木薯葉片厚度、蠟質(zhì)含量和氣孔密度與抗朱砂葉螨的關(guān)系

肖建輝 周穎 葉劍秋 覃新導(dǎo)

摘 要 為明確不同木薯品種的葉片組織結(jié)構(gòu)與抗朱砂葉螨的關(guān)系，通過(guò)對(duì)木薯田間螨害情況的調(diào)查，計(jì)算出感、抗性穩(wěn)定的感螨品種華南101、華南124和抗螨品種華南7號(hào)、華南13號(hào)的螨害指數(shù)，同時(shí)對(duì)葉片的相關(guān)物理性狀進(jìn)行測(cè)定，分析了葉片厚度、蠟質(zhì)含量和氣孔密度與木薯抗朱砂葉螨的關(guān)系。結(jié)果表明：4份木薯種質(zhì)華南101、華南124、華南7號(hào)和華南13號(hào)的螨害指數(shù)依次為89.2%、65.8%、38.3%和0.8%；木薯葉片厚度與螨害指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)；氣孔密度與螨害指數(shù)呈顯著正相關(guān)；蠟質(zhì)含量與螨害指數(shù)無(wú)顯著相關(guān)性。上述結(jié)果為深入探究木薯抗螨機(jī)制提供了初步的理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 木薯；朱砂葉螨；抗性；物理性狀

中圖分類(lèi)號(hào) S533 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 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，與紅薯、馬鈴薯并稱(chēng)世界3大薯類(lèi)，綜合利用價(jià)值極高，具有耐旱耐瘠的特性。除了供人類(lèi)食用和用于動(dòng)物飼料，木薯淀粉或干片還用于發(fā)酵酒精，且已成為中國(guó)“非糧”燃料乙醇生產(chǎn)中唯一一個(gè)達(dá)到規(guī)模化生產(chǎn)的作物[1-2]。目前中國(guó)栽培木薯的省份多分布在華南地區(qū)，其中以廣西、廣東和海南栽培最多[3]，但木薯病蟲(chóng)害成了制約國(guó)內(nèi)木薯種植產(chǎn)業(yè)的一大阻礙。在危害木薯的主要蟲(chóng)害中，朱砂葉螨害有加重趨勢(shì)，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致減產(chǎn)50%～ 70%[4]。朱砂葉螨（Tetranychus cinnabarinus）屬蛛形綱真螨目葉螨科，其寄主植物廣泛，為世界性害螨，主要以幼螨、若螨和成螨在葉子背面刺吸汁液，使木薯葉片失綠黃化，影響光合作用效率。國(guó)內(nèi)曾報(bào)道了113種作物受到螨害，包括棉花、豆類(lèi)、瓜類(lèi)和甘薯等在內(nèi)，遍及10多個(gè)省[5]。

目前，國(guó)外缺乏對(duì)木薯抗螨機(jī)理的深入研究，國(guó)內(nèi)在抗性評(píng)價(jià)和生理生化層面做了初步研究，但缺少對(duì)葉片物理抗性的研究。葉劍秋[6]對(duì)國(guó)內(nèi)外217份木薯種質(zhì)進(jìn)行了朱砂葉螨的田間抗性評(píng)價(jià)，篩選出了從高抗到高感不同抗性級(jí)別的品系；李遷[7]對(duì)朱砂葉螨為害前后的8個(gè)木薯品種相關(guān)防御酶活性進(jìn)行了測(cè)定，發(fā)現(xiàn)SOD、POD、PPO和CAT活性與木薯抗螨性呈顯著正相關(guān)；陸柳英等[8]研究結(jié)果表明木薯品種的抗螨性與葉色值呈顯著正相關(guān)。大量文獻(xiàn)表明，除了生理生化特性與抗蟲(chóng)密切相關(guān)外，作物的茸毛、蠟質(zhì)、氣孔和葉片厚度等物理形態(tài)特征也與抗蟲(chóng)密切相關(guān)。在與西瓜抗蚜性有關(guān)的物理性狀研究中發(fā)現(xiàn)，葉片氣孔密度、茸毛密度以及蠟質(zhì)含量與抗蚜性呈顯著正相關(guān)[9]；高粱和甘蔗的葉片厚度與抗蚜性呈負(fù)相關(guān)[10-11]；棉花的葉片厚度與抗螨性呈正相關(guān)而與抗綠盲蝽無(wú)關(guān)[12-13]。

