油茶果实形态学性状、生理特性与炭疽病的关系

沈雅飞, 段文军, 曹志华, 胡娟娟, 吴 炜, 汪 玲, 束庆龙

(1.中国林业科学研究院，北京 100091；2.安徽省林业科学院，安徽 合肥 230036；3.安徽农业大学林学与园林学院，安徽 合肥 230036；4.宿州学院特色种植业苗种生产工程技术研究中心，安徽 宿州 234000



油茶果实形态学性状、生理特性与炭疽病的关系

沈雅飞1, 段文军1, 曹志华2, 胡娟娟3, 吴 炜3, 汪 玲4, 束庆龙3

(1.中国林业科学研究院，北京 100091；2.安徽省林业科学院，安徽 合肥 230036；3.安徽农业大学林学与园林学院，安徽 合肥 230036；4.宿州学院特色种植业苗种生产工程技术研究中心，安徽 宿州 234000

于油茶炭疽病发生盛期，在没有进行任何防治的油茶纯林中，选取每个果实类型的植株20棵，在每样株树冠外围中上部，从东、南、西、北4个方向分别抽查果实25个，统计病果数，计算其发病率，并采集每样株未感病的果实30个，测定其形态学性状和生理生化指标，研究油茶果实形态学性状和生理特性与炭疽病发病率的关系.结果表明：(1)发病率与果实颜色和pH呈显著正相关(相关系数分别为0.7056和0.0170)，与相对电导率呈极显著正相关(相关系数为0.8370)，与花青素含量和苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性呈负相关，且达到极显著水平(相关系数分别为-0.0764和-0.6466).(2)果实颜色、相对电导率、PAL活性、pH和花青素含量对发病率的贡献值较大，对发病率的决定系数分别为0.2821、0.9730、0.4181、0.3670和0.0584.油茶抗病性较稳定的果实形态学特征是：较大(果径为34.44 -40.52 mm)的紫红球、栗红球和纯青球；果皮生理特性是：较小的相对电导率和pH，较高的PAL活性和花青素含量.

油茶果实; 炭疽病; 形态学性状; 生理特性; 相关性分析; 通径分析

炭疽病(ColletotrichumgloeosporioidesPenz.)是我国油茶(Camelliaoleifera)的主要病害，会造成大量花蕾、果实和叶片脱落及枝梢干枯，严重降低了油茶的经济效益[1].所幸的是在油茶的自然群体中存在多种抗病高产类型，选育油茶抗病良种是从根本上预防或降低炭疽病危害的有效途径.

随着对炭疽病发病机理研究的不断深入，对其抗病因子的筛选也逐步完善[2].李春玲[3]研究发现，芒果感染炭疽病后，会在一定程度上诱导超氧化物歧化酶和多酚氧化酶这两种防御酶的合成，从而提高果实对炭疽病的抗性.Park et al[4]研究显示，辣椒果实感染炭疽菌后，会诱导一系列相关基因的表达，在果皮组织中产生并积累大量的酚类化合物，从而表现出抗病性.长期以来，油茶炭疽病与果皮酶活性和内含物的关系一直受到研究者的广泛关注.曹志华[5]研究发现，过氧化物酶的活性与酚类化合物的合成密切相关，其含量的增多可提高油茶的抗病性.还有研究发现，果皮中还原性糖含量低的油茶品种表现为感病[6]，但目前尚未见油茶果实形态学性状(如果实的形状和大小)与炭疽病发病率关系的研究.相关性与通径分析是研究多个相关变量与炭疽病的关系更为有效的方法，故本试验选择不同果实类型的油茶植株，调查统计不同类型果实炭疽病的发病率，测定其果实形态学性状和果皮的生理生化指标，运用相关性和通径分析方法，研究其与炭疽病发病率的关系，旨在从中筛选出抗病性较稳定的相关性状，为提高油茶群体的育种效率提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于安徽省舒城县河棚镇，东经116°26′-117°15′，北纬31°01′-31°34′，海拔220.3 m，地处于大别山余脉，属于亚热带湿润季风气候区，年均气温15.6 ℃，年均日照时数1969.2 h，年均降雨量1100 mm，无霜期224 d，土壤为砾质壤土，厚度30-60 cm，pH为4.5-6.5，养分含量丰富，阳光充足，雨水丰富，为油茶适宜分布区.试验林为油茶种植园，平地，四周环山，常年湿度较大，是炭疽病易发生区.

