木薯葉片厚度、蠟質(zhì)含量和氣孔密度與抗朱砂葉螨的關(guān)系

肖建輝 周穎 葉劍秋 覃新導(dǎo)

摘 要 為明確不同木薯品種的葉片組織結(jié)構(gòu)與抗朱砂葉螨的關(guān)系，通過對木薯田間螨害情況的調(diào)查，計算出感、抗性穩(wěn)定的感螨品種華南101、華南124和抗螨品種華南7號、華南13號的螨害指數(shù)，同時對葉片的相關(guān)物理性狀進行測定，分析了葉片厚度、蠟質(zhì)含量和氣孔密度與木薯抗朱砂葉螨的關(guān)系。結(jié)果表明：4份木薯種質(zhì)華南101、華南124、華南7號和華南13號的螨害指數(shù)依次為89.2%、65.8%、38.3%和0.8%；木薯葉片厚度與螨害指數(shù)呈顯著負相關(guān)；氣孔密度與螨害指數(shù)呈顯著正相關(guān)；蠟質(zhì)含量與螨害指數(shù)無顯著相關(guān)性。上述結(jié)果為深入探究木薯抗螨機制提供了初步的理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 木薯；朱砂葉螨；抗性；物理性狀

中圖分類號 S533 文獻標識碼 A

Abstract In order to determine the relationship between the tissue structure of cassava leaf and the cassava resistance to Tetranychus cinnabarinus， several cassava germplasms including SC101， SC124， SC7 and SC13 were employed to calculate the damage parameters of spider mites by investigating the mite damage in the field. And some related physical characteristics of cassava leaves were studied to research the relationship between the leaf thickness， waxiness content and stoma density and the cassava resistance to T. cinnabarinus. The results showed that the mites damage index of 4 cassava germplasms was 89.2%， 65.8%， 38.3% and 0.8%， respectively. The leaf thickness of cassava indicated the distinct negative correlation with the mites damage index. The stoma density showed the distinct positive correlation with the mites damage index. The contents of cassava leaf waxiness showed indistinct correlation with the mites damage index. The results laid a primary theoretical foundation for further study on the resistance mechanism of cassava germplasms to spider mites.

Key words cassava； Tetranychus cinnabarinus； resistance； physical characteristics

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2017.03.024

木薯（Manihot esculenta Crantz）屬于大戟科植物，與紅薯、馬鈴薯并稱世界3大薯類，綜合利用價值極高，具有耐旱耐瘠的特性。除了供人類食用和用于動物飼料，木薯淀粉或干片還用于發(fā)酵酒精，且已成為中國“非糧”燃料乙醇生產(chǎn)中唯一一個達到規(guī)模化生產(chǎn)的作物[1-2]。目前中國栽培木薯的省份多分布在華南地區(qū)，其中以廣西、廣東和海南栽培最多[3]，但木薯病蟲害成了制約國內(nèi)木薯種植產(chǎn)業(yè)的一大阻礙。在危害木薯的主要蟲害中，朱砂葉螨害有加重趨勢，嚴重時可導(dǎo)致減產(chǎn)50%～ 70%[4]。朱砂葉螨（Tetranychus cinnabarinus）屬蛛形綱真螨目葉螨科，其寄主植物廣泛，為世界性害螨，主要以幼螨、若螨和成螨在葉子背面刺吸汁液，使木薯葉片失綠黃化，影響光合作用效率。國內(nèi)曾報道了113種作物受到螨害，包括棉花、豆類、瓜類和甘薯等在內(nèi)，遍及10多個省[5]。

目前，國外缺乏對木薯抗螨機理的深入研究，國內(nèi)在抗性評價和生理生化層面做了初步研究，但缺少對葉片物理抗性的研究。葉劍秋[6]對國內(nèi)外217份木薯種質(zhì)進行了朱砂葉螨的田間抗性評價，篩選出了從高抗到高感不同抗性級別的品系；李遷[7]對朱砂葉螨為害前后的8個木薯品種相關(guān)防御酶活性進行了測定，發(fā)現(xiàn)SOD、POD、PPO和CAT活性與木薯抗螨性呈顯著正相關(guān)；陸柳英等[8]研究結(jié)果表明木薯品種的抗螨性與葉色值呈顯著正相關(guān)。大量文獻表明，除了生理生化特性與抗蟲密切相關(guān)外，作物的茸毛、蠟質(zhì)、氣孔和葉片厚度等物理形態(tài)特征也與抗蟲密切相關(guān)。在與西瓜抗蚜性有關(guān)的物理性狀研究中發(fā)現(xiàn)，葉片氣孔密度、茸毛密度以及蠟質(zhì)含量與抗蚜性呈顯著正相關(guān)[9]；高粱和甘蔗的葉片厚度與抗蚜性呈負相關(guān)[10-11]；棉花的葉片厚度與抗螨性呈正相關(guān)而與抗綠盲蝽無關(guān)[12-13]。

