全 文 ：© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
园 艺 学 报 2009, 36 (12) : 1755 - 1760
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2009 - 06 - 12; 修回日期 : 2009 - 12 - 07
基金项目 : 国家自然科学基金重点项目 ( 30830079 ) ; 国家科技支撑计划项目 ( 2008BADB105, 2006BAD13B062325,
2006BAD01A725211) ; 国家高技术研究发展计划 (‘863’)项目 (2008AA10Z150, 2006AA10Z1A8, 2006AA100108) ; 江苏省科技支撑计
划项目 (BE2009310)3 通讯作者 Author for correspondence ( E2mail: jfchen@njau1edu1cn)
黄瓜及其近缘种对南方根结线虫的抗性及酶响应变
化的研究
叶德友 1, 2 , 钱春桃 1 , 贾媛媛 1 , 张燕霞 1 , 陈劲枫 13
(1 作物遗传与种质创新国家重点实验室 , 南京农业大学园艺学院 , 南京 210095; 2 甘肃省农业科学院蔬菜研究所 , 兰
州 730070)
摘 要 : 选取 6份黄瓜品种和 2份近缘种 (非洲角和酸黄瓜 ) 进行了南方根结线虫病抗性鉴定 , 2份
近缘野生种高抗南方根结线虫病 , 6份黄瓜品种为感病类型。接种前后根系酶活性与病情指数相关性分析
表明 , 超氧化物歧化酶 ( SOD)、过氧化物酶 ( POD )、苯丙氨酸解氨酶 ( PAL ) 活性变化与其病情指数分
别呈显著正相关 ( r = 0182783 )、极显著负相关 ( r = - 0196793 3 ) 和显著负相关 ( r = - 0184993 )。POD
同工酶电泳分析表明 , 抗病材料酸黄瓜较未接种对照增加了 3条酶带 (相对迁移率 Rf = 01126, 01188,
01944) , 而感病材料北京截头只增加了 1条弱带 (Rf = 01396)。SOD、POD及 PAL活性水平可作为甜瓜属
作物抗根结线虫病鉴定的生化指标及常规抗性鉴定方法的补充。
关键词 : 黄瓜 ; 甜瓜属 ; 近缘种 ; 南方根结线虫 ; 抗性 ; 酶
中图分类号 : S 64212 文献标识码 : A 文章编号 : 05132353X (2009) 1221755206
Cucum ber and Its Rela ted Spec ies for Resistance to the Sourthern Root2knot
Nema tode M eloidogyne incogn ita and Respond to Changes of Enzym e
YE De2you1, 2 , Q IAN Chun2tao1 , J IA Yuan2yuan1 , ZHANG Yan2xia1 , and CHEN J in2feng1 3
(1 S ta te Key Labora tory of C rop Genetics and Germ plasm Enhancem ent, College of Horticulture, N anjing A gricultural U niversity,
N anjing 210095, Ch ina; 2 Institu te of V egetables, Gansu A cadem y of A gricultural Sciences, Lanzhou 730070, Ch ina)
Abstract: The eight Cucum is germp lasm s were selected for evaluation of their resistance to the root2knot
nematodesM eloidogyne incogn ita. The results showed that the two Cucum is wild relatives were highly resistant
to M eloidogyne incogn ita, and the six varieties of cucumber were all suscep tible. The correlation analysis be2
tween the rates of changes of superoxide dismutase ( SOD ) , peroxidase ( POD ) , phenylalanine ammonial2
yase ( PAL) in roots before and after inoculation and disease index for Cucum is species tested was performed.
The results showed that there was a significant positive correlation of SOD ( r = 0182783 ) , highly significant
negative correlation of POD ( r = - 0196793 3 ) and significant negative correlation of PAL ( r = - 0184993 )
associated with the disease index, respectively. POD isoenzyme electrophoresis analysis showed that there
were three more enzyme bands (Rf = 01126, 01188, 01944) in the resistant genotype‘C. hystrix’, but on2
ly one weak band (Rf = 01396) in the suscep tible genotype‘Beijing J ietou’when compared to noninoculat2
ed control. The level of SOD, POD and PAL activities can be used as the biochem ical markers and the sup2
p lement for the conventionalmethod of evaluation for resistance to the root2knot nematodes in Cucum is species.
