新疆厚皮甜瓜抗蚜性与苗期叶片营养成分的关系

孙玉萍 杨英 户金鸽 张瑞 廖新福

摘    要：以新疆厚皮甜瓜優质高抗蚜材料自育高代自交系LK-0402和高感蚜材料黄醉仙（CK）为试验材料，分别在植株3叶1心时进行接种3龄期幼虫，接种后调查蚜虫虫口数量，测定叶片营养物质和次生代谢物质。结果表明，与对照相比，自育高代自交系LK-0402叶片可溶性糖、可溶性蛋白、游离氨基酸含量均低于对照，分别比对照降低了15.21%、15.49%和2.70%，可溶性糖和可溶性蛋白含量与对照存在显著差异，苯丙氨酸转氨酶（PAL）活性显著高于对照，比对照提高了8倍。较低的营养物质含量和较高的苯丙氨酸转氨酶活性均不利于蚜虫的生长繁殖，因此自育高代自交系LK-0402具有明显的耐蚜性，可为哈密瓜的抗蚜育种提供材料。

关键词：厚皮甜瓜;营养物质;次生代谢;抗虫性

中图分类号：S652 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2021）11-059-04

A preliminary study on the relationship between aphid resistance and leaf nutrients at seedling stage of muskmelon in Xinjiang

SUN Yuping， YANG Ying， HU Jinge， ZHANG Rui， LIAO Xinfu

（Development and Research Center of Grapes and Melons of Xinjiang Uygur Autonomous Region， Shanshan 838201， Xinjiang， China）

Abstract：In this study， the self-breeding high generation inbred line LK-0402 with high aphid resistant material and high aphid susceptible material Huangzuixian were used as experimental materials were inoculated with 3 instar larvae at 3 true leavestage. After inoculation， the number of aphid population was investigated， and the nutrients and secondary metabolites in leaves were determined. The results showed that compared with the control， the contents of soluble sugar， soluble protein and free amino acid in leaves of self bred inbred line LK-0402 were lower than those of the control， and their contents were decreased by 15.21%， 15.49% and 2.70% respectively. There were significant differences in soluble sugar and soluble protein between self bred inbred line LK-0402 and the control. The content of PAL was significantly higher than that of the control， and increased by 8 times. Low nutrient content and high PAL content are not conducive to the growth and reproduction of aphids， so the self bred inbred line LK-0402 has high resistance to aphids， which provides materials for the breeding of aphid resistance in Hami melon.

Key words：Muskmelon; Nutrients materials; Secondary metabolism; Insect resistance

新疆种植厚皮甜瓜历史悠久，因其风味独特、口感脆甜、品质极佳而受到消费者的青睐。因此，新疆甜瓜产业也成为新疆特色农业的支柱性产业。但近几年来，由于设施温室的兴起，给蚜虫世代繁衍和传播提供了有利的条件，无论是露地还是温室种植，蚜虫危害严重制约着厚皮甜瓜产业的可持续发展。目前防治蚜虫仍以化学农药为主，但化防过程中存在诸多问题，一些生产者使用毒性过强的农药、农药使用频率过高、使用时期不合理不科学等等，导致甜瓜病虫害抗药性问题突出，非常不利于病虫害的有效防治，进而威胁着人们赖以生存的环境、自然防治资源及对人畜存在安全隐患等。这些与现代化农业发展理念相违背，满足不了人们对高品质、高安全食品的需求。因此必须在甜瓜种植过程中减少化学农药的使用，找到更加适应绿色发展理念、符合人与环境相适应的防治方法将是一个重要的方向。筛选和培育出抗虫性强的厚皮甜瓜品种是解决过度使用化学农药的有效途径之一。因此，积极开展哈密瓜抗蚜虫机制和相关基因的定位研究，将对减轻害虫的危害、减少化学杀虫剂的使用具有积极的意义。