植物對害蟲的物理防御是植株抗蟲的第一道防線，對其進行研究是探究作物抗蟲性的基礎(chǔ)工作。本研究對不同木薯品種進行田間抗螨評價，再對其葉片的相關(guān)物理特性進行測定，分析木薯葉片厚度、蠟質(zhì)含量和氣孔密度與品種抗螨的相關(guān)性，找到與木薯抗螨有關(guān)的物理性狀，為木薯抗螨機制研究提供較為全面的前期理論支持，也為木薯良種的選育奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

木薯品種：華南101、華南124、華南7號和華南13號，由中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院熱帶作物品種資源研究所提供種莖，在室內(nèi)和田間栽培種植。

儀器：超景深三維顯微鏡（基恩士，VHX-5000）；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器（上海亞榮，RE-2000B）。

1.2 方法

1.2.1 木薯抗螨性鑒定 根據(jù)葉劍秋[6]對木薯種質(zhì)抗螨性的田間評價方法，在螨害高峰期采用隨機抽樣方式，調(diào)查受害程度，并計算螨害指數(shù)。其中受害程度分為如下5級：

0級：葉片未受螨害，植株生長正常；

1級：葉片表面出現(xiàn)黃色小斑點，受害輕微，螨害面積占葉片面積的25%以下；

2級：葉面出現(xiàn)黃斑，斑塊面積占葉片面積的26%～50%；

3級：葉面黃斑較多且成片，斑塊面積占葉片面積的51%～75%；

4級：葉片受害嚴重，黃斑面積占葉片面積76%以上，嚴重時葉片枯黃、脫落。

螨害指數(shù)/%=[∑（葉片受害級別×該級別葉片數(shù)）]×100/（調(diào)查總?cè)~片數(shù)×4）

在螨害指數(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)木薯種質(zhì)對朱砂葉螨的田間抗性鑒定評級標準[14]（表1）來確定木薯種質(zhì)的抗螨級別。

1.2.2 葉片厚度的測量 利用打孔烘干法測量比葉重，即單位葉面積葉片的干重[13，15]。取木薯植株頂部倒數(shù)第7片成熟葉，用直徑為1.0 cm的打孔器在葉片主脈兩側(cè)打孔取20個樣，在80 ℃烘箱內(nèi)烘干至恒重，用電子天平（精度為0.000 1）稱重，然后計算。每品種重復(fù)3次，取平均值。

葉片厚度/（g/cm2）=葉片干重/葉面積

1.2.3 葉片表層蠟質(zhì)含量的測定 采用氯仿法[16]：以單位鮮葉重計算蠟質(zhì)含量，每品種重復(fù)3次，取平均值。

1.2.4 葉片氣孔密度的測定 利用超景深三維顯微鏡直接觀察。在氣孔完全開放的晴天上午，每品種取上部向陽的成熟葉片，保濕帶回室內(nèi)備用；避開主葉脈，從背面的3個不同部位[17]（基部、中部和尖部）各剪取面積為1 cm2的小塊樣品，顯微鏡下對每塊樣品的下表皮進行觀察拍照；隨機選取10個視野，每個視野拍1張照片，然后統(tǒng)計視野內(nèi)的氣孔個數(shù)，計算氣孔密度，每品種重復(fù)3次，取平均值。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel和SPSS 17.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同木薯品種對朱砂葉螨的抗性

4份木薯種質(zhì)抗螨性存在差異。華南13號的螨害指數(shù)為0.8%，表現(xiàn)為高抗，而華南101的螨害指數(shù)為89.2%，表現(xiàn)為高感；另外2份種質(zhì)華南124和華南7號螨害指數(shù)分別為65.8%、38.3%，表現(xiàn)為感和中抗（表2）。

2.2 木薯葉片厚度、表層蠟質(zhì)含量及葉片氣孔密度

不同木薯品種葉片厚度存在差異，其中葉片厚度最高的品種是華南13號，為55.39×10-4 g/cm2，最低的是華南124，為45.35×10-4 g/cm2，二者差異顯著（p<0.05）；華南101和華南7號的葉片厚度差異不顯著，分別為50.79×10-4 g/cm2和49.51×10-4 g/cm2（表3）。

