黄瓜叶片营养物质与抗蚜性的关系研究

李田田 姜文芝 谷停停 刘永月 许建鹏 刘桂军 曹辰兴

摘要：为探明营养物质与黄瓜抗蚜性的关系，为黄瓜抗蚜性鉴定以及抗虫品种的选育提供理论依据，本研究以感蚜黄瓜为对照，分别测定高抗材料118号、中抗材料227号和311号以及低抗材料321号接种蚜虫前后叶片可溶性糖、可溶性蛋白、游离氨基酸总量、脯氨酸等营养物质含量及其变化规律。结果表明：黄瓜叶片可溶性糖和脯氨酸含量与黄瓜抗蚜性呈正相关；游离氨基酸含量与抗蚜性呈负相关；黄瓜接种蚜虫后可溶性蛋白的增长量与抗蚜性呈正相关。

关键词：黄瓜；抗蚜性；营养物质：相关性

中图分类号：S642.203.4文献标识号：A文章编号：1001-4942（2016）10-0044-05

黄瓜（Cucumis sativus L.）又称胡瓜、青瓜，属于葫芦科黄瓜属植物，是一种在世界范围内广泛种植的蔬菜作物，在中国为主要的温室蔬菜作物之一。瓜蚜又称棉蚜，是黄瓜栽培生产的主要害虫之一，常导致叶片皱缩、卷曲、畸形，严重时引起枝叶枯萎甚至整株死亡。同时，蚜虫还能导致多种病毒病的传播与流行。目前对蚜虫的防治主要以化学防治为主，近年来随着人们对化学防治的顾虑以及蚜虫抗药性的提高，抗虫品种的利用成为最经济有效的植物虫害控制途径，培育抗蚜黄瓜品种显得尤为重要[1]。利用植物抗性来防治蚜虫是目前最经济有效的措施，所以选育抗蚜性强、性状优良的黄瓜品种刻不容缓[2]。植株遭受蚜虫侵染时，其营养物质含量会相应发生变化，以产生对害虫不利的反应，减少蚜虫危害。可溶性糖、可溶性蛋白、游离氨基酸、脯氨酸等营养物质含量的高低是鉴定植物抗虫性的重要依据[3]。

本试验对不同抗蚜材料接种蚜虫前后的不同营养物质含量及其变化规律进行了研究，以期为明确黄瓜抗蚜机制以及选育和利用抗蚜品种提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验材料

1.1.1供试黄瓜材料已筛选出的抗蚜资源118号、227号、311号、321号，其中118号为高抗材料，227号和311号为中抗材料，321号为低抗材料。以不抗蚜材料“大青把”为对照（CK）。以上材料均由本研究室提供。

1.1.2供试虫源山东农业大学园艺实验站内黄瓜植株上自然发生的瓜蚜，选择生长健壮的成虫作为接种虫源。

1.2试验方法

将各供试黄瓜材料于2015年3月22日种植在山东农业大学园艺实验站日光温室内，每种材料种植15株，常规管理。于结果期接种蚜虫，每株接种30头，为期10天，分别于接种前、接种后第1、4、7、10天采集样品测定其营养物质含量。可溶性糖的测定采用蒽酮比色法[4]，可溶性蛋白的测定采用考马斯亮蓝G-250法[5]，游离氨基酸的测定用茚三酮法[6]，脯氨酸的测定用酸性茚三酮法[7]。

1.3试验数据处理

采用Microsoft Excel软件进行数据处理和制作图表，用DPS 7.05进行差异显著性检验。

2结果与分析

2.1不同黄瓜材料接种蚜虫前后可溶性糖含量的变化

由图1可知，未接种蚜虫时，对照黄瓜叶片可溶性糖含量最低；118号可溶性糖含量显著高于其它材料，比对照高39.41%；227号和311号两者含量相近，无显著性差异，但显著高于对照，分别比对照高28.16%、28.97%；321号比对照高9.77%，亦达到显著水平。接种蚜虫后，不同黄瓜材料可溶性糖含量都呈现先上升后降低趋势，且高峰期出现在第7天。第7天时不同材料之间可溶性糖含量差异显著，由高到低依次是118号、311号、227号、321号，分别比对照高42.63%、32.67%、25.35%、18.40%。118号、227号、311号试材植株叶片在蚜虫接种前后可溶性糖含量始终显著高于对照品种，321号除接种第1天时可溶性糖含量低于对照外其他时间均高于对照。这表明蚜虫为害诱导黄瓜叶片加速合成可溶性糖，增加蚜虫的碳代谢负担，从而降低蚜虫继续取食为害达到防虫的效果。

