绿豆抗豆象研究进展

张勤雪 陈景斌 袁星星

摘要：绿豆（Vigna radiata L.）是亚洲重要的经济作物，种质资源丰富，营养价值高，但其产量和品质受豆象的严重影响。因此，培育抗豆象新品种刻不容缓。从绿豆抗豆象种质资源、抗豆象机理研究以及绿豆抗豆象基因的遗传机理和定位等方面综合阐述绿豆抗豆象的研究进展，以期对相关研究提供借鉴。

关键词：绿豆（Vigna radiata L.）;抗豆象;种质资源;机理研究;研究进展

Abstract： Mungbean （Vigna radiata L.） is an important legume crop in Asia， the germplasm resources are extremely rich and the nutritional value is high. However， its yield and quality are seriously affected by the bean weevil. Therefore， it is urgent to cultivate new varieties resistant to bean weevil. The research progress of mungbean at home and abroad was reviewed from the aspects of germplasm resources， mechanism of resistance to mung bean and genetic mechanism and location of resistance gene in order to supply the useful information to correlation studies.

Key words： mungbean（Vigna radiata L.）; bean weevil resistance; germplasm resources; mechanism research; research progress

绿豆（Vigna radiata L.）属于豆科（Leguminosae）蝶形花亚科（Papilionaceae）豇豆属（Vigna）菜豆族（Phaseoleae），染色体组为 2n=22[1]，是亚洲重要的缓冲作物。由于绿豆生长周期短，耐旱以及固氮能力强，因此广受农民欢迎[2]。一般食用其干种子和豆芽，是较好的食用蛋白来源。但是，绿豆的生产受到许多害虫的破坏，其中，豆象Callosobruchus chinensis （L.）和Callosobruchus maculatus （F.）是绿豆田间生产和储藏中危害最严重的害虫，会造成减产，种子质量降低。

在中国，绿豆象一般每年发生达到4～6代，在南方更为显著，可达11代[3]。豆象的初侵染是在田间发生，成虫在嫩豆荚上产卵，并随豆类收获被带入仓内进一步为害。成虫羽化后引起第2次侵染，甚至可以为害整仓绿豆[4]。一般来讲，豆象防控中常采用磷化氢熏蒸处理[5]，但这些化学品毒性高，不利于环境安全，对食品安全也构成威胁。现在虽然发现一些植物提取物如辣椒粉有控制豆象的作用[6， 7]，但是这些物质起效慢，易降解，而且会影响种子的萌发[8]。因此，培育抗豆象新品种成了发展绿豆产业的当务之急。本文就绿豆抗豆象种质资源、物理及生化物质抗性、抗豆象基因的遗传机理和定位等方面的研究进行了分析，以期为绿豆抗豆象研究的进一步发展提供依据。

1 绿豆抗豆象种质资源

根据豆象抗性表现，可将抗豆象绿豆材料分为以下3种类型：①高抗类型（HR），豆象危害率在0～10%。②抗豆象类型（R），豆象危害率在10.1%～35.0%，可以观察到部分豆种被虫蚀现象。③中抗类型（MR），豆象危害率在35.1%～65.0%。

在20世纪80年代末期，全世界搜集和保存绿豆种质资源有3万多份，其中亚洲蔬菜研究与发展中心5 274份、印度尼西亚3 139份、中国3 591份等[9]。90年代以后，中国收集保存的绿豆种质资源已达到6 000多份。为了发掘绿豆抗豆象种质资源，对来自世界各国的5 000多份绿豆种质资源进行抗豆象鉴定，从中筛选出抗豆象栽培品种V2709、V2802和野生种TC1966[10]。从来自澳大利亚的野生绿豆中鉴定出ACC41和ACC23  2份抗豆象种质，对TC1966、ACC41和ACC23进行抗虫性鉴定，发现TC1966和ACC23对绿豆象、四纹豆象、灰豆象和菜豆象这4种害虫均表现免疫，ACC41对绿豆象、四纹豆象和菜豆象表現免疫，对灰豆象表现高抗[11]。

2 抗豆象机理研究

作物抗虫性是指作物阻止害虫侵害的能力[12]。寄主植物的抗性包括拒虫性和抗生性。具体到豆科植物，拒虫性包括子粒的颜色[13]、纹理[14]和硬度[15]等，而抗生性即作物含有的次生代谢产物和抗营养化合物对害虫的生长发育和繁殖产生不利影响。

