西葫蘆病毒病的研究進展

田佳星 張國裕 邱艷紅 張 帆 賈長才 李海真

〔北京市農林科學院蔬菜研究中心，農業農村部華北地區園藝作物生物學與種質創制重點實驗室，農業農村部都市農業（北方）重點實驗室，北京100097〕

西葫蘆（Cucurbita pepoL.）又名美洲南瓜，屬于葫蘆科（Cucurbitaceae）的南瓜屬（Cucurbitaspp.），是世界范圍內廣泛種植的瓜類蔬菜。由于具有很高的營養價值和獨特的風味（羅伯祥 等，2002），深受廣大消費者的喜愛，是增加農民收入的重要經濟作物，在我國的年均栽培面積及產量均居世界前列。然而，病毒病的普遍發生造成嚴重的產量和經濟損失，已成為制約西葫蘆生產的重要因素。為此，本文就西葫蘆常見病毒病及其主要傳播途徑、發病癥狀、防治方法以及抗病育種等方面進行綜述，以期為西葫蘆病毒病防治提供相關基礎知識和依據。

1 侵染西葫蘆的病毒病

西葫蘆病毒病又稱花葉病，是危害西葫蘆的重要病害。1980 年，Lovisolo 首先總結了可侵染葫蘆科作物的病毒種類，共25 個確定種，6 個待定種以及1 個類病毒（Lovisolo，1980）。2019 年，彭斌根據最新的國際病毒分類委員會（International Committee on Taxonomy of Viruses，ICTV）報告以及前人文獻，并借助NCBI Virus 數據庫（Hatcher et al.，2016），總結統計侵染葫蘆科作物的病毒種類為125 種，包括99 個ICTV 收錄正式種和26 個待定種（彭斌，2019）。目前，對我國西葫蘆生產造成嚴重危害的主要病毒有：小西葫蘆黃化花葉病毒（zucchini yellow mosaic virus，ZYMV）、黃瓜花葉病毒（cucumber mosaic virus，CMV）、西瓜花葉病毒（watermelon mosaic virus，WMV）、番木瓜環斑病毒（papaya ring sopt virus，PRSV）和黃瓜綠斑駁花葉病毒（cucumber green mottle mosaic virus，CGMMV）；此外，瓜類褪綠黃化病毒（cucurbit chlorotic yellows virus，CCYV）和中國南瓜曲葉病毒（squash leaf curl china virus，SLCCNV）是近年來報道的可感染西葫蘆的新植物病毒。

1.1 小西葫蘆黃化花葉病毒

小西葫蘆黃化花葉病毒（ZYMV）是馬鈴薯Y病毒科（Potyviridae）馬鈴薯Y 病毒屬（Potyvirus）的成員，可侵染葫蘆科、莧科、豆科等11 個屬的植物（唐超 等，2016）。自然條件下，ZYMV 的主要傳播方式包括介體傳播、機械傳播以及種子傳播。ZYMV 在西葫蘆上表現為系統侵染，如整株花葉、黃化、葉片皺縮、果實畸形、品質下降，最終嚴重影響產量。ZYMV 最早在意大利和法國的小西葫蘆上發現（Lisa et al.，1981），然后快速暴發成為制約西葫蘆生產最重要的病原之一，至今已經遍布全球50 多個國家與地區。目前，我國的華北、華南、西南和華東地區都發現了ZYMV 的分布。

1.2 黃瓜花葉病毒

黃瓜花葉病毒（CMV）屬于雀麥花葉病毒科（Bromoviridae）黃瓜花葉病毒屬（Cucumovirus），是單鏈正義RNA 病毒。CMV 主要利用蚜蟲作為介體進行傳播，也可通過機械、種子等方式傳播；感病后植株一般會表現出系統性侵染癥狀，主要表現為葉片出現斑駁花葉，嚴重時葉片出現皺縮、蕨葉、枯死等癥狀。該病毒的首次報道是在1916年，由Doolittle 和Jagger 在黃瓜上發現（Doolittle，1916；Jagger，1916），此后傳播至世界各國，包括我國的大部分地區。CMV 可侵染包括西葫蘆在內的1 000 余種植物（Edwardson &Christie，1991），是寄主最多、分布最廣、最具經濟危害的植物病毒之一。

