蔷薇属抗蚜种质资源的筛选

范元兰，陈宇春，蹇洪英，晏慧君，张 婷，李树发**，邱显钦**

(1.云南大学 生命科学学院，云南 昆明650091；2.云南省农业科学院花卉研究所，云南 昆明650205；3.国家观赏园艺工程技术研究中心，云南 昆明650205)

月季（Rosa hybrida)为蔷薇科（Rosacea)蔷薇属（RosaL.)植物，是世界第一大切花，有”花中皇后”的美誉[1-2].当今月季育种以抗病、花香、连续开花、花色等为主要目标，其相关研究也较多，但在月季抗蚜育种方面的研究较少.蚜虫是危害月季的主要害虫，主要通过刺吸汁液危害月季的嫩叶、嫩梢、嫩枝、花蕾等含糖成分较高的幼嫩组织，导致叶片卷曲、变黄或开花畸形，不仅影响植物的正常生长发育，同时还严重影响了月季产量和品质，使其失去观赏价值，造成巨大经济损失[3].危害月季的蚜虫主要包括蔷薇长管蚜（Macrosiphum rosaeLinnaeus）、月季长管蚜（Macrosiphum rosivorumZhang）、桃蚜（Myzus persicaeSulzer）、月季冠蚜（Myzaphis rosarumKaltenbach）、棉蚜（Aphis gossypiiGlover），但最为常见和为害最严重的是蔷薇长管蚜，其常聚集于月季嫩梢部位进行危害[4-7].蚜害在生产中较为普遍，不论是切花月季、食用玫瑰或是其他用途的蔷薇属种质资源，均有不同程度的危害[8-10].随着切花月季集约化生产规模的不断扩大，蚜虫对月季的危害日渐严重，如何减轻蚜虫危害是月季生产亟待解决的问题.

至今，蚜虫防治主要以农药防治为主，不仅污染环境而且会导致蚜虫群体产生抗药性.因此，使用高抗蚜虫的月季品种是控制月季蚜虫的有效方法之一，筛选和鉴定抗蚜虫种质资源则是培育抗蚜虫月季品种的前提.人工接种蚜虫及蚜量比值法是野生植物资源、转基因植物进行抗蚜性鉴定的常用方法，也可通过自然感蚜进行田间调查，人工接种蚜虫多为1～2龄若虫或成虫，适宜温度18～28℃，相对湿度60%～80%[11-13].目前，植物抗蚜虫鉴定与评价的研究主要集中在小麦Triticum aestivum[14]、玉米Zea mays[15-16]、菊花Chrysanthemum grandiflorum[17-18]、百合Liliumspp.[19]等植物上.王仕伟等[15]利用蚜情指数、发病率和危害度等指标，对222份玉米资源在自然发病条件下进行蚜虫抗性鉴定和评价，筛选出15份高抗蚜玉米自交系，表明以危害度为指标进行抗蚜虫鉴定可较好的衡量抗感差异.何俊平等[17]对32份切花菊种质进行人工接种蚜虫，统计了蚜量比值，得到10份高抗蚜品种，结果表明不同品种存在明显的抗蚜性差异.周俐宏等[19]根据人工接种2龄棉蚜若虫及蚜量比值法，对31份野生百合品种进行抗蚜虫鉴定，获得13份高抗蚜品种.然而，与蔷薇属抗蚜鉴定与评价相关的研究鲜有报道.

蔷薇属约有200多个种和变种，中国约有95个种，其中云南分布野生蔷薇41种，中国蔷薇属种质资源丰富，并且具有较高的遗传多样性和显著的抗逆优良性状[20].本研究在已有资源的基础上，对75份蔷薇属种质资源采用人工接种蚜虫的方法进行抗蚜性鉴定，以期筛选出抗蚜虫的种质，为抗蚜虫月季品种的培育提供参考.

1 材料与方法

1.1 供试材料本实验材料共计75份蔷薇属种质资源，其中野生种15份，中国古老月季10份，现代月季品种50份（表1）.供试材料均选自云南省农业科学院花卉研究所月季种质资源种植基地，采用基地种植的植株统一栽培管理，以健康植株嫩梢作为待测材料.选取来自高感蚜月季上的蔷薇长管蚜（Macrosiphum rosaeLinnaeus）成虫，作为待接种蚜虫.

