甜瓜霜霉病研究進(jìn)展

白 甜, 黃大躍, 劉 璐, 張雪蓮, 程 瑞, 孫玉東

(江蘇徐淮地區(qū)淮陰農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所,江蘇淮安 223001)

甜瓜(CucumismeloL.)是人們生活中比較普遍的水果之一,在世界范圍內(nèi)廣泛種植。目前,我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)隨之做出了調(diào)整,我國的甜瓜產(chǎn)業(yè)在整個(gè)國家的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)的重要地位逐漸突出,如今我國的甜瓜栽培面積和產(chǎn)量都處于世界領(lǐng)先水平[1-3]。而甜瓜霜霉病是中國甚至世界甜瓜產(chǎn)業(yè)發(fā)展中一種重要的真菌性病害,發(fā)生比較普遍并且造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失[4]。在高溫且高濕的環(huán)境條件下,該病害更容易發(fā)生且迅速傳播蔓延。目前,主要使用化學(xué)藥劑進(jìn)行甜瓜霜霉病的防治,但是長時(shí)間使用化學(xué)農(nóng)藥會(huì)造成病原菌株產(chǎn)生耐藥性,使藥劑防治的效果大打折扣同時(shí)也增加了防治成本,使商品瓜的安全性下降,這些問題為該病害的防治帶來了挑戰(zhàn)[5-6]。如今育種工作者們致力于在甜瓜霜霉病的生理小種分化、抗性鑒定、遺傳分析、基因/QTL定位及分子標(biāo)記開發(fā)等方面開展研究工作,取得了一定的進(jìn)展,這為甜瓜霜霉病的深入研究奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。本研究系統(tǒng)全面地綜述了甜瓜霜霉病的危害與發(fā)病癥狀、病原菌以及生理小種分化、侵染循環(huán)和發(fā)生規(guī)律、抗性育種及存在的問題等重要內(nèi)容,期望為甜瓜霜霉病的進(jìn)一步深入研究提供參考。

1 甜瓜霜霉病的危害與癥狀識(shí)別

甜瓜霜霉病是一種全球性的真菌病害,該病害嚴(yán)重破壞甜瓜栽培和產(chǎn)業(yè)發(fā)展,在世界各地的甜瓜產(chǎn)區(qū)都有不同程度的發(fā)生。1868年在古巴,瓜類霜霉病首次被報(bào)道;1869年在英國,Berkeley首次對(duì)在葫蘆科蔬菜上分離的寄生菌病害進(jìn)行了闡述和命名,將其命名為霜霉病;1988年在日本東京,科研工作者在當(dāng)?shù)厥状伟l(fā)現(xiàn)并報(bào)道了黃瓜霜霉病;1889年在美國,也出現(xiàn)了關(guān)于霜霉病的報(bào)道[7-9]。如今霜霉病已成為全球各地廣泛存在于瓜類生產(chǎn)中的毀滅性病害,對(duì)葫蘆科中12種瓜類作物均造成危害[10-11]。在這12種瓜類作物中,霜霉病菌侵染頻率最高的是葫蘆科的甜瓜屬和黃瓜屬植物,影響著世界上大部分國家的黃瓜和甜瓜生產(chǎn),而且有趨于嚴(yán)重的形勢[12-13]。其中甜瓜霜霉病只要發(fā)生,就會(huì)盛行,并且較難防治,發(fā)病較輕就會(huì)導(dǎo)致甜瓜減產(chǎn)30%～40%,與此同時(shí)也會(huì)破壞甜瓜的果實(shí)品質(zhì);嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成甜瓜減產(chǎn)60%～80%,乃至絕收,極大地威脅著甜瓜的生產(chǎn),給瓜農(nóng)群眾造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[14-16]。

甜瓜霜霉病主要侵染甜瓜的葉片,在甜瓜的整個(gè)生長期都可能發(fā)生,但主要在甜瓜成株期發(fā)病較重,尤其在開花結(jié)果后霜霉病發(fā)病最重。幼苗期,子葉被霜霉病侵染也會(huì)發(fā)病,其中最明顯的癥狀是葉片不均勻地褪綠甚至黃化,后慢慢形成不規(guī)則的黃色病斑,嚴(yán)重時(shí)子葉會(huì)枯死;而甜瓜真葉發(fā)病通常從中、下部的葉片開始,主要癥狀表現(xiàn)為葉片會(huì)顯現(xiàn)出一些小斑點(diǎn),呈水漬狀,后逐漸發(fā)展變成淡黃色病斑,經(jīng)4～5 d漸漸擴(kuò)展形成黃綠色至黃褐色且受葉脈限制的較大病斑,形成多角形且病斑會(huì)因變干枯而易碎。當(dāng)空氣中濕度超過80%時(shí),在葉片的背面會(huì)出現(xiàn)灰色的霉層,之后灰色霉層會(huì)慢慢變成黑色,嚴(yán)重情況下病斑會(huì)連接成一大片,整片葉都會(huì)變成黃褐色,阻斷葉片進(jìn)行光合作用,最后干枯卷縮,全田葉片枯死,被稱為“跑馬干”,嚴(yán)重影響著甜瓜的生產(chǎn)[17]。

