我国甜瓜白粉病研究进展及生理小种的初步鉴定

程鸿 ，孔维萍 ，苏永全，刘东顺 ，何启伟

（1.甘肃省农业科学院蔬菜研究所，兰州，730070；2.山东省农业科学院蔬菜研究所）

甜瓜（Cucumis meloL.）是我国重要的瓜类作物。自20世纪80年代以来，我国甜瓜的栽培面积和产量一直居于世界首位，据统计，我国甜瓜种植面积占世界的40%以上，总产量占世界的50%以上[1]。甜瓜不仅是我国西北地区各省重要的瓜类作物，也是我国东南沿海地区各省份及其周边地区设施栽培中重要的瓜类作物之一，在重点产区甜瓜生产已经成为当地农民增收的支柱产业[2]。但是，随着设施农业的蓬勃发展，以及栽培和气候等原因，病害逐渐成为甜瓜生产面临的主要障碍[3]。甜瓜生长发育过程中经常受到各种病害的侵染，虽然采取了各种防治措施，但有些病害仍缺少经济、实用、有效的防治措施。近年来，白粉病逐渐成为我国甜瓜露地和保护地栽培的主要病害，为害后使植株的光合作用减弱，叶片和茎蔓局部或全部硬化干枯，果实不能正常成熟，严重影响甜瓜的品质和产量，大大降低了其经济效益。

白粉病菌属于高度专化性寄生真菌，在寄主表皮细胞内产生吸器，而菌丝体则匍匐在寄主体表。白粉病的寄主范围广泛，可侵染650多种单子叶植物和9 000多种双子叶植物，甜瓜、黄瓜、南瓜、西瓜等大部分葫芦科瓜类作物都可受到不同程度的感染。白粉病菌主要侵染葫芦科作物的叶片，也为害叶柄、茎蔓，严重时果实也会受到感染[4]，给农业生产带来巨大的损失。过去甜瓜白粉病仅在气候温和、潮湿多雨的地区发生。近年来，随着设施甜瓜种植面积的急剧增加、甜瓜种植密度的增大、氮肥施用量的增大，以及种植品种的单一，使得甜瓜白粉病为害日益严重[5]。

随着分子生物学、植物病理学和基因工程技术的迅猛发展，人们对甜瓜白粉病有了更充分的认识，我国研究者已经基本摸清了国内甜瓜白粉病生理小种的分布与种类。由于白粉病生理小种众多，因此甜瓜白粉病的抗病育种较为复杂，本文简单综述了甜瓜白粉病菌的种类、分布及小种鉴定工作，以期为甜瓜抗病育种提供参考。

1 甜瓜白粉病原菌的种类与分布

据报道，有3个属6个种的真菌可引起瓜类白粉病，其均属于子囊菌亚门核菌纲白粉菌目，它们分别是白粉菌属二孢白粉菌（ErysiphecichoracearumDC ex Mecat）、白粉菌属普生白粉菌（E.communis （Wallr.）Link）、白粉菌属蓼白粉菌（E.polygoni（DC） St.-Am.）、白粉菌属多主白粉菌（E.polyphagaHammarlund）、内丝白粉菌属鞑靼内丝白粉菌（Leveillula taurica（Lev.）Arnaud）、单囊壳属单囊壳菌（Sphaerotheca fuliginea（Schlecht.ex Fr.） Poll.）[6]。

从世界范围来看，甜瓜白粉病主要由瓜单囊壳白粉菌Podosphaera xanthii（原来叫做S.fuliginea）和二孢白粉菌Golovinomyces cichoracearum（原来叫做E.cichoracearum）这2种病原菌引起[7]。而瓜单囊壳白粉菌P.xanthii又包含很多生理小种，目前已经发现11个生理小种[8]，分别是生理小种0，1，2U.S，2France，3，4，5[9]，6，7，N3 和 N4[10]；G.cichoracearum有2个生理小种，分别是生理小种0和1[11]。

《中国真菌志·白粉菌目》认为，我国的瓜类白粉病病原菌主要为P.xanthii和G.cichoracearum[12]。我国甜瓜主产区新疆主要以P.xanthii为主[4]。目前基本明确我国甜瓜白粉病的主要病原是瓜单囊壳菌（P.xanthii）[13~17]。

