西葫芦病毒病的研究进展

田佳星 张国裕 邱艳红 张 帆 贾长才 李海真

〔北京市农林科学院蔬菜研究中心，农业农村部华北地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室，农业农村部都市农业（北方）重点实验室，北京100097〕

西葫芦（Cucurbita pepoL.）又名美洲南瓜，属于葫芦科（Cucurbitaceae）的南瓜属（Cucurbitaspp.），是世界范围内广泛种植的瓜类蔬菜。由于具有很高的营养价值和独特的风味（罗伯祥 等，2002），深受广大消费者的喜爱，是增加农民收入的重要经济作物，在我国的年均栽培面积及产量均居世界前列。然而，病毒病的普遍发生造成严重的产量和经济损失，已成为制约西葫芦生产的重要因素。为此，本文就西葫芦常见病毒病及其主要传播途径、发病症状、防治方法以及抗病育种等方面进行综述，以期为西葫芦病毒病防治提供相关基础知识和依据。

1 侵染西葫芦的病毒病

西葫芦病毒病又称花叶病，是危害西葫芦的重要病害。1980 年，Lovisolo 首先总结了可侵染葫芦科作物的病毒种类，共25 个确定种，6 个待定种以及1 个类病毒（Lovisolo，1980）。2019 年，彭斌根据最新的国际病毒分类委员会（International Committee on Taxonomy of Viruses，ICTV）报告以及前人文献，并借助NCBI Virus 数据库（Hatcher et al.，2016），总结统计侵染葫芦科作物的病毒种类为125 种，包括99 个ICTV 收录正式种和26 个待定种（彭斌，2019）。目前，对我国西葫芦生产造成严重危害的主要病毒有：小西葫芦黄化花叶病毒（zucchini yellow mosaic virus，ZYMV）、黄瓜花叶病毒（cucumber mosaic virus，CMV）、西瓜花叶病毒（watermelon mosaic virus，WMV）、番木瓜环斑病毒（papaya ring sopt virus，PRSV）和黄瓜绿斑驳花叶病毒（cucumber green mottle mosaic virus，CGMMV）；此外，瓜类褪绿黄化病毒（cucurbit chlorotic yellows virus，CCYV）和中国南瓜曲叶病毒（squash leaf curl china virus，SLCCNV）是近年来报道的可感染西葫芦的新植物病毒。

1.1 小西葫芦黄化花叶病毒

小西葫芦黄化花叶病毒（ZYMV）是马铃薯Y病毒科（Potyviridae）马铃薯Y 病毒属（Potyvirus）的成员，可侵染葫芦科、苋科、豆科等11 个属的植物（唐超 等，2016）。自然条件下，ZYMV 的主要传播方式包括介体传播、机械传播以及种子传播。ZYMV 在西葫芦上表现为系统侵染，如整株花叶、黄化、叶片皱缩、果实畸形、品质下降，最终严重影响产量。ZYMV 最早在意大利和法国的小西葫芦上发现（Lisa et al.，1981），然后快速暴发成为制约西葫芦生产最重要的病原之一，至今已经遍布全球50 多个国家与地区。目前，我国的华北、华南、西南和华东地区都发现了ZYMV 的分布。

1.2 黄瓜花叶病毒

黄瓜花叶病毒（CMV）属于雀麦花叶病毒科（Bromoviridae）黄瓜花叶病毒属（Cucumovirus），是单链正义RNA 病毒。CMV 主要利用蚜虫作为介体进行传播，也可通过机械、种子等方式传播；感病后植株一般会表现出系统性侵染症状，主要表现为叶片出现斑驳花叶，严重时叶片出现皱缩、蕨叶、枯死等症状。该病毒的首次报道是在1916年，由Doolittle 和Jagger 在黄瓜上发现（Doolittle，1916；Jagger，1916），此后传播至世界各国，包括我国的大部分地区。CMV 可侵染包括西葫芦在内的1 000 余种植物（Edwardson &Christie，1991），是寄主最多、分布最广、最具经济危害的植物病毒之一。

