不同黄瓜材料对烟粉虱的抗性及相关酶活性的研究

许建鹏 谷停停 刘永月 李田田 姜文芝 刘桂军 曹辰兴

摘要：为筛选高抗烟粉虱的黄瓜新品种，本试验以“大青把”黄瓜为不抗烟粉虱对照（CK1），“无毛黄瓜”为抗烟粉虱对照（CK2），对国内外370份黄瓜种质资源进行烟粉虱抗性筛选，并对筛选出的抗性黄瓜材料接种烟粉虱，研究接种前后叶片中过氧化物酶（POD）、苯丙氨酸解氨酶（PAL）、多酚氧化酶（PPO）的活性变化，以期为黄瓜烟粉虱抗性的鉴定提供理论依据。试验共筛选出四份高抗烟粉虱黄瓜材料，分别为4号、13号、19号、76号。其叶片经烟粉虱为害后，4号的PPO活性最高，13号的POD和PAL活性最高；4份材料的POD、PAL、PPO活性均极显著高于CK1。由此得出结论：不同黄瓜材料对烟粉虱的抗性与POD、PAL、PPO中的一种或几种物质的综合作用有密切关系。

关键词：黄瓜；烟粉虱；抗性；过氧化物酶（POD）；苯丙氨酸解氨酶（PAL）；多酚氧化酶（PPO）

中图分类号：S642.2文献标识号：A文章编号：1001-4942（2016）09-0065-04

AbstractTo screen new cucumber varieties with high resistance to Bemisia tabaci， using Daqingba cucumber as the non Bemisia tabaci-resistance control （CK1） and glabrous cucumber as the Bemisia tabaci-resistance control （CK2）， the resistances of 370 cucumber germplasm resources at home and abroad were screened. The chosen cucumber materials were inoculated with Bemisia tabaci， and then the activity changes of peroxidase （POD）， phenylalnine ammonialyase （PAL） and polyphenol oxidase （PPO） in the leaves before and after inoculation were studied to provide theoretical bases for the identification of Bemisia tabaci resistance of cucumber. The results showed that 4 cucumber materials with high resistance to Bemisia tabaci were screened out， including No.4， No.13， No.19 and No.76. After inoculation with Bemisia tabaci， the activity of PPO in the leaves of No. 4 cucumber was the highest； the activities of POD and PAL in the leaves of No. 13 cucumber were the highest； the activities of POD， PAL and PPO in the leaves of 4 anti-Bemisia tabaci materials were all very significantly higher than those of CK1. In conclusion， the resistance to Bemisia tabaci of different cucumber materials had close relationships with the synthetical effects of one or several substances of POD， PAL and PPO activities.

KeywordsCucumber； Bemisia tabaci； Resistance； POD；PAL；PPO

黄瓜（Cucumis sativus L.）属葫芦科黄瓜属，广泛分布于世界各地，是一种重要的蔬菜作物。粉虱是危害黄瓜的主要害虫之一，近年来，危害黄瓜的粉虱主要是烟粉虱（Bemisia tabaci）。烟粉虱俗称小白蛾，是一种世界性的害虫[1]，对其抗性研究是生物领域的热点之一。过氧化物酶（POD）能使组织中的某些碳水化合物转化成木质素，增加木质化程度，可通过此途径阻止粉虱进一步侵害。苯丙氨酸解氨酶（PAL）是莽草酸途径中连接初级代谢和苯丙烷类代谢的关键酶和限速酶[2]，由于该途径的中间产物以及终产物对植物抗虫性有影响[3，4]，所以PAL被認为是一种防御性酶[5]，是苯丙烷类代谢途径中研究最多的酶[6]。多酚氧化酶（PPO）在植物抗性反应中发挥着重要作用，可催化木质素及其他酶类氧化产物的形成，构成保护性屏蔽[7]，增强作物的抗虫性；也可以通过将酚类物质氧化成醌类物质[8，9]，抑制害虫的取食，达到抗虫的效果。

黄瓜生产上主要以化学防治为主，不仅增加生产成本，而且污染环境，利用植物本身的抗性来防治害虫已成为国内外公认的有效途径。本研究旨在探讨不同抗粉虱黄瓜材料在烟粉虱危害胁迫下体内几种次生代谢相关酶活性的变化规律，以期为进一步选育高抗烟粉虱的黄瓜新品种和探究黄瓜的抗烟粉虱生理机制提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验材料

于2014年4月-2015年8月在山东农业大学园艺试验站9号温室内进行田间试验，在园艺中心实验室进行室内试验。供试材料为该实验室保存的370份国内外黄瓜种质资源，其中“大青把”为不抗烟粉虱对照（CK1），无毛黄瓜为抗烟粉虱对照（CK2）。供试虫源为采自山东农业大学科技创新园大田黄瓜植株上的烟粉虱成虫。

1.2试验方法

1.2.1抗烟粉虱材料筛选2014年4月-2015年5月对370份黄瓜种质资源材料进行筛选，每份材料设3个重复，每个重复10株。浸种处理4 h后放入30℃光照培养箱中催芽10 h，待种子露白后播于塑料育苗钵（直径10 cm，高度8 cm）中，于日光温室内培养。待至三叶一心时接种烟粉虱，每份材料释放500头，让其在植株上取食、产卵，5 d后剔除成虫，检测产卵量和若虫数量。取样方法采用Meagher法[10]，用打孔器沿叶脉两侧随机打4个叶盘孔，在解剖镜下统计每一叶盘上的卵数量。4个叶盘上的卵和若虫数量作为每株黄瓜上的平均虫数量，重复3次。经过初选、复选筛选出抗烟粉虱材料。

