新疆不同棉花品种（系）对土耳其斯坦叶螨抗性的鉴定及其叶片表面蜡质分析

刘凯扬，王有武，赵倩，王春娟，赵伊英*

（1.石河子大学农学院，新疆石河子8320002；2.塔里木大学植物科学学院，新疆阿拉尔843300）

新疆是我国棉花主产区，而虫害每年对新疆棉花生产造成严重危害。土耳其斯坦叶螨（Tetranychus turkestani）是北疆棉田害螨优势种群[1]，一般在棉花叶片背面活动，对棉花的叶片、嫩枝、嫩茎、花萼、果柄及幼嫩的蕾铃部位进行危害。该虫的危害方式以刺吸为主，吸食细胞液和叶绿粒，影响植物光合作用，叶正面初始出现红白色斑点，后逐渐变红，最后叶片皱缩干枯掉落[2]。目前对棉花害螨田间防治，以化学防治为主。持续大剂量地喷施农药，不仅使棉叶螨的抗药性增强，还杀死大量天敌，导致棉叶螨的抗性增长，防治更加困难，造成的损害也有逐年增长的趋势[3]。因此，筛选抗虫棉花种质，并对其抗性机制进行深入研究，是持续控制害虫的有效途径。

植物表皮蜡质会影响植食性昆虫对寄主植物的选择、取食和产卵[4]。近年来，在植物的组织结构如叶片茸毛等，与抗虫相关性有较多的研究报道[5]；在单宁、棉酚以及黄酮等棉花次生代谢物质与棉叶螨抗性的相关性方面也有报道[6]。但截至目前，陆地棉（Gossypium hirsutum）抗螨品种培育还没有大的突破。因此，本研究对新疆有代表性的236个棉花材料进行抗螨性鉴定，在此基础上进一步分析棉花叶片蜡质组分，并对棉花蜡质含量及组分与抗螨性进行相关性分析，将为棉花抗螨品种选育及棉叶螨防治提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

陆地棉品种及种质236个，包括：北疆主要的新陆早系列品种如新陆早35号等；南疆主要的新陆中系列品种如新陆中1号、新陆中6号、新陆中33号等；新疆常见棉花种植品种（系）X-4、X-46等；转精氨酸激酶基因（AK）与几丁质酶基因（CHI）抗螨棉花品系ACH156及其转基因受体材料YZ-1。所有品种（系）均由新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室提供。

土耳其斯坦叶螨（T.turkestaniUgarov et Nikolski）为引自石河子大学农学院昆虫生态实验室的敏感品系，在实验室内用盆栽豇豆苗叶片进行繁殖，置于（26±1）℃、相对湿度为 65%的人工气候箱（光/暗时间（光周期）为16 h/8 h）内饲养。

1.2 螨害鉴定与分级标准

棉花材料螨害的室内鉴定主要参照杜雄明等的方法[7]：先在室外进行营养钵育苗，每份材料播10钵，每钵播种3粒，出苗后每钵保留2株生长基本一致的健壮棉苗。待棉苗到3叶期时，清除棉苗上所有的害虫和天敌，移入温度为28℃、相对湿度为65%、光/暗时间为16 h/8 h的光照培养箱进行培育。然后用毛笔尖将棉叶螨接到棉苗顶尖上，每株接成螨5头，在光照培养箱中进行培育。接螨2周后开始螨害调查。参照杜雄明等的方法，对棉花叶片受螨害程度进行分级[7]。叶片受螨害程度分级标准：0级，真叶未受害，生长正常；1级，真叶表面出现黄白色小斑，斑面积小，占全叶l/3以下；2级，全真叶l/3～l/2面积出现红斑；3级，全真叶l/2～2/3面积出现红斑；4级，全真叶2/3以上面积出现红斑，未完全脱落；5级，真叶即将脱落或完全脱落[7]。并按下式计算叶片受害级数：叶片受害级数＝∑（受害级别×相应受害级别的叶片数）/调查总叶片数。以叶片受害级数评价其抗性，抗棉叶螨分级标准：高抗（High resistance，HR）， 叶片受害级数＜1.0；抗（Resistance，R），叶片受害级数在[1.0，2.5)；中抗（Moderate resistance，MR）， 叶 片 受 害 级 数 在[2.5～3.5)；感（Susceptibility，S），叶片受害级数在[3.5～4.5)；高感（High susceptibility，HS），叶片受害级数≥4.5。

1.3 真叶表面蜡质含量的测定与蜡质组分分析

棉花叶片表面蜡质含量的测定：取洗干净的培养皿称量（m0），将预热60℃的氯仿倒入培养皿中。将不同品种（系）的陆地棉种质资源培养至3片真叶期，每个品种（系）选取3株长势相当的健壮棉苗，取其长出的第1片真叶并用2 cm×2 cm的打孔器打孔，将所得的棉花叶片称量（m1）后放入培养皿中1 min，用氮吹仪使氯仿挥发后，再称得培养皿质量（m2）。棉花品种（系）真叶表面蜡质含量CW＝（m2－m0）/m1（单位：mg·g－1）。

