黄瓜霜霉病及其分子标记辅助育种研究

黄瓜霜霉病及其分子标记辅助育种研究 安徽农业科学,Jaumal0fAr~uiA.Sci.2OO8,36(7):2814—2815,2827责任编辑刘月娟 责任技对马君叶 ———'——————————————''————?=?——一 黄瓜霜霉病及其分子标记辅助育种研究 白智龙,周鸿飞(沈阳农业大学,辽宁沈阳ll0161) 摘要综述黄瓜霜霉菌特征特性,生理小种,霜霉病菌种的保存方法以及黄瓜霜霉病 抗性遗传规律,抗病育种等方面的研究进展,并分 析了当前生产和研究中存在的问,提出了今后研究方向. 关键词黄瓜;霜霉病;分子标记;抗病育种 中图分类号$436.421.11文献标识码A文章编号0517—6611(20o8)o7—02814—02 StudyOnCham?b盱Downy1MfildewandItsMolecularAssistedBreeding BAI刁longetal(ShenyangAgriculturalUniversity,Shenyang,Liaoning110161) Abstract1heresearchprogress0nthecharacteristicandphysiologicall'acE~ofcllcllm~rdo wnymildew,thepreservation似odsofdownymildew stIir1s.andthegeneticresistanceregulationandresistmacebreedingagainstcucumberdown ymildewwere$11lnnkal-iz~,thequestionsinpresentproduction andstudieswereanalvzedandtheresearchdirectioninfuturewerepresented, KeywardsCucumber;Downymildew;Moleculemarker;Resistancebreeding 黄瓜霜霉病是由古巴假霜霉病菌[Pseta~peronospora cubensis(Berl【.&Ctm.)R0st0v]引起的,属鞭毛菌亚门霜霉菌 目假霜霉属,是国内外黄瓜产区主要叶部病害之一?J.黄瓜 霜霉病已受到各国科学工作者的关注.国内外对黄瓜霜霉 病病原菌,抗病遗传和分子标记辅助育种等方面的研究已取 得了明显进展. 1黄瓜霜霉病病原茵 1.1病原菌生物学特性黄瓜霜霉病菌营养体为无隔菌丝 体,在寄主细胞间隙中蔓延,产生卵形或指状吸器伸入寄主 细胞内吸收养分.孢囊梗由叶面气孔伸出,单生或1,3根 丛生,无色,基部稍膨大,3—4次假二又分枝,分枝不对称,分 枝与主枝成锐角,分枝末端尖细,孢子囊着生于分枝的顶端. 孢子囊卵形或椭圆形,顶端有乳头状突起,单胞,淡褐色.空 气相对湿度在50%以下时病菌不能产生孢子囊,相对湿度在 80%以上时44h可产生,饱和湿度时6,24h可大量产生. 卵孢子球形,黄色,面有瘤状突起l2J. 1.2病原菌侵染规律黄瓜霜霉病菌的越冬和病害的初侵 染源在不同地区有所不同.在我国南方霜霉病能够终年发 生,在华中,华北地区冬季病菌亦能以孢子囊的形式在保护 地黄瓜植株上继续危害.病菌对温度的适应范围较广.湿 度是决定病害轻重的主要因素.在5,3Occ时病菌均可发 育,以15,25?最适宜,2o,25?时潜育期最短,仅3d.在 有水滴的适温条件下,孢子囊只要1.5h就可萌发,2,3h就 可完成侵入.在气温达16?时.田间病害开始发生,Et平均 气温18,24?,相对湿度在80%以上时,病情直线上升.在 多雨,多露,多雾和昼夜温差大或阴雨天和晴天交替时,病害 易流行[. 