我國主要甜瓜病毒的研究及防治

張培培 劉紫征 耿曉進(jìn) 姜淑慧

（1.廊坊師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院 河北廊坊 065000；2.廊坊市細(xì)胞工程與應(yīng)用研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 河北廊坊 065000）

葫蘆科是世界上第四大食用植物科，在熱帶、亞熱帶、溫帶地區(qū)種植廣泛，科內(nèi)約118 個(gè)屬825 個(gè)種。甜瓜是葫蘆科內(nèi)重要的經(jīng)濟(jì)作物，我國長期以來在甜瓜的生產(chǎn)與消費(fèi)上居首位，據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，2018年我國甜瓜的種植面積占世界種植面積的34.3%，產(chǎn)量占46.8 %（http://www.fao.org/faostat/zh/?#data/QC），甜瓜的重要價(jià)值不言而喻。然而，近年來甜瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)嚴(yán)重受到各種病蟲害的影響，如細(xì)菌性果斑病、根結(jié)線蟲病、蔓枯病和病毒病等，其中病毒病的危害尤為嚴(yán)重。在我國，目前已報(bào)道的瓜類病毒有22 種[1]，其中小西葫蘆黃花葉病毒（Zucchini yellow mosaic virus，ZYMV）、黃瓜花葉病毒（ Cucumber Mosaic Virus ， CMV ）、西瓜花葉病毒（Watermelon Mosaic virus，WMV）、煙草花葉病毒（Tobacco Mosaic virus，TMV）、黃瓜綠斑駁花葉病毒（Cucumber green mottle mosaic virus，CGMMV）等均能侵染甜瓜，近十年來在國內(nèi)發(fā)現(xiàn)的一些甜瓜新病毒：甜瓜壞死斑點(diǎn)病毒（Melon necrotic spot virus，MNSV）[2]、甜瓜蚜傳黃化病毒（Melon aphid-borne yellow virus，MABYV）[3]、瓜類褪綠黃化病毒（Cucurbit chlorotic yellow virus，CCYV）[4]、甜瓜黃化斑點(diǎn)病毒（Melon yellow spot virus，MYSV）[5]等在我國也廣泛發(fā)生。

1 主要甜瓜病毒

1.1 小西葫蘆黃花葉病毒（ZYMV）

1.1.1 分類地位及基因組結(jié)構(gòu)

ZYMV 最早是由Lisa 等[6]在意大利和法國的小西葫蘆上發(fā)現(xiàn)的一種嚴(yán)重危害生產(chǎn)的病毒，屬于馬鈴薯Y 病毒科（Potyviridae），馬鈴薯Y 病毒屬（Potyvirus），該屬病毒為無包膜的柔性線狀病毒粒子。ZYMV的病毒粒子長約750 nm，直徑為11 nm，基因組由單組分的正單鏈RNA 構(gòu)成，長約9.6 kb，3’端帶有polyA尾巴，5’端結(jié)合一個(gè)基因組連接蛋白VPg?；蚪MRNA 僅有一個(gè)開放閱讀框（ORF），直接翻譯成一個(gè)多聚蛋白，隨后被三個(gè)病毒編碼的蛋白酶切割成十個(gè)功能性蛋白。

1.1.2 傳播方式，寄主與癥狀

在自然條件下，ZYMV 可以通過3種方式進(jìn)行傳播：介體傳播、種子傳播和機(jī)械傳播。介體傳播是由蚜蟲以非持久性方式進(jìn)行傳播的，已報(bào)道的桃蚜、棉蚜等都可以傳播ZYMV，但不同蚜蟲傳毒效率不同，為10%～100%，且傳毒效率與取食時(shí)間成正比[7]。ZYMV 的種傳方式在早期存在一定的爭議，但越來越多的研究表明其可通過種子進(jìn)行傳播，但種傳的帶毒率不高，僅為0～18.9%。機(jī)械傳播包括植株葉片間的接觸、人和動(dòng)物的活動(dòng)、農(nóng)具的污染等，此方式傳播主要依賴于植物的表皮細(xì)胞中存在大量的ZYMV 病毒粒子且穩(wěn)定性較強(qiáng)。

