木薯叶片厚度、蜡质含量和气孔密度与抗朱砂叶螨的关系

肖建辉 周颖 叶剑秋 覃新导

摘 要 为明确不同木薯品种的叶片组织结构与抗朱砂叶螨的关系，通过对木薯田间螨害情况的调查，计算出感、抗性稳定的感螨品种华南101、华南124和抗螨品种华南7号、华南13号的螨害指数，同时对叶片的相关物理性状进行测定，分析了叶片厚度、蜡质含量和气孔密度与木薯抗朱砂叶螨的关系。结果表明：4份木薯种质华南101、华南124、华南7号和华南13号的螨害指数依次为89.2%、65.8%、38.3%和0.8%；木薯叶片厚度与螨害指数呈显著负相关；气孔密度与螨害指数呈显著正相关；蜡质含量与螨害指数无显著相关性。上述结果为深入探究木薯抗螨机制提供了初步的理论基础。

关键词 木薯；朱砂叶螨；抗性；物理性状

中图分类号 S533 文献标识码 A

Abstract In order to determine the relationship between the tissue structure of cassava leaf and the cassava resistance to Tetranychus cinnabarinus， several cassava germplasms including SC101， SC124， SC7 and SC13 were employed to calculate the damage parameters of spider mites by investigating the mite damage in the field. And some related physical characteristics of cassava leaves were studied to research the relationship between the leaf thickness， waxiness content and stoma density and the cassava resistance to T. cinnabarinus. The results showed that the mites damage index of 4 cassava germplasms was 89.2%， 65.8%， 38.3% and 0.8%， respectively. The leaf thickness of cassava indicated the distinct negative correlation with the mites damage index. The stoma density showed the distinct positive correlation with the mites damage index. The contents of cassava leaf waxiness showed indistinct correlation with the mites damage index. The results laid a primary theoretical foundation for further study on the resistance mechanism of cassava germplasms to spider mites.

Key words cassava； Tetranychus cinnabarinus； resistance； physical characteristics

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2017.03.024

木薯（Manihot esculenta Crantz）屬于大戟科植物，与红薯、马铃薯并称世界3大薯类，综合利用价值极高，具有耐旱耐瘠的特性。除了供人类食用和用于动物饲料，木薯淀粉或干片还用于发酵酒精，且已成为中国“非粮”燃料乙醇生产中唯一一个达到规模化生产的作物[1-2]。目前中国栽培木薯的省份多分布在华南地区，其中以广西、广东和海南栽培最多[3]，但木薯病虫害成了制约国内木薯种植产业的一大阻碍。在危害木薯的主要虫害中，朱砂叶螨害有加重趋势，严重时可导致减产50%～ 70%[4]。朱砂叶螨（Tetranychus cinnabarinus）属蛛形纲真螨目叶螨科，其寄主植物广泛，为世界性害螨，主要以幼螨、若螨和成螨在叶子背面刺吸汁液，使木薯叶片失绿黄化，影响光合作用效率。国内曾报道了113种作物受到螨害，包括棉花、豆类、瓜类和甘薯等在内，遍及10多个省[5]。

目前，国外缺乏对木薯抗螨机理的深入研究，国内在抗性评价和生理生化层面做了初步研究，但缺少对叶片物理抗性的研究。叶剑秋[6]对国内外217份木薯种质进行了朱砂叶螨的田间抗性评价，筛选出了从高抗到高感不同抗性级别的品系；李迁[7]对朱砂叶螨为害前后的8个木薯品种相关防御酶活性进行了测定，发现SOD、POD、PPO和CAT活性与木薯抗螨性呈显著正相关；陆柳英等[8]研究结果表明木薯品种的抗螨性与叶色值呈显著正相关。大量文献表明，除了生理生化特性与抗虫密切相关外，作物的茸毛、蜡质、气孔和叶片厚度等物理形态特征也与抗虫密切相关。在与西瓜抗蚜性有关的物理性状研究中发现，叶片气孔密度、茸毛密度以及蜡质含量与抗蚜性呈显著正相关[9]；高粱和甘蔗的叶片厚度与抗蚜性呈负相关[10-11]；棉花的叶片厚度与抗螨性呈正相关而与抗绿盲蝽无关[12-13]。

植物对害虫的物理防御是植株抗虫的第一道防线，对其进行研究是探究作物抗虫性的基础工作。本研究对不同木薯品种进行田间抗螨评价，再对其叶片的相关物理特性进行测定，分析木薯叶片厚度、蜡质含量和气孔密度与品种抗螨的相关性，找到与木薯抗螨有关的物理性状，为木薯抗螨机制研究提供较为全面的前期理论支持，也为木薯良种的选育奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料

木薯品种：华南101、华南124、华南7号和华南13号，由中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所提供种茎，在室内和田间栽培种植。

仪器：超景深三维显微镜（基恩士，VHX-5000）；旋转蒸发器（上海亚荣，RE-2000B）。

1.2 方法

1.2.1 木薯抗螨性鉴定 根据叶剑秋[6]对木薯种质抗螨性的田间评价方法，在螨害高峰期采用随机抽样方式，调查受害程度，并计算螨害指数。其中受害程度分为如下5级：