植物對(duì)害蟲(chóng)的物理防御是植株抗蟲(chóng)的第一道防線，對(duì)其進(jìn)行研究是探究作物抗蟲(chóng)性的基礎(chǔ)工作。本研究對(duì)不同木薯品種進(jìn)行田間抗螨評(píng)價(jià)，再對(duì)其葉片的相關(guān)物理特性進(jìn)行測(cè)定，分析木薯葉片厚度、蠟質(zhì)含量和氣孔密度與品種抗螨的相關(guān)性，找到與木薯抗螨有關(guān)的物理性狀，為木薯抗螨機(jī)制研究提供較為全面的前期理論支持，也為木薯良種的選育奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

木薯品種：華南101、華南124、華南7號(hào)和華南13號(hào)，由中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所提供種莖，在室內(nèi)和田間栽培種植。

儀器：超景深三維顯微鏡（基恩士，VHX-5000）；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器（上海亞榮，RE-2000B）。

1.2 方法

1.2.1 木薯抗螨性鑒定 根據(jù)葉劍秋[6]對(duì)木薯種質(zhì)抗螨性的田間評(píng)價(jià)方法，在螨害高峰期采用隨機(jī)抽樣方式，調(diào)查受害程度，并計(jì)算螨害指數(shù)。其中受害程度分為如下5級(jí)：

0級(jí)：葉片未受螨害，植株生長(zhǎng)正常；

1級(jí)：葉片表面出現(xiàn)黃色小斑點(diǎn)，受害輕微，螨害面積占葉片面積的25%以下；

2級(jí)：葉面出現(xiàn)黃斑，斑塊面積占葉片面積的26%～50%；

3級(jí)：葉面黃斑較多且成片，斑塊面積占葉片面積的51%～75%；

4級(jí)：葉片受害嚴(yán)重，黃斑面積占葉片面積76%以上，嚴(yán)重時(shí)葉片枯黃、脫落。

螨害指數(shù)/%=[∑（葉片受害級(jí)別×該級(jí)別葉片數(shù)）]×100/（調(diào)查總?cè)~片數(shù)×4）

在螨害指數(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)木薯種質(zhì)對(duì)朱砂葉螨的田間抗性鑒定評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[14]（表1）來(lái)確定木薯種質(zhì)的抗螨級(jí)別。

1.2.2 葉片厚度的測(cè)量 利用打孔烘干法測(cè)量比葉重，即單位葉面積葉片的干重[13，15]。取木薯植株頂部倒數(shù)第7片成熟葉，用直徑為1.0 cm的打孔器在葉片主脈兩側(cè)打孔取20個(gè)樣，在80 ℃烘箱內(nèi)烘干至恒重，用電子天平（精度為0.000 1）稱(chēng)重，然后計(jì)算。每品種重復(fù)3次，取平均值。

葉片厚度/（g/cm2）=葉片干重/葉面積

1.2.3 葉片表層蠟質(zhì)含量的測(cè)定 采用氯仿法[16]：以單位鮮葉重計(jì)算蠟質(zhì)含量，每品種重復(fù)3次，取平均值。

1.2.4 葉片氣孔密度的測(cè)定 利用超景深三維顯微鏡直接觀察。在氣孔完全開(kāi)放的晴天上午，每品種取上部向陽(yáng)的成熟葉片，保濕帶回室內(nèi)備用；避開(kāi)主葉脈，從背面的3個(gè)不同部位[17]（基部、中部和尖部）各剪取面積為1 cm2的小塊樣品，顯微鏡下對(duì)每塊樣品的下表皮進(jìn)行觀察拍照；隨機(jī)選取10個(gè)視野，每個(gè)視野拍1張照片，然后統(tǒng)計(jì)視野內(nèi)的氣孔個(gè)數(shù)，計(jì)算氣孔密度，每品種重復(fù)3次，取平均值。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel和SPSS 17.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同木薯品種對(duì)朱砂葉螨的抗性

4份木薯種質(zhì)抗螨性存在差異。華南13號(hào)的螨害指數(shù)為0.8%，表現(xiàn)為高抗，而華南101的螨害指數(shù)為89.2%，表現(xiàn)為高感；另外2份種質(zhì)華南124和華南7號(hào)螨害指數(shù)分別為65.8%、38.3%，表現(xiàn)為感和中抗（表2）。

2.2 木薯葉片厚度、表層蠟質(zhì)含量及葉片氣孔密度

不同木薯品種葉片厚度存在差異，其中葉片厚度最高的品種是華南13號(hào)，為55.39×10-4 g/cm2，最低的是華南124，為45.35×10-4 g/cm2，二者差異顯著（p<0.05）；華南101和華南7號(hào)的葉片厚度差異不顯著，分別為50.79×10-4 g/cm2和49.51×10-4 g/cm2（表3）。

