番茄種質(zhì)資源研究論文

-.z.番茄抗蟲育種研究進展摘要：番茄抗蟲育種是防治害蟲的一條有效途徑。本文從番茄抗蟲種質(zhì)資源、抗蟲機理以及育種策略等方面對國內(nèi)外的番茄抗蟲育種工作進展了綜述。關鍵詞：番茄抗蟲育種研究進展番茄是我國重要的蔬菜作物,世界上也廣為栽培。近年來,隨著我國番茄種植面積的不斷擴大病蟲為害日益嚴重,生產(chǎn)上農(nóng)藥的使用量逐年加大。農(nóng)藥的使用在一定程度上防治了病蟲害，但農(nóng)藥殘留超標卻危及到消費者的安康。選育優(yōu)良的抗病、抗蟲新品種被認為是降低農(nóng)藥使用量、維護農(nóng)田生態(tài)平衡和生產(chǎn)綠色食品的有效途徑[1]。20世紀80年代國外就開展了抗蟲育種的研究,我國這方面的研究正逐步開展。對番茄野生近緣種的研究發(fā)現(xiàn),野生番茄中含有優(yōu)異的抗蟲基因。圍繞野生番茄中優(yōu)異抗蟲基因的利用國內(nèi)外做了大量工作,本文就這方面的研究作一綜述。番茄抗蟲種質(zhì)資源番茄野生近緣種是番茄抗蟲育種的主要資源。多毛番茄、潘那利番茄、秘魯番茄以及契斯曼尼番茄是主要的抗源。1943年,Luckwill根據(jù)腺毛類型將番茄分為Ⅰ~Ⅶ7種類型[2](圖1)。其中,Ⅰ、Ⅳ、Ⅵ、Ⅶ型屬于有腺體類型,其腺毛帶有腺囊或腺體,通過分泌毒素驅(qū)避害蟲;Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ型屬于無腺體類型,沒有頭部構造,不能分泌毒素,通過其建立的屏障防御害蟲(表1)。對腺毛密度的研究發(fā)現(xiàn),多毛番茄中的Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ型腺毛密度大,而Ⅰ、Ⅲ、Ⅶ型密度小;潘那利番茄中的Ⅳ型密度最高;Lycopersiconcheesma2nii.fminor中的Ⅳ型密度最高[3-7]。對多毛番茄、潘那利番茄、秘魯番茄抗蟲鑒定發(fā)現(xiàn)其具有較強的抗蟲能力,能抗多種害蟲(表2)。其中對多毛番茄LA1777和PI134417以及潘那利番茄LA716研究較多。2種質(zhì)資源的抗蟲鑒定2.1鑒定方法抗蟲鑒定方法可分為直接鑒定和間接鑒定兩種。直接鑒定又可分為田間抗性鑒定和人工接種鑒定。前者指在害蟲常發(fā)地區(qū),將收集到的種質(zhì)播于田間,讓害蟲自然侵染,可對大量種質(zhì)進展抗蟲性篩選;后者指人為創(chuàng)造害蟲發(fā)生的適宜環(huán)境(網(wǎng)室、接蟲室等),通過人工接蟲侵染的方法進展鑒定,鑒定時需注意接蟲的昆蟲致害力和繁殖力,實際操作中應將野外采集的與室內(nèi)飼養(yǎng)的同一種蟲混合在一起,促其異交。間接鑒定是根據(jù)與供試材料抗蟲性顯著相關的性狀來間接估測抗蟲性能。比方腺毛的類型、密度以及分泌物(如?；恰⒈栋胼葡?等。這種方法需要有大量與抗蟲相關的試驗作根底。鑒定內(nèi)容抗蟲鑒定主要包括種質(zhì)材料受損狀況和害蟲生長發(fā)育狀況兩方面的內(nèi)容。種質(zhì)材料受損的指標主要包括百葉潛道數(shù)、單位葉面積取食痕、葉片受害指數(shù)、卷葉株率、葉面取食量、幼苗死亡率、產(chǎn)量受損百分比以及果實受損率等。