由于ZYMV 傳播方式多樣，其已成為一種世界性的植物病毒，是對(duì)瓜類如甜瓜、西瓜、黃瓜、南瓜等具有非常大的破壞性的病毒之一。除葫蘆科植物外，還可侵染豆科、藜科、莧科、十字花科等9 科，11 個(gè)屬的植物[8]。ZYMV 主要對(duì)葫蘆科植物造成系統(tǒng)性的破壞，產(chǎn)生系統(tǒng)性的癥狀，如褪綠、明脈、黃化、花葉、葉片畸形、矮化、局部壞死等，造成瓜類作物產(chǎn)量降低，果實(shí)出現(xiàn)不同程度的畸形，果實(shí)口感僵硬，味道苦澀，商品價(jià)值降低[9]。苗期感染將會(huì)對(duì)葫蘆科作物造成95%～100%的損失，同時(shí)感病植株所收獲種子的發(fā)芽率大大降低。十字花科、茄科植物被ZYMV 侵染后，不產(chǎn)生癥狀；豆科、莧科、藜科供試植物被ZYMV 侵染后只產(chǎn)生局部癥狀[8]。ZYMV 同樣是甜瓜的一種主要病害，秦碧霞等[10]報(bào)道了ZYMV 在廣西瓜類作物上的發(fā)生情況，對(duì)其侵染瓜類作物做了較為系統(tǒng)的調(diào)查鑒定，ZYMV 陽性檢出率在58.33%～100%之間。

1.2 瓜類褪綠黃化病毒（CCYV）

1.2.1 分類地位及基因組結(jié)構(gòu)

CCYV 最早于2004年在日本的甜瓜上被發(fā)現(xiàn)，屬于長線病毒科（Closteroviridae），毛形病毒屬（Crinivirus），病毒粒體呈長線形。CCYV 的基因組由雙組份的正單鏈RNA構(gòu)成，RNA1 長約8.6 kb，包含4 個(gè)ORF，編碼病毒復(fù)制需要的蛋白，RNA2 長約8.0 kb，包含8 個(gè)ORF，編碼熱激蛋白、外殼蛋白等相對(duì)保守的蛋白[11]。

1.2.2 傳播方式，寄主與癥狀

CCYV 依靠B 型和Q 型煙粉虱以半持久的方式進(jìn)行傳播，煙粉虱的傳播導(dǎo)致了該病毒的爆發(fā)和擴(kuò)散，因此可以通過防治煙粉虱來防治該病毒[12]。

CCYV 雖然傳播方式比較單一，除引起瓜類植物如甜瓜、西瓜、南瓜、黃瓜、絲瓜病害，還能侵染甜菜、本氏煙、曼陀羅等，但危害程度、癥狀各不相同。在瓜類作物上危害較重，能引起葉片黃化褪綠，但葉脈不黃化始終保持綠色，癥狀由下及上發(fā)展，新葉經(jīng)常無癥狀。在我國，CCYV首次于上海發(fā)現(xiàn)，目前在我國上海、浙江、山東、廣西、海南等地區(qū)大面積發(fā)生，且發(fā)病率高于50%[13]。

1.3 甜瓜壞死斑點(diǎn)病毒（MNSV）

1.3.1 分類地位及基因組結(jié)構(gòu)

MNSV 屬于番茄叢矮病毒科（Tombusviridae），香石竹斑駁病毒屬（Gammacarmovirus），病毒顆粒為球形，直徑約30 nm。MNSV 的基因組由線性的正單鏈RNA 構(gòu)成，長約4.2 kb，無帽子結(jié)構(gòu)和polyA 尾巴，含有5 個(gè)ORF。5’端編碼兩個(gè)復(fù)制酶復(fù)合物組分，3’端編碼運(yùn)動(dòng)蛋白和外殼蛋白。

1.3.2 傳播方式，寄主與癥狀

MNSV 的傳播方式多樣，可經(jīng)介體、種子和機(jī)械傳播。介體傳播除了昆蟲黃瓜黑頭葉甲外，還可經(jīng)由土壤中的真菌油壺菌進(jìn)行傳毒。種傳和機(jī)械傳播與ZYMV 相似，但是傳毒效率不同，MNSV 主要經(jīng)由介體進(jìn)行傳播。

雖然MNSV 與ZYMV 相似，有3 種傳毒方式，但其寄主范圍有限，沒有ZYMV 豐富，僅能侵染甜瓜、西瓜、南瓜、黃瓜、葫蘆等葫蘆科植物，且在瓜類植物上引起的病害較重。在甜瓜上引起系統(tǒng)性癥狀，葉片、葉柄、莖上出現(xiàn)壞死斑或褪綠斑，從而引起植株矮化果實(shí)變小，嚴(yán)重影響甜瓜的品質(zhì)和產(chǎn)量[14]。