0级：叶片未受螨害，植株生长正常；

1级：叶片表面出现黄色小斑点，受害轻微，螨害面积占叶片面积的25%以下；

2级：叶面出现黄斑，斑块面积占叶片面积的26%～50%；

3级：叶面黄斑较多且成片，斑块面积占叶片面积的51%～75%；

4级：叶片受害严重，黄斑面积占叶片面积76%以上，严重时叶片枯黄、脱落。

螨害指数/%=[∑（叶片受害级别×该级别叶片数）]×100/（调查总叶片数×4）

在螨害指数的基础上，根据木薯种质对朱砂叶螨的田间抗性鉴定评级标准[14]（表1）来确定木薯种质的抗螨级别。

1.2.2 叶片厚度的测量 利用打孔烘干法测量比叶重，即单位叶面积叶片的干重[13，15]。取木薯植株頂部倒数第7片成熟叶，用直径为1.0 cm的打孔器在叶片主脉两侧打孔取20个样，在80 ℃烘箱内烘干至恒重，用电子天平（精度为0.000 1）称重，然后计算。每品种重复3次，取平均值。

叶片厚度/（g/cm2）=叶片干重/叶面积

1.2.3 叶片表层蜡质含量的测定 采用氯仿法[16]：以单位鲜叶重计算蜡质含量，每品种重复3次，取平均值。

1.2.4 叶片气孔密度的测定 利用超景深三维显微镜直接观察。在气孔完全开放的晴天上午，每品种取上部向阳的成熟叶片，保湿带回室内备用；避开主叶脉，从背面的3个不同部位[17]（基部、中部和尖部）各剪取面积为1 cm2的小块样品，显微镜下对每块样品的下表皮进行观察拍照；随机选取10个视野，每个视野拍1张照片，然后统计视野内的气孔个数，计算气孔密度，每品种重复3次，取平均值。

1.3 数据分析

采用Excel和SPSS 17.0软件对试验数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同木薯品种对朱砂叶螨的抗性

4份木薯种质抗螨性存在差异。华南13号的螨害指数为0.8%，表现为高抗，而华南101的螨害指数为89.2%，表现为高感；另外2份种质华南124和华南7号螨害指数分别为65.8%、38.3%，表现为感和中抗（表2）。

2.2 木薯叶片厚度、表层蜡质含量及叶片气孔密度

不同木薯品种叶片厚度存在差异，其中叶片厚度最高的品种是华南13号，为55.39×10-4 g/cm2，最低的是华南124，为45.35×10-4 g/cm2，二者差异显著（p<0.05）；华南101和华南7号的叶片厚度差异不显著，分别为50.79×10-4 g/cm2和49.51×10-4 g/cm2（表3）。

不同木薯品种叶片表层蜡质含量有差异，含量最高的品种是华南124，为8.33 mg/g，最低的是华南101，为7.17 mg/g，二者差异显著（p<0.05）；而抗性品种华南7号和华南13号的蜡质含量处于中等水平，分别为7.60 mg/g和7.70 mg/g，差异不显著（表3）。

不同木薯品种叶片气孔密度存在差异，密度最大的是华南124，为571.56个/mm2，其次是华南7号，为567.59个/mm2，二者差异不显著；气孔密度较小的是华南101，为492.22个/mm2，最小的是华南13号，为328.02个/mm2，二者与其他品种均存在显著性差异（表3）。

2.3 木薯叶片厚度、蜡质含量和气孔密度与螨害指数的关系

分析结果显示，木薯的叶片厚度与螨害指数呈显著负相关，气孔密度与螨害指数呈显著正相关，表明木薯叶片越厚、气孔密度越小，木薯品种对朱砂叶螨的抗性越高，因为螨害指数越高则木薯的抗螨性越低；木薯叶片表层蜡质含量与螨害指数无显著相关关系（表4）。

3 讨论

通过田间螨害情况的调查，根据木薯田间抗螨性的鉴定评级标准，国内研究人员已经对国内外上百份木薯种质资源的抗螨级别进行了评定，但存在对同一品种不同抗性级别的评价结果。例如，叶剑秋[6]和李迁[7]对华南205、华南205多倍体、华南101、ZM8229、ZM8752、瑞士S8和瑞士B25等抗性级别的评价结果不同，表明同一木薯种质在不同的环境中对害螨的抗性不同，这可能是由于环境条件改变了木薯相关理化指标而导致的。本研究的木薯种质材料均种植于相对一致的环境里，保证了种质抗性趋势的稳定性。

