张慧青，孙玉燕，范敏*

(1.浙江省农业科学院 蔬菜研究所，浙江 杭州 310021； 2.山西师范大学 生命科学学院，山西 临汾 041000)

西瓜炭疽病(Colletotrichumlagenerium)是由一类半知菌亚门刺盘孢子属真菌-瓜类炭疽病菌浸染引起的一种世界性病害，常发病于潮湿的地区，在全球西瓜产区发生普遍，且呈现日趋严重的趋势[1]，影响西瓜的经济效益，制约西瓜产业的发展。炭疽病在西瓜整个生长发育期内均可发生，在苗期及果实发育期尤为严重。目前，对此种病害大多为化学防治，这不仅对环境造成污染，也易使病原菌产生抗药性[2]。因此，提高西瓜对炭疽病的抗性已成为我国西瓜育种亟需解决的难题之一。本文综合多年来学者们对西瓜炭疽病的研究成果，旨在为西瓜的抗病育种研究提供一定的理论参考。

1 西瓜炭疽病的发病规律、症状及危害

西瓜炭疽病由瓜类炭疽病菌引起，以菌丝体或菌核附着在土壤中的病残体在田间、温室或大棚中存活越冬，种子表面也能携带菌丝[3]。高温高湿是其发病的主要原因，炭疽病菌在10～30 ℃均可发病，最适发病温度为25 ℃，10 ℃以下及30 ℃以上病斑停止生长。炭疽病的潜育期与湿度有关，西瓜炭疽病菌的最适宜生长湿度为85%～95%，湿度越低，潜育期越长，发病越慢[4]。

炭疽病菌对西瓜生长危害严重，幼苗期和成熟期为发病高峰。幼苗发病时，子叶出现圆形紫黑色或红褐色病斑，且病斑颜色均匀，外周有黄色圆圈。发病严重时，茎蔓和叶柄形成梭形或椭圆形凹陷病斑，呈水渍状黄褐色，病斑可溢缩并穿孔，使植株发生倒折、死亡。果实受害时，表面先形成暗绿色水渍状斑点，病斑扩大稍圆形隆起呈暗褐色，湿度大时，病斑呈轮纹状并伴有黑色小颗粒，数个病斑连片产生凹陷，引起龟裂，露出果肉致果实腐烂[5]。

西瓜炭疽病的发病率在10%～20%，造成的产量损失达10%～15%，严重时发病率可达100%，产量损失达40%以上，成为西瓜运输和贮藏过程中烂瓜的主要原因[6]。

2 西瓜炭疽病原菌及生理小种的分化

西瓜炭疽病由西瓜炭疽菌浸染所致[7]，西瓜炭疽病菌属半知菌亚门黑盘孢目毛盘孢属[8]。其主要特征为：分生孢子盘寄生在寄主植物的表皮下，产生暗褐色或黑色菌核，具长90～120 μm的褐色刚毛，2～5个隔膜。分生孢子盘成熟后突出寄主外表皮，有的分生孢子呈圆筒状且光滑，大小为(20～26)μm×(2.6～3.0)μm，单胞，颜色为无色致褐色，在梗顶端着生一个分生孢子；有的分生孢子呈卵圆形，大小为(14～20)μm×(5～6)μm，单胞，无色，多个聚合在一起成粉红色黏包子团。分生孢子萌发后在芽管的顶端产生的附着胞壁厚，呈球状或不规则状，可多次萌发再产生附着胞[9]。

目前西瓜中发现炭疽病菌的7个生理小种(生理小种1～7)，是根据侵染鉴别寄主的症状不同划分的。生理小种1易感西瓜材料New Hampshire Midget、Garrison，而对Charleston Gray、Congo、Fairfax几乎不致病，但幼果感病；生理小种2是从西瓜材料Charleston Gray及Congo中分离获得，几乎所有寄主幼苗及果实对生理小种2高度敏感；生理小种3对西瓜材料New Hampshire Midget及Garrison高度致病，而西瓜材料Charleston Gray、Congo和Fairfax对生理小种2则高度抗病[10]；生理小种4对全部寄主均可致病；生理小种5对Charleston Gray、Congo、Fairfax及Garrison等西瓜材料高度致病；生理小种6对所有寄主的致病性均很强；生理小种7对西瓜的致病情况与生理小种3类似[11-12]。西瓜炭疽病菌虽然生理小种多样，但以生理小种1、2和3最为普遍，危害也最为严重[13]，为研究的重点。此外，西瓜炭疽病原菌的生理小种具有高度遗传性和致病多样性，使西瓜品种难以获得持久的抗性。

3 西瓜炭疽病抗性资源现状及遗传规律

20世纪30年代初，Layton得到5个抗炭疽病的西瓜材料，其中Africa8、Africa9和Africa13与当地栽培种Iowa Belle和Iowa King杂交，F1表现为抗病，抗病对感病为显性，F2分离及F1回交表明，抗性是受一对单基因控制的[14]。Hall等[15]利用抗病材料Charleston Gray、Fairfax、Congo及感病材料Chris Cross、Black Diamond间杂交，获得F1、F2和BC1世代，于幼苗期接种，也证明炭疽病的抗性受显性基因控制。Jenkins等[16]评价了86份西瓜种质材料，发现对生理小种1具有抗性的材料同时也对生理小种3产生抗性，但对生理小种2表现为感病；遗传研究表明，生理小种1和3的抗性由同一显性基因控制。Snvanprakorn等[17]利用杂交抗病材料PI189225、PI271778、PI326515及感病材料Charleston Gray、Jubilee、Crimson Sweet和品系AWB-10，研究西瓜对炭疽病生理小种2的遗传规律，结果表明，PI材料的抗性均受1对显性基因控制，但存在修饰基因。唐宁安[18]以PI189225和Black diamond为亲本创建F2分离群体，研究表明，抗:感分离比为3∶1，表明PI189225对西瓜炭疽病菌生理小种1的抗性受显性单基因控制。