试验林于1997年春营造，油茶品种均为普通油茶，造林面积10 hm2，株行距为2 m×3 m，造林后按照常规方法进行抚育管理，没有进行病虫害防治.

1.2 材料

试验材料均来源于安徽省德昌苗木有限公司，为油茶种植园中普通油茶品种的不同果实类型的植株.

1.3 研究方法

在2010-2012年9月下旬病害发生盛期，全面踏查没有任何防治的油茶试验林，同时对照文献[7]中关于油茶果实的照片和描述，记录不同的果实类型并做标记.在基本保证各种果实类型都有采集的前提下，选取每个果实类型的植株20棵，采集每样株树冠外围中上部且未感病的果实30个，重复3次，装入封口袋后，做好记录和编号，带回实验室立即处理和分析.

1.4 样品处理及指标测定

1.4.1 炭疽病的调查 每个油茶的果实类型随机选择植株20株，连续3 a(2010-2012年)在每株树冠外围中上部于东、西、南、北4个方向分别抽查果实25个，统计病果数，并计算发病率，重复3次.

1.4.2 果实形态学性状的测定 将每个油茶果实类型的果皮擦干净，用游标卡尺测量所有果实的横纵直径和果皮厚度，并计算果实大小[(横径+纵径)/2].记录不同果实的形状(球形、桃形和卵形)和颜色(紫红色、栗红色、纯青色、青红、青黄色和麻青色).

1.4.3 果皮生理生化指标的测定 将采集的油茶果实用自来水冲洗干净，再用蒸馏水冲洗3次，采用健康的果皮来测定生理生化指标.相对电导率采用电导仪法[8]测定；pH采用 PHS-25C 型pH测试仪测定；苯丙氨酸解氨酶(phenylalanin ammonia-lyase, PAL)的提取与活性测定参照文献[9]的方法，用紫外可见分光光度计测定D290 nm变化0.01为1个酶活性单位；花青素含量参照文献[10-11]的方法测定，在520 nm波长处测定果皮浸提液(1.00 g果皮用刀片切成约1 mm的厚度于磨口瓶中，加入pH为3.0的25 mL盐酸甲醇，放入水浴恒温振荡器中于恒温30 ℃震荡18-24 h，以果皮圆片变白色为准)的D520 nm，然后计算其含量；单宁含量参照Terrill et al[12]的方法测定；可溶性糖含量参照蒽酮比色法[13]测定.以上每个指标均重复测定3次，结果取平均值.

1.5 数据处理

采用Microsoft Excel 2003、DPSV 7.05和SPSS 16.0软件进行数据处理分析和图表制作.其中，果实形状和颜色采用赋值法[14]按球形、桃形和卵形的顺序依次赋自然数1、2和3量化，紫红色、栗红色、纯青色、青红色、青黄色和麻青色赋自然数1、2、3、4、5和6量化，进行相关性及通径分析.

2 结果与分析

2.1 油茶果实类型的形态学性状及其炭疽病发病率

由油茶果实的主要形态学性状及其炭疽病发病率(表1)可知，果实可分为9种类型，发病率为1.2%-90.3%，麻青球发病率最高，其次为青黄卵，最低的是紫红球.果实大小和果皮厚度的变异范围分别为28.62-40.52 mm和2.76-4.83 mm.

表1 油茶果实类型的形态学性状及其炭疽病发病率

2.2 油茶果实的形态学性状与炭疽病发病率的相关性

炭疽病发病率与油茶果实主要的形态学性状之间的相关分析结果(表2)表明，发病率与果实形状、颜色和果皮厚度呈正相关，相关系数分别为0.1684、0.7626和0.1511，与果实大小呈负相关(相关系数为-0.6451).其中，发病率与果实形状和果皮厚度相关性较弱，果实颜色与发病率呈显著正相关，相关系数为0.7626.说明果实颜色和大小与发病率联系较密切，紫红、栗红、纯青、青红、青黄和麻青色果实的发病率依次显著升高，果实越大，发病率有降低的趋势.

表2 油茶果实形态学性状与炭疽病发病率的相关系数1)

1)X1：果实大小，X2：果实形状，X3：果实颜色，X4：果皮厚度，Y：发病率；*表示达到0.05水平显著性，**表示达到0.01水平显著性.

