黃瓜抗枯萎病研究進展

李亞莉 侯棟 岳宏忠 張東琴

摘要：對黃瓜枯萎病病原、黃瓜枯萎病抗性機理、黃瓜枯萎病抗性鑒定、黃瓜枯萎病遺傳規律、黃瓜枯萎病分子標記等方面的研究進展進行了綜述。

關鍵詞：黃瓜枯萎病；抗性鑒定；抗性機理；遺傳規律；分子標記

中圖分類號：S436.421.1 文獻標志碼：A 文章編號：1001-1463（2018）05-0077-04

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2018.05.023

黃瓜（Cucumis sativus L.）又叫胡瓜，是葫蘆科一年蔓生或攀援草本植物，原產于熱帶森林濕潤地區，現在廣泛種植于溫帶和熱帶地區[1 ]。目前，我國黃瓜是栽培面積較大、產量較高、經濟效益較好的蔬菜之一[2 ]。因其口感清香爽脆，成為人們喜食的主要蔬菜之一[3 ]。黃瓜枯萎病，又名萎蔫病、死秧病、蔓割病。該病是從根或根頸部侵入，在維管束內寄生的系統性病害。主要致病菌為尖孢鐮刀菌黃瓜專化型[Fusarium oxysporum （Schl.） f. sp. cucumerinum Owen.]，該菌在土壤、病殘體及未腐熟的農家肥及種子上越冬，成為翌年的初侵染源，可借土壤、種子、雨水、灌溉水、農業器具等進行傳播。黃瓜枯萎病在露地和保護地均可發生，發病率一般在10%～30%，重茬地在80%～90%，給蔬菜生產者帶來嚴重甚至毀滅性的經濟損失[4 ]。目前，市場上防治黃瓜枯萎病的農藥較多，但效果不佳。輪作倒茬可有效減輕黃瓜枯萎病的發生，這使蔬菜生產者需求的作物和需要輪作的作物之間產生矛盾。嫁接防治是近年來普遍使用的防治方法，但費工費時且成本較高。選育抗病品種是防治黃瓜枯萎病最高效、安全、經濟的方法[5 - 6 ]。我們系統歸納了黃瓜枯萎病病原、抗性鑒定方法、抗性機理、遺傳規律、分子標記的研究進展，以期為國內外篩選抗枯萎病的黃瓜新種質，利用分子標記和傳統育種相結合的方法選育抗枯萎病的黃瓜新品種提供理論依據。

1 黃瓜枯萎病病原

枯萎病是世界各國黃瓜生產中的主要病害之一，其病原菌為半知菌亞門鐮孢菌屬尖孢鐮刀菌黃瓜專化型[Fusarium oxysporum （Schl.） f. sp. cucumerinum Owen.]。病原菌有大小兩種分生孢子，大型分生孢子鐮刀形或紡錘形，無色透明，頂細胞圓錐形，有的微呈鉤狀，基部倒圓錐形，隔膜1～3個；小型分生孢子多氣生于菌絲中，無色透明，橢圓形或臘腸形，無隔膜。厚垣孢子表面光滑，黃褐色。目前，從黃瓜枯萎病株中分離的病原菌主要有尖孢鐮刀菌（Fusarium oxysporum）、串珠鐮刀菌（F. moniliforme）、茄病鐮刀菌（F.solani）、木賊鐮刀菌（F.equiseti）、半裸鐮刀菌（F.semitectum）、磚紅鐮刀菌（F.lateritum）、銳頂鐮刀菌（F. acuminatum）、腐皮鐮刀菌（F.solani）、輪枝鐮刀菌（F. verticillioides）、層出鐮刀菌（F. proliferatum），但前人都認為尖飽鐮刀菌是最主要的致病菌[7 - 9 ]，其它菌株為非致病菌或弱毒株。尖孢鐮刀菌黃瓜專化型存在生理分化現象，目前發現有4個生理小種，即生理小種1、2、3、4號。前人采用3個黃瓜品種Msu441034、Msu5819、P1390265分別鑒定了美國、以色列和日本的枯萎病菌株，3個國家的菌株分別被命名為1、2、3號生理小種。我國學者研究發現，我國各地黃瓜枯萎病致病菌株的致病反應一致，且與上述3個生理小種不同，所以將我國黃瓜枯萎病的致病菌命名為4號生理小種[7 ]。