1.2 人工接种蚜虫2019年9月于云南省昆明市盘龙区云南省农业科学院花卉研究所月季大棚种植基地开展试验.将待接蚜虫饥饿处理4 h，而后用湿润的细毛笔小心将蚜虫接种到健康植株嫩梢顶端，每个处理接种蚜虫3头，重复试验3次，之后采用透光防虫网罩住待测材料，以防止蚜虫逃逸及其它昆虫干扰.试验期间进行常规的大棚管理，避免喷洒农药，大棚温度为22±5℃，相对湿度为75%±5%.接种蚜虫后第1天开始记录，此后每隔1 d记录1次产蚜量，共计3次.

1.3 数据处理及抗性划分采用软件Microsoft Office Excel 2007对数据进行整理、统计等分析，采用软件IBM SPSSStatistics 17.0，对蚜虫数量进行了差异显著性分析及ANOVA分析.以蚜情指数为指标评价蔷薇属种质资源抗蚜性，蚜情指数是某材料上产蚜量与全部观测材料平均产蚜量的比值[21].参照Painter[22]的理论，根据蚜情指数的不同将抗蚜水平划分为7个等级，即免疫（Immunity）：0；高抗(HR)：0～0.3 0；中抗(MR)：0.3 1～0.6 0；低抗(LR)：0.6 1～0.9 0；低感(LS)：0.9 1～1.2 0；中感(MS)：1.2 1～1.5 0；高感(HS)：1.5 0以上.

2 结果与分析

2.1 蔷薇属种质资源抗蚜等级评价表1为75份种质资源的抗蚜等级鉴定结果. 由表1可以看出，在75份种质资源中没有对蚜虫免疫的资源；高抗的种质资源有中甸刺玫Rosa praelucens、木香花R.banksiae、突厥蔷薇R. damascena、金樱子R. laevigata以及现代月季品种‘土星露台’R.hybrid‘Saturn Terrace’；中抗的种质资源为软香红R.hybrida‘Ruanxianghong’、羽仕妆R.hybrida‘Yüshizhuang’、长尖叶蔷薇R.longicuspis、小果蔷薇R.cymosa、硕苞蔷薇R.bracteata、玫瑰R.rugosa、峨眉蔷薇R.omeiensis、紫月季花R.chinensisvar.Semperflorens、刺梨R.roxburghii、‘滇红’R.hybrid‘Dianhong’、‘墨红’R.hybrid‘Crimsin Glory’、‘金边玫瑰’R.hybrid‘Jinbian’等；低抗的种质资源是‘四面镜’R.hybrida‘Simianjing’、‘青莲学士’R.hybrida‘Qinglianxueshi’、‘匍匐红’R.hybrida‘Pufuhong’、‘玉玲珑’R.hybrida‘Yulinglong’、‘春水绿波’R.hybrida‘Chunshuilübo’、大花香水月季R.odoratavar.gigantea、七姊妹R.multifloravar.carnea；低感的种质资源包括黄刺玫R. xanthina、野蔷薇R.multiflora等；中感的种质资源为‘太阳花阳台’R.hybrid‘Sunflower balcony’、‘和田玫瑰’R.hybrid‘Hetian’、‘叮当’R.hybrid‘Tinker Bell’、‘白色梅安’R.hybrid‘White Mayan’、‘粉天使’R.hybrid‘Pink Angel’、‘安吉拉’R.hybrid‘Angela’、‘马车’R.hybrid‘Chariot’；高感的种质资源有‘绿萼’R.hybrida‘Viridiflora’、‘月月红’R.chinensis‘Slater’s crimson China’、‘月月粉’R.chinensis‘Pallida’以及大多数现代月季品种‘马车’R.hybrid‘Chariot’、‘天方夜谭’R.hybrid‘The Arabian Nights’、‘娜塔莉’R.hybrid‘Natalie’、‘胡里奥’R.hybrid‘Julio’、‘大力水手’R.hybrid‘Popeye’、‘薰衣草绒球’R.hybrid‘Lavender Velvet Ball’、‘闪电’R.hybrid‘Lightning’、‘大游行’R.hybrid‘Parade’、‘冰山’R.hybrid‘Iceberg’、‘粉红满天星’R.hybrid ‘Pink stars’.