2.3 油茶果实形态学性状与炭疽病发病率的通径系数

从表3可以看出，油茶果实的大小、果皮厚度和形状对炭疽病发病率的直接作用呈负效应，直接通径系数分别为-0.4914、-0.1161和-0.3312，果实颜色对发病率的直接通径系数为0.5311.依据表3的直接通径系数计算决定系数(直接通径系数的平方)得出，各性状对发病率的作用效应大小为：颜色(0.2821)>大小(0.2415)>形状(0.1097)>果皮厚度(0.0135).果实颜色的决定值最大，其通过大小、形状和果皮厚度的间接通径系数分别为0.3377、-0.1033和-0.0028，说明果实颜色的直接作用也是超过其他因素的，尽管形状和果皮厚度能够降低它的直接作用，但是降低的效应小，说明果实颜色对发病率的贡献值是由直接效应提供，在研究与发病率的关系中可作为首选形态学性状.

表3 油茶果实形态学性状与炭疽病发病率的直接和间接作用1)

1)X1：果实大小，X2：果实形状，X3：果实颜色，X4：果皮厚度.

2.4 油茶果皮的生理生化指标

由油茶果皮主要生理生化指标(表4)可知：青黄球果皮的pH最大,为4.84，其次为青黄卵(4.72)，紫红球最低,为4.49，变化差异不明显；紫红球和青红卵果皮的相对电导率均为26%，麻青球的相对电导率最大，超出紫红球和青红卵38.46%；果皮的花青素含量差异较大，为14.72 -21.75 mg·g-1，紫红球超出麻青球47.76%；青黄球果皮的可溶性糖含量最低，青红球最高，含量为0.73%-2.37%；单宁含量为0.31%-3.75%；栗红球果皮的PAL活性最强，为48.33 U·g-1·min-1，其次为紫红球(41.67 U·g-1·min-1)，最弱的为青黄卵(12.00 U·g-1·min-1).

表4 油茶果皮的生理生化指标

2.5 油茶果皮生理生化指标与炭疽病发病率的相关性

相关分析结果(表5)表明：油茶炭疽病发病率与果皮相对电导率呈极显著正相关(相关系数为0.8370)，与pH呈显著正相关(相关系数为0.7065)，与花青素含量和PAL活性呈极显著负相关(相关系数分别为-0.8202和-0.8251)，与单宁含量和可溶性糖含量的相关性较弱，相关系数分别为-0.1468和-0.3223.因此，在油茶抗病选育中，可依据果皮具有较小的相对电导率和pH，较高的花青素含量和PAL活性来初步筛选抗病品系.

表5 油茶果皮生理生化指标与炭疽病发病率的相关系数1)

1)X5：pH，X6：相对电导率，X7：PAL活性，X8：花青素含量，X9：单宁含量，X10：可溶性总糖含量，Y：发病率；*表示达到0.05水平显著性，**表示达到0.01水平显著性.

2.6 油茶果皮生理生化指标与炭疽病发病率的通径系数

为了进一步明确油茶果皮各生理生化特性对炭疽病发病率的作用大小和途径，进行生理生化指标与发病率的通径分析.结果(表6)表明：各生理生化特性以相对电导率对发病率的正效应最大(0.9864)，其次为pH，通径系数为0.6058，通过其他特性的间接通径系数均较小，说明相对电导率和pH对发病率的贡献值主要由直接效应提供；单宁含量、花青素含量和PAL 活性的直接通径系数均为负值(-0.0525、-0.0764和-0.6466)，且花青素含量通过pH、相对电导率和PAL活性的间接通径系数较大，分别达到0.4500、-0.7516和-0.5067，对发病率的贡献值主要是由间接作用提供；单宁含量通过其他特性的间接通径系数均较小，说明单宁对发病率的贡献值主要是由直接作用提供.各指标对发病率的决定系数大小为：相对电导率(0.9730)>PAL活性(0.4181)>pH(0.3670)>花青素含量(0.0584)>可溶性糖含量(0.0505)>单宁含量(0.0028).

表6 油茶果皮生理生化指标与炭疽病发病率的直接和间接作用1)

1)X5：pH，X6：相对电导率，X7：PAL活性，X8：花青素含量，X9：单宁含量，X10：可溶性总糖含量.

3 讨论

油茶经过长期的自然和人工选择形成众多不同的果实形态类型，这为优良品种选育提供了巨大的选择空间.本试验结果表明：纯青色、紫红色和栗红色果实几乎不发病，而青黄色和麻青色果实炭疽病发病率分别高达64.5%和90.3%，青红相间的发病率介于两者之间，这与段琳等[15]的研究结果(红果抗病，青果感病，杂色果介于中间)大体一致，但本试验也发现青果之间的差异也很大，如纯青果抗病性极强，青黄和麻青果极度感病；在果实形状和大小方面，球形、果大的较抗病，桃形的感病较重，这与陈守常等[16]的调查结果(球形或桃形，果小的果实类型发病率低)不完全相符.以上研究更加丰富了油茶果实形态学性状与抗病性的关系.

