木薯不同品種朱砂葉螨抗性與其葉片內含物的關系

韋婉羚 羅興錄，2* 潘曉璐 吳美艷 劉珊廷 樊吳靜

(1.廣西大學 農學院, 南寧 530004； 2.亞熱帶農業生物資源保護與利用國家重點實驗室, 南寧530004)

木薯(ManihotesculentaCrantz)，又名樹薯，為大戟科(Euphorbiaceae)木薯屬(Manihot)直立灌木，是全球第六大糧食作物，與馬鈴薯和甘薯并稱世界三大薯類作物[1]，也是一種重要的淀粉作物和生物質能源作物[2-3]。廣西壯族自治區是我國最大的木薯生產省區，其木薯種植面積和鮮薯產量均居全國首位[4-5]。朱砂葉螨(Tetranychuscinnabarinus)， 俗稱紅蜘蛛，屬真螨目(Acariformes)葉螨科(Tetranychidae)葉螨屬(Tetranychus)，是危害木薯的主要害螨[6]。朱砂葉螨危害可造成木薯葉片逐步褪綠黃化、脫落和枝條干枯，嚴重時可導致整個植株死亡，大幅減產。據統計，在中國廣西壯族自治區、廣東省和海南省等主要木薯產區，朱砂葉螨危害一般情況下可導致當地木薯產量減少10%～30%，危害嚴重時可使木薯產量減少50%～70%[7]，這已成為制約木薯產業可持續發展的重要影響因素。此外，由于朱砂葉螨危害常發生于氣溫炎熱的6—9月，此時木薯處于塊根形成期，其植株較高大，而螨害通常大面積爆發，因朱砂葉螨個體小、繁殖快、寄生于葉片背部，因而難以防治。目前，尚未找到有效的環境友好型防治方法，朱砂葉螨防治手段仍以化學防控為主，長期以來朱砂葉螨已經對藥物產生一定的抗藥性，防治更為困難，同時對環境也有一定的污染[8]。因此，揭示木薯抗朱砂葉螨機理，選育抗朱砂葉螨木薯新品種，是木薯產業急需解決的重要問題。

黃潔等[9]對國家木薯種質資源圃中種植的531份木薯種質進行了朱砂葉螨抗性調查評價；韋威旭等[10]對比了‘華南5號’、‘華南10號’和‘南植199’等6個木薯品種對二點紅蜘蛛的抗性情況，并探討了木薯品種葉片顏色、厚度以及質地與抗性的關系。盧芙萍等[11]探討擬小食螨瓢蟲對木薯朱砂葉螨的選擇機制。陳顯雙等[12]調查木薯紅蜘蛛對‘華南205’、‘華南201’和 ‘南植199’等12個木薯品種的為害情況。朱成棟等[13]從葉綠素含量與光合特性相關的保護酶活性2個方面探討朱砂葉螨為害對木薯光合特性的影響。為解決化學防治帶來的諸多問題，利用植物自身防御機制來應對朱砂葉螨侵害的課題是當前急需攻克的難關。研究表明，植物不同品種由于其葉片內含物含量不同，對朱砂葉螨的抗性各異。劉學輝等[14]研究發現，全氮和可溶性糖含量較高，單寧含量較低的蘋果和接骨木葉片，有利于二斑葉螨生長發育和繁殖；而全氮、可溶性糖含量較低，單寧含量較高的苦楝和火炬樹葉片，對二斑葉螨具有較強的自然抗性。孫月華等[15]研究表明隨著二斑葉螨為害時間的延長、受害程度的加重，菜豆葉片中葉綠素和還原糖含量明顯下降，而總糖含量則先升高再降低。