1.4 甜瓜黃化斑點(diǎn)病毒（MYSV）

1.4.1 分類地位及基因組結(jié)構(gòu)

MYSV 最早在日本被發(fā)現(xiàn)，給當(dāng)?shù)氐奶鸸稀ⅫS瓜生產(chǎn)帶來了嚴(yán)重?fù)p失，引起人們強(qiáng)烈關(guān)注，屬于布尼亞病毒科（Bunyaviridae），番茄斑萎病毒屬（Tospovirus）[15]，病毒顆粒為帶包膜的球形粒體，直徑為80～120 nm。MYSV的基因組由三組分的負(fù)單鏈線性RNA 組成，L-RNA 長約8.9 kb，具有1 個(gè)ORF，編碼RNA 依賴的RNA 聚合酶（RdRp）；M-RNA 和S-RNA均利用雙義策略編碼蛋白，M-RNA 長約4.8 kb，編碼糖蛋白前體（隨后被寄主的蛋白酶切割成兩個(gè)蛋白）和非結(jié)構(gòu)蛋白；S-RNA 長約3 kb，編碼核殼體蛋白和非結(jié)構(gòu)蛋白。

1.4.2 傳播方式，寄主與癥狀

MYSV有2 種傳毒方式：介體傳毒和機(jī)械傳毒。其機(jī)械傳毒與前面兩種病毒相似，而介體傳毒是通過節(jié)瓜薊馬以持久增殖性方式進(jìn)行傳播。

MYSV 的寄主集中在葫蘆科植物上，甜瓜、西瓜、黃瓜、絲瓜等，此外茄科、藜科、胡麻科等15 種植物也易受其侵染，還有7 科13 種雜草也易被MYSV 感染，但癥狀不同[1]。在甜瓜上，主要呈現(xiàn)新生葉片明脈、褪綠斑點(diǎn)，隨后出現(xiàn)黃色壞死斑；若早期侵染，會(huì)使果實(shí)風(fēng)味變差，品質(zhì)下降[16]。

2 甜瓜病毒的檢測(cè)方法

2.1 傳統(tǒng)的病毒檢測(cè)方法

常用的四種傳統(tǒng)的植物病毒檢測(cè)方法為：（1）生物學(xué)檢測(cè)，是指通過敏感的指示植物感染病毒后產(chǎn)生的特異性癥狀來鑒定病毒。陳潔云等經(jīng)摩擦接種，讓ZYMV 侵染14種植物，結(jié)果呈現(xiàn)不同的癥狀[8]。（2）電鏡檢測(cè)，1939年，Kausche 首次用電鏡觀測(cè)到TMV 病毒粒子，拉開了植物病毒學(xué)研究的序幕[17]。（3）血清學(xué)檢測(cè)，從20世紀(jì)70年代興起現(xiàn)在已廣泛用于植物病毒檢測(cè)，酶聯(lián)免疫吸附（ELISA）、斑點(diǎn)免疫結(jié)合實(shí)驗(yàn)（DIBA）和免疫熒光是三種常用的檢測(cè)方法。（4）分子生物學(xué)檢測(cè)，依賴于病毒DNA或RNA 的特異性擴(kuò)增或雜交來檢測(cè)病毒的存在，該方法比血清學(xué)檢測(cè)靈敏度更高，特異性更好，檢測(cè)范圍更廣，可以檢測(cè)所有類型的病毒和類病毒。

2.2 高通量測(cè)序

以上四種方法均有一定的局限性，需要預(yù)先知道病毒的一些信息，即病毒的致病癥狀、病毒粒子的形態(tài)特征、病毒的理化性質(zhì)和血清學(xué)特征及核酸序列等，無法檢測(cè)一些未知病毒。隨著生物信息學(xué)和測(cè)序技術(shù)的高速發(fā)展，高通量測(cè)序（又稱二代測(cè)序，深度測(cè)序）技術(shù)為病毒檢測(cè)提供了強(qiáng)有力的選擇，其通量大速度快，不需要依賴預(yù)知病毒信息，無須病毒粒子或核酸擴(kuò)增純化，它不僅可以檢測(cè)已知病毒，還能夠檢測(cè)未知病毒[18]。近幾年，超過100 種來自不同科、不同的屬的新型植物DNA、RNA 病毒已被鑒定[19]，同樣，幾種瓜類新病毒利用該方法被鑒定[20～22]。