本试验相关分析显示，油茶炭疽病发病率与果实颜色和pH呈显著正相关 (相关系数分别为0.0170和0.7065) ，与相对电导率呈极显著正相关 (相关系数为0.8370)，与花青素含量和PAL活性呈极显著负相关性(相关系数分别为-0.8202和-0.8251).通径分析表明，果实颜色、相对电导率、PAL活性、pH和花青素含量对发病率的决定系数较大，分别为0.2821、0.9730、0.4181、0.3670和0.0584.这可能是因为植物组织的相对电导率越低，细胞质电解液外渗的就越少，细胞受伤害越小，抗病性越强[17]；pH较大利于炭疽菌生长，其机理有待进一步研究；PAL是是苯丙烷类代谢途径的限速酶，是次生代谢的关键性酶，代谢过程中能生成植保素等抗病物质[5]；花青素是一种酚类化合物，当植物遭遇病菌侵入时可迅速合成和积累，有效抑制病菌侵入，保护细胞的完整性[18].

植物的抗病性是植物在形态结构和生理特性等方面综合表现的结果[19]，这也决定了抗病机制的复杂性.因此，在良种选育工作上可先通过果实形态学性状进行表型筛选，再对初选材料进行生理生化指标测定，以提高油茶抗病良种的选育效率.由本试验结果可推断油茶抗病比较稳定的果实特征是：较大(果径为34.44-40.52 mm)的紫红球、栗红球和纯青球；果皮生理特性为：较小的相对电导率和pH、较强的PAL活性和较高的花青素含量等.

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(责任编辑:施晓棠)

Relationship between morphological characteristics, physiological characteristics and Colltotrichum gloeosporioides ofCamelliaoleiferafruit

SHEN Ya-fei1, DUAN Wen-jun1, CAO Zhi-hua2, HU Juan-juan3, WU Wei3, WANG Ling4, SHU Qing-long3

(1.Chinese Academy of Foresty， Beijing 100091， China；2.Anhui Academy of Forestry， Hefei， Anhui 230036， China；3.College of Forestry and Gardening, Anhui Agricultural University, Hefei, Anhui 230036, China; 4.Engineering Technical Advisory Center of Characteristic Planting and Seedling Production， Suzhou， Anhui 234000， China)

Different fruit type ofCamelliaoleiferain the blooming period of anthracnose were chosen as experimental materials in the absence of any preventionC.oleiferapure forest. 20 plants of eachC.oleiferafruit type were selected, and 30 fruits which had no susceptible of eachC.oleiferain the middle of outer canopy were picked off, in addition 25 fruits were checked in four corners and their incidence were investigated. Moreover, the main morphological characteristics and physiological, biochemical indexes of fruit coat were determined. Results showed that the disease incidence with the fruit color, pH value ware significantly positively correlated with correlation coefficient 0.017 and 0.7056, while conductivity was extremely significantly positively correlated with correlation coefficient 0.8370. At the same time, the phenylalanin ammonia-lyase (PAL) activity and anthocyanin content were extremely negatively correlated with correlation coefficient -0.0764 and -0.6466. Fruit color, conductivity, PAL activity and anthocyanin content made obvious contribution to disease incidence with determination coefficients of 0.2821, 0.9730, 0.4181, 0.3670 and 0.0584. In all, the more stable characteristics to anthracnose resistance was spherical with magenta, pure cyan, chestnut red in the range of 34.44 mm-40.52 mm in fruit diameter. The physiological and biochemical characteristics were smaller conductivity and pH value, higher PAL activity and anthocyanin content.

Camelliaoleiferafruit; anthracnose; morphological characteristics; physiological and biochemical indexes; correlation analysis; path analysis

2014-06-24

2014-10-10

安徽农业大学“大别山区农林特色产业协同创新中心” 项目；宿州学院特色种植业苗种生产工程技术研究中心开放课题(2013YKF10).

沈雅飞(1989-)，女，硕士研究主.研究方向：经济林栽培与植物抗逆性生理.Email：yafeishen126@126.com.通讯作者束庆龙(1952-)，男，教授，博士生导师.研究方向：林木病害.Email：qlshu@ahau.edu.cn.

S794.4

A

1671-5470(2015)04-0373-06

10.13323/j.cnki.j.fafu(nat.sci.).2015.04.007