枯萎病菌侵染对裸仁美洲南瓜根系生长的影响

摘 要 为了探明枯萎病菌侵染对裸仁美洲南瓜不同抗感品种根系生长的影响，试验采用根系扫描和分光光度法，测定枯萎病菌侵染对裸仁美洲南瓜不同抗感品种根系生长、根系活力和木质素含量等指标的影响。结果表明：与对照相比，枯萎病菌侵染后，裸仁美洲南瓜不同抗感品种根系生长指标和根系活力整体呈下降趋势，而木质素含量呈增加趋势，但是抗病品种根系总长度、根系表面积、根系体积、根系活力和木质素含量均显著高于感病品种。接菌第5 天，抗病品种处理组根系木质素含量是感病品种的1.35倍；接菌7 d和9 d时，抗病品种处理组根尖数和分枝数分别是感病品种的1.28倍和1.24倍。接菌第9 天时抗感品种根系活力达到峰值，抗病品种是感病品种的1.14倍。

关键词 裸仁美洲南瓜;枯萎病菌；根系形态；根系活力；木质素含量

裸仁美洲南瓜（Cucurbita pepo，Hull-less），为葫芦科南瓜属，甘肃省武威市是裸仁美洲南瓜的重要育种基地^[1]。瓜类枯萎病（Fusarium wilt）又称萎蔫病和蔓割病，主要由尖孢镰孢菌（Fusarium oxysporum）侵染^[2]引起的一种土传、种传维管束病害，以黄瓜、西瓜发病最重，南瓜、甜瓜次之^[3-4]。

尖孢镰孢菌主要从根部侵染植物，病原菌由根系表皮细胞不断侵入，达到维管束后，沿着维管束方向进行延伸，破坏导管功能，造成植物枯死，可危害植物的整个生育期^[5-6]。赵国玲^[7]研究表明，不同种类的镰孢菌培养滤液会对平邑甜茶幼苗产生不同的致病效应，其中，尖孢镰孢菌的抑制作用表现更为强烈，经过滤液处理后，幼苗的根长、根体积、根系表面积等指标均较对照组有明显的下降。根系活力作为植物生长和发育状况的重要指标之一，直接影响着植株的生长发育状况^[8]。赵明等^[9]研究发现，枯萎病与香蕉互作后不同抗性品种的根系活力对病原菌侵染的响应存在差异，抗病品种根系活力明显高于感病品种。木质素是植物体内一种重要的物理抗菌物质，在植物与病原物互作过程中，木质素的增加是植物抵御病原物、增强抗病性的重要机制。研究表明在病原菌与寄主植物互作中抗病品种木质素的积累速度和积累量高于感病品种^[10]。

目前，国内外对于瓜类枯萎病研究较多，主要集中在病原菌生理小种、病原菌致病机制、枯萎病防治方法以及枯萎病分子标记等方面，其中对枯萎病防治的研究最为集中^[11]。但病菌侵染对裸仁美洲南瓜不同品种根系生长影响的研究相对较少，本试验通过研究尖孢镰孢菌的侵染对裸仁美洲南瓜不同抗性品种根系生长、根系活力与木质素含量等指标的影响，旨在为探明尖孢镰孢菌与裸仁美洲南瓜的互作机制提供一定的理论基础。

1 材料与方法

1.1 供试材料

1.1.1 供试南瓜品种及病原菌 裸仁美洲南瓜（金苹果四星为抗病品种、金苹果W-3为感病品种）由甘肃省武威市金苹果有限责任公司提供，枯萎病菌（尖孢镰孢菌，F.oxysporum）由甘肃农业大学植物保护学院植物病毒与分子生物学实验室分离鉴定与保存^[12]。

1.1.2 仪器及供试试剂盒 EPSON根系扫描仪；植物根系活力检测（TTC法）和木质素含量检测试剂盒均购自北京索莱宝科技有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 裸仁美洲南瓜枯萎病菌活化 将裸仁美洲南瓜枯萎病菌从菌种冻存管中挑取出来，将菌种接种到PDA培养基培养3～5 d，用5 mm打孔器打成菌片，接种环挑取菌饼放入新培养基中，放至25 ℃恒温培养箱中进行活化培养。

1.2.2 裸仁美洲南瓜枯萎病菌孢子悬浮液配制 在培养好的菌株培养皿中加入无菌水，用灭菌后的小毛刷将分生孢子全部刷出得到原液，4层擦镜纸过滤，无菌水逐步稀释，利用血球计数板进行计数观察，稀释浓度调整为1×10⁷ cfu/mL孢子悬浮液，4 ℃冰箱保存，备用。