2 黃瓜抗枯萎病機理

當植物受到冷、熱、旱、澇、病蟲害等脅迫后，有些植物被致死，有些植物的生理活動雖然受到影響，但可以存活。植物長期在這種環境脅迫下，有些性狀被保留并加強，有些性狀被淘汰。植物通過長期的進化和適應，就會形成對環境的適應能力，即可抵御環境的脅迫。 植物在進化過程中對病原菌也會產生抗病防御機制，這些防御機制可有效抵制病原菌的侵染。黃瓜對枯萎病的抗性機理包括形態學抗性和生理生化抗性。前人研究發現，抗病品種較感病品種在組織結構上更有利于阻止病原菌的侵染。如陳珉等[7 ]發現，病菌從傷口侵入導管后菌絲向上擴展的速度在抗病品種中較感病品種中慢，抗病品種的皮層薄壁細胞間隙未觀察到菌絲，但可觀察到木質部導管中出現侵填體、壁的覆蓋物、褐色物質及皮層薄壁細胞木栓化，這些現象在抗病品種中出現較快。苗琛等[10 ]研究表明，黃瓜枯萎病菌大部分從根部或根莖的受傷部位侵入，木質部導管產生灰褐色的物質和侵填體，管壁加厚，篩板產生加厚現象并形成胼胝體，這種現象在抗病品種中出現更快、頻率更高。馬艷玲等的研究表明，病原菌侵染寄主后，抗病材料和感病材料的組織結構明顯不同，抗病材料有角質層，導管類型分為環紋和網紋兩種，但感病材料無角質層，僅有環紋一種導管。病原菌侵入后，抗病材料細胞壁的增厚現象出現較快，并出現褐色物、侵填體等，感病材料僅生成胼胝體[7 ]。病原菌侵染能使植株細胞的生理生化發生改變。有些酶能抵御活性氧及氧自由基對細胞膜的損傷，使植物對病原菌的抵御能力加強，但對抗病反應機制中的變化規律說法不一。如徐建華等[11 ]、李新等[12 ]認為，黃瓜抗病材料中的多酚氧化酶、過氧化物酶和苯丙氨酸解氨酶的活性均高于感病品種。但許啟新等[13 ]研究認為，黃瓜枯萎病的抗性與過氧化物酶活性呈負相關。關于黃瓜被枯萎病侵染的生理生化變化，國內外還有一些報道。如馬艷玲等研究表明，黃瓜枯萎病的抗性與苯丙氨酸解氨酶的活性呈正相關關系[7 ]。余文英等[14 ]研究表明，枯萎病菌侵染黃瓜后，根際脲酶、過氧化氫酶、纖維素酶、堿性磷酸酶活性降低且與對照差異顯著，前期纖維素酶、過氧化氫酶活性在抗病品種較感病品種中上升幅度快，后期堿性磷酸酶、脲酶活性在感病品種中較抗病品種的上升幅度快，抗感品種的過氧化氫酶活性差異達顯著水平。史娟 等[15 ]研究發現，幾丁質酶在高抗黃瓜品種津雜4號中的增加幅度遠大于感病品種津研四號。巨靈君等[16 ]研究表明，植株的抗病性與綠原酸、阿魏酸含量呈顯著正相關，與游離氨基酸含量無顯著差異。

3 黃瓜枯萎病抗性鑒定

抗病性鑒定是選育抗病品種的基礎，抗病性鑒定方法主要有苗期抗性鑒定、成株期抗性鑒定和分子標記鑒定。成株期抗性鑒定一般采用田間自然感染病原的方法進行接種，接種不能量化，且不均一，鑒定時間需要2 a以上，試驗群體較大，費工費時。目前報道的分子標記鑒定的引物較多，但能實際應用的較少。黃瓜枯萎病的抗性鑒定一般采用室內苗期接種的方法，目前國內外黃瓜枯萎病苗期抗性鑒定主要利用胚根接種法、灌根法、菌土法、浸根法和病原菌毒素濾液浸苗法等5種方法。國外報道的黃瓜枯萎病接種方法主要有灌根法、菌土法和沾根法3種，并以灌根法和菌土法為主[17 - 18 ]；國內采用較多的是胚根接種法、灌根接種法和浸根接種法。由于胚根接種法較為簡便，所以翁祖信等[19 - 20 ]的胚根接種法被我國許多學者采用。另外還有人利用病原菌毒素濾液浸苗法接種黃瓜枯萎病菌[21 ]。近年來，我國學者周紅梅等[22 ]和陳風春[23 ]均對培根接種法、浸根接種法、灌根接種法進行了試驗，均認為浸根接種法效果最好。目前，國內外黃瓜枯萎病的接種方法沒有統一的標準。