有关其他作物抗蚜性的研究国内外均有大量报道，但主要集中在小麦[1]、棉花[2]、高粱[3]和黄瓜[4]等作物上，而甜瓜抗蚜性研究的报道还是比较少。美国的Bohn等[5]进行了甜瓜抗蚜虫资源的研究，认为LJ90234（印度的代号为PI 371395）抗性较强;LJ90230（印度的代号为PI 161375）和LJ90254（韩国的代号为PI 255478）抗性中等。研究成果表明甜瓜品系LJ90234对棉蚜的抗性由一对显性单基因Ag控制[6]。在多种甜瓜（Cucumis melo L.）的资源中均找到了与抗蚜虫相关的物质，Chen等[7]对抗性强和易感蚜虫的植株取其韧皮部的汁液做化学成分的分析，通过比对分析认为含硫基的谷氨酸和氨基酸可能与抗蚜性存在一定的关联。自交系LK-0402是新疆维吾尔自治区葡萄瓜果研究所自交获得的高代自交系，其表现为对蚜虫高抗，品质优良，现已成为许多甜瓜育种家关注的重要亲本材料之一，目前国内外关于甜瓜抗蚜机制的研究报道较少，因此笔者开展甜瓜抗蚜性的研究，探讨特定抗蚜基因的作用机制，为抗蚜育种提供理论参考。了解抗蚜机制是抗蚜育种的重要一环，可为厚皮甜瓜抗蚜用于降低虫害造成的农业经济损失，减少农药使用，有效降低农残，节约生产成本，大力发展绿色、有机农业奠定基础。

1 材料與方法

1.1 材料

供试材料为自育高代自交系LK-0402和新疆早熟哈密瓜品种黄醉仙，以黄醉仙为对照，二者均由新疆维吾尔自治区葡萄瓜果研究所提供。

自育高代自交系LK-0402：圆形果，灰绿底，花头细绿瓣，网纹中密、全，肉色橘红、肉质细、脆、蜜甜，单瓜质量1.8 kg左右，抗蚜性状良好。黄醉仙：卵圆形果，黄皮，网纹细、中密或稀网，白色肉，肉质细、软，醇香，单瓜质量2.0 kg左右，易感蚜。

虫源来源：2017年冬季加温温室内的嫁接西瓜，接种时选择3龄期幼虫。

试验在新疆维吾尔自治区葡萄瓜果研究所实验室内进行，每个处理10株，3次重复。2018年3月将LK-0402和黄醉仙温汤浸种后分别播于50穴盘，随后将穴盘置于光照培养箱内，白天温度25 ℃，夜间温度15 ℃，相对湿度65%。待幼苗至3叶1心时进行接种，接种时选择无翅雌成蚜接种于叶片背面，每株2头，接种后用60目防虫网将穴盘相互隔离开。接种第2天起调查蚜虫虫口数量，直至第7天结束。调查结束后选取叶龄一致的叶片用于测定可溶性糖、可溶性蛋白、游离氨基酸含量和苯丙氨酸转氨酶（PAL）活性。该试验为完全随机设计。

1.2 测定指标及方法

蚜虫虫口数量调查：每品种随机选择5株进行调查，计算叶片上所有蚜虫虫口数量。

可溶性糖含量采用蒽酮法测定[8];可溶性蛋白含量采用考马斯亮兰G-250染色法测定[9];游离氨基酸含量采用茚三酮法测定[10];PAL（苯丙氨酸转氨酶）活性参考毛爱军等[11]的方法测定。

1.3 数据分析

利用Excel 2007进行数据初步分析，利用SPSS 17.0进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 厚皮甜瓜蚜虫虫口数量的变化

由图1可以看出，从第3天开始不同甜瓜材料上的蚜虫数量迅速增加，随接种时间的增加，蚜虫虫口数量也逐渐增加，黄醉仙为25头，LK-0402为8头，存在着明显的差异，到第5天黄醉仙叶片的虫口数量为69头，为LK-0402的23头的3倍，调查第8天时均达到最大值，LK-0402的蚜虫虫口数量为71头，黄醉仙高达165头，仍是LK-0402的2倍多。说明LK-0402材料具有抗蚜性。

2.2 抗蚜材料和感蚜材料接种瓜蚜后可溶性糖含量的变化

由图2可以看出，接种蚜虫前LK-0402叶片中可溶性糖含量初始值比对照黄醉仙低15.21%，两者存在显著差异;接种蚜虫后LK-0402和对照黄醉仙可溶性糖含量均降低，降低后的值也同样低于对照黄醉仙26.60%，两者存在显著差异。且LK-0402和对照黄醉仙叶片中可溶性糖含量的值，与接种蚜虫前比分别降低了31.29%和20.62%，同样存在显著差异。说明LK-0402抗蚜性与接种蚜虫后可溶性糖含量的变化有关。