1.2.3 裸仁美洲南瓜种子消毒和催芽 挑选大小一致的裸仁美洲南瓜抗病品种（金苹果四星）和感病品种（金苹果W-3）的种子，用1%次氯酸钠溶液表面消毒1 min，无菌水冲洗6遍后采用" 55 ℃温汤浸种15 min，浸种完成后置于28 ℃的恒温箱中培养" 3～4 d，催芽至种子牙尖露白后进行盆栽播种，恒温26 ℃，相对湿度65%，16 h/8 h光暗交替条件下培养。

1.2.4 裸仁美洲南瓜枯萎病菌接种 挑选长势一致的裸仁美洲南瓜两叶一心期幼苗，进行洗根处理，将感病品种和抗病品种的根系分别浸入浓度为1×10⁷ cfu/mL的孢子悬浮液中，接种" 30 min，以两个品种的无菌水处理为对照组（CK），每组重复6次。接种结束后，移栽至花盆中，置于人工气候箱中培养。

1.2.5 枯萎病菌侵染后裸仁美洲南瓜根系干物质及生长指标测定 将接菌处理后1、3、5、7、9、11 d的裸仁美洲南瓜不同品种的幼苗根系用清水洗净，从茎基部剪断，采用根系扫描仪扫描图像，然后通过图形分析软件进行数据导出，最后记录总根长、根表面积、根系体积、根尖数、根系分枝数等指标，将扫描后的根系用滤纸蘸干水分装入信封，做好标记，在105 ℃下杀青30 min后在" 80 ℃烘箱内烘干48 h至恒量，称其干物质量，重复3次。

1.2.6 枯萎病菌侵染后裸仁美洲南瓜根系活力的测定 分别在接菌后1、3、5、7、9、11 d进行取样，以无菌水处理为对照，3次重复。使用植物根系活力检测（TTC法）试剂盒（北京索莱宝）进行裸仁美洲南瓜不同抗性品种根系活力的测定。

1.2.7 枯萎病菌侵染后裸仁美洲南瓜根系木质素含量测定 分别在接菌后1、3、5、7、9、11 d进行取样，以无菌水处理为对照，3次重复，样本" 80 ℃烘干至恒量。使用木质素含量检测试剂盒（北京索莱宝）进行裸仁美洲南瓜不同抗性品种根系木质素含量的测定。

1.3 数据处理

采用Excel 2016进行数据整理、图表制作，依据LSD最小显著性差异法分析差异显著性，利用根系图像系统分析软件扫描和定量分析相关根系指标。

2 结果与分析

2.1 枯萎病菌侵染对裸仁美洲南瓜幼苗根系总根长的影响

枯萎病菌侵染5 d后，裸仁美洲南瓜幼苗抗、感品种总根长无显著差异；处理第7天，抗、感品种总根长开始出现显著差异，抗病品种处理组根系总长是感病品种处理组根系总长的1.15倍" （Plt;0.05）；处理第11天，裸仁美洲南瓜抗病品种处理组根系总长为1 501.154 5 mm，高于感病品种处理组根系总长1.10倍（图1、图2）。

2.2 枯萎病菌侵染对裸仁美洲南瓜幼苗根表面积和根系体积的影响

由图3、图4可知，与对照相比，接菌处理后裸仁美洲南瓜幼苗根表面积和根系体积减少。接菌第3 天，抗感品种处理组开始出现差异，与对照相比，抗病品种处理组根系表面积减少19%，感病品种处理组根系表面积减少22%；接菌第5 天，抗感品种处理组差异最大，抗病品种处理组根系表面积是感病品种的1.32倍。抗、感品种处理组与对照组的根表面积在接菌处理第11 天差异最显著（图3）。抗病品种处理组根系表面积和根系体积整体高于感病品种；接菌第3 天，抗感品种根系体积开始出现显著性差异，抗病品种处理组根系体积是感病品种的1.55倍。在接菌第11 天，抗病品种处理组根系体积与对照相比减少22%，感病品种处理组根系体积与对照相比减少31%" （Plt;0.05）（图4）。