Key words: cucumber; Cucum is; related species; M eloidogyne incogn ita; resistance; enzyme
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园 艺 学 报 36卷
南方根结线虫 (M eloidogyne incogn ita ) 是危害黄瓜 (Cucum is sa tivus L. ) 生产的主要病原线虫。
目前黄瓜栽培种中尚未发现抗南方根结线虫病的种质资源 (W alters et al. , 1993; 沈镝 等 , 2007) ;
甜瓜属一些近缘野生种 , 如 C. m etu liferus E. Meyer ex Naudin, C. anguria L. , C. ficifolius A. R ich,
C. heptadacty lus Naud. , C. long ipes Hook和酸黄瓜 (C. hystrix Chakr. ) 等 , 对南方根结线虫具有抗性
(W alters et al. , 1993; 陈劲枫 等 , 2001)。酸黄瓜和栽培黄瓜的成功杂交标志着甜瓜属种间杂交的重
大突破 (Chen et al. , 1997) , 为野生种抗性基因转入栽培黄瓜 , 培育抗线虫黄瓜品种带来了新的机
遇。
作者选取有代表性的甜瓜属种质进行南方根结线虫病抗性鉴定 , 研究抗、感材料接种前后 SOD、
POD和 PAL酶活性变化规律及 POD同工酶谱变化特征 , 寻找与抗病鉴定相关的生理生化指标 , 为深
入了解线虫和寄主之间在分子水平上的作用机制奠定基础。
1 材料与方法
111 材料
非洲角 (C. m etu liferus Naud. )、酸黄瓜 (C. hystrix Chakr. )、西双版纳黄瓜 (C. sa tivus L. var.
x ishuangbannesis Q i et Yuan)、华北型黄瓜北京截头、华南型黄瓜二早子均为南京农业大学作物遗传与
种质创新国家重点实验室黄瓜育种组提供 , 津春 4号、津绿 4号、日本翠绿均为商业品种。南方根结
线虫由南京农业大学植保学院线虫实验室提供 , 接种在感病番茄品种苏粉 2号上 , 于温室中繁殖。
112 育苗与接种
试验于 2008年春、秋两季在南京农业大学实验基地日光温室中进行。春季 3月 10日播种 , 秋季
9月 1日播种 , 待幼苗长至两叶一心时从育苗穴盘移入盆钵中 , 3～4片真叶时接种。线虫卵悬浮液的
制备参照 Hussey和 Barker (1973) 的方法 , 接种参照陈劲枫等 (2001) 的方法 , 接种量为 2 000个
卵 ·株 - 1 , 每份材料各接种 15株 , 3次重复 , 完全随机设计 , 接种后进行正常的肥水管理。
113 抗性鉴定
接种 8周后洗去根系的基质 , 调查统计每株根系的根结数和卵块数。其分级参照 Hartman和 Sas2
ser (1985) 的方法 , 根结指数 ( GI) 和卵块指数 ( E I) 的计算参照 Powell等 (1971) 的方法 , 病情
指数 (D I) 计算公式为 : D I = ( GI2 + E I2 ) ( Kouame et al. , 1997) , 最后依据病情指数将各材料对
根结线虫的寄主反应分为 7级 : 免疫 ( IM ) , 0
114 酶活性测定与同工酶电泳
在接种后 2、4、7、14、21和 28 d对根系和叶片分别取样 , 每份材料取 1株 , 3次重复 , 以同一
材料不接种为对照。叶片取植株中上部功能叶 , 根系用自来水冲洗干净 , 取幼嫩的根系 , 于 - 20 ℃
冰箱中保存备用。SOD和 POD酶液提取和活力测定参照李合生 (2000) 的方法 , PAL酶液提取及活
性测定参照薛应龙 (1985) 的方法 , POD同工酶电泳参照李靖等 (1991) 的方法略有改动。
2 结果与分析
211 供试材料对南方根结线虫的抗性反应
在供试 8份材料中未发现对南方根结线虫免疫的甜瓜属种质资源 , 但表现出了不同的抗性反应
(表 1)。6份黄瓜品种的病情指数介于 5100～6123, 对南方根结线虫表现中度到高度感病。两份近缘野
生种非洲角与酸黄瓜的病情指数分别为 1155和 1147, 二者之间差异不显著 ( P > 0105) , 但二者与华北
型黄瓜品系北京截头 (D I = 6123) 之间差异达极显著水平 (P < 0101) , 表现出高抗南方根结线虫病。
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表 1 供试甜瓜属材料南方根结线虫病抗性鉴定结果
Table 1 Resistance iden tif ica tion of Cucum is spec ies stud ied to M. incogn ita in greenhouse
编号
No.