1.2.2抗烟粉虱材料次生代谢相关酶活性测定于2015年8-9月将筛选出的抗烟粉虱黄瓜材料4号、13号、19号、76号于日光温室内培养至三叶一心，接种烟粉虱，在每份材料植株中间释放100头，任其在供试植株上自由取食，每份材料种植10株，设3次重复，以“大青把”黄瓜为对照CK1。于接种烟粉虱后第0、1、3、5、7 d取烟粉虱吸食的整片叶，置于-80℃超低温冰箱内保存，用于测定叶片中的POD、PAL、PPO活性，重复3次。

POD活性采用愈创木酚法测定；PAL活性参照毛爱军等[11]的方法测定； PPO活性采用愈创木酚比色法[11]测定。

1.3数据处理

采用Microsoft Excel软件进行数据处理和作图，采用DPS软件进行Duncans新复极差法差异显著性检验。

2结果与分析

2.1黄瓜抗烟粉虱材料的筛选

经筛选可得，370份黄瓜材料中抗虫性最强的为4号、13号、19号、76号。由表1可以看出，4份材料叶片的虫卵量极显著低于不抗烟粉虱对照CK1。随着时间的推移，虫卵数量增加。接种3 d后，CK2叶片上的烟粉虱虫卵和若虫数量极显著少于CK1。接种5 d后虫卵数量均有增加，但仍极显著少于CK1。4份材料中，4号虫卵和若虫

2.3不同黄瓜材料接种烟粉虱后叶片PAL活性变化

PAL是合成木质素和植保素的关键酶，木质素的形成可以增加细胞壁厚度，增加组织木质化，形成害虫的机械障碍。如图2所示，接种烟粉虱后，各黄瓜材料叶片的PAL活性呈先上升后下降的趋势，且在第1天时达最大。13号叶片PAL活性峰值最高，且极显著高于其它黄瓜材料；4号和19号峰值次之，76号峰值最低，均极显著高于CK1。

2.4不同黄瓜材料接种烟粉虱虫后叶片PPO活性变化

PPO能把酚类物质氧化成醌类物质，而醌类物质又是一类活跃的化合物，能共价结合并修饰自由氨基酸和巯基集团形成酚类络合物，从而降低汁液吸食性，进一步抵御烟粉虱的侵害。如图3所示，接种烟粉虱后，各黄瓜材料的PPO活性呈现先上升后下降的趋势，且均在第3天达到最大值。4号材料的峰值极显著高于其他黄瓜材料，在对烟粉虱的抗性上表现最强；13号的峰值极显著高于19号和76号，三者均极显著高于CK1。

3讨论与结论

研究发现，不同黄瓜抗性材料对烟粉虱的抗性机制并不完全相同。本试验中，受烟粉虱危害后，4号材料叶片的PPO活性最高，13号材料叶片的POD和PAL活性最高，4个抗性材料的POD、PAL、PPO活性均明显高于对照黄瓜“大青把”。表明黄瓜植株对烟粉虱的抗性不仅仅与酶活性相关，还可能与其它物质甚至是环境有关。

孔海龙等研究发现Q型烟粉虱取食不同辣椒品种后，无论是抗虫品种还是感虫品种，其POD活性均比接种前有明显的提高，且抗虫品种的POD活性高于感虫品种[13]。本研究发现，幼苗期各黄瓜材料受烟粉虱取食后，POD活性呈先上升后下降的趋势，峰值处各材料的POD活性由高到低依次是13号、4号、19号、76号、对照（“大青把”）。

王涛等研究发现粉虱取食黄瓜叶片后，抗虫材料无毛黄瓜和感虫材料有毛黄瓜的PAL活性均比接种前明显提高，且无毛黄瓜的PAL活性高于有毛黄瓜[14]。本研究发现，幼苗期各黄瓜材料接种粉虱后，PAL活性变化呈先上升后下降的趋势，峰值处各材料的PAL活性由高到低依次是13号、4号、19号、76号、对照（“大青把”）。由于PAL是木质素的关键酶，粉虱取食黄瓜材料后，抗性材料的PAL活性增长量明显提高，从而迅速提高了叶片的木质化程度，导致叶片难以被穿破，从而抵御了烟粉虱的侵害，起到抗虫的作用。

马荣金等研究发现幼苗期各黄瓜材料接种蚜虫后，PPO活性变化呈现先上升后下降的趋势，且抗虫材料均显著高于有毛黄瓜材料[15]。本研究发现，幼苗期各黄瓜材料接种粉虱后，PPO活性变化亦呈现先上升后下降的趋势，峰值处各材料PPO活性由高到低依次是4号、13号、19号、76号，均极显著高于对照（“大青把”），这与毕明娟等[16]在烟叶上的研究结果一致。PPO能直接以O2为氧化底物将酚氧化成醌[14]，降低黄瓜体内有害酚类，增强对粉虱的毒害作用，使其汁液吸食性降低，进一步抵御粉虱的侵害。

本试验通过探讨不同黄瓜材料经烟粉虱取食后几种相关酶活性的变化规律，发现了各抗性材料对烟粉虱抗性的生理生化反应规律，为黄瓜对烟粉虱的抗性鉴定提供了理论依据。但植物的抗虫性是寄主、昆虫和环境三者相互作用的结果[17]，本试验主要研究不同黄瓜材料与烟粉虱之间的关系，但其与环境之间的作用机制还需进一步深入研究。

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