2.3 抗蚜材料和感蚜材料接种瓜蚜后游离氨基酸含量的变化

由图3可以看出，接种前LK-0402游离氨基酸含量的初始值低于对照黄醉仙的2.70%，接种蚜虫后LK-0402和对照黄醉仙游离氨基酸含量均降低，降低后的值也同样低于对照黄醉仙0.67%，但差异不显著。且LK-0402和对照黄醉仙游离氨基酸含量的值，与接种蚜虫前比分别降低了4.31%和6.26%，差异不显著。因此，游离氨基酸含量对抗蚜性的影响还有待进一步研究。

2.4 抗蚜材料和感蚜材料接种瓜蚜后可溶性蛋白含量的变化

由图4可以看出，接种前LK-0402叶片中可溶性蛋白含量的初始值比对照黄醉仙低15.49%，两者差异显著，这会降低蚜虫的适口性，使得LK-0402叶片对蚜虫的吸引力下降。接种后LK-0402和对照黄醉仙叶片中可溶性蛋白含量均降低，降低后LK-0402比对照低33.49%，两者差异显著。且LK-0402和对照黄醉仙叶片中可溶性蛋白含量的值，与接种蚜虫前相比，分别降低了24.51%（差异显著）和4.08%（差异不显著）。说明可溶性蛋白含量的变化也影响着LK-0402材料的抗蚜性。

2.5 抗蚜材料和感蚜材料接种瓜蚜后PAL活性的变化

由图5可以看出，LK-0402和对照黄醉仙未接种蚜虫前，LK-0402的PAL活性高于对照黄醉仙801.84%，差异显著;接种蚜虫后，LK-0402和对照黄醉仙PAL活性均升高，LK-0402的PAL活性的初始值高于对照黄醉仙，升高后的值也同样高于对照黄醉仙787.26%，差异均显著。且LK-0402和对照黄醉仙的PAL活性与接种蚜虫前比分别升高了11.15%（差异显著）和12.98%（差异不显著）。说明PAL活性的升高保证了苯丙烷途径的顺利进行，以及与抗虫有关的次生代谢物质迅速产出。

3 讨论与结论

不同甜瓜品种上生长的瓜蚜，其发育和繁殖能力有所不同。笔者在本试验中发现，在一定时期内，蚜虫的种群数量随着甜瓜的生长持续增加，但LK-0402接种后蚜虫的繁殖速度明显低于对照黄醉仙，第8天时对照上的蚜虫数量还是LK-0402的2倍多，表明在LK-0402上的瓜蚜生活不正常，繁殖率低。这与任佳等[12]、季春梅等[13]的研究结果一致。

糖和游离氨基酸都是蚜虫生长所需的主要营养物质。在蚜虫的发育过程中，植物叶片中所含的游离氨基酸和可溶性糖过低或过高都不利于蚜虫的正常生长发育。植物体内可溶性糖含量过低，会引起蚜虫营养不良等;反之，则蚜虫排出糖类物质的代谢压力越大，对其生长发育越不利。陈青[14]和谢永寿等 [15]的研究结果表明，植物组织中所含的可溶性糖和游离氨基酸是植物具有抗蚜性的主要原因之一。本试验中LK-0402叶片中游离氨基酸和可溶性糖含量较低，接种蚜虫后2份材料游离氨基酸和可溶性糖含量均降低，特别是LK-0402叶片中可溶性糖含量低，必然影响蚜虫的生长发育和繁殖。因此，可溶性糖含量低是LK-0402具有抗蚜能力的原因之一。

王涛等 [16]在研究无毛黄瓜抗白粉虱和抗蚜机制过程中均发现次生代谢酶活性有所增强，次生代谢作为一种蛋白质同样参与影响瓜蚜的取食行为。植株中可溶性蛋白含量高易受到蚜虫的侵染，含量低的则具有一定的抗蚜性。本研究结果与其部分一致。LK-0402可溶性蛋白含量较低，接种8 d后其值也显著低于对照，导致蚜虫无法获得足够的营养物质来完成自身的成长和发育。