2.2不同黄瓜材料接种蚜虫前后可溶性蛋白含量变化

由图2可以看出，未接种蚜虫时，118号可溶性蛋白含量最高，对照与321号无显著性差异且低于118号，227号与311号的含量最低且无显著性差异。接种蚜虫后第1天，所有黄瓜材料叶片可溶性蛋白含量均降至最低值，表明植株对虫害做出了迅速反应，通过减少可溶性蛋白含量来减轻虫害。随后所有材料植株叶片可溶性蛋白含量又迅速增加，这是由于虫害胁迫下植株组织产生的防御性酶及毒蛋白含量猛增，以达到抗虫的目的。各抗蚜材料植株叶片可溶性蛋白含量在接

种蚜虫后第4天达最大值，随后降低又缓慢回升，到第10天恢复到接种水平，而对照叶片可溶性蛋白含量上升缓慢，到第7天才达到最高值，随后下降。与对照相比，抗性材料对蚜虫反应敏感，可溶性蛋白含量下降迅速，而后又形成对害虫有毒的毒蛋白等，可溶性蛋白含量又迅速增加到峰值，其中118号反应最敏感，这是黄瓜抗蚜性最好的依据之一。

2.3不同黄瓜材料接种蚜虫前后游离氨基酸含量的变化

游离氨基酸是黄瓜植株的重要营养成分之一，对取食害虫的生长及发育有重要影响，遭受害虫危害后，植株通过迅速降低游离氨基酸含量达到抗虫的目的。由图3可知，未接种时，不同黄瓜材料叶片游离氨基酸含量各不相同，其中，对照游离氨基酸含量显著高于其它材料，抗性材料118号的含量显著低于其它编号材料，比对照低28.38%； 321号、227号、311号之无显著性差异，位于对照和118号之间，分别比对照低11.12%、14.42%、18.25%。因此，黄瓜叶片游离氨基酸含量与其抗蚜等级正好相反。接种蚜虫后，所有材料叶片游离氨基酸含量第1天后均迅速下降，随后缓慢下降再缓慢上升，接种蚜虫后10天内，抗性材料118号的游离氨基酸含量始终保持最低，感蚜对照含量始终处于最高，表明黄瓜叶片游离氨基酸含量与黄瓜抗蚜能力呈负相关。

2.4不同黄瓜材料接种蚜虫前后脯氨酸含量的变化

脯氨酸是植物体内一种重要渗透调节物质，当植株处于逆境条件下其含量迅速增加，以保护植物的膜系统。由图4可知，未接种蚜虫时，不同黄瓜材料叶片脯氨酸含量各不相同，感蚜对照含量最低，各抗蚜材料皆比感蚜对照的脯氨酸含量高。接种蚜虫后，所有黄瓜材料脯氨酸含量均呈现先增高后降低趋势，于第7天出现高峰，而且感蚜对照脯氨酸含量始终低于其它抗蚜材料。随着危害程度增加，各抗蚜材料与对照的差距逐渐拉大，接种蚜虫第7天时，227号脯氨酸含量最高，比对照高9.92%；其次是118号，比对照高8.19%，与227号无显著性差异；再次之是311号，比对照高7.68%，与227号无显著性差异，321号亦显著高于对照，与311号无显著性差异。因此，较高的脯氨酸含量是植株抗蚜的依据之一。

3讨论与结论

植物与昆虫的关系既微妙又复杂，当昆虫遭受虫害胁迫时，会产生一系列生理生化反应来提高自身防御能力[8]。

可溶性糖是植物体内一种重要的逆境调节物质，寄主植物内的可溶性糖是昆虫所必需的营养物质之一。目前，对于可溶性糖含量与植物抗虫性之间的关系，研究结果不一，有的学者认为可溶性糖含量越低，植物抗性越强[9，10]；也有学者认为可溶性糖含量越高，植物抗性越强[11，12]；还有的学者认为植物可溶性糖含量水平与植物的抗虫性无关[13]。本研究中，未接种蚜虫时，抗蚜等级越高的黄瓜叶片可溶性糖含量越高，说明黄瓜叶片可溶性糖含量与抗蚜性呈正相关关系，这与金锐德等[14]对棉花叶螨以及谢永寿等[15]对麦长管蚜的研究结论一致。接种蚜虫后各抗蚜材料可溶性糖含量都呈先上升后下降的趋势，而且各抗蚜材料可溶性糖含量显著高于感蚜对照，这表明黄瓜叶片可溶性糖含量越高，抗蚜能力越强。