4 黃瓜抗枯萎病遺傳規律

目前，國內外對黃瓜枯萎病的抗性遺傳規律存在以下幾種觀點。有人認為黃瓜枯萎病的抗性受1對顯性基因控制；也有人認為黃瓜枯萎病抗性遺傳是數量性狀遺傳，抗性表現為完全顯性或部分顯性，抗病親本和感病親本的雜交F1代的抗性介于雙親平均抗病指數和抗病親本的抗病指數之間。另外，王亞娟[24 ]認為黃瓜枯萎病的抗性由部分隱性基因控制；陳珉[25 ]和樂素菊[26 ]認為黃瓜枯萎病的抗性受細胞核的控制，也有人認為黃瓜枯萎病的抗性受細胞質的控制[12 ]。由于黃瓜對枯萎病的抗性受寄主、病原和環境的共同影響，因此，對黃瓜枯萎病抗性遺傳規律的研究存在分歧。

5 黃瓜抗枯萎病分子標記研究進展

目前分子標記應用于作物遺傳育種較為普遍，SSR、RFLP、RAPD、AFLP是目前比較常用的分子標記技術 [27 - 29 ]。近年來SSR分子標記技術應用較多，它具有簡便、穩定、多態性高的特點，優于其它標記。全球葫蘆科作物研究者開發了數千對SSR標記，用于構建遺傳圖譜、分析遺傳多樣性和研究標記的多態性 [30 - 33 ]。任毅[34 ]為黃瓜SSR標記奠定了基礎，構建出一張高密度黃瓜SSR遺傳圖譜，該圖譜包括7個連鎖群，995個SSR標記，覆蓋573 cM，平均密度0.6 cM。國內外黃瓜抗枯萎病分子標記輔助育種逐漸開展。王亞娟[24 ] 采用SSR和AFLP技術，以抗枯萎病黃瓜親本Q9和感枯萎病親本Q10的F2代分離群體為試驗材料，研究了與黃瓜抗枯萎病相關基因緊密連鎖的分子標記，找到1個與黃瓜抗枯萎病基因連鎖的共顯性標記（E25M70-170 bp/167 bp），篩選出的標記與黃瓜抗枯萎病基因間的距離為8.12 cM；利用SSR反應體系，篩選出的標記與抗枯萎病基因之間的距離為5. 98 cM。張海英等[32 ]以“WI2757”和“津研2號”為試材，將黃瓜抗枯萎病基因定位在第10連鎖群上。張海霞等[35 ] 利用RAPD 和BSA技術，以WIS2757×津研2號及F2代為試驗材料，篩選出與黃瓜枯萎病抗性相關基因緊密連鎖的RAPD標記。馮建明等[36 ]以同樣的遺傳群體進一步獲得兩個黃瓜抗枯萎病標記，連鎖距離分別為14 cM和7 cM。Zhang S.P.等[37 ]開發出黃瓜抗枯萎病的SSR標記，并對抗病基因進行了定位。周紅梅等[38 ] 也以WIS2757×津研2號及F2 分離群體為試驗材料，通過SSR分析，得到與黃瓜抗枯萎病基因（Foc-4）緊密連鎖的9個SSR標記，將基因Foc-4定位于2號染色體上，連鎖距離分別為1.0 cM 和0.9 cM。目前黃瓜基因組測序完成，在黃瓜抗病相關基因研究方面，分析目標抗病基因和抗病基因同源序列（RGA）的關系，用比較基因組學的方法更易發現新的抗病基因。沈鳳瑞等[39 ]利用基因差異顯示技術（DDRT-PCR），以抗枯萎病黃瓜材料‘Cu14為試驗材料，研究了黃瓜抗枯萎病相關基因，獲得有328個核苷酸的差異基因A178-2，發現該基因中有145個核苷酸同源于擬南芥泛素蛋白，這可能與免疫應答、脅迫反應等有關。另外，Vakalounakis[40 ] 研究發現，黃瓜抗枯萎病基因與抗黑星病基因緊密連鎖。毛愛軍等[41 ]利用WI2757×JY-2為遺傳群體，發現抗枯萎病基因和抗黑星病基因連鎖，連鎖距離為17.5 cM。

