新疆厚皮甜瓜抗蚜性與苗期葉片營養成分的關系

孫玉萍 楊英 戶金鴿 張瑞 廖新福

摘? ? 要：以新疆厚皮甜瓜優質高抗蚜材料自育高代自交系LK-0402和高感蚜材料黃醉仙（CK）為試驗材料，分別在植株3葉1心時進行接種3齡期幼蟲，接種后調查蚜蟲蟲口數量，測定葉片營養物質和次生代謝物質。結果表明，與對照相比，自育高代自交系LK-0402葉片可溶性糖、可溶性蛋白、游離氨基酸含量均低于對照，分別比對照降低了15.21%、15.49%和2.70%，可溶性糖和可溶性蛋白含量與對照存在顯著差異，苯丙氨酸轉氨酶（PAL）活性顯著高于對照，比對照提高了8倍。較低的營養物質含量和較高的苯丙氨酸轉氨酶活性均不利于蚜蟲的生長繁殖，因此自育高代自交系LK-0402具有明顯的耐蚜性，可為哈密瓜的抗蚜育種提供材料。

關鍵詞：厚皮甜瓜;營養物質;次生代謝;抗蟲性

中圖分類號：S652 文獻標志碼：A 文章編號：1673-2871（2021）11-059-04

A preliminary study on the relationship between aphid resistance and leaf nutrients at seedling stage of muskmelon in Xinjiang

SUN Yuping， YANG Ying， HU Jinge， ZHANG Rui， LIAO Xinfu

（Development and Research Center of Grapes and Melons of Xinjiang Uygur Autonomous Region， Shanshan 838201， Xinjiang， China）

Abstract：In this study， the self-breeding high generation inbred line LK-0402 with high aphid resistant material and high aphid susceptible material Huangzuixian were used as experimental materials were inoculated with 3 instar larvae at 3 true leavestage. After inoculation， the number of aphid population was investigated， and the nutrients and secondary metabolites in leaves were determined. The results showed that compared with the control， the contents of soluble sugar， soluble protein and free amino acid in leaves of self bred inbred line LK-0402 were lower than those of the control， and their contents were decreased by 15.21%， 15.49% and 2.70% respectively. There were significant differences in soluble sugar and soluble protein between self bred inbred line LK-0402 and the control. The content of PAL was significantly higher than that of the control， and increased by 8 times. Low nutrient content and high PAL content are not conducive to the growth and reproduction of aphids， so the self bred inbred line LK-0402 has high resistance to aphids， which provides materials for the breeding of aphid resistance in Hami melon.

Key words：Muskmelon; Nutrients materials; Secondary metabolism; Insect resistance

新疆種植厚皮甜瓜歷史悠久，因其風味獨特、口感脆甜、品質極佳而受到消費者的青睞。因此，新疆甜瓜產業也成為新疆特色農業的支柱性產業。但近幾年來，由于設施溫室的興起，給蚜蟲世代繁衍和傳播提供了有利的條件，無論是露地還是溫室種植，蚜蟲危害嚴重制約著厚皮甜瓜產業的可持續發展。目前防治蚜蟲仍以化學農藥為主，但化防過程中存在諸多問題，一些生產者使用毒性過強的農藥、農藥使用頻率過高、使用時期不合理不科學等等，導致甜瓜病蟲害抗藥性問題突出，非常不利于病蟲害的有效防治，進而威脅著人們賴以生存的環境、自然防治資源及對人畜存在安全隱患等。這些與現代化農業發展理念相違背，滿足不了人們對高品質、高安全食品的需求。因此必須在甜瓜種植過程中減少化學農藥的使用，找到更加適應綠色發展理念、符合人與環境相適應的防治方法將是一個重要的方向。篩選和培育出抗蟲性強的厚皮甜瓜品種是解決過度使用化學農藥的有效途徑之一。因此，積極開展哈密瓜抗蚜蟲機制和相關基因的定位研究，將對減輕害蟲的危害、減少化學殺蟲劑的使用具有積極的意義。