蚜虫通过吸取植物组织汁液，将其中的可溶性蛋白转化为自身所需的蛋白形式，满足生长发育的要求，所以可利用的可溶性蛋白含量越高越易吸引蚜虫取食。但是植物组织所含有的可溶性蛋白，一部分是能够被蚜虫吸收利用的蛋白，另一部分是对害虫具有毒害作用的毒蛋白[16]。国内外学者的许多研究表明蛋白质含量与植物的抗虫性有重要关系。Southwood等[17]研究发现，寄主植物可溶性蛋白含量越高，取食昆虫的繁殖速率越快且越易吸引蚜虫取食。但 Chen等[18]通过对玉米抗秋粘虫的研究发现，蛋白质含量越高，玉米自交系的抗虫能力越强；王兴亚等[19]对大豆抗蚜及张春妮[20]对甘蓝抗蚜的研究也有相似的结果。本研究发现未接种蚜虫时，各黄瓜材料可溶性蛋白含量由高到低分别是118号、对照、321号、227号、311号，接种蚜虫后，所有黄瓜材料可溶性蛋白含量均迅速降低，第1天时降到最低值，降低量由高到低分别是118号、对照、321号、227号、311号，可溶性蛋白含量迅速降低是植株对害虫侵染的应激反应。这与Mattson和 Moneill的研究结果一致。第1天以后，各黄瓜材料可溶性蛋白含量迅速升高，118号、227号、311号、321号于第4天时出现含量高峰，对照材料与第7天出现含量高峰，且增幅较小。这可能是由于黄瓜体内合成了较多的毒蛋白，以提高黄瓜抗蚜性，对照增长缓慢，对蚜虫抗性不强。说明黄瓜抗蚜性与接种蚜虫后可溶性蛋白的增长量呈正相关。

蚜虫通过吸取寄主植物汁液来获取氨基酸，转化为自身所必需的氨基酸以及合成蛋白质，以满足自身的各项生命活动。陈玉茶等[21]发现抗蚜黄瓜品种比感蚜品种的游离氨基酸含量低，而且接种蚜虫后游离氨基酸含量逐渐降低。吴振廷等[22]研究发现棉花叶片氨基酸含量越高，蚜虫的繁殖与生长速率越快。本研究结果表明，接种蚜虫前后，感蚜对照黄瓜叶片游离氨基酸含量显著高于其它抗蚜材料，且接种蚜虫后游离氨基酸含量逐渐降低，说明黄瓜叶片游离氨基酸总量与黄瓜抗蚜能力呈负相关，这与以上学者研究结果一致。

植物体内氨基酸的含量、种类与植物抗蚜性紧密相关[23，24]。黄瓜植株体内含有多种氨基酸，如谷氨酸、脯氨酸、赖氨酸、天冬氨酸等。其中脯氨酸是抗性表现最突出的一种氨基酸，是植物体内一种最重要渗透调节物质，在正常环境下植物体内脯氨酸维持在较低水平，但当植物受到外界胁迫时，其含量会随之提高以维持植物细胞与环境的渗透平衡，具有防止质膜损坏以及提高酶活性等功能，从而提高植物抗逆性，所以脯氨酸是植物机体防御的有效物质。段灿星等[25]研究发现受灰飞虱胁迫的不同水稻品种，抗虫品种脯氨酸的上升幅度高于感虫品种。周福才等[26]亦发现黄瓜叶片中游离脯氨酸含量在瓜蚜取食后呈上升趋势。本研究结果表明，未接种蚜虫时各抗蚜黄瓜材料脯氨酸含量皆显著高于感蚜对照，接种蚜虫后，则均呈单峰曲线增长，且各抗蚜材料脯氨酸含量始终高于感蚜对照，因此，脯氨酸含量越高黄瓜抗蚜性越强，这与前人研究结果一致。

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