棉花叶片表面蜡质组分分析主要参照Jetter等方法[8]进行。采用GC-MSQP2020气相色谱-质谱联用仪（岛津公司，日本）对各品种（系）真叶表面蜡质成分进行分析：载气为氦气，采用DB-1石英毛细管柱（长度×内径×膜厚＝30.0 m×0.32 mm×0.10 μm）分析棉花真叶脂肪酸甲酯组分；升温程序50.0℃保持2 min，以40℃·min－1升至 200℃， 保持 2 min；3℃·min－1升至 320℃，保持30 min；进样口温度250℃；进样方式：分流，分流比10.0；初始压力500～900 kPa；流量控制方式：线速度；压力：176.6 kPa；线速度20.0 cm·s－1。

2 结果与分析

2.1 土耳其斯坦叶螨对棉花不同品种（系）的螨害调查

236个棉花品种（系）对棉叶螨的抗性分级结果表明：大部分的棉花品种（系）对土耳其斯坦叶螨的危害表现敏感，不同抗性的品种（系）间受害等级存在显著差异。其中：高抗（HR）的品系有2个，分别为ACH56与XS13，叶片受害级数分别为 0.87和 0.89（表 1）；表现出较明显抗性（R）的品种（系）有X-4、新陆中 6号和 X-46，叶片受害级数在1.44～2.39；有22个品种（系）表现为中抗（MR）；敏感（S）的材料有 207 份；高感（HS）品种（系）有新陆中34和16B-3，叶片受害级数在4.55左右。

表1 部分参试棉花品种（系）对棉叶螨的抗性Table 1 Resistance of partial cotton varieties(lines)in Xinjiang to T.turkestani

2.2 各品种真叶表面蜡质含量测定

对表 1 中列出的高抗螨（HR）、抗螨（R）、中抗螨（MR）、感螨（S）及高感螨（HS）材料的棉叶蜡质含量测定结果表明，高抗螨、抗螨与高感棉花品种（系）的蜡质含量存在显著差异。XS13、X-4与新陆中6号真叶的蜡质含量较高，而新陆中34号与16B-3等真叶蜡质含量相对较低。总体来说，抗螨品种（系）的棉叶蜡质含量明显高于感螨品种（系）。其中：高抗品系XS13真叶的蜡质含量达到了3.09 mg·g－1，比含量最低的高感品系16B-3的含量多近1倍；X-4、新陆中6号、X-46比全棉3号分别高54.02%、33.91%、32.18%。需要说明的是，转基因抗螨材料ACH56的叶片蜡质含量仅为 1.89 mg·g－1，与其对照 YZ-1 相比没有明显变化，但是其受害级别远低于YZ-1，接近高抗叶螨棉花品种XS13，推测ACH56通过表达抗螨基因，杀死了部分叶螨，达到较好的抗螨效果。Pearson相关性分析表明，棉叶表面蜡质含量与叶片受害级数存在显著的负相关（r＝－0.936，P＜0.05），即棉叶蜡质含量越高，其叶片受害级数越低（图 1）。

2.3 高抗与高感棉花真叶表面蜡质成分测定

对高抗品系XS13与高感品系16B-3叶片蜡质的GC-MS分析结果（图2）表明，棉花叶片表皮蜡质主要成分为烷烃类化合物，同时含有少量的酯类、醚类、脂肪酸等化合物。其中：饱和烷烃16种，包括 10种长链单链烷烃[C17烷（C17H36）、C19烷（C19H40）、C20烷（C20H42）、C21烷（C21H44）、C24烷（C24H5O）、C31烷（C31H64）、C33烷（C33H68）、C35烷（C35H72）、C43烷（C43H88）、C44烷（C44O90）]，4 种长链支 链 烷 烃[C25烷（C25H52）、C27烷（C27H56）、C29烷（C29H60）、C50烷（C50H102）]，卤代烷（C54H108Br2）和稠环 芳 烃（C26H48）； 另 有 不 饱 和 脂 类 化 合 物（C23H44O3）、 卤代酯（C36H65F7O2）、 醚类化合物（C37H76O）与长链饱和脂肪酸（C69H138O2）各 1种。

图1 不同棉花品种（系）叶片表面蜡质含量及其抗螨性Fig.1 Surface wax content of leaves and mite resistance of different cotton varieties(lines)

图2 高抗及高感棉叶螨棉花品系蜡质成分分析Fig.2 Analysis of wax components in cotton high resistant line and high sensitive line to T.turkestani

在高抗品系XS13的叶片蜡质组分中，烷烃类化合物、酯类化合物、醚类化合物和脂肪酸的峰面积占比（相对含量）分别为87.35%、9.44%、2.92%和0.29%，化合物平均峰面积占比为5%，其中高于平均峰面积占比的化合物有11种，包括烷烃类化合物 10种 [C27H56（7.47%）、C26H48（6.90%）、C25H52（6.88%）、C29H60（6.74%）、C24H50（6.67%）、C33H68（6.67%）、C31H64（6.58%）、C20H42（6.21%）、C21H44（6.14%）、C19H40（5.45%）]和酯类化合物 1 种 C23H44O3（7.46%）。