1.3病原茵生理小种根据病菌与转化寄主亲和力的程度 不同,Thomas认为该病原菌有5种致病型J.Shetty等研究 发现,病菌存在着亚洲,波兰和美洲小种分化,并且根据植物 内抗性基因对数推测有1,8个生理小种4J.傅俊范等根据 地区生态特点在黄瓜主要种植区采集病株,从致病性和形态 特征上进行分析,发现我国黄瓜霜霉病菌不存在生理小种分 作者简介白智龙(1粥l一),男,辽宁抚顺人,硕士研究生,研究方向:植 物分子育种. 收稿日期2007一lo.12 化l5J.总之,学术界对古巴假霜霉病菌是否存在小种分化尚 有争议. 1.4病原菌保存方法霜霉病菌是一种专性寄生菌,所以 保存时与其他病原菌相比较为复杂,给霜霉病的研究带来一 定不便.下面着重介绍几种霜霉病菌常用的保存方法. 1.4.1寄主活体保存.在适宜环境条件下,定期将病菌接 种到新的寄主上,可较长时间保存病菌., 1.4.2离体叶保存.Parkash等用含有5%蔗糖液或一定浓度 激动素溶液的棉花保湿,在一5?条件下,可保存病叶30dl6J. 1.4.3低温冷冻保存.Shi等研究表明,离体叶片冷冻保存 1O个月的霜霉菌仍然具有致病力,但致病力下降,病情指数 仅为1.60,而对照病情指数达96.2;低温(一20?)可降低霜 霉病菌孢子囊的致病力,低温时间越长,孢子囊的致病力越 低,同时低温使得潜育期延长l7J. 1.4.4超低温冷冻保存.张艳菊等报道,将孢子囊在10% 二甲基亚砜,5%脱脂乳混合液中预先一2o?冷冻24h,然后 放入一70?冰箱保存l8J.采用该方法保存的孢子囊12个月 后仍具有较高的致病力,从根本上解决了黄瓜霜霉病菌不能 长期离体保存且致病力下降的问题,对黄瓜霜霉病菌的深入 研究具有重要价值. 1.5接菌浓度许启新等所用接种孢子囊浓度为75000个 /m]l9J,云兴福等所用浓度为546000个/m][10J,所用接种浓度 均偏高.翁祖信等报道,饱子囊浓度以1500,4500个/ml为 宜l1.这是因为如果接种浓度过高,则抗感品种会产生大 块死斑,抗感病品种抗性差异减小,造成试验误差;同样,如 果接种浓度过小,则抗感品种产生病斑少,抗性差异也减小, 造成试验误差. 2苗期与成株期抗病性的相关性 Jenkins发现,抗病,感病品种苗期抗性与成株期达到相 关水平u.许启新等对黄瓜9个品种进行黄瓜霜霉病苗期 与成株期抗病性相关性分析,亦得到同样结果_9].为了进一 步了解苗期与成株期抗病性的相关性,还应深入探讨黄瓜不 同生态型品种群体间的相关性,也应验证我国黄瓜霜霉菌是 否存在生理小种分化现象.' 3寄主抗性的生理生化反应研究 云兴福对抗感品种的叶内叶绿素含量测定结果表明叶 36卷7期白智龙等黄瓜霜霉病及其分子标记辅助育种研究2815 内叶绿素含量与植株抗病性呈正比l1引.刘庆元等研究表 明,不同黄瓜品种叶内含糖量与抗病性有关,表现为含糖量 愈高则发病愈轻,并且认为黄瓜霜霉病是一种低糖病害l1. 丁九敏等研究表明,在接种侵染前,健康黄瓜叶片中可溶性 糖含量,叶绿素含量与其对霜霉病的抗性成正相关;接种后, 叶片中POD,PPO,CAT和SOD活性变化与其对霜霉病的抗性 成正相关?1引.李靖等对感染霜霉病的黄瓜叶片中相关酶活 性也进行了一系列的研究l1引.Kortekamp研究表明,接菌 后黄瓜抗病品种(Glolre)和感病品种(Riesling)蛋白PR2,PR3, PR4,PGIP,DFR,LDOX和FS的表达量有明显的差别,证明这 些蛋白可能在黄瓜对霜霉病菌抗性表现中发挥作用l19_19. 4黄瓜霜霉病抗性遗传规律及分子标记辅助育种研究 目前,国内外对黄瓜霜霉病抗性机制的研究已经深入到 分子水平.Cochran以耐病黄瓜品种13aW,al~和感病品种杂 交,遗传分析证明黄瓜抗病性由数个基因决定j.