2 甜瓜霜霉病的病原菌及其生理小種分化

甜瓜霜霉病的病原菌是古巴假霜霉菌(Pseudoperonosporacubensis),是一種專性的寄生菌。該菌隸屬于卵菌門霜霉菌目假霜霉屬。其有性繁殖產(chǎn)生的卵孢子是淡黃色的,呈球形,在病葉組織細(xì)胞內(nèi)形成。其無性生殖會(huì)形成無色的孢囊梗和淡褐色的孢子囊,其中從植物氣孔伸出的孢囊梗單生或2～4根束生,上部有3～5次銳角分枝,基部略微膨大;在孢囊梗的分枝末端著生有孢子囊,孢子囊呈單胞,檸檬形或卵形,在其頂部有乳突狀突起[7]。另外,其孢子囊抗逆性差,存活時(shí)間較短,通常只能存活1～5 d,且離體的孢子囊干燥8 d以后喪失致病力,因此只能采用活體保存的方法,無法在人工培養(yǎng)基中培養(yǎng)和保存[18];該病原菌菌絲體呈無色并且無隔膜,在寄主細(xì)胞間生長發(fā)育[19],而后形成吸器,吸器為指狀分枝或卵形;該菌在水中可萌發(fā)產(chǎn)生有2根鞭毛的近橢圓形游動(dòng)孢子,在水中游動(dòng)孢子會(huì)自由游動(dòng)從而引起鞭毛收縮,漸漸變成休止孢,休止孢呈圓形,萌發(fā)產(chǎn)生芽管,穿過氣孔侵入寄主植物。

關(guān)于古巴假霜霉菌生理小種的分化,國內(nèi)外的科研工作者早有研究。Horejsi等研究人員報(bào)道了在歐洲和北美霜霉病沒有生理小種分化現(xiàn)象[20];1986—1990,中國各科研院所聯(lián)合試驗(yàn),以相同的鑒別寄主為材料研究了各自所在的省市(廣東省、黑龍江省、山東省及天津市4個(gè)地區(qū))的霜霉病菌生理小種分化情況,結(jié)果表明,某些菌株之間有致病性差別,卻沒有生理小種分化現(xiàn)象[11]。1986年,傅俊范等科研工作者用來自我國的9個(gè)不同來源的霜霉病菌株接種75個(gè)黃瓜品種,進(jìn)行抗性鑒定試驗(yàn),結(jié)果發(fā)現(xiàn),我國黃瓜霜霉病菌的變異較小,沒有生理分化現(xiàn)象[21]。這些研究都說明了P.cubensis可能不存在生理分化現(xiàn)象,但也有研究人員認(rèn)為P.cubensis存在生理分化現(xiàn)象。1951年,Ellis研究了一個(gè)名為Palmetto的黃瓜品種,該品種在某個(gè)區(qū)域?qū)λ共”憩F(xiàn)為抗性,但是在另2個(gè)區(qū)域則對(duì)霜霉病表現(xiàn)為感病[22];1952年,美國Epps等的研究也報(bào)道了相似的現(xiàn)象,在南卡羅萊納州,黃瓜品種Palmetto之前被認(rèn)為高抗霜霉病,但在1950年時(shí)卻高感霜霉病[23];1952年,Hughes等從黃瓜和西瓜上分離到2個(gè)霜霉病菌株,用這2個(gè)霜霉病菌株接種黃瓜和西甜瓜,結(jié)果發(fā)現(xiàn),從黃瓜上分離到的霜霉病菌株可以高度侵染黃瓜和甜瓜,中度侵染西瓜,而從西瓜上分離到的霜霉病菌株可以高度侵染西瓜,但輕度侵染甜瓜和黃瓜,因此他認(rèn)為從黃瓜和西瓜上分離到的這2個(gè)霜霉病菌株屬于2個(gè)不同的專化型[24];1976年,印度的Bains等研究發(fā)現(xiàn),用從冬瓜、南瓜、瓠瓜和甜瓜上分離到的霜霉病菌株可以侵染甜瓜,但從甜瓜上分離到的霜霉病菌株卻不能侵染冬瓜,由此認(rèn)為所用的不同來源的霜霉病病原菌菌株存在生理分化現(xiàn)象[25]。1987年,Thomas等研究人員初次鑒定了霜霉病病原菌的生理小種,他們用來自日本、以色列和美國的8種瓜類作物上分離到的霜霉病菌株接種了26個(gè)葫蘆科作物,這26個(gè)葫蘆科作物分屬于7個(gè)屬13個(gè)種或亞種,根據(jù)不同菌株在不同作物上的發(fā)病情況將霜霉病菌命名了5個(gè)專化型,其中,來自日本的霜霉菌被命名為生理小種1號(hào)和2號(hào),來自以色列的霜霉菌被命名為生理小種3號(hào),來自美國的霜霉菌被命名為生理小種4號(hào)和5號(hào)[26];2003年,Cohen等以相似的葫蘆科作物品種為材料(其中包含葫蘆屬和絲瓜屬),在以色列鑒定并命名了第6號(hào)生理小種,結(jié)果表明,生理小種6號(hào)與生理小種3號(hào)相比,具有更廣泛的致病性[27]。這些研究都證實(shí)了P.cubensis存在生理分化現(xiàn)象。葫蘆科作物種類較多,其作為霜霉病菌的寄主,由于各國科研工作者在進(jìn)行霜霉病生理小種分化研究中用到的寄主作物不同,得到的結(jié)果差異也很大。另外引起這種差異的原因除了各國使用的鑒別寄主不同之外,也可能因?yàn)樗咕纳硇》N在不斷地進(jìn)化變異,這對(duì)各國的科研工作者來說也是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。

