王立霞,管梦娇,种道齐,刘世琦

山东农业大学园艺科学与工程学院,作物生物学国家重点试验室,农业部黄淮地区园艺作物生物学与种质创制重点试验室,山东 泰安 271018

黄瓜白粉病，又名白毛病，在黄瓜整个生育期均可发病，主要危害黄瓜叶片，初期为黄绿色不规则小斑，后期病斑不断扩大，最终连成一片，严重影响叶片的光合作用，致使植物早衰、严重减产。近年来，随着种植面积的不断扩大，黄瓜白粉病逐年加剧，严重影响了黄瓜的品质及产量。

在农业生产上，多使用化学方法来防治黄瓜白粉病，而化学农药的使用不仅使细菌产生抗药性，而且还增加植物体内农残。因此急需寻找一种既能提高抗性又环保的白粉病防治方法。嫁接作为一门古老的技艺，在繁殖及改良作物品质上具有重要作用。前人研究表明，嫁接换根能显著提高植株抗病性，尤其是土传病害，如西瓜枯萎病[1,2]、茄子黄萎病[3]、黄瓜枯萎病[4]、黄瓜根结线虫病等；也有一些报道指出嫁接可以提高植株对叶部病害的抗性，如黄瓜灰霉病、霜霉病、白粉病[5-7]和番茄叶霉病等[8]。随着嫁接研究的深入，一些新的嫁接技术也不断提出[9]，张小平等[10]研究发现，中间砧嫁接显著降低甜瓜枯萎病和蔓枯病发病率；刘强等[11]指出中间砧嫁接能防止西瓜枯萎病，提高耐寒性；任淑年等[12]研究发现用葫芦做中间砧既可以避免西瓜自毒问题，又可以提高嫁接西瓜的抗病性；徐小军等[13]发现中间砧嫁接可显著提高嫁接西瓜植株抗枯萎能力。目前虽有一些中间砧嫁接提高植株抗性的试验见诸报道，但对黄瓜抗病性，特别是黄瓜白粉病抗性研究较少，因此本试验通过对黄瓜接种白粉病后一系列的生理生化变化的分析，探讨中间砧嫁接处理下黄瓜对白粉病抗性的影响，以期为中间砧嫁接技术在黄瓜栽培生产中的推广应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试验设计

本试验于2016～2017 年在山东农业大学科技创新园进行。以‘津优35 号’黄瓜为接穗，市场上常用的三个甜瓜品种，厚皮甜瓜：‘伊丽莎白’和‘东方脆甜’，薄皮甜瓜：‘景甜F1’为中间砧，‘威盛一号’南瓜为根砧。试验以常规嫁接（黄瓜/南瓜）为对照CK；黄瓜自根苗为T1；中间砧嫁接（黄瓜/伊丽莎白/南瓜、黄瓜/东方脆甜/南瓜、黄瓜/景甜F1/南瓜）为T2、T3、T4，白粉病菌采自山东农业大学日光温室自然发病植株。

2017 年2 月8 日，南瓜浸种催芽后播种于10×10 cm 的育苗钵中，5 d 后进行甜瓜育苗，待南瓜一叶一心时把甜瓜嫁接到南瓜上（2 月25 日），待甜瓜两叶一心时去心，使其茎部加粗，同时进行黄瓜及南瓜催芽、播种，黄瓜子叶展平时进行黄瓜/甜瓜及黄瓜/南瓜嫁接（4 月5 日）。嫁接成活后每隔一天浇一次营养液，5 月1 日，嫁接苗及自根苗两叶一心时，取大小一致，长势健壮的植株定植到日光温室中，统一管理，30 d 后接种白粉病，各处理各接种60 株，重复3 次，每重复20 株。

1.2 测定项目与方法

分别于接种白粉病当天及接种后10 d 取样，测定各物质含量。

1.2.1 发病率和病情指数的测定 接种后5 d，10 d，15 d，20 d 后测定黄瓜植株发病率和病情指数，病情指数按照GB/T 17980.30-2000 进行分级。

1.2.2 细胞质膜透性和渗透调节物质的测定 渗透调节物质含量的测定参照王佩芝[14]的方法，硫代巴比妥酸法测定丙二醛含量，蒽酮比色法测定可溶性糖含量，磺基水杨酸法测定脯氨酸含量[15]。

1.2.3 抗氧化酶和次生代谢相关酶活性的测定 分别采用氮蓝四唑法、愈创木酚法、过氧化氢分解法、比色法测定超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶、抗坏血酸过氧化酶活性，苯丙氨酸解氨酶和多酚氧化酶活性的测定采用王学奎等[16]方法和中国科学院上海植物生理研究所的方法。