2.1 基础物理抗性

植物的形态特征如茸毛、刺等与害虫的偏嗜性密切相关[12]。抗虫植株一般细胞壁厚和木质化程度高[16]。在种皮颜色方面，相比于绿色或黑色种子，豆象雌虫偏向于把卵产在黄色的种子上[13]。种子的质地影响四纹豆象的产卵数量，雌豆象喜欢把卵产在光滑的种子表面[14]。Fujii等[17]观察到的抗豆象绿豆TC1966种子表面具有平行的横脊网络，不像大部分栽培绿豆的光滑表面。Fernandez等[18]发现荚皮上的致密短柔毛和硬种皮是抗性的主要原因。Tripathi等[19]研究发现，豇豆亲本及杂交种的种皮厚度和抗虫性显著相关。但是，也有报道认为绿豆抗豆象性状与种皮硬度关系不大[20]。

2.2 生化基础抗性

植物的某些特异代谢产物能够使害虫的消化系统受阻厌食，甚至中毒死亡。目前，发现的抗豆象物质包括蛋白酶抑制剂[21]和外源凝集素。Moreno等[22]分别通过传统技术和亲和层析法从菜豆中提纯了淀粉酶抑制剂。体外试验表明，这类菜豆淀粉酶抑制剂对四纹豆象和绿豆象均有抑制作用[23]。

Ishimoto等[24]从墨西哥1 154份栽培菜豆及726份野生及杂草型菜豆中发现猪胰腺α-淀粉酶和墨西哥豆象幼虫α-淀粉酶抑制剂。Ishimoto等[25]将菜豆中的α-淀粉酶抑制剂（α-AI）转入小豆中，抑制小豆种子中绿豆象和鹰嘴豆象的生长。

Chen等[26]从抗虫近等基因系VC6089A中分离出一种抗微生物蛋白质的cDNA，命名为VrCRP，免疫组织定位及原位杂交发现VrCRP蛋白主要集中在绿豆种子的种皮中。随后研究发现，将含有0.2%（m / m）的VrCRP-TSP的人工种子饲喂豆象能完全抑制绿豆象幼虫的发育[27]。日本研究人员用含有蛋氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸连在一起形成的环形肽的绿豆粉进行豆象培养，豆象成活率极低[28]。Sugawara等[29]指出绿豆中含有一种抗豆象的缩氨酸物质，从抗性基因系种子中分离得到豇豆酸A，认为是抗豆象物质。

3 抗性遗传机理

作物的抗虫性是可以遗传的。根据抗性遗传基础可分为单基因、少基因、多基因和细胞质抗性4种形式。

Kitamura等[30]以抗豆象野生种TC1966作父本，以Osakaryodutou和NO. 3-ryokutou作感豆象母本配制杂交组合，进行室内接虫鉴定试验，发现其抗豆象特性符合3∶1的分离规律，因此提出TC1966对绿豆象的抗性由1对显性基因控制。Young等[31]从58个TC1966和VC3890的杂交F2植株上获得55份种子，进行接虫试验，卡方测验结果抗感分离比符合1∶2∶1，证明抗豆象特性由一对等位基因控制。程须珍等[32]以中绿1号为母本，TC1966为父本配制杂交组合进行试验，结果符合抗感分离比3∶1的分离规律，可以证明TC1966的抗豆象特性由一对显性基因控制。Somta等[33]认为V2709BG和V2802BG的抗性受母性遗传影响，种子抗豆象与否取决于母本基因型。孙蕾等[34]通过试验证明，V2709的抗豆象特性是由一对显性基因控制。梅丽[12]利用抗豆象材料ACC41和感虫品种Berken构建重组自交系，在4个环境下种植并进行抗虫鉴定，发现3个环境下RIL群体抗感分离比为1∶1，说明ACC41抗绿豆象由1个主效基因控制。

4 绿豆抗豆象基因的定位

程须珍等[35]用群组分离分析法 （BSA bulk segregant nalysis）对抗豆象基因的连锁标记进行筛选时，发现有6个引物在抗豆象野生种TC1966及其高代品系与V2709、V2802及6个感豆象品种有不同的扩增产物，初步认为共显性标记与TC1966抗豆象基因紧密连锁。马丽萍等[36]以抗虫亲本TC1966、感虫亲本中绿1号为研究材料，利用AFLP分子标记技术对其进行多态性指纹图谱分析，为今后进一步开展抗豆象基因的AFLP分子标记提供参考依据。Young等[31]利用构建的遗传连锁图谱，首先将抗豆象基因Br定位在第8连锁群上标记sg A882和mg M151之间10 cM区间内。Menancio等[37]将第8连锁群修订为第9连锁群。Kaga等[38]利用BSA法进一步分析将抗豆象基因Br定位在标记Bng143和Bng110之间0.7 cM的区间内，Br基因与Bng143遗传距离仅为0.2 cM。