3 甜瓜霜霉病的侵染循環(huán)與發(fā)生規(guī)律

在霜霉病與宿主結(jié)合的最初24 h內(nèi),病原菌開始侵染,其中包括孢子囊萌發(fā)、游動(dòng)孢子成囊和菌絲形成。在接下來的2～6 d中,病原菌菌絲繼續(xù)發(fā)育,形成特殊結(jié)構(gòu)吸器,將吸器伸入寄主細(xì)胞內(nèi),從而在病原菌和宿主之間進(jìn)行代謝物、蛋白質(zhì)和核酸的轉(zhuǎn)移[28]。在其生命周期的最后階段,該病原菌形成孢子囊,孢子囊釋放到空氣中,主要通過風(fēng)雨、黃瓜甲蟲、農(nóng)器具等進(jìn)行傳播導(dǎo)致新的侵染周期的建立[18,29-30]。霜霉病病原菌主要在常年種植黃瓜的大棚里越冬或越夏,其主要通過菌絲和孢子囊在黃瓜病葉上進(jìn)行,在春季以灌溉水、雨水、氣流等為媒介傳播到甜瓜上,秋季從甜瓜繼續(xù)傳播到黃瓜上越冬,如此循環(huán)往復(fù)。另外病原菌的孢子囊會(huì)釋放游動(dòng)孢子,游動(dòng)孢子可在雨水、灌溉水中游動(dòng),也可通過病蟲和帶菌肥料傳播,從寄主植株表皮、氣孔或傷口直接穿透侵入[31-32]。

根據(jù)病害三角關(guān)系可知,甜瓜霜霉病的發(fā)生與流行受寄主、病原菌和環(huán)境條件3個(gè)方面的共同作用與影響,其中與環(huán)境條件最為密切相關(guān),而環(huán)境條件包括瓜農(nóng)的栽培管理習(xí)慣、溫度、濕度和光照等因素。霜霉病病原菌對(duì)溫度的適應(yīng)范圍比較廣,其孢子囊萌發(fā)的溫度范圍為5～30 ℃,侵入寄主的溫度范圍為10～25 ℃,利于病害流行的溫度范圍為20～24 ℃。當(dāng)空氣濕度超過85%,同時(shí)葉片表面長時(shí)間存在水膜或水滴時(shí),就可發(fā)生甜瓜霜霉病,空氣濕度越大,越適宜游動(dòng)孢子囊和卵孢子的萌發(fā),發(fā)病及傳播速度越快。另外,霜霉病發(fā)生與流行也與光照緊密相關(guān),光照與黑暗交替的條件才利于霜霉病的發(fā)生,一直光照使其不能產(chǎn)生孢子囊,從而無法侵染[9]。