朱砂葉螨危害已成為木薯產業發展的重要限制因素，但目前國內對木薯葉片內含物與抗螨性的關系缺乏系統研究。本研究以朱砂葉螨抗性表現差異較大的2個木薯品種‘新選048’和‘桂熱4號’為材料，在朱砂葉螨發生危害時期，觀察不同品種受害程度，測定不同抗性品種葉片單寧、葉綠素、可溶性糖、可溶性蛋白及游離脯氨酸等內含物的含量，分析其與抗朱砂葉螨的關系，旨在探討不同木薯品種抗朱砂葉螨的生理特性，以期為進一步揭示木薯抗朱砂葉螨機理及選育抗朱砂葉螨木薯新品種奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試木薯品種2個：‘新選048’和‘桂熱4號’，均由廣西大學農學院木薯課題組自主留種提供?！逻x048’由廣西大學農學院木薯課題組選育，莖稈粗壯、葉量多排列緊密、葉片蠟質含量較多、含水量較少，生長勢旺盛，受害后恢復能力較強，對朱砂葉螨抗性較強，田間試驗螨害較輕；‘桂熱4號’由廣西壯族自治區亞熱帶作物研究所選育，莖桿直立不分枝、葉量相對較少、葉片蠟質含量較少、含水量較大，對朱砂葉螨抗性較弱，田間試驗螨害較重[16]。

1.2 試驗方法

1.2.1試驗設計

試驗在廣西大學教學科研基地進行，試驗地土壤肥力中等。木薯種植株行距80 cm×100 cm，2個品種即為2個處理，每個品種3次重復，隨機區組排列。試驗地木薯連作3年，朱砂葉螨危害嚴重，在不噴施農藥，朱砂葉螨放任危害脅迫下研究不同木薯品種對朱砂葉螨的抗性。

1.2.2栽培管理

木薯于2017年3月20日種植，株行距為80 cm×100 cm，施用15 000 kg/hm2有機肥和 225 kg/hm2復合肥(N-P2O5-K2O)作基肥。植后60 d進行1次追肥，施尿素150.0 kg/hm2、復合肥225.0 kg/hm2和氯化鉀112.5 kg/hm2，其他栽培管理與常規管理一致。

1.2.3田間調查方法

木薯種質抗螨性評價于第1次螨害高峰期進行，評價方法及評級標準參照中華人民共和國行業標準(NY/T 2445-2013 木薯種質資源抗蟲性鑒定技術規程[17])。

1)為害分級。采用隨機抽樣的方式進行調查，具體調查方法為：每個處理均采用五點取樣法選擇受害最嚴重的5株木薯植株，分別從植株上、中、下3個部位各選取4片葉進行調查，即每個試驗品種共調查15株、180片葉。根據葉片受害癥狀確定和記錄受害級別，計算螨害指數。木薯葉片受朱砂葉螨危害分級標準詳見表1。

表1 木薯葉片受朱砂葉螨為害的分級標準Table 1 Evaluation standard for resistance of cassava varieties to Tetranychus cinnabarinus

2)田間抗螨性鑒定評級標準。根據分級標準按照下式計算螨害指數，并根據試驗材料的螨害指數，將木薯種質的抗螨性分為免疫、高抗、抗、中抗、感和高感共6級(表2)。

式中：I，螨害指數；S，葉片受害級別；Ns，該受害級別葉片數；N，調查總葉片數。

表2 木薯種質對朱砂葉螨的田間抗螨性鑒定評級標準Table 2 Evaluation standard of cassava resistant to Tetranychus cinnabarinus

3)為害程度調查。調查葉片受害級別時，記錄其受害株數、總葉片數、落葉數、存活葉片中的受害葉片數和未受害葉片數。并根據下列公式分別計算植株受害率、葉片受害率、葉片脫落率。

植株受害率=(受害株數/供試總株數)×100% 總葉片數=存活葉片中未受害葉片數+ 存活葉片中受害葉片數+落葉數 葉片受害率=[(存活葉片中受害葉片數+ 落葉數)/總葉片數)]×100% 葉片脫落率=(落葉數/總葉片數)×100%