1.3 西瓜花葉病毒

西瓜花葉病毒（WMV）屬于馬鈴薯Y 病毒科馬鈴薯Y 病毒屬。1965 年，根據寄主的生物學差異WMV 被分為西瓜花葉病毒1（WMV-1）和西瓜花葉病毒2（WMV-2）（Webb &Scott，1965），后經研究表明WMV-1 是番木瓜環斑病毒（PRSV）的株系。WMV 主要通過蚜蟲以非持久方式進行傳播，可通過汁液機械傳播（李鳳梅 等，2002）。WMV 侵染西葫蘆后，出現葉片斑駁、皺縮，植株矮化，嚴重時葉片只剩葉脈，呈雞爪狀。目前，WMV 廣泛分布于我國華北、東北和新疆等地，可侵染包括西葫蘆在內的170 多種植物。

1.4 番木瓜環斑病毒

番木瓜環斑病毒（PRSV）是屬于馬鈴薯Y 病毒科馬鈴薯Y 病毒屬的正鏈單分體RNA 病毒。美國在20 世紀40 年代對PRSV 進行了首次報道，目前PRSV 在亞洲、北美、非洲普遍發生，造成嚴重的經濟損失。根據寄主的不同，將PRSV 分為番木瓜株系（PRSV-P）和西瓜株系（PRSV-W）兩個株系（Yeh &Gonsalves，1984）。PRSV-P 主要侵染番木瓜，PRSV-W 常單獨或與其他病毒復合侵染西葫蘆等葫蘆科作物。PRSV-W 由人工、機械摩擦或蚜蟲等方式進行非持久性傳播，且葫蘆科作物的帶毒種子也可傳毒。感染PRSV-W 后，西葫蘆葉片表現出花葉、泡斑、蕨葉的癥狀，植株矮化，形成畸形果實，嚴重影響西葫蘆產量與果實的商品性（王凱玥 等，2021）。

1.5 黃瓜綠斑駁花葉病毒

黃瓜綠斑駁花葉病毒（CGMMV）屬于桿狀病毒科（Virgaviridae）煙草花葉病毒屬（Tobamovirus），常溫下病毒侵染力可保持數月。1935 年首次在英國黃瓜上發現了CGMMV（Ainsworth，1935），而國內最早在從日本引進的種苗中檢測到。CGMMV通過種子、土壤、水、介體和機械接觸等多種方式進行傳播，還能利用菟絲子作為介體進行傳播，黃瓜葉甲也是可能的傳播介體（張永江，2006；李俊香和古勤生，2015）。在自然環境中，CGMMV的寄主范圍相對較為狹窄，主要侵染西葫蘆、西瓜、黃瓜等葫蘆科作物，一般會使葫蘆科作物出現花葉癥狀，導致生長緩慢、矮化、結果延遲等。目前，該病毒在全世界各地廣泛發現，尤其是中國、韓國和日本等嫁接葫蘆科作物地區，病害擴散迅速。

1.6 瓜類褪綠黃化病毒

瓜類褪綠黃化病毒（CCYV）屬于長線病毒科（Closteroviridae）毛形病毒屬（Crinivirus），是近年來報道的一種新植物病毒，其各項研究工作均處于起步階段。該病害最早于2004 年在日本發現，2010 年完成該病毒基因組的全序列測定（Okuda et al.，2010）。該病毒2007 年最先在我國寧波、上海等地發現，并于2011 年首次進行了報道（古勤生 等，2011；Gu et al.，2011），目前該病害已分布于我國多個省市（Huang et al.，2010；劉珊珊 等，2013；唐鑫 等，2017；楊世安 等，2017），給我國瓜類作物生產造成了嚴重危害。CCYV 由B 型和Q型煙粉虱以半持久性方式特異性傳播（唐雪飛 等，2017），Q 型傳毒效率高于B 型（Li et al.，2016），不能通過摩擦或其他方式進行人工接種。該病毒侵染瓜類后引起的典型癥狀是葉片褪綠黃化，但葉脈保持綠色。CCYV 在自然界主要危害西瓜、甜瓜、黃瓜3 種葫蘆科作物，也有文獻報道其可以感染苦瓜、西葫蘆、南瓜（古勤生 等，2011）。近幾年，北京市農林科學院蔬菜研究中心多次從山東西葫蘆主產區采集新鮮病葉樣品，利用RT-PCR 等方法檢測，發現樣品中存在CCYV，且有CCYV 和其他病毒（例如CMV）復合侵染西葫蘆的現象。目前對于CCYV 的防治措施主要是控制傳毒介體煙粉虱，并且加快培育抗病毒品種。