4 甜瓜對(duì)霜霉病的抗性研究

4.1 甜瓜霜霉病的抗性鑒定

關(guān)于甜瓜霜霉病抗性鑒定的研究,國內(nèi)外的科研工作者早有報(bào)道。早在1977年,Cohen等科研工作者認(rèn)為環(huán)境條件對(duì)于甜瓜霜霉病苗期抗性鑒定的結(jié)果有很大影響,在不同的環(huán)境條件下,用不同濃度的孢子懸浮液接種,會(huì)使得病情指數(shù)出現(xiàn)較大的差異[33]。1984年,Cohen等又針對(duì)甜瓜霜霉病抗性鑒定最佳接種時(shí)期進(jìn)行了深入研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn),分別在甜瓜成株期和苗期接種霜霉病所得到的病情指數(shù)呈正相關(guān),但是苗期接種相對(duì)于成株期接種用時(shí)更少、成本更低,所以通常在甜瓜苗期進(jìn)行霜霉病的抗性鑒定[34]。2005年,Perchepied等用Edisto 47、Ouzbèque 2、PI414723、MR-1及甜瓜霜霉病的感病品系Védrantais和抗病品系PI 124112的雜交后代作為接種材料,在人為設(shè)定的6種不同環(huán)境條件下觀察這些材料對(duì)于霜霉病的抗性反應(yīng),結(jié)果顯示,不同的環(huán)境條件下,相同的材料對(duì)霜霉病的抗性表現(xiàn)會(huì)存在差異[35]。2016年,張學(xué)軍等也發(fā)現(xiàn)環(huán)境條件對(duì)于甜瓜霜霉病的發(fā)病情況影響很大,研究地區(qū)不同,環(huán)境條件不同,必將會(huì)引起接種結(jié)果的差異[36]。總結(jié)上述研究結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),之前關(guān)于甜瓜霜霉病抗性鑒定的研究也不少,但不同的研究人員采用的抗性鑒定方法和所設(shè)定的環(huán)境條件不同,由此得到的結(jié)果必然存在差異,建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的甜瓜霜霉病苗期抗性鑒定體系至關(guān)重要。2019年,張學(xué)軍等對(duì)甜瓜霜霉病的接種時(shí)期、接種方法、所用的孢子懸浮液濃度等接種要素進(jìn)行了研究,該研究建立了甜瓜霜霉病苗期抗性鑒定體系,統(tǒng)一了苗期接種后的病情分析標(biāo)準(zhǔn)。由此認(rèn)為,甜瓜霜霉病苗期抗性鑒定接種的最優(yōu)期是2葉1心期,最佳接種方法是噴霧法,所用分生孢子懸浮液的濃度為5 000個(gè)/mL時(shí),即可正常發(fā)病[37]。將霜霉病的分生孢子懸浮液均勻噴灑于苗期甜瓜葉片,直到孢子懸浮液滴落為止,接下來的24 h內(nèi),保持相對(duì)濕度達(dá)到80%～90%且處于黑暗條件,之后將溫度保持在25～30 °C,正常管理,在接種后 15 d 調(diào)查病情等級(jí)。病情等級(jí)的劃分及病情指數(shù)的計(jì)算可參照凌悅銘等2021年的相關(guān)研究中的描述[38]。甜瓜霜霉病抗性鑒定體系的建立,提高了甜瓜品種對(duì)霜霉病抗感表型的準(zhǔn)確度,對(duì)于甜瓜抗霜霉病品種的選育及抗病機(jī)制的研究具有至關(guān)重要的作用。

4.2 抗性材料

甜瓜屬是具有最全面的抗霜霉病特性的葫蘆科作物[39]。一些抗霜霉病的優(yōu)良材料早在印度被發(fā)現(xiàn),例如PI124111、PI124112和PI414723。其中,PI124111和PI124112已成為了美國抗霜霉病育種的重要材料,不少科研工作者對(duì)這2個(gè)材料的抗霜霉病遺傳規(guī)律和抗性相關(guān)基因進(jìn)行了挖掘[35,40-42]。另外,早在1944年,Ivanoff就初次報(bào)道了高抗霜霉病的甜瓜栽培品種,分別是Cuban Castilian、Smith’s Perfect、Orange Fleshed Rocky Dew、Rocky Dew和Green Fleshed Rocky Dew[43]。1974年,Sowell等表示在中國臺(tái)灣也發(fā)現(xiàn)了具有高抗霜霉病特性的甜瓜栽培品種Tainan No.2,又名PI321005[44]。1981年在以色列,在露地栽培條件下,Cohen等測試了19個(gè)甜瓜材料對(duì)霜霉病的抗性,發(fā)現(xiàn)3個(gè)有利用價(jià)值的材料[45]。2007年,4個(gè)來自于西班牙的野生品種分別是IC267353、IC274029、KP7和B-159,均對(duì)從印度分離的霜霉病菌具有抗性[46-47]。2019年,張學(xué)軍等對(duì)大量甜瓜種質(zhì)資源進(jìn)行了霜霉病抗性鑒定試驗(yàn),篩選出18份抗霜霉病的甜瓜種質(zhì)資源,其中有6份抗病材料,分別是21夏甜瓜、8-119、8-148、T112、T114、T116;7份高抗材料,分別是PI414723、PI124112、8-167、T115、8-169、PI164637、PI164723;5份免疫材料,分別是MR-1、PI438628、PI442177、PI438685、PI390452[37]。