有關其他作物抗蚜性的研究國內外均有大量報道，但主要集中在小麥[1]、棉花[2]、高粱[3]和黃瓜[4]等作物上，而甜瓜抗蚜性研究的報道還是比較少。美國的Bohn等[5]進行了甜瓜抗蚜蟲資源的研究，認為LJ90234（印度的代號為PI 371395）抗性較強;LJ90230（印度的代號為PI 161375）和LJ90254（韓國的代號為PI 255478）抗性中等。研究成果表明甜瓜品系LJ90234對棉蚜的抗性由一對顯性單基因Ag控制[6]。在多種甜瓜（Cucumis melo L.）的資源中均找到了與抗蚜蟲相關的物質，Chen等[7]對抗性強和易感蚜蟲的植株取其韌皮部的汁液做化學成分的分析，通過比對分析認為含硫基的谷氨酸和氨基酸可能與抗蚜性存在一定的關聯。自交系LK-0402是新疆維吾爾自治區葡萄瓜果研究所自交獲得的高代自交系，其表現為對蚜蟲高抗，品質優良，現已成為許多甜瓜育種家關注的重要親本材料之一，目前國內外關于甜瓜抗蚜機制的研究報道較少，因此筆者開展甜瓜抗蚜性的研究，探討特定抗蚜基因的作用機制，為抗蚜育種提供理論參考。了解抗蚜機制是抗蚜育種的重要一環，可為厚皮甜瓜抗蚜用于降低蟲害造成的農業經濟損失，減少農藥使用，有效降低農殘，節約生產成本，大力發展綠色、有機農業奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為自育高代自交系LK-0402和新疆早熟哈密瓜品種黃醉仙，以黃醉仙為對照，二者均由新疆維吾爾自治區葡萄瓜果研究所提供。

自育高代自交系LK-0402：圓形果，灰綠底，花頭細綠瓣，網紋中密、全，肉色橘紅、肉質細、脆、蜜甜，單瓜質量1.8 kg左右，抗蚜性狀良好。黃醉仙：卵圓形果，黃皮，網紋細、中密或稀網，白色肉，肉質細、軟，醇香，單瓜質量2.0 kg左右，易感蚜。

蟲源來源：2017年冬季加溫溫室內的嫁接西瓜，接種時選擇3齡期幼蟲。

試驗在新疆維吾爾自治區葡萄瓜果研究所實驗室內進行，每個處理10株，3次重復。2018年3月將LK-0402和黃醉仙溫湯浸種后分別播于50穴盤，隨后將穴盤置于光照培養箱內，白天溫度25 ℃，夜間溫度15 ℃，相對濕度65%。待幼苗至3葉1心時進行接種，接種時選擇無翅雌成蚜接種于葉片背面，每株2頭，接種后用60目防蟲網將穴盤相互隔離開。接種第2天起調查蚜蟲蟲口數量，直至第7天結束。調查結束后選取葉齡一致的葉片用于測定可溶性糖、可溶性蛋白、游離氨基酸含量和苯丙氨酸轉氨酶（PAL）活性。該試驗為完全隨機設計。

1.2 測定指標及方法

蚜蟲蟲口數量調查：每品種隨機選擇5株進行調查，計算葉片上所有蚜蟲蟲口數量。

可溶性糖含量采用蒽酮法測定[8];可溶性蛋白含量采用考馬斯亮蘭G-250染色法測定[9];游離氨基酸含量采用茚三酮法測定[10];PAL（苯丙氨酸轉氨酶）活性參考毛愛軍等[11]的方法測定。

1.3 數據分析

利用Excel 2007進行數據初步分析，利用SPSS 17.0進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 厚皮甜瓜蚜蟲蟲口數量的變化

由圖1可以看出，從第3天開始不同甜瓜材料上的蚜蟲數量迅速增加，隨接種時間的增加，蚜蟲蟲口數量也逐漸增加，黃醉仙為25頭，LK-0402為8頭，存在著明顯的差異，到第5天黃醉仙葉片的蟲口數量為69頭，為LK-0402的23頭的3倍，調查第8天時均達到最大值，LK-0402的蚜蟲蟲口數量為71頭，黃醉仙高達165頭，仍是LK-0402的2倍多。說明LK-0402材料具有抗蚜性。

2.2 抗蚜材料和感蚜材料接種瓜蚜后可溶性糖含量的變化

由圖2可以看出，接種蚜蟲前LK-0402葉片中可溶性糖含量初始值比對照黃醉仙低15.21%，兩者存在顯著差異;接種蚜蟲后LK-0402和對照黃醉仙可溶性糖含量均降低，降低后的值也同樣低于對照黃醉仙26.60%，兩者存在顯著差異。且LK-0402和對照黃醉仙葉片中可溶性糖含量的值，與接種蚜蟲前比分別降低了31.29%和20.62%，同樣存在顯著差異。說明LK-0402抗蚜性與接種蚜蟲后可溶性糖含量的變化有關。

2.3 抗蚜材料和感蚜材料接種瓜蚜后游離氨基酸含量的變化

由圖3可以看出，接種前LK-0402游離氨基酸含量的初始值低于對照黃醉仙的2.70%，接種蚜蟲后LK-0402和對照黃醉仙游離氨基酸含量均降低，降低后的值也同樣低于對照黃醉仙0.67%，但差異不顯著。且LK-0402和對照黃醉仙游離氨基酸含量的值，與接種蚜蟲前比分別降低了4.31%和6.26%，差異不顯著。因此，游離氨基酸含量對抗蚜性的影響還有待進一步研究。