6 結束語

目前，我國黃瓜枯萎病的主要致病菌為尖孢鐮刀菌黃瓜專化型[Fusarium oxysporum （Schl.） f. sp. Cucumerinum Owen.]生理小種4號，但由于病原菌存在不斷的演變和進化，所以對黃瓜枯萎病病原菌的研究與鑒定必須持久不斷的深入。黃瓜枯萎病的抗性鑒定方法較多，但還是以苗期抗性鑒定為主。前人對黃瓜枯萎病抗性機理研究較多，但由于試驗所用的材料、方法及環境條件的不同，導致黃瓜抗枯萎病機理出現分歧。由于試驗所用抗、感枯萎病材料的不同，及抗性鑒定方法和環境的不同，導致對黃瓜枯萎病的抗性遺傳規律研究也存在分歧。分子標記的開發利用是分子生物學領域研究的熱點，相對于傳統育種方法，分子標記輔助育種能大大縮短育種周期。前人對黃瓜分子標記輔助育種報道較多，但這些連鎖標記不能與常規育種有效地結合。今后應不斷開發與傳統育種相結合的新型實用分子標記，使分子標記技術在黃瓜育種中的應用走向更加成熟的階段。

參考文獻：

[1] 吳克順，董吉德. 平涼市塑料大棚早春茬黃瓜引種試驗初報[J]. 甘肅農業科技，2016（1）：9-13.

[2] 李宗揚，秦智偉，周秀艷，等. 黃瓜種質資源果實苦味評價[J]. 長江蔬菜，2014（10）：8-12.

[3] 侯 棟，岳宏忠，張東琴，等. 保護地黃瓜新品種甘豐12號選育報告[J]. 甘肅農業科技，2014（7）：3-5.

[4] 蒲子婧，張艷菊，劉 東，等. 黃瓜枯萎病生物防治策略研究進展[J]. 中國蔬菜， 2011（6）：9-14.

[5] 黃仲生，楊玉菇. 黃瓜枯萎病病原菌鑒定及防治研究[J]. 華北農學報，1990，5（4）：99-104.

[6] 毛愛軍，張 峰，張麗蓉，等. 不同黃瓜材料對枯萎病的抗性評價[J]. 華北農學報，2008，23（2）：214-216.

[7] 陳勝萍，付麗軍，陳 志，等. 黃瓜抗枯萎病育種研究進展[J]. 河北農業科學，2011，15（11）：50-53.

[8]陳 霞，林 東，張艷菊，等. 黃瓜枯萎病病株鐮孢菌的分離與鑒定[J]. 東北農業大學學報，2010，41（7）：37-44.

[9] 楊曉賀，呂國忠，趙志慧，等. 東北地區蔬菜大棚內黃瓜枯萎病病株上鐮孢菌的分離和鑒定[J]. 沈陽農業大學學報，2007，38（3）：308-311.

[10]苗 琛，尚富德，江 靜，等. 西瓜枯萎病抗性的細胞學研究[J]. 四川大學學報（自然科學版），2004，

41（4）：196-199.

[11] 徐建華，利容千，王建波. 黃瓜不同抗病品種感染鐮刀菌枯萎病菌后幾種酶活性的變化[J]. 植物病理學報，1995，25（3）：239-242.

[12] 李 新，司龍亭. 黃瓜不同品種苗期感染枯萎病菌后幾種酶活性的變化[J]. 華北農學報，2007，（22）（增刊）：9-11.

[13] 許啟新，余紀柱，陸世釣. 黃瓜苗期過氧化物酶活性的變化規律及其與抗枯萎病的關系[J]. 上海農業學報，1994，10（3）：58-62.

[14] 余文英，詹光良，張紹升. 枯萎病對溫室黃瓜根際細菌生理菌群及酶活性的影響[J]. 福建農業學報，2011，26（4）：605-610.

[15] 史 娟，邱 艷，王紅玲，等. 黃瓜幾丁酶活性與其對枯萎病抗性的關系[J]. 寧夏農學院學報，2001，（4）：4-5.

[16] 巨靈君，劉永勝，云興福. 黃瓜枯萎病菌弱毒菌株誘導后葉片內幾種物含量的變化[J]. 內蒙古農業大學學報（自然科學版），2016，37（2）：10-16.

[17] OWEN J H. Fusarium wilt of cucumber[J]. Phytopathology，1955（45）：435-443.

[18] OWEN J H. Cucumber wilt，Caused by Fusarium oxysporum f. cucumennum N F[J]. Phytopathology，1956（46）：153-157.