總結(jié)前人的研究結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),到目前為止確實(shí)發(fā)現(xiàn)了不少抗霜霉病的甜瓜材料,但這些抗霜霉病的甜瓜材料大部分是野生資源,轉(zhuǎn)育時(shí)間比較長,很難直接應(yīng)用;另外,從這些材料選育出來的抗病品種的果實(shí)品質(zhì)較差。因此,選育產(chǎn)量高、品質(zhì)好且對(duì)霜霉病有較強(qiáng)抗性的甜瓜品種對(duì)科研工作者來說仍是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

4.3 抗性遺傳分析

國外對(duì)于甜瓜抗霜霉病遺傳規(guī)律的探索相比國內(nèi)較早,但是一直以來在抗性遺傳上存在一定的分歧。從各位學(xué)者的研究中發(fā)現(xiàn),甜瓜抗霜霉病的遺傳模式很多,包括單顯性基因、單隱性基因、不完全顯性雙基因、部分顯性基因、寡基因、修飾基因和多基因控制,具體如下:1944年,Ivanoff發(fā)現(xiàn)了4個(gè)來自印度的對(duì)霜霉病具有較高抗性的甜瓜栽培品種Cuban Castilian、Green Fleshed Rocky Dew、Orange Fleshed Rocky Dew和Smith’s Perfect,這4個(gè)高抗霜霉病的甜瓜栽培品種都是通過部分顯性基因控制其對(duì)霜霉病的抗性[43]。1988年,Thomas研究發(fā)現(xiàn),從美國引進(jìn)的多代自交材料MR-1是通過2個(gè)不完全顯性基因PC1和PC2共同調(diào)控其對(duì)霜霉病的抗性[40]。1988年,Cohen等分別將甜瓜抗病品種PI124111F與感病品種WI 998、Ananas-Yokneam雜交,對(duì)各自雜交的后代進(jìn)行抗性研究,2次雜交試驗(yàn)均發(fā)現(xiàn)抗霜霉病品種PI124111F的抗性是由2個(gè)部分顯性基因調(diào)控的[48]。1989年,Epinat等用3個(gè)高抗霜霉病的甜瓜品種MR-1、PI414723和PI124112作為母本,高感霜霉病的甜瓜品種Vedrantais作為父本,分別雜交研究其抗霜霉病的遺傳規(guī)律,結(jié)果顯示,母本抗霜霉病病品種PIl241l2和MR-1的抗性表現(xiàn)為通過不完全顯性的寡基因控制,而PI414723的抗性是由單基因顯性控制[49]。2000年,Angelov等用抗霜霉病自交系5-4-2-1分別和感病自交系VK1-5雜交,結(jié)果發(fā)現(xiàn),5-4-2-1對(duì)霜霉病的抗性表現(xiàn)為隱性遺傳,而用抗霜霉病自交系5-4-2-1和感病自交系K15-6雜交,5-4-2-1 抗霜霉病基因表現(xiàn)為顯性遺傳,因此認(rèn)為感病自交系K15-6中可能存在修飾基因,將其命名為M-Pc-5,它可以調(diào)控5-4-2-1的抗病基因表達(dá),而將5-4-2-1內(nèi)的抗霜霉病基因命名為Pc-5[50]。2010年,Shashikumar等研究發(fā)現(xiàn),抗病品系IIHR121和IIHR122對(duì)霜霉病的抗性表現(xiàn)是由多基因控制的,并且是一個(gè)數(shù)量性狀[51]。2012年,楊柳燕用高抗品種DM3和高感品種DF4建立F2代分離群體及回交后代BC1群體,發(fā)現(xiàn)田間發(fā)病結(jié)果和SRAP標(biāo)記驗(yàn)證結(jié)果均為抗病株數(shù)量明顯少于感病株,并且分離比例約為1 ∶ 3,由此推斷甜瓜品種DM3對(duì)霜霉病的抗性表現(xiàn)是由l對(duì)隱性基因控制的[52]。翟文強(qiáng)等通過用高抗霜霉病品種PI414723和高感霜霉病材料DF4構(gòu)建的F2分離群體及BC1回交群體,對(duì)抗源PI414723進(jìn)行抗霜霉病遺傳規(guī)律分析,發(fā)現(xiàn)抗源PI414723的抗性由一對(duì)顯性基因控制[53]。2016年,張學(xué)軍等用甜瓜霜霉病的分生孢子懸浮液噴霧接種甜瓜抗病資源T115、感病哈密瓜農(nóng)家品種SP紅心脆、F1、F2、BCs及BCr等材料,并基于ICuGI已構(gòu)建的甜瓜遺傳連鎖圖譜,采用集團(tuán)分離法及1 090對(duì)甜瓜SSR引物進(jìn)行連鎖遺傳分析,結(jié)果認(rèn)為,甜瓜抗病資源T115的抗霜霉病特性是通過顯性單基因控制的[54]。