Miyagi等[39]对抗性材料ACC41构建了第1个容量为3.5倍绿豆基因组大小的BAC文库。梅丽等[40]利用高感栽培种Berken和高抗野生种ACC41亚种内杂交得到的重组近交系（RIL）群体构建了1个包含79个RFLP分子标记的遗传图谱。吴传书[41]以重组自交系群体RIL12为试验群体，将ACC41抗豆象基因Br1定位到了第9连锁群上1个2.4 cM的区间内。孙蕾等[42]利用抗豆象栽培绿豆V2709与农艺性状优良的感豆象推广品种中绿1号（VC1973A）配制杂交组合，采用BSA法，定位F2代群体，抗豆象基因Br2初步定位在标记RAPD和STS之间，遗传距离分别为 11.0、5.8 cM。

Lin等[43]对VC1973A（感豆象品种）和VC6089A（由TC1966育成的抗豆象品系）进行转录组和蛋白组分析，通过对差异表达基因/差异蛋白分析后预测位于第5染色体上编码抗性-特异蛋白（resistant-specific protein）的基因g39185为抗豆象候选基因。Chotechung等 [44]利用KPS1和V2802构建的BC11 F2群体绘制的连锁图谱将V2802中抗豆象基因定位在第5染色体上38 kb的区间内，只包含2个注释基因，并预测VrPGIP2可能是V2802的抗豆象候選基因。同样，Kaewwongwal等[45]将V2709的抗豆象基因定位在绿豆5染色体上，并预测 VrPGIP1和VrPGIP2可能是V2709的抗豆象候选基因。刘长友等[46]以V1128和感豆象栽培绿豆冀绿7号杂交形成的F2分离群体为试验材料，对V1128抗豆象基因进行染色体定位分析，发现V1128对绿豆象的抗性由具有主效作用的显性单基因Br3控制。

5 讨论

绿豆作为中国重要的杂粮作物，在中国现代农业种植结构调整过程中发挥重要作用。但绿豆在生长和仓储过程中会遭受各种生物或非生物胁迫的危害，因此高产、优质、多抗新品种培育是绿豆育种工作的重要目标。

本文从绿豆抗豆象种质资源、抗豆象机理研究以及绿豆抗豆象基因的遗传机理和定位等方面综合阐述绿豆国内外研究进展。筛选出抗豆象栽培品种V2709、V2802和野生种TC1966之后陆续又发现野生种ACC41、ACC23及栽培种V1128、V2817[20]是抗豆象种质资源。对不同抗豆象资源的抗豆象机制的研究发现子粒的颜色、纹理及硬度影响豆象的代谢活动。大量的研究表明，不同抗豆象绿豆资源中均存在主效的显性抗豆象基因。Young等[31]与Chen等[47]认为，野生绿豆TC1966的抗豆象特性由1个主效基因和微效基因共同控制的。这与程须珍等[32]认为TC1966是由1对显性基因控制不同，但可能由于所选择杂交的母本或者后代抗虫鉴定时所选的虫源不一样导致的，其抗性遗产机制仍需要进一步研究。

目前部分研究者已定位出抗豆象候选基因，如Lin等[43]利用抗感材料进行转录组和蛋白组分析，预测位于第5染色体上基因39185为抗豆象候选基因。Chotechung 等[44]预测VrPGIP2可能是抗豆象候选基因。同样，刘长友等[46]将Br3定位在绿豆染色体5的288 kb区间，此区间内共有11个注释基因，其中有5个基因编码RD22类蛋白，2个基因编码多聚半乳糖醛酸酶抑制剂类蛋白，3个基因编码未知蛋白;LOC106760238则为假基因。其中编码多聚半乳糖醛酸酶抑制剂类蛋白的基因与Chotechung 等[44]预测的VrPGIP2是一致的。对于VrPGIP2基因是否是真正的抗豆象基因，仍然需要进行功能验证。因此，攻克绿豆的遗传转化及培育绿豆抗豆象新品种仍是今后科研工作者研究的重点。

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