吕淑珍 等利用高代自交系进行杂交和回交试验,认为所采用的材料 对霜霉病的抗性至少由3对基因控制,感病性具有部分显 性,其广义遗传力为62.33%,狭义遗传力为47.74%,属于遗 传力较高的性状,容易稳定.Jenkins用2个抗病材料Ch/. rtese/ong,PuertoR/co分别与感病品种杂交,表明上述材料抗 性是由1个或2个主效基因和1个或多个微效多基因控制 的?l.田波利用生化标记和分子标记技术鉴定出抗病基 因,分别命名为dm,dm一1,dm一2,dm一3L.Doruchoowsld等 利用抗病材料WI4783和感病材料WisconsinSMR18证明抗性 是由3对隐性基因dm一1,dm一2,dm一3决定的J.而Van. Vliet等认为,抗病品种Poinsett的抗性是由一个隐性单基因 dm控制的,并且认为这个基因与黄瓜抗白粉病基因连 锁【.同时,Fanouralds也发现抗霜霉病基因是由1个单 隐性基因控制一261.Horejsi等找到了5个与dm基因连锁 的RAPD标记,分别为c148oo,X15ll叩,AS58oo,BC519ll00, EC526l000J,其中,只有BC519ll00与dm的连锁最为紧密,遗 传距离仅为9.9em.这为该性状在今后的分子标记辅助育 种提供了可能. Chert等对野生种酸黄瓜(Cucum/shystr/x)进行抗病鉴定, 结果表明该物种高抗蔓枯病,霜霉病和病毒病等一29J.曹 清河等将普通栽培黄瓜(Cucum/ssativus)和酸黄瓜杂交,合成 了人工异源双二倍体新种,并以此为桥梁种与普通黄瓜回 交,自交,选育出黄瓜抗霜霉病异源易位系Cr一01l3.进一 步对该异源易位系进行了研究,以高代抗霜霉病异源易位系 CT—O1R和感病突变系CT—OIS为抗感对照材料,在抗病材 料中获得了与抗霜霉病相关基因序列cpc—l_32J.另外,上海 交通大学农业与生物院植物科学系以华北类型黄瓜自交系 s94(抗病品种)和欧洲温室型自交系S06(感病品种)为亲本 得到性状稳定的永久群体().遗传分析结果表明,该群体 的霜霉病抗性性状呈现出数量性状的特征.因此,通过该永 久群体构建的黄瓜分子标记遗传图谱,最终对抗霜霉病性状 进行了QI"L定位., 5结语 由于受环境因素以及黄瓜抗性材料等的影响,各国专家 学者对抗霜霉病有着不同的结论,黄瓜霜霉病抗性遗传规律 尚无定论.因此,黄瓜抗霜霉病的遗传规律不明确,仍需要 进,步的研究.另外,分子标记研究与育种程序相脱节,大 多数的研究者只把工作目标确定在鉴定,定位抗病的基因 上.在研究时,选材往往只考虑基因定位的便利而 不考虑育种的需要.因此,在完成目标基因的定位后,并不 能直接应用于育种.如果选用的试验材料是目前推广的优 良品系或品种,那么目标基因定位的结果就可以直接指导育 种实践.目前,利用抗病基因同源序列克隆抗病基因是普遍 认同克隆基因的方法,还可以使用图位克隆方法分离出与抗 病基因紧密连锁的r~CA(抗病基因同源序列)探针,并且用于 基因组文库筛选.随着试验技术的发展,更多,连锁更紧密 的分子标记将会被开发出来,在标记辅助选择研究领域中发 挥重要的作用,成为加快植物抗病育种进程更加可行和实用 的新途径. 参考文献 [1]LEBEDAA.Screening0fwildcueun/ssl~esagainstdownymildew(Pseu- doperonasporacubens/s)isolatesrr蛔s[J].Phytoparasitica,1992,20 (3):2(13—210. 