种类 (品种 )
Species or varieties
根结指数
Gall index ( GI)
卵块指数
Eggmass index ( E I)
病情指数
D isease index (D I)
寄主反应
Host reaction
1 非洲角 C. m etu liferus 1150 0138 1155 HR
2 酸黄瓜 C. hystrix 1138 0150 1147 HR
3 北京截头 Beijing J ietou 4188 3188 6123 HS
4 二早子 Erzaozi 4175 3175 6105 HS
5 西双版纳黄瓜 Xishuangbanna Huanggua 4170 1170 5100 MS
6 津春 4号 J inchun 4 4186 2169 5156 S
7 津绿 4号 J inlü4 4179 2147 5139 S
8 日本翠绿 Cuilü 4180 1186 5115 S
212 供试材料根系 SOD、POD、PAL酶活性变化与抗病性的关系
接种前 , 抗病材料根系中的 SOD活性高于感病材料 (除日本翠绿外 )。接种 7 d后 , 抗病材料非
洲角与酸黄瓜的 SOD活性降低 , 较未接种对照分别降低了 3215%、3519% ; 而感病材料 SOD活性升
高 , 北京截头、二早子、西双版纳黄瓜、津春 4号、津绿 4号及日本翠绿较未接种对照分别升高了
2015%、1917%、5211%、4519%、5617%和 5614% (图 1, A )。接种前后 SOD活性变化率与病情
指数呈显著正相关 ( r = 0182783 ) (图 2, A )。接种前 , 供试抗、感材料 POD活性较低。接种 7 d
后 , 抗病材料非洲角与酸黄瓜分别较未接种对照增加了 3514%和 4015% , 增加的幅度较大 ; 感病材
料北京截头、二早子、西双版纳黄瓜、津春 4号、津绿 4号及日本翠绿分别较未接种对照增加了
711%、611%、818%、1215%、418%、719% , 增加幅度较小 (图 1, B )。接种前后 POD活性变化
率与病情指数呈极显著负相关 ( r = - 0196793 3 ) (图 2, B)。接种前 , 不同抗性材料之间 PAL活性
图 1 供试材料接种前与接种 7 d后根系 SOD、POD和 PAL活性
品种编号同表 1。
F ig. 1 SOD、POD and PAL activ ities in roots of Cucum is
spec ies stud ied before and seven days after inocula tion
No. of variety as listed in Table 1.
图 2 供试材料接种前后根系 SOD、POD、PAL活性变化率与
病情指数间的相关性
F ig. 2 Correla tion between the ra tes of changes of SOD,
POD and PAL in roots and d isea se index for Cucum is
spec ies stud ied before and after inocula tion
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不同。接种 7 d后 , 除感病材料西双版纳黄瓜外 ( PAL活性降低 ) , 其余材料均升高。抗病材料非洲
角与酸黄瓜较未接种对照分别增加了 6113%、4719% , 增幅较大 ; 感病材料北京截头、二早子、津
春 4号、津绿 4号及日本翠绿分别增加了 1013%、1014%、1116%、1114%、1419% , 增幅较小 (图
1, C)。接种前后 PAL活性变化率与病情指数呈显著负相关 ( r = - 0184993 ) (图 2, C)。
213 酸黄瓜与北京截头黄瓜根系和叶片 SOD、POD、PAL酶活性动态变化
抗病材料酸黄瓜和感病材料北京截头根系与叶片中的酶活性动态变化测定结果如图 3所示。与未
接种对照相比 , 抗病材料酸黄瓜 SOD活性降低 , 根系与叶片中的 SOD活性最多降低分别为 3612%
(接种后 7 d) 和 3514% (接种后 4 d) ; 而感病材料北京截头 SOD活性升高 , 根系与叶片中的 SOD
活性最多增加分别为 5218% (接种后 21 d) 和 3716% (接种后 28 d)。接种的抗、感材料中的 POD
活性均有所增加 , 抗病材料酸黄瓜根系与叶片中的 POD活性最多增加分别为 4216% (接种后 21d)
和 3214% (接种后 4 d) ; 而感病材料北京截头根系与叶片中的 POD活性最多增加分别为 817% (接
种后 7 d) 和 1418% (接种后 21 d)。抗病材料酸黄瓜根系与叶片中的 PAL活性最多增加分别为
10217% (接种后 2 d) 和 7713% (接种后 7 d) ; 感病材料北京截头根系与叶片中 PAL活性最多增加
分别为 2213% (接种后 2 d) 和 1214% (接种后 7 d)。
图 3 抗病材料酸黄瓜、感病材料北京截头接种前后根系 (左 ) 与叶片 (右 ) 中的 SOD、POD和 PAL活性动态变化
F ig. 3 D ynam ic changes of SOD, POD and PAL activ ities in roots ( left) and leaves ( r ight) before and after inocula tion
in the resistan t genotype‘C. hystrix’and tha t in the susceptible genotype‘Be ijing J ietou’
214 POD同工酶谱变化
如图 4所示 , 接种前 , 抗、感材料 POD同工酶谱带数差异不大 , 但抗病材料酶带强于感病材料 ;
接种 4 d后 , 抗病材料酸黄瓜谱带数增加了 3条 (相对迁移率 , Rf = 01126, 01188, 01944) , 且强度
较强 , 而感病材料北京截头只增加了 1条弱带 (Rf = 01396) ; 接种 7 d后表现出与接种 4 d相似的变
化差异。表明抗病材料 POD同工酶的酶谱较感病材料的丰富 , 而且随着根结线虫的侵染 , 抗病材料
能迅速合成大量 POD同工酶来抵御根结线虫的侵入 , 而感病材料相对较少 , 因而抵抗力下降。
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图 4 抗病酸黄瓜 (左 ) 与感病北京截头 (右 ) 未接种 ( N I) 与接种 ( I) 4 d后根系 POD同工酶电泳图谱
箭头表示接种较未接种增加的谱带。
F ig. 4 POD isozym e pa ttern s of resistan t genotype‘C. hystrix’( left) and susceptible genotype
‘Be ijing J ietou’( r ight) in four2days inocula ted ( I) and non inocula ted roots ( N I)
A rrowheads indicate the enhanced bands in inoculated roots,
in comparison with noninoculated control.