2.3 枯萎病菌侵染对裸仁美洲南瓜幼苗根系根尖数及根系分枝数的影响

枯萎病菌侵染后，裸仁美洲南瓜抗、感品种根系根尖数与根系分枝数整体呈现先升高后降低的趋势（图5、图6）。接菌处理第7 天，抗、感品种处理组根系根尖数达到最大值，抗病品种处理组根系根尖数为2 680根，为对照组的66%，感病品种处理组根系根尖数量为2 157根，是对照组的73%，此时，抗病品种处理组根尖数量是感病品种的1.24倍（图5）。枯萎病菌侵染后，裸仁美洲南瓜不同抗性品种根系分枝数差异亦显著，接菌第3 天，抗病品种处理组根系分枝数是感病品种的1.28倍；抗病品种处理组根系分枝数与对照相比减少" 14.62%，感病品种处理组根系分枝数减少33.58%。接菌第5 天时，抗病品种和感病品种处理组的根系分枝数分别是对照组的57%和66%" （Plt;0.05），抗、感品种之间无显著性差异（图6）。接菌第11 天，抗感品种处理与对照相比，根系根尖数和根系分枝数的差异最为显著，抗感品种根系根尖数与对照相比分别减少62.1%和67.8%，抗感品种根系分枝数与对照相比分别减少64.8%和" 65.6%（Plt;0.05）。

2.4 枯萎病菌侵染对裸仁美洲南瓜幼苗根系活力的影响

如表1所示，接菌处理1～5 d，裸仁美洲南瓜抗病品种和感病品种的根系活力逐渐升高，接菌处理第7 天，感病品种根系活力出现短暂下降，根系活力较抗病品种降低了30.54%，随后又上升。接菌处理第9 天，抗、感病品种处理组根系活力达到峰值，分别为61.21 μg/（g·h）和53.56μg/（g·h），此时抗病品种和感病品种的根系活力分别是接菌处理第5天时的1.14倍、1.05倍（Plt;0.05）。枯萎病菌侵染过程中，裸仁美洲南瓜抗病品种的根系活力均显著高于感病品种。

2.5 枯萎病菌侵染对裸仁美洲南瓜幼苗根系干物质量的影响

接菌处理后，裸仁美洲南瓜幼苗根系干物质量与对照相比均有所下降。接菌第3 天，抗病品种处理组根系干物质量是感病品种的1.23倍" （Plt;0.05）；接菌第5天，抗病品种处理组的根系干物质与对照相比减少4.92%，感病品种处理组的根系干物质与对照相比减少5.40%（Plt;0.05）。接菌第11天，抗病品种对照组根系干物质量是处理组1.35倍，感病品种对照组根系干物质量是处理组的1.41倍，裸仁美洲南瓜抗病品种根系干物质量均高于感病品种（图7）。

2.6 枯萎病菌侵染对裸仁美洲南瓜幼苗根系木质素含量的影响

如图8所示，与对照相比，接菌处理后抗感品种根系木质素含量均有所上升。接菌处理1～" 7 d，抗感品种处理组根系木质素含量整体出现上升趋势，7～11 d再下降。接菌处理第3 天，抗感品种处理组根系木质素含量出现显著增长（Plt;" 0.05）；接菌处理第5 天，抗病品种处理组根系木质素含量是感病品种处理组的1.35倍，与对照相比，抗病品种木质素含量较对照增加48.44%，感病品种木质素含量较对照增加21.45%。接菌处理第7天，抗感品种处理组根系木质素含量达到最大值，分别为37.1%和32.5%，抗病品种处理组根系木质素含量是感病品种处理组的1.14倍。

3 讨" 论

根系是幼苗与土壤接触的媒介，根系在土壤中的生长状况直接影响幼苗对水分和养分资源的吸收能力^[13-15]。在遭受外界病原菌侵染时，植物自身会产生一系列反应，根系生长发生形态的改变是主要表现之一^[12]。郭慧^[16]研究表示，与对照相比，番茄幼苗的干鲜质量和根体积等在枯萎病菌胁迫下显著降低。Arif等^[17]研究表明，甘蓝型油菜的根系在盐胁迫条件下会增加细根生产以增加整体吸收面积，作为胁迫耐受的适应机制和基因型特异性反应。本试验研究表明，与对照幼苗根系相比，枯萎病菌的侵染影响了根系生长；同时在裸仁美洲南瓜不同品种的根系形态上发生显著变化，抗病品种的根系总长度、根系表面积、根系体积、根系干物质量、根尖数以及根系分枝数均大于感病品种。推测裸仁美洲南瓜接触枯萎病菌后，可能通过调节其根系的生长能力来适应环境变化，通过增加细根生产等方式以达到保护自身的作用；抗病品种对病原菌抵抗能力更强，可能产生耐受性对自身影响更小，而感病品种根系生长受到破坏，接种后的根系形态指标均小于抗病" 品种。