高感品系中，烷烃类化合物、酯类化合物、醚类化合物和脂肪酸分别占85.59%、9.00%、3.59%和1.82%，化合物平均峰面积占比为5%，其中高于平均峰面积占比的化合物有12种，包括烷烃类化合物 11 种[C29H60（7.38%）、C26H48（6.91%）、C27H56（6.76% ）、C25H52（6.64% ）、C31H64（6.49% ）、C33H68（6.27% ）、C20H42（6.24% ）、C21H44（6.24% ）、C35H72（6.20%）、C19H40（5.57%）、C17H36（5.15%）]和酯类化合物1种C23H44O3（6.78%）。

在高抗螨品系XS13的叶片蜡质组分中，烷烃类物质 C27H56、C25H52、C33H68、C31H64、C24H50的相对含量高于高感品系16B-3，其中C24H50在2个品种中含量差距最大（在16B-3中含量仅为2.51% ）；XS13 中 C26H48、C29H60、C20H42、C21H44、C35H72、C17H36的相对含量低于高感品系 16B-3，其中 C35H72、C17H36的分别为 4.89%、4.93%，低于平均峰面积占比，且在2个品种中含量差距较大；XS13中酯类物质C23H44O3相对含量高于16B-3。

3 讨论

棉花是我国支柱性产业，新疆又是国内最大的棉花产区，其地理位置气候条件是棉花种植的理想地区，同时因为气候在夏季高温干旱，也是棉叶螨适应区。近年来，新疆棉区棉叶螨呈偏重发生态势，危害严重可造成棉田减产30%以上[9]。过度依赖化学药剂防治害螨，不但杀死了大量天敌，而且还增强了害螨的抗药性。张金发等研究表明，海岛棉和二倍体栽培棉的中棉和草棉，对朱砂叶螨具有较高水平的抗性[10]。王朝生等鉴定了3种不同遗传类型（海岛棉、陆地棉、海陆杂交棉）的棉花种质材料对棉叶螨的抗性，结果表明，海岛棉受棉叶螨为害最轻，而陆地棉受害最重[11]。农业生产栽培的棉花主要是四倍体的陆地棉。目前，在陆地棉抗螨品种培育上，还没有大的突破。

棉花在长期与植食性螨类的选择进化下，会产生一些防御手段，包括棉花形态、组织结构的抗螨性如叶片茸毛量、叶形、蜡质含量、生长速度等[12]，生理生化抗螨性如含水量、氨基酸含量及组分、单宁含量、棉酚含量、可溶性糖含量等。不同的抗螨品种或材料具有不尽相同的抗螨机制。因此，在抗螨育种中，应尽量选择具有上述多种抗螨机制的材料加以利用。

表皮蜡质是覆盖在植物表面最外层的保护物质[13]，表皮蜡质具有阻止植物非气孔性散失、防治有害光线损伤、维持表面清洁与表面防水、避免被细菌和昆虫侵害的功能。已有大量研究报道植物蜡质在植物抗逆境胁迫中发挥者重要作用。蜡质主要由烷烃、酯类、游离脂肪醇和酸等多种化合物组成，在昆虫与寄主植物互作和协同进化过程中扮演着重要的角色[14]。植物叶片表面蜡质提取物和单一的蜡质成分能够刺激或者抑制植食性昆虫对寄主植物的选择、取食和产卵[15-18]。Daoust等研究发现[15]，ɑ-松菇和月桂烯在抗云杉食心虫白云杉（Picea glauca）针叶中的含量是其在敏感型中含量的3～5倍，证实单松烯类在云杉抗食心虫侵蚀中发挥重要作用。Eigenbrode等[16]报道了抗虫和感虫甘蓝品种叶片表面蜡质对小菜蛾（Plutella xyllostella）选择行为的影响；刘勇等[17]研究了不同小麦品种（系）叶片表面蜡质对2种麦蚜取食的影响。本研究表明，棉花叶片蜡质成分多数为烷烃类化合物，少数为酯类、醚类、脂肪酸等化合物。高抗螨品系中棉花叶片蜡质成分烷烃类和酯类组分的含量高于高感品系，醚类化合物和脂肪酸相对含量总和低于高感品系。上述结果对通过育种和栽培手段调控植物以提高植物抗逆性有重要意义[18]。

4 结论

对236份棉花材料的鉴定结果表明：近90%的材料对棉叶螨的危害表现敏感；不同棉花品种（系）真叶的蜡质含量存在明显差异。棉叶表面蜡质含量与叶片受害级数存在显著的负相关。高感和高抗螨品系的叶片蜡质最主要组分均为烷烃类，少数为酯类、醚类、脂肪酸等化合物。高抗螨品系叶片中烷烃类和酯类化合物含量要高于高感螨品系，而醚类和脂肪酸化合物组分含量要低于高感螨品系； 烷烃类化合物 C24H50、C35H72、C17H36在抗螨、感螨棉花材料中的含量差异较大。这些蜡质组分含量的差异是否导致棉花对螨抗性的差异，仍有待于进一步研究。本研究为进一步探究棉花叶表蜡质组分对棉叶螨寄主选择和抗螨作用的影响奠定了基础。