表1 蔷薇属种质资源抗蚜虫鉴定结果Tab.1 Identification of aphid resistance of Rosa germplasm resources

续表 1

2.2 蔷薇属种质蚜害情况不同抗性种质接种蚜虫后，蚜虫的发生情况不同.由表2可以看出，接种蚜虫1 d各试验材料蚜虫数量没有显著差异，接种蚜虫2，3 d各试验材料蚜虫数量显著差异，且接种蚜虫3 d后差异较显著.接种蚜虫3d植株形态变化差异较接种蚜虫1、2 d显著.接种蚜虫3 d后野生种木香花（图1A）、金樱子（图1B）蚜虫数量较少，植株形态特征几乎没有变化，对蚜虫的抗性等级表现为高抗；刺梨（图1C）及食用玫瑰‘滇红’（图1D）受蚜虫危害明显，植株形态特征没有明显变化，对蚜虫的抗性等级表现为相对中抗；现代月季品种‘秋日胭脂’（图1E）受蚜害严重，植株叶片皱缩，对蚜虫的抗性等级表现为相对中抗；现代月季品种‘凯丽’（图1F）、‘安吉拉’（图1G）、‘薰衣草绒球’（图1H）受蚜害最严重，植株叶片卷曲发黄，对蚜虫的抗性等级分别表现为相对低感、中感、高感；在接种蚜虫1周后，蚜虫对植株的危害明显表现出来，植株叶片卷曲、皱缩或黄化（图1I）.

表2 75份蔷薇属种质资源蚜虫数量统计分析Tab.2 Statistical analysisof aphidsin 75 Rosa g ermplasm resources

表3为75份蔷薇属种质资源的抗蚜等级分布情况.由表3可以看出，没有对蚜虫免疫的种质资源（占比为0），筛选出抗蚜种质资源44份（58.67%），其中有5份为高抗蚜资源（6.67%），23份中抗（30.67%），16份低抗（21.33%）；感蚜种质资源31份（41.33%），其中12份低感（16.00%），6份中感（8.00%），13份高感（17.33%）.在野生种、中国古老月季、现代月季品种3种类型的资源中，抗蚜等级的分布有所不同.野生种中86.67%为抗蚜种质资源，中国古老月季中60.00%是抗蚜种质资源，现代月季品种中有50.00%为抗蚜种质资源.高抗资源主要存在于野生种中，有4种，占所有高抗资源的80.0 0%，在现代月季品种中有1种，占所有高抗资源的20.0 0%，而中国古老月季资源中无高抗资源.中抗资源主要来源于现代月季品种中，有14份，占所有中抗资源的60.8 7%，在野生种中有7份，占所有中抗资源的30.4 3%，而中国古老月季中有2份，仅占所有中抗资源的8.7 0%.低抗资源主要来源于现代月季品种中，有10份，占所有低抗资源的62.5 0%，中国古老月季中有4份，占所有低抗资源的25.0 0%，而在野生种中有2份，仅占所有低抗资源的12.5 0%.低感种质主要分布于现代月季品种中，有9份，占所有低感种质的75.0 0%，而野生种中有2份，占所有低感种质的16.67%，在中国古老月季中有1份，占所有低感种质的8.33%.中感种质主要分布于现代月季品种中，有6份，占所有中感种质的100.00%，在野生种、中国古老月季中无中感种质分布.而高感种质主要分布于现代月季品种中，有10份，占所有高感种质的76.92%，在中国古老月季中有3份，占所有高感种质的23.08%，而野生种中无高感种质.由此表明，野生种可能存在丰富的优质种质资源，是值得进一步挖掘抗性的优良种质.