4)蟲量調查。統計葉背的朱砂葉螨活蟲數量，調查方法與上述為害分級調查方法一致，并計算相應的蟲口密度。

蟲口密度=調查總活蟲數/調查總葉數

1.2.4測定指標與方法

田間鑒定之后采集木薯葉片，其中每個小區隨機選取3株木薯，分別取植株上、中和下部位木薯鮮葉各1片，去掉中脈，均勻剪碎、混合待測。

單寧含量采用Folin-Denis比色法[18]測定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法[19]測定，可溶性蛋白質含量采用考馬斯亮藍G-250染色法[20]測定，游離脯氨酸含量采用磺基水楊酸法[19]測定，葉綠素含量采用丙酮乙醇混合液法[19]測定。

1.3 統計分析

用Microsoft Excel 2007進行數據整理及制表；利用SPSS 18.0軟件進行分析。

2 結果與分析

2.1 不同木薯品種的抗螨性鑒定

由表3可知，朱砂葉螨對‘桂熱4號’的危害比較嚴重，平均每葉蟲量達到95.47頭，是‘新選048’的2.38倍；平均螨害指數高達82.6%，而‘新選048’受害較輕，平均螨害指數為37.2%。兩品種之間差異極顯著。

由此，根據田間鑒定與計算結果并依據木薯種質對朱砂葉螨的田間抗螨性鑒定評級標準，可將‘桂熱4號’歸為感性品種、‘新選048’為抗性品種，‘新選048’對朱砂葉螨的抗性優于‘桂熱4號’。

表3 不同木薯品種對朱砂葉螨的田間抗性鑒定結果Table 3 Resistance identification of different cassava varieties to Tetranychus cinnabarinus

注：同列數據后標有*和**的分別表示‘桂熱4號’和‘新選048’在P<0.05或P<0.01水平上差異顯著。下同。

Note: Values marked with * and ** after the same column indicates that the ‘GR 4’ and ‘Xinxuan 048’ are significantly different at the level ofP<0.05 orP<0.01, repectively. The same below.

2.2 朱砂葉螨對不同木薯品種的危害情況

由表4可知，2個品種的受害株率均達100%，植株受害面廣。其中‘桂熱4號’的葉片受害率更是高達96.83%(表5)，植株上部新展開的葉子也幾乎全部受害，葉片變黃(圖1)?！馃?號’葉片受害率比‘新選048’高16.86%，經統計分析得出，‘桂熱4號’與‘新選048’葉片受害率之間的差異極顯著。另外， ‘桂熱4號’的葉片脫落率高達77.00%，而‘新選048’的葉片脫落率僅為22.83%；經統計分析得出，‘桂熱4號’與‘新選048’葉片脫落率之間的差異極顯著。

由圖1可知，‘桂熱4號’的葉片受害嚴重，落葉

表4 不同木薯品種朱砂葉螨為害情況Table 4 Damage of different cassava varieties to Tetranychus cinnabarinus

表5 不同木薯品種朱砂葉螨為害情況Table 5 Damage of different cassava varieties to Tetranychus cinnabarinus

在植株中上部、中部、下部均有分布，落葉嚴重，植株中上部葉片上黃褐(紅)斑較多且成片、葉片卷曲枯黃；‘新選048’的葉片受害較輕，黃褐(紅)斑較少、落葉少，落葉集中于植株下部。

結合抗螨性鑒定結果對2個供試材料的危害情況進行綜合分析比較可知，抗性較弱的品種‘桂熱4號’的葉片受害率和葉片脫落率均高于抗性較強的品種‘新選048’。

圖1 不同木薯品種‘新選048’(a)和‘桂熱4號’(b)朱砂葉螨為害情況
Fig.1 Damage of different cassava varieties ‘Xinxuan048’ (a) and ‘GR4’ (b) byTetranychuscinnabarinus

2.3 朱砂葉螨抗性不同的木薯品種葉片中主要內含物的比較

2.3.1葉片單寧含量比較

3.將需要改擴建的教學科研用房、師生活動用房和行政管理用房等存量項目，鑒于前面分析的原因，適用于ROT模式，付費機制可以采用政府付費或者可行性缺口補助。

由表6可見，抗性品種‘新選048’的葉片單寧含量大于感性品種‘桂熱4號’，是‘桂熱4號’的1.48倍?？梢姡瑢χ焐叭~螨抗性較強的品種，其葉片單寧含量較高。經統計分析得出，‘桂熱4號’與‘新選048’葉片單寧含量之間的差異極顯著。