[19] 翁祖信，蔣興祥，肖小文. 黃瓜枯萎病抗病性鑒定方法研究——胚根接種法[J]. 中國蔬菜，1985（2）：30-33.

[20] 翁祖信，蔣興祥，馮東聽. 病原及抗病性鑒定[M]//李樹德. 中國主要蔬菜抗病育種進展，北京：科學出版社，1995：378-380.

[21] 周凱南，張立修，呂士恩，等. 致病鐮刀菌毒素濾液浸苗鑒定作物苗期抗病性[J]. 山東農業大學學報，1987（4）：45-49.

[22] 周紅梅，毛愛軍，張麗蓉，等. 黃瓜枯萎病接種方法及抗性遺傳的研究[J]. 華北農學報，2010，25（4）：186-190.

[23] 陳風春. 黃瓜枯萎病接種方法及抗性遺傳規律研究[J]. 現代農業技術，2014（18）：142-146.

[24] 王亞娟. 黃瓜（Cucumis sativus L. ）枯萎病抗性相關基因的分子標記研究[D]. 楊凌：西北農林科技大學，2005.

[25] 陳 珉. 黃瓜枯萎病抗性遺傳及結構解剖的研究[D]. 廣州：華南農業大學，1999.

[26] 樂素菊，陳 珉，吳定華，等. 黃瓜枯萎病抗性遺傳規律研究[J]. 安徽農業大學學報，2014，41（2）：270-272.

[27] WELSH J，MCCLELL M. Fingerprinting genomes using PCR with arbitrary primers[J]. Nucleic Acids Res.，1990，18：7213-7218.

[28] WELSH J，MCCLELL M. Polymorphisms generated by arbitrarily primed PCR in the mouse application to strain identification and genetic mapping[J]. Nucleic Acids Res.，1991，19（2）：303-306.

[29] WILLIAMS J G K.，KUBELIK A R，LIVAK K J，et al. DNA polymorphisms amplified by arbitrary primers are useful as genetic markers[J]. Nucleic Acids Res.， 1990，18（22）：6531-6535.

[30] DANIN-POIEG Y R，BAUDRACCO-ARNAS S. Simple sequence repeats in Cucumis mapping and map merging [J]. Genome，2000，43：963-974.

[31] GONZALOM J，OLIVERM，GARCIA-MAS J，et al. Simple-sequence repeat markers used in merging linkage maps of melon （Cucumis melo L.） [J]. Theor. Appl. Genet.，2005，110（5）：802-811.

[32] KONG Q，XIANG C，YU Z. Development of EST-SSRs in Cucumis sativus from sequence database [J]. Molecular Ecology Notes，2006，6（4）：1234-1236.

[33] 張海英. 黃瓜重要抗病基因的分子標記研究及遺傳圖譜的構建[D]. 北京：中國農業科學院，2006.

[34] 任 毅. 黃瓜高密度SSR 遺傳圖譜構建及其應用[D]. 北京：中國農業科學院，2009.

[35]張海霞. 黃瓜抗枯萎病基因連鎖分子標記的研究[D]. 哈爾濱：東北農業大學，2006.

[36]馮建明，張海英，陳年來，等. 黃瓜重要病害抗性遺傳規律及相關分子標記研究進展[J]. 植物保護科學，2008，24（8）：368-372.

[37] ZHANG S P，MIAO H，YANG Y H，et al. A major quantitative trait locus conferring resistanceto Fusarium wilt was detected in cucumber by using recombinant inbred lines[J]. Molecular Breeding，2014（4）：1805-1815.

[38] 周紅梅，董從娟，張海英，等. 黃瓜抗枯萎病基因連鎖分析和定位[J]. 分子植物育種，2015，13（9）：1980-1986.

[39] 沈鳳瑞，吳 萍，毛愛軍，等. 黃瓜抗枯萎病黃瓜基因Cdna的分離與鑒定[J]. 華北農學報，2010，25（1）：40-43.

[40] VAKALOUNAKIS D J. Allelism of the Fcu-1 and Foc genes conferring resistance to Fusarium wilt in cucumber[J]. European Journal of Plant Pathology，1996，

102： 855-858.

[41] 毛愛軍，張 峰，張麗蓉，等. 黃瓜品系WIS2757 對黃瓜枯萎病生理小種4和黑星病的抗性遺傳與連鎖分析[J]. 中國農業科學，2008，41（10）：3382-3388.

（本文責編：陳 珩）