白粉病菌在世界其他地区的分布也不尽相同。在美国的加利福利亚州、亚利桑那州和南卡罗莱纳州[18]，巴西，阿根廷，埃及，西班牙[19]，荷兰和日本，P.xanthii是引起葫芦科作物白粉病的唯一病原菌。在澳大利亚、南非、罗马利亚、土耳其、意大利、保加利亚和法国，P.xanthii是引起甜瓜白粉病的主要病原菌[20]。捷克、希腊、斯洛伐克、俄罗斯和南斯拉夫，以G.cichoracearum为优势病原菌。美国、匈牙利的瓜类作物存在上述2种白粉病菌。在英国、荷兰、前苏联、前东德、法国等欧洲国家，除发现P.xanthii的子囊壳外，G.cichoracearum的子囊壳也被发现。而我国台湾仅有P.xanthii存在（台湾农作物有害生物资料库资料）。

2 甜瓜病原菌的鉴别

20世纪20年代，美国已开始甜瓜白粉病抗性育种研究，其从印度等国引进了许多的抗白粉病的甜瓜野生种质资源，并对国内的白粉病病原菌及生理小种进行了广泛、透彻的研究，培育出一些命名为PMR的抗性品种，如PMR 45、PMR H.D等。20世纪50年代，日本开始培育抗白粉病的甜瓜品种，并于20世纪80年代开始进行甜瓜白粉病生理小种分化的研究工作。我国甜瓜白粉病病原菌的鉴定研究起步较晚，基础较差，且我国甜瓜白粉病抗性育种工作仅限通过田间鉴定筛选和一般的杂交配组培育抗病品种，没有系统开展抗病基因转育的研究，对鉴别寄主也缺乏统一的引进和整理，生理小种的鉴定工作滞后。

目前，国际上公认的白粉病生理小种的鉴别寄主主要有 Edisto 47、PMR 45、PMR 6、PMR 5、WMR 29、MR 1、PI 124112、PI 124111、PI 414723、Vedrantais、NantaisOblong、IranH和Topmark。通过这些鉴别寄主的抗感反应即可确定白粉病菌的生理小种（表1）。

例如甜瓜自交系PMR 45可以用来区分P.xanthii的生理小种1，2，将菌株接种于PMR 45后，植株死亡的接种的是生理小种1，而植株存活下来的即为生理小种2[21]；可在自交系PMR5上存活的为P.xanthii的生理小种3。特别值得一提的是，白粉病菌的生理小种的演替很快，世界各国经常有新的难以及时命名的生理小种报道，如日本Hosoya等[9，10]在1999年和2000年相继报道了无法用传统寄主鉴别的生理小种N1，N2，N3，N4，经过连续4 a对N1和N2的研究，2003年Kuzuya等[5]将N1和N2分别定名为生理小种6和生理小种7。

表1 甜瓜白粉病生理小种的鉴别寄主及其抗感反应

3 我国甜瓜白粉病生理小种鉴别研究的进展

自2009年以来，依托现代农业产业体系，我国西甜瓜育种专家先后在各地开展了甜瓜白粉病生理小种的鉴别工作。根据现有资料，基本明确了引起我国甜瓜白粉病的生理小种至少有2个，分别为生理小种1和2France，但不同地区的优势小种不同（表2）。

初步研究结果表明，在各调查地区，甜瓜白粉病均由 P.xanthii引起。 在北京[20]、海南[22]、上海[25]地区存在P.xanthii的2个生理小种，即生理小种1和2France，其中北京和海南地区甜瓜白粉病菌的优势生理小种是2France，上海地区的优势生理小种是生理小种1。长春地区的生理小种不详[21]。徐志豪等[15]研究认为，P.xanthii中的生理小种2是引起浙江地区甜瓜白粉病的主要病原菌。陕西以生理小种2France为主[23]。甘肃以生理小种1和2France为主，可能还存在其他的生理小种[24]。