1.3 西瓜花叶病毒

西瓜花叶病毒（WMV）属于马铃薯Y 病毒科马铃薯Y 病毒属。1965 年，根据寄主的生物学差异WMV 被分为西瓜花叶病毒1（WMV-1）和西瓜花叶病毒2（WMV-2）（Webb &Scott，1965），后经研究表明WMV-1 是番木瓜环斑病毒（PRSV）的株系。WMV 主要通过蚜虫以非持久方式进行传播，可通过汁液机械传播（李凤梅 等，2002）。WMV 侵染西葫芦后，出现叶片斑驳、皱缩，植株矮化，严重时叶片只剩叶脉，呈鸡爪状。目前，WMV 广泛分布于我国华北、东北和新疆等地，可侵染包括西葫芦在内的170 多种植物。

1.4 番木瓜环斑病毒

番木瓜环斑病毒（PRSV）是属于马铃薯Y 病毒科马铃薯Y 病毒属的正链单分体RNA 病毒。美国在20 世纪40 年代对PRSV 进行了首次报道，目前PRSV 在亚洲、北美、非洲普遍发生，造成严重的经济损失。根据寄主的不同，将PRSV 分为番木瓜株系（PRSV-P）和西瓜株系（PRSV-W）两个株系（Yeh &Gonsalves，1984）。PRSV-P 主要侵染番木瓜，PRSV-W 常单独或与其他病毒复合侵染西葫芦等葫芦科作物。PRSV-W 由人工、机械摩擦或蚜虫等方式进行非持久性传播，且葫芦科作物的带毒种子也可传毒。感染PRSV-W 后，西葫芦叶片表现出花叶、泡斑、蕨叶的症状，植株矮化，形成畸形果实，严重影响西葫芦产量与果实的商品性（王凯玥 等，2021）。

1.5 黄瓜绿斑驳花叶病毒

黄瓜绿斑驳花叶病毒（CGMMV）属于杆状病毒科（Virgaviridae）烟草花叶病毒属（Tobamovirus），常温下病毒侵染力可保持数月。1935 年首次在英国黄瓜上发现了CGMMV（Ainsworth，1935），而国内最早在从日本引进的种苗中检测到。CGMMV通过种子、土壤、水、介体和机械接触等多种方式进行传播，还能利用菟丝子作为介体进行传播，黄瓜叶甲也是可能的传播介体（张永江，2006；李俊香和古勤生，2015）。在自然环境中，CGMMV的寄主范围相对较为狭窄，主要侵染西葫芦、西瓜、黄瓜等葫芦科作物，一般会使葫芦科作物出现花叶症状，导致生长缓慢、矮化、结果延迟等。目前，该病毒在全世界各地广泛发现，尤其是中国、韩国和日本等嫁接葫芦科作物地区，病害扩散迅速。

1.6 瓜类褪绿黄化病毒

瓜类褪绿黄化病毒（CCYV）属于长线病毒科（Closteroviridae）毛形病毒属（Crinivirus），是近年来报道的一种新植物病毒，其各项研究工作均处于起步阶段。该病害最早于2004 年在日本发现，2010 年完成该病毒基因组的全序列测定（Okuda et al.，2010）。该病毒2007 年最先在我国宁波、上海等地发现，并于2011 年首次进行了报道（古勤生 等，2011；Gu et al.，2011），目前该病害已分布于我国多个省市（Huang et al.，2010；刘珊珊 等，2013；唐鑫 等，2017；杨世安 等，2017），给我国瓜类作物生产造成了严重危害。CCYV 由B 型和Q型烟粉虱以半持久性方式特异性传播（唐雪飞 等，2017），Q 型传毒效率高于B 型（Li et al.，2016），不能通过摩擦或其他方式进行人工接种。该病毒侵染瓜类后引起的典型症状是叶片褪绿黄化，但叶脉保持绿色。CCYV 在自然界主要危害西瓜、甜瓜、黄瓜3 种葫芦科作物，也有文献报道其可以感染苦瓜、西葫芦、南瓜（古勤生 等，2011）。近几年，北京市农林科学院蔬菜研究中心多次从山东西葫芦主产区采集新鲜病叶样品，利用RT-PCR 等方法检测，发现样品中存在CCYV，且有CCYV 和其他病毒（例如CMV）复合侵染西葫芦的现象。目前对于CCYV 的防治措施主要是控制传毒介体烟粉虱，并且加快培育抗病毒品种。