3 甜瓜病毒的防治

3.1 培育抗病品種

傳統(tǒng)的雜交育種方法從抗病毒、抗介體方面入手進(jìn)行抗性種質(zhì)資源的篩選和利用，來自印度的一個(gè)抗棉蚜甜瓜品種和來自津巴布韋的四個(gè)抗ZYMV 的西瓜品種已在多個(gè)國家和地區(qū)進(jìn)行推廣。此外，誘變育種、轉(zhuǎn)基因等新技術(shù)也被引入到甜瓜抗病品種的選育上，但由于轉(zhuǎn)基因食品安全的不確定性及部分國家和地區(qū)人們對(duì)轉(zhuǎn)基因食品的抵制情緒，限制了轉(zhuǎn)基因抗病甜瓜品種的培育。

3.2 化學(xué)防治

化學(xué)防治一方面是噴灑殺蟲劑殺滅傳毒介體，但這種殺蟲作用只是暫時(shí)性的，長期噴灑會(huì)對(duì)植株產(chǎn)生一定的毒害作用及引起農(nóng)藥殘留危害人體健康。另一方面，對(duì)植株施肥、噴灑生長調(diào)節(jié)劑等，除促進(jìn)植株的生長發(fā)育，也會(huì)提高植株的抗病性，但它的作用較小且較緩慢。對(duì)于一些種傳病毒，加熱或用化學(xué)試劑如10 %磷酸三鈉溶液浸種清洗后再播種，可使種子中的病毒失去活性[23]，對(duì)于MNSV類可通過真菌傳毒的病毒，則要對(duì)土壤進(jìn)行消毒處理。

3.3 物理防治

物理防治主要針對(duì)介體昆蟲，采用防蟲網(wǎng)是最簡單有效的措施，不但能預(yù)防蟲害，還能預(yù)防病毒的傳播。此外，在溫室和大棚內(nèi)還可懸掛捕蟲板，這兩種方法都是成本較低的控制介體昆蟲的方法。對(duì)于能夠通過機(jī)械傳播的病毒，在種植時(shí)要保持合適的行間距，避免植株間摩擦接觸，同時(shí)在進(jìn)行農(nóng)事操作時(shí)要規(guī)范化，避免人為原因造成病毒傳播。

3.4 生物防治

生物防治主要是利用弱毒株的交叉保護(hù)作用，即當(dāng)植株受到引起輕微癥狀的病毒株系（弱毒株）感染時(shí)，可保護(hù)植物免受強(qiáng)毒株系的侵襲。因此有目的地讓植株感染弱毒株系，可保護(hù)其受更嚴(yán)重病毒的侵染[7]。應(yīng)用ZYMV 弱毒株進(jìn)行交叉保護(hù)已在很多國家取得了較好的效果[24]，但目前還沒有有效的評(píng)價(jià)體系評(píng)估其是否會(huì)產(chǎn)生些不良后果及相應(yīng)的防范措施。

4 展望

隨著甜瓜種植面積不斷地?cái)U(kuò)大，病蟲害監(jiān)控防治成為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)瓜果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，而素有植物“癌癥”之稱的病毒病嚴(yán)重危害甜瓜生產(chǎn)，近年來黃瓜綠斑駁花葉病毒在部分地區(qū)有擴(kuò)大發(fā)生的趨勢(shì)，黃化類病毒病在部分甜瓜產(chǎn)區(qū)已經(jīng)成為頭等病害，明確甜瓜病毒病病原和建立快速有效的檢測(cè)技術(shù)是防治病毒病的關(guān)鍵?？v觀甜瓜病毒領(lǐng)域的研究進(jìn)展和趨勢(shì)，病毒病發(fā)生規(guī)律和防控等相關(guān)基礎(chǔ)研究方面尚比較薄弱。

由于甜瓜種植區(qū)域廣泛，品種、種植方式多樣，傳毒方式多樣，病毒群體快速變異進(jìn)化，導(dǎo)致甜瓜病毒病危害日趨嚴(yán)重，卻缺乏甜瓜病毒種群結(jié)構(gòu)與變異規(guī)律的研究，難以為病害的預(yù)警和防控提供科學(xué)依據(jù)。今后應(yīng)加強(qiáng)對(duì)甜瓜病毒的流行監(jiān)測(cè)和群體遺傳變異研究。