3 讨论

选择抗蚜种质资源进行栽培，是防控蚜虫危害的一种经济有效的方法.挖掘优良的抗蚜种质资源，是抗蚜育种研究的重要基础.蔷薇属植物深受蚜虫的危害.在云南滇中地区，春夏季月季蚜虫发生频繁，常为无性生殖，蚜虫的生命周期中无性生殖阶段群体增长发展迅速，危害程度增强[9,23].蚜虫出生后，在适合的温度条件下，经过4 d左右即可发育为成虫，蚜虫成虫繁殖量大，在适合的条件下1 d就可以产10多头[5].本实验中蔷薇属抗蚜种质资源上的蚜虫1d至少产蚜约1头，感蚜种质资源上的蚜虫1d最多产蚜约30头.蔷薇长管蚜在不同月季品种上种群增长参数显著受月季品种影响，不同月季品种上蚜虫数量不同，表明月季对蔷薇长管蚜具有不同的抗感性[24].

图1 不同抗性种质接种蚜虫后蚜害情况Fig.1 The damage of aphidsinoculated with different resistant germplasm after inoculation

表3 75份蔷薇属种质资源抗感蚜分布情况Tab.3 Distribution of aphid resistance in 75 Rosa germplasm resources

植物自身的理化特性影响蚜虫的取食.植物自身具有抗虫性，如植物物理性状、营养物质、次生代谢物等[24-25].任佳等[26]发现黄瓜叶片维管束埋深对其抗蚜性影响最大，不同黄瓜品种叶表面蜡质含量差异显著.生长在干旱土壤里的月季、植株长势较弱的月季以及叶片颜色浅绿的月季品种容易被蚜虫危害，蚜虫发生率最高部位为嫩叶，其次是成熟叶，最后是老叶，说明蚜虫喜食植物幼嫩组织部位[27-29].含糖量较高的植物幼嫩组织易受蚜虫的侵染[3].植物中的蜕皮甾类物质可对昆虫产生直接毒性，大量摄入低水平的蜕皮甾类物质（20-羟基蜕皮激素）,可能会破坏蚜虫正常生殖发育[30].

另一方面，蚜虫的取食常引起植物多方面的防御反应.植物对蚜虫的抗性机制复杂，植物遭受蚜虫攻击后，发生一系列的防御反应.植物对蚜虫早期防御机制中，细胞壁合成、果胶合成、角质层蜡质生物合成、类黄酮生物合成、苯丙烷生物合成、光合作用、植物病原相互作用、淀粉和蔗糖代谢等与植物抗蚜相关[31-32].蚜虫刺吸月季韧皮部汁液，同时分泌蜜露覆盖在月季植株表面，严重影响植株的呼吸作用和光合作用，蜜露中糖分干燥后浓缩产生较高渗透压使植物细胞发生质壁分离[33].植物受蚜虫危害后，活性氧代谢平衡受影响，茉莉酸(JA)与水杨酸(SA)在植株受到蚜虫侵害时，可作为信号物质，激活下游相关防御反应[34-35].在植物-蚜虫互作过程中，植物激素信号传导与次级代谢产物很重要，特别是在早期阶段，由JA介导的防御途径可能是有效的抗蚜防御[36].

本研究通过人工接种蚜虫，对75份蔷薇属种质资源进行抗蚜虫鉴定，统计了不同种质资源的蚜情指数，筛选出5份高抗蚜种质资源.试验结果还表明，不同蔷薇属种质资源对蚜虫的抗性存在明显差异，抗、感种质在野生种、中国古老月季及现代月季品种中的分布不一，其中，野生种相对抗蚜虫，现代月季品种高感蚜品种较多.不同的蔷薇属种质资源接种蚜虫后，蚜虫的数量变化存在差异，常表现为感蚜种质资源上蚜虫数量增长显著，而抗蚜种质资源上蚜虫数量变化差异不显著.以抗蚜品种作为亲本培育的杂交种具有较高的抗蚜性[31]，因此可将抗蚜种质资源作为亲本进行培育.本研究为抗蚜材料选育、抗蚜基因及抗蚜性机理的研究奠定了基础.为揭示蔷薇属植物的抗蚜机制，我们将结合植物生理学、分子生物学等开展进一步的研究，进行转录组及代谢组测序，分析蔷薇属抗蚜种质资源响应蚜虫取食的分子机理，关注与抗蚜相关的主要通路及代谢物，qRT-PCR检测抗蚜相关基因的表达.