關(guān)于甜瓜抗霜霉病的遺傳模式的研究之所以存在不同的觀點(diǎn),主要原因是研究用的甜瓜抗源材料不同,其次是接種鑒定的方法也存在差異,因此對(duì)于甜瓜抗霜霉病的抗性研究仍有待深入挖掘。

4.4 甜瓜霜霉病抗性資源分子標(biāo)記及基因/QTL定位

如今,分子生物學(xué)和生物技術(shù)迅速發(fā)展,分子標(biāo)記技術(shù)已成為育種工作中不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)。其中,抗病育種最為基礎(chǔ)的工作是通過分子標(biāo)記技術(shù)來尋找與抗病基因緊密關(guān)聯(lián)的分子標(biāo)記,而甜瓜品種的遺傳圖譜可以通過分子標(biāo)記建立起來,該圖譜可以快速定位到抗霜霉病基因或與其緊密連鎖的分子標(biāo)記,而后進(jìn)行抗性鑒定試驗(yàn)及分子標(biāo)記輔助育種,從而縮短育種時(shí)間[55]。

2005年,Perchepied等以PI124112 和Védrantais雜交產(chǎn)生F2代后獲得的120個(gè)重組自交系為材料,首次構(gòu)建了甜瓜霜霉病遺傳圖譜,該圖譜長度為1 150 cM,包含了許多重要標(biāo)記,例如17個(gè)SSR標(biāo)記、26個(gè)IMA標(biāo)記、465個(gè)AFLP標(biāo)記、抗番木瓜環(huán)斑病標(biāo)記和雌雄同株標(biāo)記;共分為36個(gè)連鎖群,標(biāo)記最大間距為26.5 cM,平均標(biāo)記間距為4.2 cM,同時(shí)在該圖譜中定位到了11個(gè)與抗霜霉病基因相關(guān)的QTL[35]。2012年,西班牙的科研工作者們合作完成了甜瓜基因組的測序,甜瓜基因組序列信息提供了大量的SNP和SSR等分子標(biāo)記,為構(gòu)建甜瓜高密度的遺傳圖譜奠定了基礎(chǔ),推動(dòng)了分子標(biāo)記與優(yōu)良性狀連鎖研究以及QTL研究的開展[56]。2013年,Yang等以高感霜霉病甜瓜品種DF4和高抗霜霉病甜瓜品種DM3為研究材料,找到與抗霜霉病基因連鎖的SRAP標(biāo)記me8em11,連鎖距離為9.8 cm[57];2014年,賀玉花等以抗霜霉病病品種PI414723為研究材料,找到了與抗霜霉病基因Pc-3連鎖的SSR標(biāo)記3個(gè),其中DE0854的遺傳距離為13.69 cm,DE1320的遺傳距離為26 cM,DE1887的遺傳距離為26 cM[58]。2016年張學(xué)軍等以SSR技術(shù)結(jié)合BSA的方法,找到了野生甜瓜PI414723中與抗霜霉病基因連鎖的SSR標(biāo)記DM0231,遺傳連鎖距離為2.67 cM,并將DM0231定位在LG9的81 cM位點(diǎn)上,將抗病基因定位在LG9上[13]。利用同樣的方法,張學(xué)軍等也找到了甜瓜抗霜霉病資源T115中與抗霜霉病基因連鎖的SSR標(biāo)記DM0073,遺傳連鎖距離為3.6 cM,并將DM0073定位到SYS Consensus Map中第一連鎖群的46 cM位點(diǎn)上,將抗病基因定位在LG1上[54]。張學(xué)軍等利用SSR技術(shù)及QTL分析,檢測到了3個(gè)分別位于chr-5、chr-9和chr-10染色體上的霜霉病抗性基因QTL位點(diǎn):qR1-1-1、qR2-2-1、qR1-3-1,其中qR2-2-1位點(diǎn)是調(diào)控甜瓜霜霉病的主效QTL位點(diǎn)[59]。2019年,張學(xué)軍等完成了甜瓜高密度遺傳連鎖圖譜,該圖譜主要通過GBS測序技術(shù)及滑動(dòng)窗口等方法構(gòu)建,遺傳總距離為 4 823.55 cM,平均遺傳距離為1.43 cM;其中定位到與甜瓜霜霉病性狀相關(guān)的QTL共26個(gè),該定位結(jié)果是結(jié)合苗期、生長中期和生長后期的抗病表型數(shù)據(jù)得到的,苗期、中期、后期均與5號(hào)連鎖群上的QTL相關(guān)聯(lián),分布在cm3.5.1_scaffold00005這個(gè)scaffold上,且定位區(qū)間一致,物理位置為6 831 227～7 830 935 bp,約1 Mb的區(qū)間[60]。2021年,凌悅銘等找到了甜瓜抗霜霉病的QTL候選區(qū)間,其中包括12號(hào)染色體的21～23 Mb、10號(hào)染色體的5～6、7～11、12～13 Mb,9號(hào)染色體的21～24 Mb共5個(gè)區(qū)間;并在9號(hào)染色體上找到了主效QTL,在此開發(fā)了準(zhǔn)確率為98%的InDel 20標(biāo)記和準(zhǔn)確率為95%的InDel 15標(biāo)記[38]。上述關(guān)于甜瓜霜霉病抗性資源分子標(biāo)記及基因/QTL定位的研究,為之后甜瓜霜霉病抗病機(jī)理的進(jìn)一步研究提供了強(qiáng)力支撐。