2.3.2葉片可溶性糖含量比較

表6可看出，抗性品種‘新選048’的葉片可溶性糖含量極顯著小于感性品種‘桂熱4號’?！馃?號’的葉片可溶性糖含量，是‘新選048’的1.26倍。

2.3.3葉片可溶性蛋白含量比較

表6可見，抗性品種‘新選048’的可溶性蛋白含量小于感性品種‘桂熱4號’，相差5.74 mg/g，二者之間的差異極顯著。

2.3.4葉片游離脯氨酸含量比較

表6可知，抗性品種‘新選048’的葉片游離脯胺酸含量低于感性品種‘桂熱4號’，2個品種游離脯氨酸含量相差33.46 μg/g，抗性不同的品種間游離脯胺酸含量差異極顯著。

表6可知，抗性品種‘新選048’的葉片葉綠素含量大于感性品種‘桂熱4號’，二者之間相差1.61 mg/g，‘新選048’的葉綠素含量是‘桂熱4號’的1.38倍。二者之間差異極顯著。可見葉綠素含量高的木薯品種對朱砂葉螨的抗性較強，而葉綠素含量較低的品種則抗性較弱。

2.4 木薯葉片主要內含物與抗螨性間的相關性分析

由表7可知，螨害指數與木薯葉片單寧、葉綠素含量呈極顯著負相關；與可溶性蛋白、可溶性糖以及游離脯氨酸含量呈極顯著正相關。

3 討 論

本試驗對抗性不同的2個木薯品種鑒定結果顯示，‘新選048’的蟲口密度較小，抗性較強，其葉片上黃褐(紅)斑較小、葉片脫落率也較低，受害較輕；而‘桂熱4號’的蟲口密度較大，抗性較弱，植株葉片受害嚴重，葉片上黃褐(紅)斑較多且成片、大量葉片卷曲、干枯、脫落。

在植食性螨類與植物的相互關系中，植物體內含有朱砂葉螨維持正常生長發育和繁殖所需的營養物質和對其有拒食、忌避以及毒殺等特殊作用的次生物質，因此，植株內含物的種類和含量對朱砂葉螨的生長發育具有一定的影響[21]。

單寧是植物次生代謝過程產生的一種化學物質，能阻礙朱砂葉螨的消化吸收，影響其取食行為，是植物中重要的抗蟲次生代謝物質。劉學輝等[14]發現葉片單寧含量較高的樹木對二斑葉螨抗性較強。梅闖等[22]研究表明，次生代謝物質含量與抗蟲性呈顯著正相關，即新疆野生蘋果單株內單寧含量越高，對蘋果小吉丁的抗性越好。本研究試驗結果表明，抗性品種‘新選048’的單寧含量顯著高于感性品種‘桂熱4號’；螨害指數與單寧含量呈極顯著負相關。說明抗螨性弱的品種其單寧含量較低，可見單寧含量可影響朱砂葉螨取食木薯葉片。

表6 朱砂葉螨抗性不同的木薯品種葉片內含物測定Table 6 Result of determination of leaf contents of different resistance cassava varieties to T. cinnabarinus

表7 木薯螨害指數與葉片內含物的相關性分析Table 7 The correlation analysis between mite damage index and inclusions content of leaves

注：**表示極顯著相關，*表示顯著相關。

Note： ** means very significant correlation；* means significant correlation.

