苯丙烷代谢与嫁接黄瓜抗南方根结线虫的关系

张 宇 刘世琦 张自坤 杨晓建 马 琳 黄治军 陈 昆

（山东农业大学园艺科学与工程学院，作物生物学国家重点实验室，山东泰安 271018）

保护地黄瓜（Cucumis sativusL.）是设施栽培的主要蔬菜之一。随着根结线虫等土传病害危害连年加重，黄瓜的安全生产受到严重威胁。据统计病害发生后一般减产20 %～30 %，重者50 %以上，甚至绝收（顾兴芳 等，2000）。有研究表明，为害我国北方地区日光温室内黄瓜的根结线虫主要是南方根结线虫。目前，防治根结线虫最有效而又简便易行的措施还是嫁接。而筛选出适宜的黄瓜嫁接砧木，是提高嫁接防病效果的关键（顾兴芳 等，2006；王绍辉 等，2008）。前人对嫁接黄瓜的生理特性进行了大量研究。杜继煜等（2005）认为黄瓜嫁接苗具有较强的抗病性，张自坤等（2009）认为黄瓜嫁接苗具有更强的细胞膜保护能力，能有效清除根结线虫侵染后植株体内产生的活性氧，阻止了活性氧的积累，因而具有较强的抗根结线虫能力。苯丙烷代谢是指从苯丙氨酸到羟基肉桂酸（或香豆酸）及其衍生物的合成途径，该途径可形成植保素、木质素及酚类化合物等抗病次生物质，都具有较强的抗病能力。但苯丙烷代谢及其关键酶与黄瓜抗根结线虫之间的关系尚未见报道。本试验拟在盆栽的条件下，人工接种南方根结线虫，研究不同黄瓜砧木在南方根结线虫为害下苯丙烷类代谢产物及其关键酶的变化，以筛选出抗南方根结线虫的砧木，为日光温室黄瓜的安全生产提供可靠的砧木。

1 材料与方法

1.1 试验材料与预处理

黄瓜接穗品种为天津科润黄瓜研究所育成的日光温室黄瓜新品种津优35号（CK），砧木品种为改良火凤凰（T0）、火凤凰（T1）、优清台木（T2）、崛京隆（T3）、DTT-RS-39（T4）和黑籽南瓜（T5）（砧木和接穗种子均由正大种业有限公司提供）。

试验在山东农业大学科技创新园的4号日光温室内进行，砧木和接穗催芽后播种于 50孔的穴盘，基质育苗，基质组成为草炭∶蛭石=2V∶1V，高温消毒。2008年9月19日播种砧木，9月20日播种接穗，9月26日砧木真叶破心、接穗子叶展平时采用插接法进行嫁接。嫁接10 d后进行正常管理，用营养液浇灌，营养液中大量元素参照山崎配方略加修改，微量元素参照 Arnon配方。待嫁接苗第2片真叶完全展开时（10月10日），将形态、长势基本一致的黄瓜嫁接苗、自根苗和砧木定植于高35 cm、直径30 cm的瓦盆中，每盆2株。盆内装有10 kg经福尔马林溶液喷洒、塑料薄膜覆盖高温消毒10 d的土壤。

从山东农业大学园艺试验站收集已感染南方根结线虫的番茄植株根系，参照刘维志（1995）的根结线虫卵悬浮液的制备方法，得到南方根结线虫卵悬浮液。用打孔器在黄瓜嫁接苗和自根苗盆内植株根周围打孔（5孔·盆-1，深度3 cm），共7个处理，每个处理10盆，每盆2株，共20株，3次重复。于10月13日将南方根结线虫卵注入，接种量分别为每盆10 000个卵，以注入清水为对照。砧木共6个处理，盆内不接种，让其正常生长。30 d后测定各项生理指标。

1.2 项目测定

对每个健壮植株从上向下取3片叶，去除叶脉，剪碎按同等质量混合均匀，进行指标测定。以正常生长的砧木为处理1，以感染南方根结线虫的黄瓜嫁接苗和自根苗为处理2。根结线虫指数参照王佩圣等（2007）的方法；多酚氧化酶（PPO）活性的测定参照（中国科学院上海植物生理研究所，1999）的方法；苯丙氨酸解氨酶（PAL）和络氨酸解氨酶（TAL）活性的测定参照Beaudoin-Eagan和Thorpe（1985）的方法；总酚含量的测定参照林植芳等（1988）的方法；木质素和纤维素含量的测定参照Sancho等（1996）的方法。

2 结果与分析

2.1 不同砧木对黄瓜嫁接苗根结线虫指数的影响

根结线虫指数是植物受到根结线虫侵染后的直观表现。从图1可以看出，受到南方根结线虫侵染后，黄瓜嫁接苗与自根苗相比，均表现出一定的抗性，其中以 T4的根结线虫指数最低，与自根苗相比，根结线虫指数下降了44.33，表现出很强的抗性。黄瓜嫁接苗中 T5的根结线虫指数较高，达到了35.76，对南方根结线虫的生长抑制作用较小。