5 甜瓜霜霉病的防治

5.1 農(nóng)業(yè)防治

選用適宜的抗病品種,如長香玉、西洲蜜、雅典、永甜1號(hào)、八里香等。

選好栽培地,培育壯苗,增強(qiáng)植株的抗病力。

加強(qiáng)栽培管理。要選用地勢較高、排水較好且肥沃的沙質(zhì)壤地塊,不要重茬種植,至少要經(jīng)過3年的輪作。另外,不要與其他瓜類作物鄰近種植,特別是不要在黃瓜相鄰地塊種植。保持合理的種植間距,保持棚內(nèi)通風(fēng)透光良好,這樣有利于植株健壯生長,及時(shí)掐尖、打叉、整枝、除草。注意對(duì)棚內(nèi)濕度的控制,隨時(shí)關(guān)注天氣情況,不要雨前澆水,下大雨后要及時(shí)排水并加強(qiáng)通風(fēng),避免植株、葉片長時(shí)間浸在積水中,從而促進(jìn)病原菌的萌發(fā)。

合理施肥,多施基肥,增施農(nóng)家肥,多施有機(jī)肥,少施化肥,同時(shí)追施磷鉀肥和微生物菌肥,從而改善土壤肥力及理化性質(zhì),增強(qiáng)植株的抗病能力。追肥要少量多次,長勢弱的植株在根外追肥,使植株長勢較好從而有更強(qiáng)的抵御病害的能力。

病葉病株要盡快清理。一旦發(fā)現(xiàn)植株發(fā)病立即清除,收種后及時(shí)清除植株,避免廢棄植株在大棚內(nèi)腐爛染病,從而減少病原菌的殘留與傳播。

5.2 物理防治

將種子置于強(qiáng)光下曝曬以達(dá)到消毒的目的。曝曬種子1～2 d,曝曬后除了達(dá)到消毒的目的,種子的休眠也被打破,其發(fā)芽率得到了提高。定植后,可以通過及時(shí)懸掛黃板,覆蓋或懸掛銀灰色膜的方法消滅蚜蟲等蟲害。

5.3 化學(xué)防治

浸種處理:播種前,需準(zhǔn)備50%的多菌靈可濕性粉劑(WP)800倍液,并將種子在其中浸泡0.5 h,晾干后直播,可以很好地預(yù)防霜霉病。

噴霧施藥:在霜霉病發(fā)病前期要及時(shí)進(jìn)行病害的防治,需準(zhǔn)備58%甲霜錳鋅WP、40%乙磷鋁WP 250倍液、69%安克錳鋅水分散性粒劑(WG) 1 000 倍液、80%的烯酰嗎啉WP 800～1 000倍液等化學(xué)藥劑噴施甜瓜中下部。施藥頻率為每隔1周噴霧施藥1次。

熏煙施藥:若在大棚內(nèi)熏煙施藥需準(zhǔn)備45%的百菌清煙劑,每次熏煙施藥的用量一般為 3.75 kg/hm2[16-17,19]。

6 問題與討論

縱觀甜瓜霜霉病的發(fā)生歷史可以發(fā)現(xiàn),該病害一直以來是我國乃至世界甜瓜生產(chǎn)上的重要病害之一。雖然甜瓜霜霉病已引起各方的密切關(guān)注,并在研究上也取得了一些進(jìn)展,但相比于霜霉病在黃瓜上的研究,在甜瓜上的研究仍處于初級(jí)階段且相關(guān)研究也比較少,還有很多科學(xué)問題亟待深入研究解決。