总的来看，我国甜瓜白粉病生理小种鉴定工作取得了一定进展，但是由于我国幅员辽阔，气候类型复杂，种植品种繁多，栽培模式多样，全面了解我国甜瓜白粉病菌的生理小种分布还需要一定的时间和过程。此外，在生理小种鉴定方法方面，也不能局限于单一的寄主鉴别法，因为鉴别寄主的纯度退化和变异因素都有可能导致鉴定结果存在偏差，所以还要考虑应用其他的分子生物学方法。

4 甜瓜白粉病分子生物学研究进展

对甜瓜白粉病的分子生物学方面的研究集中在对白粉病抗性基因的研究上。美国学者Jagger等[26]认为，甜瓜对P.xanthii生理小种1的抗性由1对单显性基因控制。Pryor[27]提出至少有2个不完全显性的基因控制着甜瓜对P.xanthii生理小种2的抗性。Bohn等[28]将甜瓜中对P.xanthii生理小种1表现抗性的单显性基因命名为Pm-L，同时认为甜瓜对P.xanthii生理小种2的抗性是由不完全显性的单基因Pm-2及两个对Pm-2表现上位的修饰基因控制的。1968年Harwood等[29]的研究认为，在甜瓜抗病品种Siminole中存在2个单显性基因Pm-4、Pm-5，控制该品种对P.xanthii的抗性，在甜瓜PI 124111中含有1个与PmL不同的抗P.xanthii生理小种1的单显性基因，被命名为Pm-3。1986年Pitrat[30]用PI 124111为试材证明了Harwood的观点，即该品种对P.xanthii生理小种1的抗性是由1个与Pm-L不同的单显基因Pm-3控制的，同时认为该品种1个部分显性的基因Pm-6控制着其对P.xan thii生理小种2的抗性，而且这2个基因是不连锁的。

目前，已知的抗白粉病基因已经有很多，1998年在国际葫芦科遗传协会年报（CGC Report）第21期上发表的1份甜瓜基因目录中列出了基因Pm-1，Pm-2，Pm-3，Pm-4，Pm-5，Pm-6，Pm-7，Pm-E，Pm-F，Pm-G，Pm-H，Pm-W，Pm-X，Pm-Y[31]。 这些基因作为甜瓜抗白粉病基因的候选基因或植物抗病基因的类似序列，为分离克隆新的甜瓜抗病基因奠定了一定的基础。甜瓜抗白粉病基因的克隆和对其结构、功能及作用机制的探明，有助于寄主—病原物互作机制的阐明，也有利于加快甜瓜基因工程抗病育种进程[32~34]。

但是这些抗白粉病的基因是由不同的育种学家在不同的甜瓜品种上发现的，因而各个基因所抗病菌类型和生理小种也有所不同。通过前人的研究我们不难发现，以不同的甜瓜作抗源材料，其对不同的白粉病致病菌及其生理小种的抗病性不同，存在1对基因、2对基因甚至多对基因控制其抗病性的情况，即使不同的甜瓜抗源材料对同一生理小种的抗病性也可能是由不同的基因控制的，因而前人的研究结果对甜瓜白粉病抗病育种具有重要的参考价值。这些Pm系列的抗性基因均符合“基因对基因假说”，即1个Pm基因只抗1个或偶尔只抗几个白粉病生理小种，在白粉病小种变异快、群体组成复杂的情况下，其抗性衰失很快，况且，要把所有的抗性基因（已发现14个）集中到1个品种上几乎是不可能的。另外这些抗性基因大多都属于中抗类型，个别来自远缘的高抗材料面临复杂的农艺性状改良和抗性衰失问题，生产上也缺乏真正的高抗或者广谱抗性材料。

利用杂交育种技术，可以将这些抗性材料进行转育，培育出对生理小种具有专一抗性的甜瓜材料。然而，抗性和品质往往不能兼得，一方面，抗性基因的转育是一项十分漫长的育种过程，受到品质、产量、消费习惯等诸多因素的影响；另一方面，白粉病的生理小种分化速度很快，这种专一化的抗性育种，往往落后于生产上对品种抗性的需求。因此，结合转基因育种技术，挖掘或者创造广谱抗白粉病种质，不失为一条加速甜瓜白粉病抗性育种、促进甜瓜无公害生产的捷径。