不同木薯品種葉片表層蠟質(zhì)含量有差異，含量最高的品種是華南124，為8.33 mg/g，最低的是華南101，為7.17 mg/g，二者差異顯著（p<0.05）；而抗性品種華南7號和華南13號的蠟質(zhì)含量處于中等水平，分別為7.60 mg/g和7.70 mg/g，差異不顯著（表3）。

不同木薯品種葉片氣孔密度存在差異，密度最大的是華南124，為571.56個/mm2，其次是華南7號，為567.59個/mm2，二者差異不顯著；氣孔密度較小的是華南101，為492.22個/mm2，最小的是華南13號，為328.02個/mm2，二者與其他品種均存在顯著性差異（表3）。

2.3 木薯葉片厚度、蠟質(zhì)含量和氣孔密度與螨害指數(shù)的關(guān)系

分析結(jié)果顯示，木薯的葉片厚度與螨害指數(shù)呈顯著負相關(guān)，氣孔密度與螨害指數(shù)呈顯著正相關(guān)，表明木薯葉片越厚、氣孔密度越小，木薯品種對朱砂葉螨的抗性越高，因為螨害指數(shù)越高則木薯的抗螨性越低；木薯葉片表層蠟質(zhì)含量與螨害指數(shù)無顯著相關(guān)關(guān)系（表4）。

3 討論

通過田間螨害情況的調(diào)查，根據(jù)木薯田間抗螨性的鑒定評級標準，國內(nèi)研究人員已經(jīng)對國內(nèi)外上百份木薯種質(zhì)資源的抗螨級別進行了評定，但存在對同一品種不同抗性級別的評價結(jié)果。例如，葉劍秋[6]和李遷[7]對華南205、華南205多倍體、華南101、ZM8229、ZM8752、瑞士S8和瑞士B25等抗性級別的評價結(jié)果不同，表明同一木薯種質(zhì)在不同的環(huán)境中對害螨的抗性不同，這可能是由于環(huán)境條件改變了木薯相關(guān)理化指標而導(dǎo)致的。本研究的木薯種質(zhì)材料均種植于相對一致的環(huán)境里，保證了種質(zhì)抗性趨勢的穩(wěn)定性。

利用物理和生理生化指標探究作物的抗病蟲機制，在許多傳統(tǒng)作物上已經(jīng)做了大量研究工作，而木薯抗螨機制的相關(guān)研究較少，陸柳英等[8]研究了木薯葉片厚度與抗螨的關(guān)系，表明二者的相關(guān)性不顯著，與本研究結(jié)果不同，這可能與材料和測量方法的不同有關(guān)。葉片氣孔是刺吸式害螨的天然孔道，Skorupska[18]對蘋果的抗螨研究結(jié)果顯示，葉片氣孔密度與抗螨性呈負相關(guān)，這與本研究的結(jié)果相一致。葉片表層蠟質(zhì)含量與植物抗刺吸式害蟲的關(guān)系在許多研究[19]中結(jié)果不一，有的蠟質(zhì)含量越高對蚜蟲的抗性也越高；有的蠟質(zhì)較少的比蠟質(zhì)多的更抗蚜蟲，蠟質(zhì)過少又失去了抗性。有研究顯示[20]蠟質(zhì)的多少和結(jié)構(gòu)會共同影響葉片對特定波長的光的反射，進而干擾昆蟲對寄主的選擇，因此僅從蠟質(zhì)的含量來判斷蠟質(zhì)與作物抗蟲的關(guān)系并不準確。所以本研究結(jié)果雖然顯示蠟質(zhì)含量最高和最低的木薯品種均為敏感品種，但并不能因此而確定蠟質(zhì)與木薯的抗螨性無關(guān)，還應(yīng)將蠟質(zhì)的光學特性考慮在內(nèi)，具體有待更為詳細的研究。

本研究在田間螨害調(diào)查和抗性評價的基礎(chǔ)上明確了木薯的抗螨性與葉片厚度呈顯著正相關(guān)，與氣孔密度呈顯著負相關(guān)，而與蠟質(zhì)含量的相關(guān)性不顯著。該結(jié)果表明木薯葉片越厚、氣孔密度越小，木薯品種對朱砂葉螨的抗性水平就越高。而關(guān)于木薯葉片的營養(yǎng)物質(zhì)和次生物等其他生理生化指標與抗螨性的關(guān)系有待進一步研究。

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