图1 不同砧木根结线虫指数的比较

2.2 南方根结线虫对黄瓜植株PPO和TAL活性的影响

PPO与TAL被认为与植物防御病原微生物侵染有关，是一种植物的防御酶，PPO和TAL活性的提高有助于植物缓解根结线虫的为害，提高植物的抗根结线虫能力。

从图2可以看出，未接种南方根结线虫的黄瓜砧木中，以T1和T2的PPO活性最高，其次是T4，最低的为 T3。受到南方根结线虫侵染后，黄瓜嫁接苗叶片中 PPO活性显著高于自根苗，其中以T1、T2、T4的活性最高，T3和T5的活性较低，这与未接种南方根结线虫黄瓜砧木的变化相一致。与自根苗相比，嫁接苗T1、T2、T4的PPO活性分别提高了75.22 %、71.13 %、72.19 %，嫁接苗中PPO活性最低的T5与自根苗相比也提高了26.80 %。

TAL活性的变化与PPO活性的变化基本一致，未接种南方根结线虫的黄瓜砧木以T0、T3、T4的TAL活性最高。接种南方根结线虫的黄瓜嫁接苗以T0和T4的TAL活性最高，两种处理的变化基本一致，黄瓜嫁接苗的TAL活性显著高于黄瓜自根苗，T0和T4分别比自根苗高65.7 %和54.44 %（图3）。

图2 黄瓜砧木和嫁接苗PPO活性的变化

图3 黄瓜砧木和嫁接苗TAL活性的变化

2.3 南方根结线虫对黄瓜植株PAL活性和总酚含量的影响

图4表明，未接种南方根结线虫的黄瓜砧木PAL活性以T0、T1、T4较高，T2、T3、T5较低。接种南方根结线虫的黄瓜嫁接苗之间的PAL活性同样出现较大差异，T0、T1、T4的PAL活性显著高于T2、T3、T5，其中以T4最高，与自根苗相比提高68.44 %。这表明不同黄瓜砧木抗南方根结线虫的能力差异较大。

酚类广泛分布于微生物和植物体中，一般以糖苷活糖脂状态积存于植物的叶片及其他组织的细胞液泡中，与植物的抗性密切相关。从图5可以看出，未接种南方根结线虫的黄瓜砧木总酚含量差别不大（T0>T1>T4>T3>T5>T2），接种南方根结线虫后，黄瓜嫁接苗的总酚含量显著高于自根苗，其中以T0和T4的总酚含量最高，T2和T5最低，与砧木变化趋势相一致。

图4 黄瓜砧木和嫁接苗PAL活性的变化

图5 黄瓜砧木和嫁接苗总酚含量的变化

2.4 南方根结线虫对黄瓜植株木质素和纤维素含量的影响

木质素是由简单酚类的醇衍生物经过氧化和聚合而形成的，能增强细胞壁抗真菌穿透能力和限制病原真菌毒素向周围细胞的扩散，其含量与植物的抗性成正相关。图6表明，未接种南方根结线虫的黄瓜砧木木质素含量以 T0、T1、T4较高，接种南方根结线虫后，黄瓜嫁接苗的木质素含量显著高于自根苗，木质素含量从多到少依次为T4>T1>T0>T3>T5>T2>CK。

纤维素是植物中最广泛的骨架多糖，植物的细胞壁约一半是由纤维素组成。细胞壁不仅作为结构屏障阻止胞外病原微生物的进入，而且在细胞受到感染和伤害时，能积极参与防御反应。接种南方根结线虫后，黄瓜嫁接苗的纤维素含量显著高于自根苗，但6种嫁接苗之间的纤维素含量变化不大（图7）。这可能与纤维素作为细胞壁的主要成分，广泛分布在植物体内有关。

图6 黄瓜砧木和嫁接苗木质素含量的变化

图7 黄瓜砧木和嫁接苗纤维素含量的变化

3 结论与讨论

酚类化合物有多种合成途径，以莽草酸途径为主，大多数酚类化合物的合成以苯丙氨酸为原料，PAL和TAL是该途径的关键酶和限速酶。PPO是苯丙烷代谢途径中重要的氧化酶，其活性的增加可加速植株中酚类物质的氧化，而酚类物质氧化产物的毒性可增强寄主的抗病反应，因此，PPO活性的增加与寄主植物的抗病性密切相关。徐小明等（2008）研究认为，感染南方根结线虫后，茄子幼苗的根系总酚含量和PAL、TAL活性变化相一致，表明南方根结线虫侵染引起茄子砧木幼苗根系酚类物质合成量的增加与苯丙烷代谢速度加快有关。在本试验中得到相似的结论，感染南方根结线虫后黄瓜嫁接苗叶片中总酚含量与 PAL、TAL、PPO活性呈现相同的变化，嫁接苗明显比自根苗具有更强的抗性。史娟和杨为之（2006）认为，由PAL控制的苯丙烷代谢是葡萄的抗性机制之一，木质素等抗菌物质的积累显著提高了葡萄的抗性。在本试验中，根结线虫指数与木质素、总酚等含量呈相反的趋势，这表明苯丙烷代谢是黄瓜抗南方根结线虫的一个重要机制。

通过对根结线虫指数和南方根结线虫侵染后不同黄瓜砧木嫁接苗生理生化指标的分析，表明与黄瓜自根苗相比，嫁接苗在各方面均表现出优势，具有较强的抗根结线虫能力。在整个侵染过程中，DTT-RS-39对南方根结线虫表现出较强的抗性反应，这与张自坤等（2009）的研究相一致。6种砧木的抗南方根结线虫能力从强到弱依次为:DTT-RS-39（T4）>改良火凤凰（T0）>火凤凰（T1）>崛京隆（T3）>优清台木（T2）>黑籽南瓜（T5），该结论为保护地黄瓜嫁接栽培及抗根结线虫砧木筛选提供了依据。

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