1.7 中國南瓜曲葉病毒

中國南瓜曲葉病毒（SLCCNV）是一類具有孿生顆粒形態的植物單鏈DNA 病毒，屬雙生病毒科（Geminiviridae）菜豆金色花葉病毒屬（Begomovirus），目前國內外對SLCCNV 的 研究甚少。在國內，洪益國等于1994 年首次報道了SLCCNV 侵染南瓜植株（洪益國 等，1994）。SLCCNV 自然條件下主要侵染葫蘆科作物，由煙粉虱以持久方式傳播（Polston et al.，2014），感染SLCCNV 可導致葉部皺縮、植株矮化、產量降低以及品質下降（Wu et al.，2020）。目前SLCCNV 分布在泰國、越南、中國、印度、巴基斯坦、馬來西亞及菲律賓等國家地區（Ito et al.，2008；車海彥 等，2017；吳會杰，2019），在印度和巴基斯坦均有SLCCNV 侵染西葫蘆并導致嚴重的生產與經濟損失的報道（Tahir et al.，2010；Saritha et al.，2011）。2020 年北京市農林科學院蔬菜研究中心在山東淄博和壽光的西葫蘆葉片樣品中檢測到SLCCNV。

2 主要傳播途徑

西葫蘆病毒病傳播迅速，傳播途徑多樣，主要包括種子傳播、介體傳播、機械傳播、土壤傳播等。種子傳播是指種子自身攜帶病毒。如果用于播種的種子沒有經過消毒處理，那種子自身可能會攜帶病毒，進而導致病毒病的暴發。攜帶病毒的種子還可作為毒源，通過蚜蟲、機械摩擦、貿易和長距離運輸等方式傳播病毒，從而造成病毒的大面積遠距離傳播。介體傳播是指利用蚜蟲、煙粉虱等昆蟲作為傳播媒介進行傳播，通過它們的啃食使植物產生創口，病毒借助創口侵染植物。根據病毒傳播后保持時間的長短可分為3 種類型：非持久性傳播、半持久性傳播和持久性傳播。機械傳播是指通過農事操作、機械耕作等方式，將已經染病植株上的病毒傳播到其他植株。西葫蘆的栽培和田間管理過程中需要進行人工操作，例如吊蔓、整枝，病毒就會通過這些操作，隨著人的走動傳給其他植株，人為傳播是西葫蘆病毒傳播的重要途經。土壤傳播是指土壤中含有病毒進而傳染到植物上。如果土壤上年度種植過感病西葫蘆，而沒有經過消毒處理，那么土壤中病株殘體攜帶的病毒就會繼續侵染新的西葫蘆植株（鄭志強，2015）。

3 發病癥狀

西葫蘆病毒病是系統侵染性病害，感病植株常表現為多個部位發病，對西葫蘆植株的生長、品質和產量都造成嚴重影響。西葫蘆病毒病的典型癥狀包括：葉片出現花葉、褪綠黃化、皺縮卷曲或者畸形斑駁，植株矮小并且生長緩慢，果實畸形甚至掉落。一般情況下，西葫蘆病毒病發病癥狀與其他真菌、細菌病害的癥狀區別比較明顯。西葫蘆病毒病的侵害時期持續較長，幼苗期和成株期均可發病。發病嚴重程度與寄主感染時期有一定關系。苗期感染病毒病危害比較大，不僅對結瓜有影響，而且還會大大降低被侵染植株收獲種子的發芽率（秦碧霞等，2004）。此外，環境因素對西葫蘆病毒病的發病也有一定影響。例如，溫度對西葫蘆感染ZYMV的癥狀有一定影響：15～25 ℃時，以花葉或葉片輕微畸形為主；較高溫度25～35 ℃時，會出現較嚴重的癥狀（Desbiez &Lecoq，1997）。在高溫干旱、肥水不足、種植密度大以及管理粗放的條件下，西葫蘆病毒病發病癥狀會更加嚴重。除單獨感染一種病毒外，還經常出現多種病毒復合侵染的現象，復合侵染可導致寄主植株癥狀的加重甚至死亡（劉勇 等，2019）。

4 防治方法

目前，西葫蘆病毒病的防治主要包括種子消毒、加強田間管理、控制介體昆蟲、化學防治、交叉保護以及選育抗病品種等。

4.1 種子消毒

種子消毒方法主要分為物理法和化學法。物理法主要包括干熱處理、激光處理、微波處理、水選法、機械篩除法等；化學法主要利用化學藥劑、種子包衣、拌種等方法殺死或鈍化病毒（鄭棚峻 等，2017）。此外，加強對帶毒種子檢測，也是有效防止西葫蘆病毒通過種子傳播的重要手段之一。