5 展望

甜瓜白粉病菌的生理小种众多，且分化快，是其抗性育种面临的主要困难。目前已经报道的单丝壳属的白粉菌的生理小种就有11个。生理小种快速分化的特性，使得抗性材料很难保证对白粉病的持久抗性，在世界范围内这种生理小种的快速演替也是普遍发生的，在美国东南部，甜瓜上的P.xanthii族群由生理小种2向生理小种1演替[35]，在日本、西班牙、法国也碰到了与此类似的问题[36]。虽然抗病品种对抵抗各自的生理小种是比较有效的，但新的生理小种可在一个地方很快的侵染，在一个小地方的生理小种的演替也是迅速的，新的生理小种很快变成优势的生理小种。生理小种演替的原因目前还不清楚，Hosoya等[10]认为这种现象的产生可能是由生理小种对抗性适应导致的，同时认为只有不断培育新的抗病品种才能减轻白粉病的为害。

采取常规的杂交育种所获得的抗性种质，属于R基因所介导的抗性，其抗性经常由于白粉病生理小种的演替而衰失，仅需要几年就被病原菌新的生理小种所克服。由于病原菌生理小种变异迅速，使可供利用的抗原匮乏，导致常规育种工作受到较大限制。所以，运用生物技术手段，创新广谱、持久抗性材料，是防控甜瓜白粉病最为经济有效的手段[9]。Hosoya K认为如果能将类似大麦的Mlo（powdery mildew resistance gene o）广谱抗性基因导入甜瓜，可解决白粉病生理小种演替迅速的问题，加速品种选育的有效途径。笔者通过同源克隆的方法，已经从甜瓜中克隆出3个类似大麦Mlo的基因，结果表明，在白粉病孢子诱导之后，CmMlo2的表达量明显上调，通过RNAi干扰技术，阻遏CmMlo2基因的表达与转录，从而获得了对白粉病具有抗性的甜瓜植株。所以，在挖掘利用抗性基因的同时，注重对白粉病感病基因的基础研究和应用，有利于全面深入了解白粉病发病的分子机理，为防控甜瓜白粉病提供技术支撑。

[1]刘君璞，许勇，孙小武，等.我国西瓜甜瓜产业“十一五”的展望及建议[J].中国瓜菜，2006（1）：1-3.

[2]别之龙.我国瓜类作物嫁接育苗生产的现状、问题与对策[J].长江蔬菜，2009（4）：1-5.

[3]张永兵.甜瓜细胞遗传学、单倍体创制及抗蔓枯病分子标记[D].南京：南京农业大学，2007.

[4]刘秀波，崔琦，崔崇士.瓜类白粉病抗性育种研究进展[J].东北农业大学学报，2005（6）：794-798.

[5]Kuzuya M,Hosoya K,Yashiro K,et al.Powdery mildew(Sphaerotheca fuliginea)resistance in melon is selectable at the haploid level[J].Journal of Experimental Botany 2003,54(384):1 069-1 074.

[6]Sitterly W.Powdery mildews of cucurbits[M]//Speneer D M.ThePowderyMildews.London:AcdemicPress,1978:359-379.[7]Kuzuya M,Yashiro K,Tomita K,et al.Powdery mildew(Podosphaera xanthii)resistance in melon is categorized into two types based on inhibition of the infection processes[J].JournalofExperimentalBotany,2006,57(9):2093-2 100.

[8]James D M.Reactions of 20 melon cultigens to powdery mildew race 2U[M].Cucurbitaceae,2002:72-77.

[9]Hosoya K,Narisawa K,Pitrat M,et al.Race identification inpowderymildew(Sphaerothecafuliginea)onmelon(Cucumis melo)in Japan[J].Plant Breeding,1999,118(3):259-262.

[10]Hosoya K,Kuzuya M,Murakami T,et al.Impact of resistantmeloncultivarsonSphaerothecafuliginea[J].Plant Breeding,2000,119(3):286-288.

[11]Bardin M,Dogimont C,Nicot P,et al.Genetic analysis of resistance of melon line PI 124112 toSphaerotheca fuligineaandErysiphe cichoracearumstudied in recombinant inbred lines[M].ISHS,1997:163-168.