1.7 中国南瓜曲叶病毒

中国南瓜曲叶病毒（SLCCNV）是一类具有孪生颗粒形态的植物单链DNA 病毒，属双生病毒科（Geminiviridae）菜豆金色花叶病毒属（Begomovirus），目前国内外对SLCCNV 的 研究甚少。在国内，洪益国等于1994 年首次报道了SLCCNV 侵染南瓜植株（洪益国 等，1994）。SLCCNV 自然条件下主要侵染葫芦科作物，由烟粉虱以持久方式传播（Polston et al.，2014），感染SLCCNV 可导致叶部皱缩、植株矮化、产量降低以及品质下降（Wu et al.，2020）。目前SLCCNV 分布在泰国、越南、中国、印度、巴基斯坦、马来西亚及菲律宾等国家地区（Ito et al.，2008；车海彦 等，2017；吴会杰，2019），在印度和巴基斯坦均有SLCCNV 侵染西葫芦并导致严重的生产与经济损失的报道（Tahir et al.，2010；Saritha et al.，2011）。2020 年北京市农林科学院蔬菜研究中心在山东淄博和寿光的西葫芦叶片样品中检测到SLCCNV。

2 主要传播途径

西葫芦病毒病传播迅速，传播途径多样，主要包括种子传播、介体传播、机械传播、土壤传播等。种子传播是指种子自身携带病毒。如果用于播种的种子没有经过消毒处理，那种子自身可能会携带病毒，进而导致病毒病的暴发。携带病毒的种子还可作为毒源，通过蚜虫、机械摩擦、贸易和长距离运输等方式传播病毒，从而造成病毒的大面积远距离传播。介体传播是指利用蚜虫、烟粉虱等昆虫作为传播媒介进行传播，通过它们的啃食使植物产生创口，病毒借助创口侵染植物。根据病毒传播后保持时间的长短可分为3 种类型：非持久性传播、半持久性传播和持久性传播。机械传播是指通过农事操作、机械耕作等方式，将已经染病植株上的病毒传播到其他植株。西葫芦的栽培和田间管理过程中需要进行人工操作，例如吊蔓、整枝，病毒就会通过这些操作，随着人的走动传给其他植株，人为传播是西葫芦病毒传播的重要途经。土壤传播是指土壤中含有病毒进而传染到植物上。如果土壤上年度种植过感病西葫芦，而没有经过消毒处理，那么土壤中病株残体携带的病毒就会继续侵染新的西葫芦植株（郑志强，2015）。

3 发病症状

西葫芦病毒病是系统侵染性病害，感病植株常表现为多个部位发病，对西葫芦植株的生长、品质和产量都造成严重影响。西葫芦病毒病的典型症状包括：叶片出现花叶、褪绿黄化、皱缩卷曲或者畸形斑驳，植株矮小并且生长缓慢，果实畸形甚至掉落。一般情况下，西葫芦病毒病发病症状与其他真菌、细菌病害的症状区别比较明显。西葫芦病毒病的侵害时期持续较长，幼苗期和成株期均可发病。发病严重程度与寄主感染时期有一定关系。苗期感染病毒病危害比较大，不仅对结瓜有影响，而且还会大大降低被侵染植株收获种子的发芽率（秦碧霞等，2004）。此外，环境因素对西葫芦病毒病的发病也有一定影响。例如，温度对西葫芦感染ZYMV的症状有一定影响：15～25 ℃时，以花叶或叶片轻微畸形为主；较高温度25～35 ℃时，会出现较严重的症状（Desbiez &Lecoq，1997）。在高温干旱、肥水不足、种植密度大以及管理粗放的条件下，西葫芦病毒病发病症状会更加严重。除单独感染一种病毒外，还经常出现多种病毒复合侵染的现象，复合侵染可导致寄主植株症状的加重甚至死亡（刘勇 等，2019）。

4 防治方法

目前，西葫芦病毒病的防治主要包括种子消毒、加强田间管理、控制介体昆虫、化学防治、交叉保护以及选育抗病品种等。

4.1 种子消毒

种子消毒方法主要分为物理法和化学法。物理法主要包括干热处理、激光处理、微波处理、水选法、机械筛除法等；化学法主要利用化学药剂、种子包衣、拌种等方法杀死或钝化病毒（郑棚峻 等，2017）。此外，加强对带毒种子检测，也是有效防止西葫芦病毒通过种子传播的重要手段之一。