4.2 加強田間管理

選擇合適的時間進行播種，從而使苗期避開有翅蚜遷飛高峰期，減少蚜蟲對病毒病的傳播。生長期加強肥水管理，培育壯苗，可提高西葫蘆植株抗病能力并緩解病株癥狀。在人工操作時應盡量避免對植株造成傷口，還要避免機械和操作人員通過沾染毒源傳播病毒。收獲后要及時清理瓜皮、瓜瓤等廢棄物，并對土壤進行消毒，減少病毒殘留。此外，通過實行輪作倒茬，可避免病毒病的交叉感染，非病毒寄主作物是田間輪作的首選。

4.3 控制介體昆蟲

蚜蟲是西葫蘆病毒病的主要傳播介體，因此預防蚜蟲是防治西葫蘆病毒病的關鍵措施（古勤生，2002）。目前防治蚜蟲主要通過使用藥劑、間作套種、物理覆蓋、天敵昆蟲以及RNA 干擾技術（RNA interfernce，RNAi）等方法（唐超 等，2016）。近年來，RNAi 技術為解決蚜蟲傳毒提供了新思路，Whyard 等（2009）通過對蚜蟲注射和飼喂特異性的雙鏈RNA 實現了靶基因的高效沉默，為RNAi技術控制蚜蟲傳毒提供了可能。

近幾年報道的西葫蘆新病毒病，例如CCYV和SLCCNV，由煙粉虱進行傳播，因此可通過控制煙粉虱來防治西葫蘆病毒病。目前煙粉虱的防治方法主要有農業防治、生物防治、物理防治和化學防治（楊益芬 等，2020）。生物防治主要利用煙粉虱的自然天敵，例如麗蚜小蜂和漿角蚜小蜂。化學防治是目前防治煙粉虱的主要方法，盡量選用高效、低毒、低殘留，對天敵相對安全的藥劑，同時結合精準施藥技術（關雪和胡瓊波，2020）。

4.4 化學防治

化學防治具有見效快、效率高等特點，目前比較受廣大農民歡迎。化學藥劑主要分為3 類：殺滅蚜蟲、煙粉虱等病毒病的傳播媒介，殺滅西葫蘆病毒病的病原，增強植株抗病能力（鄭志強，2015）。目前，已有研究發現外施植物來源的化合物如水楊酸、葡聚糖等能夠在一定程度上減輕ZYMV的病癥（Radwan et al.，2007；Raie et al.，2018）。目前對于化學防治西葫蘆病毒病的機制還有待進一步探索，今后應加強化學防治病毒病的分子機制研究，有助于化學防治的廣泛應用。

4.5 交叉保護

交叉保護是指通過預先接種病毒的弱毒株系來防治同一病毒強毒株系的侵染，是防治病毒病最有效的手段之一。目前利用交叉保護防治ZYMV 的技術相對成熟（Yarden et al.，2000），許多國家和地區均已廣泛使用商品化的弱毒株系防治ZYMV。土耳其、美國和以色列已經實現了ZYMV 弱毒株系的商品化，防治ZYMV 取得了良好的效果。ZYMV 的弱毒株系除天然獲得外，還可通過人工誘變、ZYMV HC-Pro 的定點突變等方式獲得（Kosaka et al.，2006；Lin et al.，2007）。由于會受到溫度、寄主、保護間隔期、株系專化等因素的影響，交叉保護的應用受到一定限制。

4.6 選育抗病品種

選育抗病品種是防治西葫蘆病毒病最經濟有效的方法，有廣闊的應用前景。目前已經選育出了一些抗病毒病的西葫蘆品種，并進行了推廣應用。Gallerani 和Talame（1997）培育了2 個西葫蘆雜交品種Sofia 和Linia，這2 個品種可同時抗3 種病毒病：ZYMV、CMV 和WMV-2。李海真等（2014）將常規育種方法與分子標記輔助選擇育種技術相結合，選育出抗ZYMV 和白粉病的京葫CRV4。由于不同地區的病毒種類和株系可能有所不同，在推廣應用前應先對抗病品種進行試種。

5 抗病育種

5.1 抗病種質資源

篩選和創制抗病種質資源，可為抗病基因的獲得以及抗病品種的選育奠定基礎。西葫蘆抗病毒病育種可利用一些具有抗性的野生南瓜種作為抗源材料，例如中國南瓜Nigerian Local 同時抗ZYMV、WMV、PRSV-W 和CMV（Munger &Provvidenti，1987），中國南瓜Menina、Bolina（Paris et al.，1988）和Soler（Wessel-Beaver，2005）抗ZYMV。Provvidenti 等（1978）通過對大量育種材料進行鑒定，篩選出高抗PRSV-W 的2 個野生種，為培育南瓜屬抗病品種奠定了材料基礎。此外，de Oliveira 等（2003）利用具有PRSV-W 抗性的中國南瓜種作為抗源，通過種間雜交將抗病基因轉到西葫蘆中。

