。通過分析‘Sekine’‘安農2號’‘PI 614391’不同發育階段列當所占比例發現，有96.70%～ 87.88%的列當停滯于S4、S5階段，只有3.3%～ 12.10%的列當發育至S6和S7階段，這一現象可以解釋‘Sekine’‘安農2號’‘PI 614391’通過減緩列當的生長發育，從而減輕列當對甜瓜植株的影響。通過分析這3個品種的來源發現，‘Sekine’‘安農2號’這兩個栽培甜瓜種質來自日本，而日本未有關于瓜列當分布及為害的報道，這種耐病性可能是水平抗病性；‘PI 614391’是來自印度的野生種質，在印度危害最嚴重的列當主要是Oramose[14]、O.cernua[15]、P.aegyptiaca[15]，因此‘PI 614391’耐病性可能是在長期外界選擇壓下形成的。瓜列當主要分布在歐洲東南部、非洲東北部和中東等地區[16-17]。抗病育種工作的前提是獲得抗源，部分高抗的抗源往往是野生、半野生或生長狀況不好的種質，因此應加大對列當為害嚴重的地區野生甜瓜種質資源的收集和利用[18]。

本研究通過大田試驗和盆栽試驗最終從28份甜瓜種質材料中，篩選出2個耐寄生甜瓜材料。由于本研究未對甜瓜產量進行測定，因此對于其耐寄生程度還需通過測定甜瓜產量進一步說明；通過盆栽試驗發現‘Sekine’‘PI 614391’和‘安農2號’這3份甜瓜材料具有減緩瓜列當生長發育現象，但是其機制尚不清楚，還需要通過根室法來研究甜瓜與列當互作過程中列當發育狀態、組織結構、生理生化變化等，進一步證明甜瓜對瓜列當的耐寄生機制。

4 結 論

大田試驗中，栽培型甜瓜‘Sekine’表現出對瓜列當較好的抗性，出土列當數最少僅為0.33個每株，寄生率為11.11%。通過溫室盆栽試驗證實‘Sekine’表現出減緩瓜列當生長發育的特點，即96.70%的瓜列當停滯于S4和S5階段，成功生長至S6、S7階段的列當僅占總寄生瓜列當的2.89%、0.413%；在‘PI 614391’植株上，94.42%瓜列當停滯于S4和S5階段，成功生長至S6和S7階段的列當占總寄生瓜列當的5.58%；在品種‘安農2號’植株上，87.88%瓜列當停滯于S4、S5階段，成功生長至S6和S7階段的列當占總寄生瓜列當的12.10%。對瓜列當寄生后甜瓜地上干質量、根干質量、株高、莖粗等指標進行測定，表明‘Sekine’和‘PI 614391’在瓜列當寄生后與不接種瓜列當的對照相比以上指標差異不顯著(P>0.10)。本研究由于甜瓜種質資源有限，只針對19份栽培型甜瓜品種和9份野生型甜瓜品種進行篩選，研究結果可為品種田間推廣以及抗列當育種提供參考，其耐寄生的機理機制還需要在后續工作中進一步進行研究。