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(下转第2827页) 36卷7期王鸿斌等不同耕作方式对土壤渗透性影响的机理研究2827 播种一出苗Sowing-Seedlingemergence 出苗一拔节Seedlingemergence-Jointing 拔节一抽穗Jolnting-Heading 抽穗一乳熟Heading-Milky 乳熟一成熟Milky.Mature 全生育期Wholeg~wthperiod l1 28 24 5l 2l l35 l8 59 72 24l 48 438 24 65 54 246 42 43l 24 66 59 254 46 449 6 6 一 l8 5 — 6 — 7 6 7 一 l3 l3 — 2 ll vs"% 图4不同剖面构型黑土耕层的三相组成 Fig.4~tionofthreepI1勰esinblacksoilwithdifferentplo同e mDl州0画caIdla瑚_d硝 玉米带是典型的雨养农业区,限制玉米产量的主要因子是墒 情不足.因此,衡量一种耕作是否合理,首要的衡量标 准就是看其能否充分利用自然降水. 对于耕作土壤来说,耕层的厚度及性质既是衡量土壤质 量优劣的重要标志,又反映出人们对土壤的管理水平.也正 是因为平面型剖面构型的耕层深厚,有效土壤量多,土壤向 作物供应的养分和水分的能力强,土壤接纳大气降水的能力 强,春季墒情好,苗齐苗壮,夏季肥力平稳,土壤和作物的抗 逆性强,秋季后劲强,作物的产量相对较高.而波浪型剖面 构型的有效土壤量少,土壤向作物供应养分和水分的能力有 — 卜"—-卜—-卜"—卜"—卜"+??+"+"+ (上接第2815页) l23JVan??rGJA,加WD.Ir~tance0fresistancetoPseudoper- onosporacukms/sRostandincucumber(Cucur~sat/vusL.)lJJ.Euphytica, 1974.23:251—255. 124]Van??GJA,METSINGWD.Relatiollint}leir~erltance0fresistance to尸,如_册?p0阳6emRoetandSphae?lecandi西IlaPou.Incuc~ti'lt- her(0砬WL.)【JJ.Euphytica,l977,26:793—796. 125JFANOURAK/SNE,S/MONPW.Analysis0frclinkageinthecucumber 【JJ.JHered,1987,78:238—242. 126JPIERCELW,WEHNERTC.Review0fgenesandlinkagega~ups0fCUG3IFfl- bet[J].H毗~ence,1990,25(6):605—615 [27]HOREJSIT,STAUBJ,THOMASC.unka0f~idotllan~lifiedpaym~- DIlicDNAmork~"todownymildewresistanceincucumber(Cocum/ssotivus L.)[JJ.Eup}ca,2000,ll5:105一l13. 限,加之犁底层坚硬,作物根系下扎受阻,并且根系在下扎的 过程中需要消耗能量,影响作物生长发育,同时土壤接纳大 气降水的能力弱,容易形成径流,造成水土流失.土壤消耗 水量较大导致出现春季土壤易干旱;夏季作物生长易脱水, 脱肥等肥力退化现象.因此,平面型剖面构型与波浪型剖面 构型比较,更有利于玉米的抗逆生长,对不良自然环境的抵 抗能力将会大大提高.因此,研究认为松辽平原玉米带现行 的以小四轮拖拉机为主要动力耕作制是不合理的,应以增强 土壤保水性能为主要目标,创建适合区域经济发展水平新型 耕作制. 参考文献 [1]吉林省土壤肥料总站.吉林土壤[M].北京:中国农业出版社,l998:145 一 l60. 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