1.2.4 抗性物质含量的测定 木质素和纤维素含量的测定采用紫外分光光度法，总酚含量采用林植芳等[17]方法测定。

1.3 数据处理

采用DPS 6.55 软件（Duncan 新复极差法）进行数据处理和统计分析，Microsoft Excel WPS 进行作图。

2 结果与分析

2.1 不同黄瓜嫁接苗的白粉病抗性比较

由表1 可见，白粉病侵染后，黄瓜嫁接苗较自根苗表现出一定的抗性。接种5 d 后，除T3 处理外，其余处理均发病，黄瓜自根苗发病率及病情指数显著高于嫁接处理。接种10 d 后，T3 处理有10%发病，并与其他处理差异极显著。接种20 d 后，各处理下白粉病发病率和病情指数从小到大依次为：T3＜T4＜T2＜CK＜T1。

表1 不同黄瓜嫁接苗的白粉病抗性比较Table 1 Comparison of powdery mildew resistance of different cucumber grafted seedling

2.2 不同嫁接方式对黄瓜细胞质膜透性的影响

图1 所示，嫁接不同程度地提高了黄瓜叶片电解质渗透率，以自根苗最低，常规嫁接CK 次之，中间砧嫁接最高。接种白粉病后，自根苗中电解质渗透率高达42%，显著高于嫁接苗，不同嫁接方式间，以中间砧T3 和T4 处理较低，两者差异不显著，但均显著低于常规嫁接处理。

丙二醛含量通常用来反应细胞损伤的程度。嫁接后黄瓜叶片中丙二醛含量显著增加，但不同嫁接处理间差异不显著，接种白粉病后，叶片中丙二醛含量均有不同程度的升高，常规嫁接CK、自根苗T1、中间砧T2、T3 和T4 分别升高了41.1%、233.3%、22.6%、12.3%和25.8%，不同嫁接处理下丙二醛含量差异明显，依次为T1＞CK＞T2＞T4＞T3，说明中间砧嫁接通过降低叶片中质膜透性进而减轻伤害。

图1 不同嫁接方式对黄瓜叶片电解质渗透率和丙二醛含量的影响Fig.1 Effects of different grafting methods on electrolyte permeability and MDA content in cucumber leaves

2.3 不同嫁接方式对黄瓜渗透调节物质的影响

图2 可见，接种白粉病前，黄瓜叶片中可溶性糖含量以中间砧嫁接最高，自根苗次之，常规嫁接最低，接种白粉病后，黄瓜叶片中可溶性糖含量均有不同程度地提高，以中间砧嫁接含量较高，且三个中间砧处理中以T3 处理最高。

接种前，黄瓜嫁接苗叶片中脯氨酸含量较自根苗均有明显提高，不同嫁接处理间以中间砧含量高于常规嫁接，接种白粉病后，脯氨酸含量显著增加，各处理增加幅度依次为：T1＞T2＞CK＞T3＞T4，其中脯氨酸含量以中间砧嫁接含量最高，常规嫁接含量次之，自根苗最低。

图2 不同嫁接方式对黄瓜叶片渗透调节物质含量的影响Fig.2 Effects of different grafting methods on content of osmotic regulators in cucumber leaves

2.4 不同嫁接方式对黄瓜叶片抗氧化酶活性的影响

由表2 可见，接种前黄瓜嫁接苗叶片中超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase,SOD)、过氧化物酶(Peroxidase,POD)、过氧化氢酶(Catalase from micrococcus lysodeikticus,CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(Aseorbateperoxidase,APX)活性显著高于自根苗，且以中间砧T3 处理的黄瓜嫁接苗抗氧化酶活性最高。接种白粉病后，SOD、POD、CAT 和APX 活性不同程度增加，且嫁接苗活性显著高于自根苗活性，不同嫁接处理间SOD 和POD 活性差异不显著，CAT 和APX 活性则以中间砧高于常规嫁接。

表2 不同嫁接方式对黄瓜叶片保护酶活性的影响Table 2 Effects of different grafting methods on protective enzyme activity in cucumber leaves

2.5 不同嫁接方式对黄瓜次生代谢相关酶活性的影响

由表3 可以看出，嫁接显著提高黄瓜叶片中苯丙氨酸解氨酶(L-phenylalanine ammonia-lyase,PAL)活性，接种白粉病后，黄瓜叶片中PAL 活性呈现不同程度地增加，以嫁接苗高于自根苗，且不同嫁接方式间PAL 活性差异不显著。接种前，各处理下黄瓜叶片中多酚氧化酶活性(Polyphenol oxidase,PPO)与对照差异显著，以中间砧T3 和T4 较高；接种后不同处理间PPO 活性差异明显，依次为T4、T3＞T2＞CK＞T1。

2.6 不同嫁接方式对黄瓜抗性物质含量的影响

由表3 可知，接种白粉病前，嫁接苗黄瓜叶片中的木质素含量显著高于自根苗，接种白粉病后，木质素含量有不同程度的升高，不同嫁接方式间无显著差异，但均显著高于自根苗。

接种白粉病前，各嫁接方式处理下黄瓜叶片中总酚含量显著高于自根苗，接种白粉病后不同嫁接方式下黄瓜叶片中酚类物质含量有明显差异，以中间砧嫁接＞常规嫁接＞自根苗，接种前后均以T3处理的总酚含量最高，分别较常规嫁接苗高出10%和6%。