张丽等[17]和马荣金等[18]研究发现，瓜蚜危害胁迫后PAL活性在抗蚜品种中高于感蚜品种。LK-0402对瓜蚜的抗性可能与其叶片营养成分、次生代谢物质等与对照存在一定差异有关。本试验结果表明，LK-0402和对照黄醉仙未接种蚜虫前，LK-0402的PAL活性高于对照黄醉仙，接种蚜虫后LK-0402和对照黄醉仙的PAL活性均升高，升高后的值也同样高于对照黄醉仙。

本试验结果为甜瓜抗蚜的分子机制研究提供了理论数据，但是要彻底阐明其机制还有待对它们的相关性和抗虫基因进行深入研究。许多研究者的结果表明，植株体内的次生代谢物质和相关酶是赋予品种抗蚜性的主要因素。深入研究各种次生代谢物质在甜瓜品种抗蚜性中的作用，将为甜瓜抗蚜育种奠定坚实基础。

参考文献

[1] 李贤庆，郭线茹，曹雅忠.不同小麦品种对麦蚜抗性机制研究进展[C]//河南省植保学会第八次、河南省昆虫学会第七次、河南省植病学会第二次会员代表大会暨学术讨论会论文集，2005.

[2] 王洪亮，王丙丽，周琳，等.棉蚜在不同棉花品种上的着落量和种群数量的研究[J].干旱地区农业研究，2006，24（4）：218-221.

[3] 常金华，夏雪岩，张丽，等.高粱抗蚜基因的遗传分析和SSR标记定位[J].草业学报，2006，15（2）：113-118.

[4] 雷关红，胡丽丽，刘亚丽，等.无毛黄瓜抗蚜与叶片营养物质关系的探究[J].山东农业科学，2013，45（7）：95-98.

[5] BOHN G W，KISHABA A N，PRINCIPE J A，et al.Tolerance to melon aphid in Cucumis melo L.[J].Journal of the American Society for Horticultural Science，1973，98（1）：37-40.

[6] 张文珠，李加旺.蔬菜抗虫育种研究现状与前景[J].河南农业大学学报，1999，33（4）：360-363.

[7] CHEN J Q，RAHB Y，DELOBEL B，et al.Melon resistance to the aphid Aphis gossypii： Behavioural analysis and chemical correlations with nitrogenous compounds [J].Entomologia Experimentalis et Applicata，1997，85（1）：33-44.

[8] 刘海英，王华华，崔长海，等.可溶性糖含量测定（蒽酮法）实验的改进[J].实验室科学，2013，16（2）：19-20.

[9] 曲春香，沈頌东，王雪峰，等.用考马斯亮蓝测定植物粗提液中可溶性蛋白质含量方法的研究[J].苏州大学学报（自然科学版），2006，22（2）：82-85.

[10] 王文平.植物样品中游离氨基酸总量测定方法的改进[J].北京农学院学报，1998，13（3）：9-13.

[11] 毛爱军，王永健，冯兰香，等.水杨酸诱导辣椒抗疫病生化机制的研究[J].中国农学通报，2005，21（5）：219-222.

[12] 任佳，周福才，陈学好，等.黄瓜叶片物理性状对黄瓜抗蚜性的影响[J].中国生态农业学报，2014，22（11）：52-57.

[13] 季春梅，曹辰兴，雷关红，等.黄瓜诱导抗蚜性与次生代谢相关酶活性的关系[J].山东农业科学，2011（10）：32-35.

[14] 陈青.几种生化物质与辣椒抗蚜性的相关性[J].园艺学报，2002，29（6）：533-536.

[15] 谢永寿，杨奇华，谢以铨，等.冬小麦品种中糖及氨基酸含量与抗麦长管蚜的关系[J].植物保护学报，1987，14（1）：37-38.

[16] 王涛，雷关红，曹辰兴，等.温室白粉虱对无毛黄瓜叶片PAL、PPO、POD活性的影响[J].山东农业科学，2011（9）：81-84.

[17] 张丽，常金华，罗耀武.不同高粱基因型感蚜虫前后POD、PPO、PAL酶活性变化分析[J].中国农学通报，2005，21（7）：40-42.

[18] 马荣金，李田田，刘桂军，等.不同黄瓜材料抗蚜性与部分次生代谢物及其相关酶活力的关系[J].中国农学通报，2015，31（19）：80-86.