不同木薯品種葉片表層蠟質(zhì)含量有差異，含量最高的品種是華南124，為8.33 mg/g，最低的是華南101，為7.17 mg/g，二者差異顯著（p<0.05）；而抗性品種華南7號(hào)和華南13號(hào)的蠟質(zhì)含量處于中等水平，分別為7.60 mg/g和7.70 mg/g，差異不顯著（表3）。

不同木薯品種葉片氣孔密度存在差異，密度最大的是華南124，為571.56個(gè)/mm2，其次是華南7號(hào)，為567.59個(gè)/mm2，二者差異不顯著；氣孔密度較小的是華南101，為492.22個(gè)/mm2，最小的是華南13號(hào)，為328.02個(gè)/mm2，二者與其他品種均存在顯著性差異（表3）。

2.3 木薯葉片厚度、蠟質(zhì)含量和氣孔密度與螨害指數(shù)的關(guān)系

分析結(jié)果顯示，木薯的葉片厚度與螨害指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，氣孔密度與螨害指數(shù)呈顯著正相關(guān)，表明木薯葉片越厚、氣孔密度越小，木薯品種對(duì)朱砂葉螨的抗性越高，因?yàn)轵χ笖?shù)越高則木薯的抗螨性越低；木薯葉片表層蠟質(zhì)含量與螨害指數(shù)無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系（表4）。

3 討論

通過(guò)田間螨害情況的調(diào)查，根據(jù)木薯田間抗螨性的鑒定評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)研究人員已經(jīng)對(duì)國(guó)內(nèi)外上百份木薯種質(zhì)資源的抗螨級(jí)別進(jìn)行了評(píng)定，但存在對(duì)同一品種不同抗性級(jí)別的評(píng)價(jià)結(jié)果。例如，葉劍秋[6]和李遷[7]對(duì)華南205、華南205多倍體、華南101、ZM8229、ZM8752、瑞士S8和瑞士B25等抗性級(jí)別的評(píng)價(jià)結(jié)果不同，表明同一木薯種質(zhì)在不同的環(huán)境中對(duì)害螨的抗性不同，這可能是由于環(huán)境條件改變了木薯相關(guān)理化指標(biāo)而導(dǎo)致的。本研究的木薯種質(zhì)材料均種植于相對(duì)一致的環(huán)境里，保證了種質(zhì)抗性趨勢(shì)的穩(wěn)定性。

利用物理和生理生化指標(biāo)探究作物的抗病蟲(chóng)機(jī)制，在許多傳統(tǒng)作物上已經(jīng)做了大量研究工作，而木薯抗螨機(jī)制的相關(guān)研究較少，陸柳英等[8]研究了木薯葉片厚度與抗螨的關(guān)系，表明二者的相關(guān)性不顯著，與本研究結(jié)果不同，這可能與材料和測(cè)量方法的不同有關(guān)。葉片氣孔是刺吸式害螨的天然孔道，Skorupska[18]對(duì)蘋(píng)果的抗螨研究結(jié)果顯示，葉片氣孔密度與抗螨性呈負(fù)相關(guān)，這與本研究的結(jié)果相一致。葉片表層蠟質(zhì)含量與植物抗刺吸式害蟲(chóng)的關(guān)系在許多研究[19]中結(jié)果不一，有的蠟質(zhì)含量越高對(duì)蚜蟲(chóng)的抗性也越高；有的蠟質(zhì)較少的比蠟質(zhì)多的更抗蚜蟲(chóng)，蠟質(zhì)過(guò)少又失去了抗性。有研究顯示[20]蠟質(zhì)的多少和結(jié)構(gòu)會(huì)共同影響葉片對(duì)特定波長(zhǎng)的光的反射，進(jìn)而干擾昆蟲(chóng)對(duì)寄主的選擇，因此僅從蠟質(zhì)的含量來(lái)判斷蠟質(zhì)與作物抗蟲(chóng)的關(guān)系并不準(zhǔn)確。所以本研究結(jié)果雖然顯示蠟質(zhì)含量最高和最低的木薯品種均為敏感品種，但并不能因此而確定蠟質(zhì)與木薯的抗螨性無(wú)關(guān)，還應(yīng)將蠟質(zhì)的光學(xué)特性考慮在內(nèi)，具體有待更為詳細(xì)的研究。

本研究在田間螨害調(diào)查和抗性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上明確了木薯的抗螨性與葉片厚度呈顯著正相關(guān)，與氣孔密度呈顯著負(fù)相關(guān)，而與蠟質(zhì)含量的相關(guān)性不顯著。該結(jié)果表明木薯葉片越厚、氣孔密度越小，木薯品種對(duì)朱砂葉螨的抗性水平就越高。而關(guān)于木薯葉片的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和次生物等其他生理生化指標(biāo)與抗螨性的關(guān)系有待進(jìn)一步研究。

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