3 讨论
采用根结指数与卵块指数两项指标来综合评价甜瓜属种质资源对南方根结线虫病的抗性结果表
明 , 在供试黄瓜栽培种中未发现抗南方根结线虫病的种质资源 , 这与前人的研究结果 (W alters et
al. , 1993) 一致。本研究还发现 , 甜瓜属近缘野生种非洲角与酸黄瓜表现出了对南方根结线虫的高
度抗性 , 这一研究结果是对前人研究结果 (W alters et al. , 1993; 陈劲枫 等 , 2001) 的证实 , 表明
本抗性鉴定结果的准确可靠与抗源的真实有效。
Ganguly等 (1988) 研究发现 , 豇豆受南方根结线虫侵染后 , 抗病反应中的 SOD活性降低 , 感病
反应中则升高。本研究中抗病材料酸黄瓜受侵染后 SOD活性降低 , 可能引起细胞内 O2
-·浓度增加。
高浓度的 O2
-·破环原生质膜 , 引起细胞内过敏反应 , 阻断了线虫的食物来源 , 致使线虫得不到营养供
应饥饿而死或离开寄主细胞 , 从而表现出抗病性 ; 感病材料北京截头中的 SOD活性升高 , 高浓度的
SOD清除了细胞内的 H2 O2。H2 O2是木质素合成的前体物质 , 细胞内由于缺乏 H2 O2 , 木质素合成减
少 , 细胞壁变薄 , 线虫侵入增多 , 造成细胞膜和细胞器的大量损伤 , 从而表现感病。
Zacheo等 (1982) 发现 , 不同番茄受南方根结线虫侵染后 , 抗病反应中 POD活性升高 , 而感病
反应中无明显变化。徐小明等 (2008) 报道南方根结线虫侵染茄子砧木后 , 感病材料中 POD活性增
幅较大。本研究中抗病与感病黄瓜中 POD活性均有所升高 , 但抗病较感病材料中 POD活性升高的幅
度要大 , 这可能与植物种类、抗性基因及其介导的遗传背景不同有关。Mana等 ( 2004) 研究发现 ,
线虫侵染后 , 抗病小麦根系中的 POD活性上升 , 且增加了 5条新的 POD同工酶谱带。本研究中抗病
材料酸黄瓜接种较未接种对照新增加了 3条谱带 , 且强度较强 , 而感病材料北京截头只增加了 1条弱
带 , 这表明 POD活性上升对细胞壁木质化起到一定的作用 , 而细胞壁木质化有助于阻止线虫的侵入。
Edens等 (1995) 研究发现 , 受南方根结线虫侵染后 , 抗病大豆中的 PAL活性迅速升高 , 可能
是通过编码木质素的生物合成而使细胞壁加厚 , 从而抵抗线虫的侵入。本研究结果表明 , 接种南方根
结线虫后 , 抗病材料中的 PAL活性上升较快 , 增幅较大 , 可能是木质素合成与积累较多 , 细胞壁加
厚 , 从而阻止线虫的侵入 ; 感病材料中的 PAL活性较低 , 木质素积累较少 , 可能是 PAL活性诱导较
晚 , 线虫侵入并在植物组织中建立了取食位点。
综上所述 , SOD、POD及 PAL的酶活变化在一定程度上能够反映不同种类或品种间的抗性差异 ,
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所以可将 SOD、POD及 PAL的活性水平作为甜瓜属作物抗线虫病鉴定的生化指标及常规抗性鉴定方
法的补充。线虫侵染后 , SOD活性降低 , O2
-·浓度增加 , 这些阴离子激发过敏反应 ; POD、PAL活性
增加 , 通过编码木质素的生物合成而使细胞壁加厚。因此 , SOD、POD、PAL等保护酶类 , 可能通过
直接或间接合成木质素 , 在抵御线虫侵染过程中发挥重要作用。
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