纤维素作为植物细胞壁的重要组成成分，在维持细胞形态和抵御病原微生物方面具有至关重要的作用。未经白粉病侵染的黄瓜嫁接苗纤维素含量显著高于自根苗，不同嫁接方式间以中间砧嫁接T4 含量最高，常规嫁接和中间砧品种T2、T3 无显著差异，接种后叶片中纤维素含量不同程度升高，常规嫁接及三个中间砧嫁接苗分别增加了60%、36%、63%、62%，自根苗增加幅度最小，仅为15%。

表3 不同嫁接方式对黄瓜叶片抗性物质及次生代谢相关酶活性的影响Table 3 Effects of different grafting methods on the activities of resistance substance and secondary metabolism related enzymes in cucumber leaves

3 讨论

嫁接作为防治土传病害、克服保护地土壤连作障碍、实现作物抗病增产的最有效措施，被广泛应用于葫芦科和茄科等蔬菜作物的抗病增产上[18,19]，前人研究表明，嫁接可以提高黄瓜对疫病和枯萎病的抗性[20]、降低黄瓜绿斑驳花叶病毒病[21]的发生；降低番茄对烟草花叶病毒的感病率[22]。孟凡鲁等[9]研究发现，甜瓜中间砧嫁接能显著降低西瓜枯萎病发病率。本试验发现中间砧嫁接可提高黄瓜植株对白粉病的抗性，三个不同的中间砧品种以‘东方脆甜’的抗性最强。

电解质渗透率和MDA 含量可作为反应细胞膜受伤害程度的重要指标。赵依杰等[23]研究发现，西瓜受到病菌侵染后，叶片中MDA 含量明显增加，且以嫁接苗含量低于自根苗。刘业霞等[24]研究发现，辣椒嫁接苗通过积累可溶性糖和脯氨酸来增加对青枯病的抗性。本研究中黄瓜受到白粉病侵染后，叶片中的可溶性糖、脯氨酸和MDA 含量均有不同程度的增加，其中电解质渗透率和MDA 含量以中间砧嫁接苗较低，常规嫁接次之，自根苗最高，接种白粉病菌前后的可溶性糖和脯氨酸含量均以中间砧嫁接苗含量最高，说明中间砧嫁接可通过较高的糖含量，调节细胞中蔗糖的平衡，促进蔗糖转化为能量，增加叶片细胞壁厚度和对病原菌的抗性，除此还可通过两次嫁接积累渗透调节等物质来维持细胞膨压，防止蛋白质变性[25]，减轻病菌对细胞膜的伤害程度，提高抗性。

PAL 和PPO 作为苯丙烷代谢途径中的关键酶和氧化酶，可通过调控植物中酚类物质的氧化速率来调控植物的抗病反应[26]。前人研究表明，胁迫条件下，嫁接苗中的防御酶活性[27,28]、次生代谢相关酶活性[29]、酚类含量[30]、木质素含量[31]、纤维素含量均有不同程度的升高，且显著高于自根苗。本试验中接种白粉病后，黄瓜叶片中抗氧化酶和次生代谢相关酶活性均有不同程度地升高，不同嫁接方式间除POD、PAL 活性无显著差异外，其余均以中间砧嫁接高于常规嫁接，三个中间砧品种以‘东方脆甜’高于其他两个中间砧品种；白粉病侵染后，不同嫁接苗间木质素含量差异不大，但均明显高于自根苗；除此之外，接种白粉病前后，酚类物质及纤维素含量均以中间砧嫁接苗明显高于常规嫁接苗和自根苗。前人研究发现，具有消除活性氧伤害的超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（POD）以及与抗菌素和木质素等增强其抗性的次生代谢产物合成有关的多酚氧化酶（PPO）、苯丙氨酸转氨酶（PAL）的活性与其抗性呈显著正相关[32,33]。本试验中，与黄瓜自根苗相比，中间砧嫁接显著降低了黄瓜白粉病发病率，在接种白粉病后10 d 内，中间砧嫁接的发病率也不同程度地低于常规嫁接，说明中间砧嫁接苗通过增加抗氧化酶和次生代谢酶活性来维持较高的自由基清除能力和加速黄瓜的次生代谢，从而形成较多的酚酸类物质和木质素，加固机械屏障，增强抵御能力，减轻病菌对组织细胞的伤害[34]。嫁接诱导了植株体内抗性基因的表达调控，增加了相关基因的合成表达，进而产生了更多的与抗性有关的代谢物质，除此之外，嫁接后砧穗合为一体，砧-穗互作、砧木与接穗本身固有的遗传特性、生理生化抗性、组织结构交织在一起，从而使嫁接植株表现出较强抗性[35]。

4 结论

本试验中，中间砧嫁接可通过积累可溶性糖、脯氨酸等渗透调节物质，降低叶片中质膜透性进而减轻伤害；增加抗氧化酶和次生代谢酶活性来维持较高的自由基清除能力和加速黄瓜的次生代谢，从而形成较多的酚酸类物质、木质素、纤维素等抗性物质，提高黄瓜对白粉病的抗性。其中，三个中间砧品种以‘东方脆甜’的综合品质较好，为中间砧嫁接的适宜品种。