2.4 抗蚜材料和感蚜材料接種瓜蚜后可溶性蛋白含量的變化

由圖4可以看出，接種前LK-0402葉片中可溶性蛋白含量的初始值比對照黃醉仙低15.49%，兩者差異顯著，這會降低蚜蟲的適口性，使得LK-0402葉片對蚜蟲的吸引力下降。接種后LK-0402和對照黃醉仙葉片中可溶性蛋白含量均降低，降低后LK-0402比對照低33.49%，兩者差異顯著。且LK-0402和對照黃醉仙葉片中可溶性蛋白含量的值，與接種蚜蟲前相比，分別降低了24.51%（差異顯著）和4.08%（差異不顯著）。說明可溶性蛋白含量的變化也影響著LK-0402材料的抗蚜性。

2.5 抗蚜材料和感蚜材料接種瓜蚜后PAL活性的變化

由圖5可以看出，LK-0402和對照黃醉仙未接種蚜蟲前，LK-0402的PAL活性高于對照黃醉仙801.84%，差異顯著;接種蚜蟲后，LK-0402和對照黃醉仙PAL活性均升高，LK-0402的PAL活性的初始值高于對照黃醉仙，升高后的值也同樣高于對照黃醉仙787.26%，差異均顯著。且LK-0402和對照黃醉仙的PAL活性與接種蚜蟲前比分別升高了11.15%（差異顯著）和12.98%（差異不顯著）。說明PAL活性的升高保證了苯丙烷途徑的順利進行，以及與抗蟲有關的次生代謝物質迅速產出。

3 討論與結論

不同甜瓜品種上生長的瓜蚜，其發育和繁殖能力有所不同。筆者在本試驗中發現，在一定時期內，蚜蟲的種群數量隨著甜瓜的生長持續增加，但LK-0402接種后蚜蟲的繁殖速度明顯低于對照黃醉仙，第8天時對照上的蚜蟲數量還是LK-0402的2倍多，表明在LK-0402上的瓜蚜生活不正常，繁殖率低。這與任佳等[12]、季春梅等[13]的研究結果一致。

糖和游離氨基酸都是蚜蟲生長所需的主要營養物質。在蚜蟲的發育過程中，植物葉片中所含的游離氨基酸和可溶性糖過低或過高都不利于蚜蟲的正常生長發育。植物體內可溶性糖含量過低，會引起蚜蟲營養不良等;反之，則蚜蟲排出糖類物質的代謝壓力越大，對其生長發育越不利。陳青[14]和謝永壽等 [15]的研究結果表明，植物組織中所含的可溶性糖和游離氨基酸是植物具有抗蚜性的主要原因之一。本試驗中LK-0402葉片中游離氨基酸和可溶性糖含量較低，接種蚜蟲后2份材料游離氨基酸和可溶性糖含量均降低，特別是LK-0402葉片中可溶性糖含量低，必然影響蚜蟲的生長發育和繁殖。因此，可溶性糖含量低是LK-0402具有抗蚜能力的原因之一。

王濤等 [16]在研究無毛黃瓜抗白粉虱和抗蚜機制過程中均發現次生代謝酶活性有所增強，次生代謝作為一種蛋白質同樣參與影響瓜蚜的取食行為。植株中可溶性蛋白含量高易受到蚜蟲的侵染，含量低的則具有一定的抗蚜性。本研究結果與其部分一致。LK-0402可溶性蛋白含量較低，接種8 d后其值也顯著低于對照，導致蚜蟲無法獲得足夠的營養物質來完成自身的成長和發育。

張麗等[17]和馬榮金等[18]研究發現，瓜蚜危害脅迫后PAL活性在抗蚜品種中高于感蚜品種。LK-0402對瓜蚜的抗性可能與其葉片營養成分、次生代謝物質等與對照存在一定差異有關。本試驗結果表明，LK-0402和對照黃醉仙未接種蚜蟲前，LK-0402的PAL活性高于對照黃醉仙，接種蚜蟲后LK-0402和對照黃醉仙的PAL活性均升高，升高后的值也同樣高于對照黃醉仙。

本試驗結果為甜瓜抗蚜的分子機制研究提供了理論數據，但是要徹底闡明其機制還有待對它們的相關性和抗蟲基因進行深入研究。許多研究者的結果表明，植株體內的次生代謝物質和相關酶是賦予品種抗蚜性的主要因素。深入研究各種次生代謝物質在甜瓜品種抗蚜性中的作用，將為甜瓜抗蚜育種奠定堅實基礎。

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