4.2 加强田间管理

选择合适的时间进行播种，从而使苗期避开有翅蚜迁飞高峰期，减少蚜虫对病毒病的传播。生长期加强肥水管理，培育壮苗，可提高西葫芦植株抗病能力并缓解病株症状。在人工操作时应尽量避免对植株造成伤口，还要避免机械和操作人员通过沾染毒源传播病毒。收获后要及时清理瓜皮、瓜瓤等废弃物，并对土壤进行消毒，减少病毒残留。此外，通过实行轮作倒茬，可避免病毒病的交叉感染，非病毒寄主作物是田间轮作的首选。

4.3 控制介体昆虫

蚜虫是西葫芦病毒病的主要传播介体，因此预防蚜虫是防治西葫芦病毒病的关键措施（古勤生，2002）。目前防治蚜虫主要通过使用药剂、间作套种、物理覆盖、天敌昆虫以及RNA 干扰技术（RNA interfernce，RNAi）等方法（唐超 等，2016）。近年来，RNAi 技术为解决蚜虫传毒提供了新思路，Whyard 等（2009）通过对蚜虫注射和饲喂特异性的双链RNA 实现了靶基因的高效沉默，为RNAi技术控制蚜虫传毒提供了可能。

近几年报道的西葫芦新病毒病，例如CCYV和SLCCNV，由烟粉虱进行传播，因此可通过控制烟粉虱来防治西葫芦病毒病。目前烟粉虱的防治方法主要有农业防治、生物防治、物理防治和化学防治（杨益芬 等，2020）。生物防治主要利用烟粉虱的自然天敌，例如丽蚜小蜂和浆角蚜小蜂。化学防治是目前防治烟粉虱的主要方法，尽量选用高效、低毒、低残留，对天敌相对安全的药剂，同时结合精准施药技术（关雪和胡琼波，2020）。

4.4 化学防治

化学防治具有见效快、效率高等特点，目前比较受广大农民欢迎。化学药剂主要分为3 类：杀灭蚜虫、烟粉虱等病毒病的传播媒介，杀灭西葫芦病毒病的病原，增强植株抗病能力（郑志强，2015）。目前，已有研究发现外施植物来源的化合物如水杨酸、葡聚糖等能够在一定程度上减轻ZYMV的病症（Radwan et al.，2007；Raie et al.，2018）。目前对于化学防治西葫芦病毒病的机制还有待进一步探索，今后应加强化学防治病毒病的分子机制研究，有助于化学防治的广泛应用。

4.5 交叉保护

交叉保护是指通过预先接种病毒的弱毒株系来防治同一病毒强毒株系的侵染，是防治病毒病最有效的手段之一。目前利用交叉保护防治ZYMV 的技术相对成熟（Yarden et al.，2000），许多国家和地区均已广泛使用商品化的弱毒株系防治ZYMV。土耳其、美国和以色列已经实现了ZYMV 弱毒株系的商品化，防治ZYMV 取得了良好的效果。ZYMV 的弱毒株系除天然获得外，还可通过人工诱变、ZYMV HC-Pro 的定点突变等方式获得（Kosaka et al.，2006；Lin et al.，2007）。由于会受到温度、寄主、保护间隔期、株系专化等因素的影响，交叉保护的应用受到一定限制。

4.6 选育抗病品种

选育抗病品种是防治西葫芦病毒病最经济有效的方法，有广阔的应用前景。目前已经选育出了一些抗病毒病的西葫芦品种，并进行了推广应用。Gallerani 和Talame（1997）培育了2 个西葫芦杂交品种Sofia 和Linia，这2 个品种可同时抗3 种病毒病：ZYMV、CMV 和WMV-2。李海真等（2014）将常规育种方法与分子标记辅助选择育种技术相结合，选育出抗ZYMV 和白粉病的京葫CRV4。由于不同地区的病毒种类和株系可能有所不同，在推广应用前应先对抗病品种进行试种。

5 抗病育种

5.1 抗病种质资源

筛选和创制抗病种质资源，可为抗病基因的获得以及抗病品种的选育奠定基础。西葫芦抗病毒病育种可利用一些具有抗性的野生南瓜种作为抗源材料，例如中国南瓜Nigerian Local 同时抗ZYMV、WMV、PRSV-W 和CMV（Munger &Provvidenti，1987），中国南瓜Menina、Bolina（Paris et al.，1988）和Soler（Wessel-Beaver，2005）抗ZYMV。Provvidenti 等（1978）通过对大量育种材料进行鉴定，筛选出高抗PRSV-W 的2 个野生种，为培育南瓜属抗病品种奠定了材料基础。此外，de Oliveira 等（2003）利用具有PRSV-W 抗性的中国南瓜种作为抗源，通过种间杂交将抗病基因转到西葫芦中。