(1)部分研究表明,在低溫嚴(yán)寒地區(qū)霜霉病菌是通過卵孢子越冬的,但迄今為止也沒有發(fā)現(xiàn)卵孢子可以成功接種,因此,對(duì)于卵孢子的萌發(fā)、適宜的生活條件仍需要進(jìn)行深入研究,這對(duì)探明霜霉病菌的初侵染來源十分重要。

(2)目前,國內(nèi)外對(duì)于甜瓜霜霉病菌生理小種分化的研究仍存在分歧。由于接種材料、接種所用的孢子懸浮液濃度、環(huán)境條件及鑒定標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一;另外,由于存在個(gè)人主觀判斷導(dǎo)致甜瓜致病性鑒定存在差異,未來使用統(tǒng)一的鑒定標(biāo)準(zhǔn)開展生理小種的分化研究將有助于這一問題的解決。

(3)對(duì)于甜瓜抗霜霉病遺傳規(guī)律的研究也存在分歧。抗性是由顯性基因調(diào)控還是由隱性基因調(diào)控,是單基因決定還是多基因共同作用尚不明確。另外,甜瓜霜霉病菌的生理小種分化現(xiàn)象是否與其抗病性存在關(guān)聯(lián)也需深入探究。將來可以著力探究霜霉病菌分化和變異的分子遺傳學(xué)規(guī)律,將遺傳學(xué)規(guī)律與生理小種鑒定結(jié)果結(jié)合起來,選擇合適且統(tǒng)一的鑒定寄主,從根本上消除關(guān)于霜霉病生理小種分化存在的分歧。這一工作對(duì)于一個(gè)國家的抗病育種及國家之同相互引進(jìn)抗源是至關(guān)重要的。

(4)分子標(biāo)記的研究不能直接應(yīng)用于育種實(shí)踐中。目前,科研工作者們已完成了甜瓜的基因組測序,從甜瓜的基因組上可以檢索到大量的霜霉病抗病基因和QTL,可以開發(fā)與甜瓜霜霉病抗病基因或QTL緊密連鎖的分子標(biāo)記,利用開發(fā)的分子標(biāo)記可以開展大規(guī)模分子設(shè)計(jì)抗病育種,并且為了提高甜瓜品種的抗病性可以聚合多個(gè)抗病QTL于一個(gè)品種。但多數(shù)科研工作者把研究目標(biāo)集中在抗病基因的定位上,在選擇材料方面對(duì)于育種的需求考慮較少,即便完成了抗病基因的定位,但是無法直接應(yīng)用于育種。因此,未來設(shè)計(jì)試驗(yàn)時(shí)需結(jié)合育種實(shí)踐,進(jìn)行分子標(biāo)記研究時(shí)要選擇可以直接用于育種的材料。

(5)目前主要利用化學(xué)藥劑進(jìn)行甜瓜霜霉病的防治,但是長時(shí)間使用化學(xué)農(nóng)藥會(huì)增加病原菌的抗藥性,而選育品質(zhì)較好的抗霜霉病的甜瓜品種依然是防治甜瓜霜霉病最根本、最環(huán)保、最有效的方式,但是這對(duì)育種工作者來說是一項(xiàng)很大的挑戰(zhàn)。由于我國不同地區(qū)適宜種植的甜瓜品種不同,栽培方式也大不相同,大眾對(duì)各個(gè)品種的需求不同,消費(fèi)習(xí)慣必然存在差異,在綜合各方面需求的同時(shí)培育出抗病品種的難度更大。因此,未來一段時(shí)間對(duì)于甜瓜霜霉病的主要防控方式還是進(jìn)行甜瓜霜霉病綠色防控技術(shù)的研究與推廣。例如,可以加強(qiáng)對(duì)于甜瓜栽培方式的研究,通過改善甜瓜營養(yǎng),調(diào)控其栽培環(huán)境、破壞霜霉病的侵染循環(huán),加強(qiáng)對(duì)于霜霉病的綠色防治;另外,開展關(guān)于生防菌的研究,加強(qiáng)對(duì)于芽孢桿菌、木霉菌等生防菌的篩選與利用,也是霜霉病綠色防治的重要方式;也可以加大對(duì)于植物農(nóng)藥的研發(fā)及推廣應(yīng)用,用植物農(nóng)藥代替化學(xué)農(nóng)藥,減少化學(xué)殘留,進(jìn)一步加強(qiáng)甜瓜霜霉病的綠色防治,大力促進(jìn)甜瓜產(chǎn)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展。