利用物理和生理生化指标探究作物的抗病虫机制，在许多传统作物上已经做了大量研究工作，而木薯抗螨机制的相关研究较少，陆柳英等[8]研究了木薯叶片厚度与抗螨的关系，表明二者的相关性不显著，与本研究结果不同，这可能与材料和测量方法的不同有关。叶片气孔是刺吸式害螨的天然孔道，Skorupska[18]对苹果的抗螨研究结果显示，叶片气孔密度与抗螨性呈负相关，这与本研究的结果相一致。叶片表层蜡质含量与植物抗刺吸式害虫的关系在许多研究[19]中结果不一，有的蜡质含量越高对蚜虫的抗性也越高；有的蜡质较少的比蜡质多的更抗蚜虫，蜡质过少又失去了抗性。有研究显示[20]蜡质的多少和结构会共同影响叶片对特定波长的光的反射，进而干扰昆虫对寄主的选择，因此仅从蜡质的含量来判断蜡质与作物抗虫的关系并不准确。所以本研究结果虽然显示蜡质含量最高和最低的木薯品种均为敏感品种，但并不能因此而确定蜡质与木薯的抗螨性无关，还应将蜡质的光学特性考虑在内，具体有待更为详细的研究。

本研究在田间螨害调查和抗性评价的基础上明确了木薯的抗螨性与叶片厚度呈显著正相关，与气孔密度呈显著负相关，而与蜡质含量的相关性不显著。该结果表明木薯叶片越厚、气孔密度越小，木薯品种对朱砂叶螨的抗性水平就越高。而关于木薯叶片的营养物质和次生物等其他生理生化指标与抗螨性的关系有待进一步研究。

参考文献

[1] 李 迁， 卢芙萍， 陈 青， 等. 木薯种质对朱砂叶螨的抗性评价[J]. 热带作物学报， 2015， 36（1）： 143-151.

[2] 杨 昆， 黄季焜. 以木薯为原料的燃料乙醇发展潜力： 基于农户角度的分析[J]. 中国农村经济， 2009（5）： 14-25.

[3] 林洪鑫， 袁展汽， 刘仁根， 等. 木薯高产栽培及产后废弃物处理国内研究进展[J]. 江西农业学报， 2011， 23（2）： 30-32.

[4] 陈 青， 卢芙萍， 黄贵修， 等. 木薯害虫普查及其安全性评估[J]. 热带作物学报， 2010， 21（5）： 819-827..

[5] HO C C. Spider-mite problems and control in Taiwan[J]. Experimental and Applied Acarology， 2000， 24（5）： 453-462.

[6] 葉剑秋. 木薯种质资源遗传多样性评价与创新利用[D]. 海口： 海南大学， 2014.

[7] 李 迁. 木薯种质抗螨性及其相关MeCu/ZnSOD和MeCAT1基因克隆与功能验证[D]. 海口： 海南大学， 2015.

[8] 陆柳英， 谢向誉， 曾文丹， 等. 47份木薯资源对朱砂叶螨的抗性鉴定及其抗性机理的初步研究[J]. 热带作物学报， 2016， 37（6）： 1 161-1 167.

[9] 徐雪莲. 西瓜抗蚜性鉴定及其机理研究[D]. 海口： 海南大学， 2013.

[10] 常金华， 张 丽， 申书兴， 等. 不同基因型高粱的理化特性与抗蚜性的相关性研究[J]. 植物遗传资源学报， 2008， 9（1）： 55-61.

[11] Bodnaryk R P. Leaf epicuticular wax， an antixenotic factor in Brassicaceae that affects the rate and pattern of feeding of flea beetles， Phyllotreta cruciferae（Goeze）[J]. Canadian Journal of Plant Science， 1992， 72（4）： 1 295-1 303.

[12] 董顺文， 王朝生. 棉花抗螨机理的研究进展[J]. 中国棉花， 1999， 26（12）： 2-5.

[13] 雒珺瑜， 崔金杰， 黄 群. 棉花叶片中叶绿素、蜡质含量和叶片厚度与抗抗绿盲蝽的关系[J]. 植物保护学报， 2011， 38（4）： 321-326.

[14] NY/T2445-2013木薯种质资源抗虫性鉴定技术规程[S]. 北京： 中国农业出版社， 2013.

[15] 郑淑霞， 上官周平. 不同功能型植物光合特性及其与叶氮含量、 比叶重的关系[J]. 生态学报， 2007， 27（1）： 171-181.

[16] 黄 玲， 张正斌， 崔玉亭， 等. 小麦叶片蜡质含量与水分利用效率和产量的关系[J]. 麦类作物学报， 2003， 23（3）： 41-44.

[17] 郑云普， 徐 明， 王建书， 等. 玉米叶片气孔特征及气体交换过程对气候变暖的响应[J]. 作物学报， 2015， 41（4）： 601-612.

[18] Skorupska A. Morphologico-anatomical structure of leaves and demographic parameters of the hawthorn spider mite， Tefranychus viennensis Zacher and the two-spotted spider mite， Tefranychus urfjcae （Koch） （Acarina， Tetranychidae） on selected scab-resistant apple varieties[J]. J Appl Ent， 1998， 122： 493-496.

[19] 王美芳， 陈巨莲， 原国辉， 等. 植物表面蜡质对植食性昆虫的影响研究进展[J]. 生态环境学报， 2009， 18（3）： 1 155-1 160.

[20] Janick J. Horticultural Reviews[M]. Oxford， UK： John Wiley & Sons， Incorporated.， 1999： 23.