5.2 抗病基因定位和分子标记开发

对西葫芦抗病基因进行定位并开发与其紧密连锁的分子标记，不仅为抗病分子机理研究奠定了理论基础，还能提高西葫芦抗病育种的效率和精准度。之前已有一些研究对PRSV 抗病基因的遗传规律进行了探索（Nogueira et al.，2011；Menezes et al.，2015；张栋，2016；王凯玥 等，2021）。张栋（2016）利用SSR 引物对西葫芦PRSV-W 抗性位点进行了初步定位。王凯玥（2020）进一步将抗病基因CpPRSV-W定位在753 kb 的区间内，包含30 个候选基因；并开发了与该抗病基因紧密连锁的分子标记，应用于西葫芦分子标记辅助选择育种。此外，西葫芦ZYMV 的抗病基因定位也取得了一些进展。Zraidi 等（2007）利用RAPD、AFLP、SSR 和形态标记技术对ZYMV 抗性基因进行定位，在连锁群LGpz1 和LGpz2 上各发现了1 个与西葫芦ZYMV 抗性连锁的标记。苏敏（2011）将西葫芦抗ZYMV 基因定位在2 个分子标记CmTm227 与WMG28 之间，遗传距离分别为13.8 cM 和3.9 cM。Pachner 等（2015）开发了3 个与西葫芦ZYMV 抗性基因紧密连锁的分子标记，包括1 个SCAR 标记和2 个SSR 标记。2017年，Capuozzo 等又开发了与西葫芦ZYMV 抗性紧密连锁的3 个SNP 标记并对抗性基因进行了预测（Capuozzo et al.，2017）。张沙沙（2020）将西葫芦ZYMV 抗病基因定位在包含40 个候选基因的673 kb 的区间内，并开发分子标记用于辅助选择育种。虽然目前已经获得一些与西葫芦病毒病抗性紧密连锁的分子标记，但分子标记辅助选择育种开展得并不多。今后应加强分子标记的利用，通过聚合抗病育种获得同时携带多个病毒病抗性基因的目标植株，有效加快种质创新速度。

5.3 基因工程育种

至今，已经有文献报道通过遗传转化成功获得转基因抗病毒西葫芦。1995 年美国出现第1 个转基因西葫芦品种，这个商业品种携带ZYMV 和WMV 的外壳蛋白基因，表现出对这2 个病毒的单一和混合侵染的抗性（Fuchs &Gonsalves，1995；Tricoli et al.，1995）。随后，另一个转基因西葫芦CZW-3 被报道，它包含ZYMV、WMV 和CMV的外壳蛋白基因，表现出对这3 种病毒单一和混合侵染的抗性（Tricoli et al.，1995；Fuchs et al.，1997，1998）。Pang 等（2000）将南瓜花叶病毒（squash mosaic virus，SqMV）的外壳蛋白蛋白基因转入西葫芦，获得抗SqMV 的西葫芦品种。此外，前人对转基因抗病西葫芦的安全性也进行了研究。Fuchs 等（2004a，2004b）报道了转基因抗病西葫芦与野生型杂交后的下一代仍具有抗病性和可育性，表明外源基因可通过杂交方式从转基因植株流入野生种中。Klas 等（2006）研究发现，转基因西葫芦可通过防止植物到植物的二次传播来改变ZYMV 和WMV 的传播动态。至今，中国还没有转基因西葫芦品种在生产中应用。

6 展望

西葫芦病毒病相关研究已取得一些成果和进展，但西葫芦与病毒互作的分子调控机制还有待深入研究。目前，西葫芦全基因组测序已完成（Montero-Pau et al.，2018），分子生物学、生物信息学技术也快速发展，这些都有助于推进西葫芦抗病基因的克隆和抗病机制的解析。在抗病育种方面，西葫芦抗病毒病的精准鉴定与评价体系仍需进一步建立和完善，同时应继续开发与抗病基因连锁的分子标记，提高分子标记的筛选效率。通过利用分子标记辅助育种、单倍体培养、基因工程等手段，将生物技术和常规育种相结合，进一步提高西葫芦抗病育种效率并实现精准设计育种。