4 西瓜炭疽病抗性基因定位及克隆

目前，针对葫芦科作物对炭疽病抗性基因定位及克隆的研究已取得一定进展。唐宁安[18]用分离群体分组分析法(BSA)和AFLP分子标记技术对西瓜抗病材料PI189225中的抗炭疽病基因进行分子标记鉴定发现，AFLP分子标记E4/M19、E1/M8、E29/M5与抗炭疽病基因Rco-1连锁，遗传距离分别为34.8、23.4、6.9 cM。2018年，Pan等[19]用黄瓜自交系GY14和WI2757对生理小种1进行抗性基因的精细定位和克隆，通过GY14×9930杂交的160个F2∶3家系、WI2757×TL杂交的108个F2∶3家系和123个F7重组自交系发现，材料GY14和WI2757对炭疽菌1号小种的感染持续表现出高水平的抵抗力，而9930、TL和两个F1型菌株则为易感；研究证实，存在一个单隐性基因cla，可致黄瓜材料GY14和WI2757对炭疽病产生抗性，后续研究将cla基因定位在黄瓜5号染色体32-kb的区域内，包括3个候选基因，其中一个炭疽病抗性位点候选基因为CsSGR，其在叶绿素降解途径中起着重要的调控作用，可诱导叶绿素和叶绿素结合蛋白降解。Jang等[20]通过BSA-Seq技术确定了一个位于富含亮氨酸重复域的非同义单核苷酸多态性(SNP)位点，作为西瓜抗炭疽生理小种1的分子标记，结果显示，精氨酸到赖氨酸的替换在葫芦科和豆科中保守性强。同时鉴定了一个保守的基序IxxLPxSxxxLYNLQTLxL，并发现该基序的18个残基对外源病毒侵入有很强的抵抗力。总体来说，针对西瓜炭疽病抗性基因的挖掘研究较少，其分子机理还不明确，还需进一步挖掘相关抗性基因。

5 西瓜炭疽病抗性育种

1947年美国育种学者推出了抗炭疽病和枯萎病的西瓜品种Black Kleckley和Kleckley Hybrid，但因其品种性状不稳定推广较差[21]。20世纪50年代选育出抗炭疽病和枯萎病的西瓜品种Charleston Gray及Fairfax，以及抗炭疽病但不抗枯萎病的西瓜品种Congo，其中，Charleston Gray持续30年作为美国西瓜的主栽品种，世界多国引种种植[22-23]。20世纪60年代初，Crall[24]培育成Smokylee、Dixielee、Sugarlee等优良抗病品种。20世纪70年代初，Norton等[25]着手培育优质、多抗、高产的西瓜新品种，于1983年育成抗炭疽病的2个品种AU-Producer和AU-jubilant，抗炭疽病生理小种2。1976年Sowell等[26]发现PI326515既抗西瓜茎腐病、枯萎病，也抗炭疽病生理小种2，并指出PI189225和PI271 778具有抗茎腐病的运载基因。经过多年研究，1985年Grall[27]育成抗炭疽病和枯萎病品种Icebox；1990年Grall[28]培育出一个高品质的西瓜品种SSDL，既抗炭疽病又抗枯萎病，得到广泛的商业应用。

我国于1986年成立了全国西瓜抗病育种协作组，之后在西瓜抗性育种方面进行了深入研究，并取得诸多成果[29]，选育出多种抗病的优良品种，如抗病性强、耐重茬、产量高、品质佳的西农8号、兼抗枯萎病及炭疽病的京抗2号和京抗3号[30]等。在高通量测序技术广泛应用之前，我国主要以引进国外优质西瓜抗病品种为基础，通过与本地品种杂交，培育出遗传稳定、具有不同优异农艺性状的新品种。经过多年研究，我国育种工作者先后育成金花一号、抗病948、庆农5号、特大郑抗3号、双抗8号等优质抗性品种。

6 西瓜炭疽病研究中存在的问题及展望

目前，西瓜炭疽病的研究集中在病原菌生物学特性、培养方式和生物防治以及抗性鉴定等方面，关于西瓜炭疽病基因定位和基因克隆的研究较少，有价值的分子标记尚待开发，不能满足现在的抗性育种需求[31]。此外，由于西瓜炭疽病菌生理小种较多，尚存在的不断变异使得很难获得具有长期稳定抗性的新品种，这也在一定程度上为抗病品种的选育设置了障碍。为此，本文也提出几点展望：

尽管我国在植物抗炭疽病的研究取的一定成果，但针对抗病育种而言，我国的发展仍有很大不足，因此，需扩大对国外西瓜抗病种质资源的引种范围、类型和数量，利用世界西瓜种质资源的多样性丰富西瓜基因库，加强多亲复合杂交选育。同时要对优质资源进行深入的种质抗病研究，明确其遗传规律，确定目的基因在染色体上的位置，缩短抗病材料的育种时间。

目前相关基因的性状研究主要集中在初期QTLs上，对其精细定位及基因克隆的相关研究较少。随着高通量测序技术的快速发展，可在西瓜全基因组水平上进行测序研究。在对相关抗性基因定位并开发相关分子标记的同时，整合现有的遗传图谱，通过构建高密度遗传图谱进行相关性状的基因精细定位，以提高育种选择效率，加快育种进程。

由于炭疽病小种的不断变异，对获得的新基因进行等位性鉴定变得更有必要。充分利用基因编辑技术，同时聚合多个抗性基因以增强抗性，获得可信度高且抵抗致病力强的新基因，这样极有可能获得抵抗炭疽病生理小种变异且具有持久抗性的新品种。