糖分是朱砂葉螨生存的主要營養物質和能量來源，朱砂葉螨可以直接取食糖分，進而轉化為能量，因此植物體內糖分含量越高，越容易發生蟲害[23]。此外也有研究表明，當植物糖分較少時，朱砂葉螨會通過消耗自身蛋白質以轉化為糖類來維持能量代謝，由此易造成營養失調，抑制朱砂葉螨的生長繁殖，從而減輕朱砂葉螨危害[24]。林秀琴等[25]研究發現抗蟲能力越強的木麻黃品系，可溶性糖含量越低。本研究結果表明，抗性品種‘新選048’的可溶性糖含量顯著低于感性品種‘桂熱4號’；螨害指數與可溶性糖含量呈極顯著正相關。此結果與林秀琴等[25]研究結果一致，對朱砂葉螨具有較強抗性的木薯品種，其葉片可溶性糖含量較低。

可溶性蛋白也是朱砂葉螨生長發育和繁殖所需的重要營養物質，同時蛋白質還是朱砂葉螨組織結構的重要組成物質，其含量與種類對朱砂葉螨生長發育和繁殖有重要影響[26]。本研究結果表明，抗性品種‘新選048’的可溶性蛋白含量顯著低于感性品種‘桂熱4號’；螨害指數與可溶性蛋白含量極顯著正相關。楊乃博等[27]研究發現，抗螟蟲甘蔗種質的可溶性蛋白含量低于易感品種。與本研究結果一致，即螨害指數較高的木薯品種其抗螨性較弱且葉片可溶性蛋白含量較高。說明朱砂葉螨對木薯植株取食選擇性可能與可溶性蛋白含量有關。

游離脯氨酸是植物體內一種重要的滲透調節物質，植物在受到逆境脅迫時體內會大量積累游離脯氨酸，因此，植物體內游離脯氨酸含量可作為衡量植物抗逆性的生理指標之一[28]。本研究結果表明，抗性品種‘新選048’的游離脯氨酸含量顯著低于感性品種‘桂熱4號’；螨害指數與游離脯氨酸含量呈極顯著正相關。有研究表明，朱砂葉螨為害后植物葉片游離脯氨酸含量的升高是一種抗逆反應[29]。本研究得出類似結果，對朱砂葉螨抗性較強的木薯品種其葉片游離脯氨酸含量較低，感性品種其葉片游離脯氨酸含量相對較高。說明受害嚴重的木薯植株體內大量累積游離脯氨酸，這是植物對蟲害的防御機制。

葉綠素直接影響植物光合強度，且葉綠素含量的多少與植物抗蟲性密切相關。當昆蟲啃食植物葉片造成細胞被破壞時，葉肉細胞中的葉綠素酶能立即將葉綠素轉化成葉綠素酸酯，而葉綠素酸酯會抑制昆蟲幼蟲的生長、提高死亡率[30]。植物對朱砂葉螨的抗性與葉綠素含量呈顯著正相關，葉綠素含量高的品種朱砂葉螨危害較輕，葉綠素含量低的品種朱砂葉螨危害較嚴重[31]。本研究結果表明，抗性品種‘新選048’的葉綠素含量顯著高于感性品種‘桂熱4號’；螨害指數與葉綠素含量呈極顯著負相關。陸柳英等[32]研究表明，木薯螨害指數與SPAD值呈顯著負相關；袁輝霞等[33]研究結果表明，受螨害越輕的棉花品種，其葉片中葉綠素含量越高。本研究也得出相似結果，抗螨性較強的木薯品種其葉片葉綠素含量高于抗性較弱品種。

綜上可知，木薯植株各主要內含物對朱砂葉螨危害的促進或抑制作用是研究木薯抗朱砂葉螨的重要內容，然而本研究僅對抗螨性不同的2個品種葉片單寧、可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸及葉綠素5個內含物與木薯抗朱砂葉螨的關系進行探討，如需進一步揭示木薯抗朱砂葉螨的生理特性，還應擴大樣本數、增加測定指標進一步深入研究。

4 結 論

木薯不同品種對朱砂葉螨的抗性不同，‘新選048’的抗螨性強于‘桂熱4號’。木薯對朱砂葉螨的抗性與葉片中的單寧、葉綠素含量極顯著正相關，而與葉片中的可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸含量極顯著負相關。木薯葉片的單寧、葉綠素、可溶性糖、可溶性蛋白和游離脯氨酸含量可以作為衡量木薯抗螨性強弱的生理指標。