[12]中国科学院中国孢子植物志编辑委员会.中国真菌志第一卷 （白粉菌目）[M].北京：科学出版社，1987.

[13]王建设，陈杭.甜瓜抗白粉病鉴定[J].华北农学报，2000（1）：125-128.

[14]林德佩.甜瓜基因及其育种利用（上）[J].长江蔬菜，1999（1）：32-34.

[15]徐志豪，寿伟林，黄凯美，等.白粉病菌的生理小种及其对不同基因型甜瓜的致病性[J].浙江农业学报，1999（5）：245-248.

[16]吕佩珂，李明远，吴钜文.中国蔬菜病虫原色图谱[M].北京：农业出版社，1992.

[17]张立杰，王建设，唐晓伟.中国香瓜与菜瓜地方品种资源白粉病抗性评价[J].干旱地区农业研究，2003（2）：33-36.

[18]McCreight J D,Pitrat M,Thomas C.Powdery mildew resistance genes in muskmelon[J].Journal of the American Society for Horticultural Science,1987,112(1):156-160.

[19]Vakalounakis D,Klironomou E,Papadakis A.Species spectrum,host range and distribution of powdery mildews on Cucurbitaceae in Crete[J].Plant Pathology,1994(43):813-818.

[20]王娟，邓建新，宫国义，等.甜瓜抗白粉病育种研究进展[J].中国瓜菜，2006（1）：33-36.

[21]屈振淙.长春地区黄瓜白粉病菌的鉴定[J].吉林农业大学学报，1982（2）：32-34.

[22]包海清，许勇，杜永臣，等.海南三亚地区葫芦科作物白粉病菌生理小种分化的鉴定[J].长江蔬菜，2008（1）：49-51.

[23]刘东顺，程鸿，孔维萍，等.甘肃甜瓜主产区白粉病菌生理小种的鉴定[J].中国蔬菜，2010（6）：28-32.

[24]咸丰，张勇，马建祥，等.陕西关中地区瓜类白粉病菌生理小种的鉴定[J].西北农林科技大学学报：自然科学版，2010（10）：115-120，125.

[25]顾海峰，张旭，张文芳，等.上海地区西甜瓜白粉病菌生理小种的鉴定[J].上海农业学报，2010（4）：155-158.

[26]Jagger I,Whitaker T,Porter D.A new biotic form of powdery mildew on muskmelon in the Imperial Valley of California[J].Plant Dis Rep,1938,22:275-276.

[27]Pryor D.The influence of vitamin B1on the development of cantaloupe powdery mildew[J].Phytopath,1942,32:885-895.

[28]Bohn G,Whitaker T.Genetics of resistance to powdery mildew race 2 in muskmelon[J].Phytopathology,1964,54:587-590.

[29]Harwood R R,Markarian D.A genetic survey of resistance to powdery mildew in muskmelon[J].Journal of Heredity,1968,59(3):213-217.

[30]Pitrat M.Gene list for melon[J].Cucurbit Genet Coop Reptr,2002,25:1-18.

[31] 刘文革.甜瓜基因目录（2002）[J].中国西瓜甜瓜，2004（4）：44-45.

[32]程振家.甜瓜（Cucumis meloL.）白粉病抗性遗传机制及抗病基因AFLP分子标记研究[D].南京：南京农业大学，2006.

[33]Cheng H,He Q W,Huo Y M,et al.Molecular cloning,characterization and expression analysis ofCmAPX[J].Mol Biol Rep,2009,36(6):1 531-1 537.

[34]Cheng H,Kun W,Liu D S,et al.Molecular cloning and expression analysis ofCmMlo1in melon[J].Mol Biol Rep,DOI:10.1007/s11033-011-0936-6.

[35]Sowell Jr G.Population shift ofSphaerotheca fuligineaon muskmelon from race 2 to race 1 in the southeastern U-nited States[J].Plant Disease,1982,66(2):130-131.

[36]Cohen Y,Eyal H.Reaction of muskmelon genotypes to races 1 and 2 of Sphaerotheca fuliginea in Israel[C]//Cucurbit genetics cooperative Report,1988.