5.2 抗病基因定位和分子標記開發

對西葫蘆抗病基因進行定位并開發與其緊密連鎖的分子標記，不僅為抗病分子機理研究奠定了理論基礎，還能提高西葫蘆抗病育種的效率和精準度。之前已有一些研究對PRSV 抗病基因的遺傳規律進行了探索（Nogueira et al.，2011；Menezes et al.，2015；張棟，2016；王凱玥 等，2021）。張棟（2016）利用SSR 引物對西葫蘆PRSV-W 抗性位點進行了初步定位。王凱玥（2020）進一步將抗病基因CpPRSV-W定位在753 kb 的區間內，包含30 個候選基因；并開發了與該抗病基因緊密連鎖的分子標記，應用于西葫蘆分子標記輔助選擇育種。此外，西葫蘆ZYMV 的抗病基因定位也取得了一些進展。Zraidi 等（2007）利用RAPD、AFLP、SSR 和形態標記技術對ZYMV 抗性基因進行定位，在連鎖群LGpz1 和LGpz2 上各發現了1 個與西葫蘆ZYMV 抗性連鎖的標記。蘇敏（2011）將西葫蘆抗ZYMV 基因定位在2 個分子標記CmTm227 與WMG28 之間，遺傳距離分別為13.8 cM 和3.9 cM。Pachner 等（2015）開發了3 個與西葫蘆ZYMV 抗性基因緊密連鎖的分子標記，包括1 個SCAR 標記和2 個SSR 標記。2017年，Capuozzo 等又開發了與西葫蘆ZYMV 抗性緊密連鎖的3 個SNP 標記并對抗性基因進行了預測（Capuozzo et al.，2017）。張沙沙（2020）將西葫蘆ZYMV 抗病基因定位在包含40 個候選基因的673 kb 的區間內，并開發分子標記用于輔助選擇育種。雖然目前已經獲得一些與西葫蘆病毒病抗性緊密連鎖的分子標記，但分子標記輔助選擇育種開展得并不多。今后應加強分子標記的利用，通過聚合抗病育種獲得同時攜帶多個病毒病抗性基因的目標植株，有效加快種質創新速度。

5.3 基因工程育種

至今，已經有文獻報道通過遺傳轉化成功獲得轉基因抗病毒西葫蘆。1995 年美國出現第1 個轉基因西葫蘆品種，這個商業品種攜帶ZYMV 和WMV 的外殼蛋白基因，表現出對這2 個病毒的單一和混合侵染的抗性（Fuchs &Gonsalves，1995；Tricoli et al.，1995）。隨后，另一個轉基因西葫蘆CZW-3 被報道，它包含ZYMV、WMV 和CMV的外殼蛋白基因，表現出對這3 種病毒單一和混合侵染的抗性（Tricoli et al.，1995；Fuchs et al.，1997，1998）。Pang 等（2000）將南瓜花葉病毒（squash mosaic virus，SqMV）的外殼蛋白蛋白基因轉入西葫蘆，獲得抗SqMV 的西葫蘆品種。此外，前人對轉基因抗病西葫蘆的安全性也進行了研究。Fuchs 等（2004a，2004b）報道了轉基因抗病西葫蘆與野生型雜交后的下一代仍具有抗病性和可育性，表明外源基因可通過雜交方式從轉基因植株流入野生種中。Klas 等（2006）研究發現，轉基因西葫蘆可通過防止植物到植物的二次傳播來改變ZYMV 和WMV 的傳播動態。至今，中國還沒有轉基因西葫蘆品種在生產中應用。

6 展望

西葫蘆病毒病相關研究已取得一些成果和進展，但西葫蘆與病毒互作的分子調控機制還有待深入研究。目前，西葫蘆全基因組測序已完成（Montero-Pau et al.，2018），分子生物學、生物信息學技術也快速發展，這些都有助于推進西葫蘆抗病基因的克隆和抗病機制的解析。在抗病育種方面，西葫蘆抗病毒病的精準鑒定與評價體系仍需進一步建立和完善，同時應繼續開發與抗病基因連鎖的分子標記，提高分子標記的篩選效率。通過利用分子標記輔助育種、單倍體培養、基因工程等手段，將生物技術和常規育種相結合，進一步提高西葫蘆抗病育種效率并實現精準設計育種。