根系活力是表征植物根系生命活动的主要生理参数，影响根系吸收、合成、分配和逆境生存等生理功能，进而影响植株的生长发育^[18-19]。王宇等^[20]研究表明，番茄幼苗接种尖孢镰孢菌后，生长受到明显抑制，与对照相比，接种处理根系活力显著降低。赵明等^[9]研究显示香蕉根系接种尖孢镰孢菌古巴专化型后，抗病品种较感病品种根系活力显著增高。本试验研究表明接种枯萎病菌后，裸仁美洲南瓜抗病品种根系活力显著高于感病品种，表明裸仁美洲南瓜抗病品种可能通过提高根系汲取营养物质的能力，来提高植株生物量的积累，进而达到抵抗病菌侵染的目的。

木质素可以加强细胞壁、增加组织木质化的程度，形成病原菌入侵的机械屏障^[21]。研究表明，木质素在积累量和积累时间进程上都与猕猴桃品种的抗病性呈正相关，抗病品种木质素积累时间及幅度远大于感病品种^[10，22]。随着植物年龄的增长，猕猴桃组织中的木质素含量显著增加。方东鹏等^[23]研究表明接种疫霉菌后，抗病野生大豆茎中木质素含量在病程的大部分时期高于对照，且在病程前期比感病野生大豆增幅大。本研究表明，枯萎病菌侵染后，裸仁美洲南瓜抗感品种幼苗根系木质素含量显著增加；接菌处理第5 天，抗病品种处理组根系木质素含量是感病品种处理组的1.35倍。说明植物的抗病性与木质素含量密切相关，植物组织的木质化可以抵抗病原菌的侵染，增强细胞壁形成机械屏障以达到保护的目的，木质素含量越高，植物的抗病性越强。

4 结论

本试验结果表明，与对照相比，枯萎病菌侵染后裸仁美洲南瓜根系形态生长能力、根系活力均降低，木质素含量增加。具体表现为接种后，抗病品种根系总长度、根系表面积、根系体积以及根系干物质量均高于感病品种；根系分枝数及根尖数处理组与对照相比差异最显著；抗病品种的根系活力、木质素含量均高于感病品种，并且木质素的含量与品种的抗病性呈正相关。说明裸仁美洲南瓜抗病品种根系更发达，对养分的吸收能力更强，能够更好的调节提高自身对枯萎病菌的抵抗能力。研究结果对于揭示枯萎病菌与裸仁美洲南瓜的互作机制及抗病机制奠定基础。

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Effects of" Fusarium oxysporum Infection on Root Growth of Hull-less Cucurbito pepo

QIANG Cui，ZHAO Zhijie，GUAN Pengwei，YANG Mingyue，WANG Juan，

ZHANG Shuwu，LIU Jia" and" XU Bingliang

（College of Plant Protection，Gansu Agricultural University，Biocontrol Engineering Laboratory

of Crop Diseases and Pests of Gansu Province，Lanzhou 730070，China）

Abstract To investigate" the effect of F.oxysporum infection on root growth of hull-less Cucurbita" pepo，root scanning and spectrophotometric methods were used to assess changes in root growth parameters，root activity and lignin content in different resistant varieties of hull-less Cucurbita pepo.The results showed that the root growth index and root activity of hull-less Cucurbita pepo decreased compared to the control，whereas the lignin content increased after F.oxysporum infection. However，the total root length，root surface area，root volume，root activity and lignin content in resistant varieties were significantly higher than in susceptible varieties.On the 5th day of inoculation，the lignin content in the root system of the resistant variety treatment group was 1.35" times that of the susceptible variety.At 7 and 9 days after inoculation，the number of root tips and branches in the treatment group of resistant varieties was 1.28 times and 1.24" times that of susceptible variety after inoculation，respectively.The root activity of the resistant and susceptible varieties peaked on the 9th days after inoculation，with the root activity of resistant variety being 1.14 times that of susceptible variety.The results provide an important theoretical basis for further studies on the effects of F.oxysporum infection on the root growth of different resistant varieties of hull-less Cucurbito pepo.

Key words Hull-less Cucurbita pepo; F.oxysporum; Root morphology; Root activity; Lignin content

Received" 2024-03-15 Returned 2024-06-08

Foundation item The Youth Doctoral Fund Project of Gansu Provincial Department of Education （No.2021 QB-025）; Science and Technology Innovation Fund of Gansu Agricultural University （No.GAU-XKJS-2018-156）; National Natural Science Foundation of China（No.31460518 ）.

First author QIANG Cui，female，master" student.Research area：plant pathology.E-mail：17218325" 11@qq.com

Correspondingauthor LIU Jia，female，Ph.D ，lecturer.Research area：molecular plant pathology and disease prevention and control.E-mail：jiajia7635724@163.com

XU Bingliang，female，professor，doctoral supervisor.Research area： plant pathology and comprehensive treatment of diseases.E-mail：xubl@gsau.edu.cn

（责任编辑：史亚歌 Responsible editor：SHI Yage）