害蟲生長發(fā)育狀況是指害蟲在植株上的產(chǎn)卵量、蟲口密度、發(fā)育速度、蟲體大小、死亡率等。此外,對種質(zhì)材料腺毛類型以及腺毛密度調(diào)查也能反映番茄的抗蟲性能。3為害番茄的害蟲種類為害番茄的害蟲主要是半翅目、鞘翅目、雙翅目和同翅目昆蟲以及螨類,包括棉鈴蟲、馬鈴薯塊莖蛾、美洲斑潛蠅、苜蓿夜蛾、茄二十八星瓢蟲、茄無網(wǎng)蚜、桃蚜、溫室白粉虱、銀葉粉虱、茶黃螨、番茄癭螨等[13]。這些害蟲以番茄的莖、葉、花、果實為食,影響番茄的正常生長,最終導致產(chǎn)量、品質(zhì)下降。而且,害蟲取食后產(chǎn)生的傷口為病菌(病毒、真菌和細菌)侵染植株提供了時機,如蚜蟲所傳播的CMV,加大了病害發(fā)生的可能。4番茄的抗蟲機制的植物抗蟲性主要有3種方式[14-15]:耐蟲性(tolerance)、排斥性(anti*enosis)和抗生性(antibiosis),其中對排斥性和抗生性的研究較多。排斥性又叫非選擇性(Nonpreference),是指作物所具備的物理特性(如顏色、形態(tài)、體表毛狀物、外表蠟質(zhì)、組織厚度等)以及產(chǎn)生的次生物質(zhì)而導致的不利于害蟲取食、產(chǎn)卵和寄生的防御行為。我國栽培面積較大的毛粉802番茄就是利用了體表被覆濃密茸毛的特性而到達避蚜的目的[16]。對番茄腺毛類型及分泌物的研究證實鱗翅目、雙翅目和鞘翅目昆蟲在野生番茄上的產(chǎn)卵量低于普通番茄(表3)。Snyder等認為銀葉飛虱在多毛番茄上產(chǎn)卵量降低的主要原因是由于Ⅳ型腺毛所建立的天然屏障不利于害蟲產(chǎn)卵。但是,也有研究發(fā)現(xiàn)有些昆蟲喜歡在多毛的葉片上產(chǎn)卵,高密度的腺毛似乎不能防御害蟲[17]。進一步的分析發(fā)現(xiàn),盡管植株上有較多的蟲卵,但是腺毛所分泌的抗生物質(zhì)可能抑制了成蟲的生長[18]?？股钥股允侵缸魑锉缓οx取食以后所產(chǎn)生的一種抗蟲機制。抗蟲植物自身會產(chǎn)生一些化學物質(zhì),這些物質(zhì)會對害蟲的發(fā)育、生殖和生存產(chǎn)生不利影響。害蟲取食后,導致害蟲體形變小、躁動不安致使暴露給天敵的時機增多,從而降低其存活率。目前研究較多的野生番茄抗生性化學物質(zhì)有3類:甲基酮、倍半萜烯和酰基糖。2-十三烷酮(2-tridecanol)和2-十一烷酮(2-unde2canone)是多毛番茄Ⅵ型腺毛分泌的兩類甲基酮類化合物。對甲基酮的抗蟲效果研究存在一些相互矛盾的結果。Farrar等發(fā)現(xiàn)普通番茄之所以對害蟲敏感是由于其Ⅵ型腺毛分泌物中缺乏這兩種甲基酮[19],而Chatzivasileiadis等卻在普通番茄中發(fā)現(xiàn)了這兩種甲基酮[20]。多數(shù)的研究支持甲基酮的抗蟲效果,但也有試驗發(fā)現(xiàn)天蛾〔Manducase*ta(L.)〕不受2-十三烷酮影響,而且多毛番茄對甜菜夜蛾的抗性與甲基酮的含量無關,其原因可能與甲基酮的含量水平有關。姜烯是多毛番茄Ⅵ型腺毛分泌的一種倍半萜烯,對Leptinotarsadeceliminata有毒害作用,但其含量對二斑葉螨的生存以及甜菜夜蛾的死亡沒有影響[21]。此外,還在多毛番茄的Ⅳ型腺毛分泌物中發(fā)現(xiàn)了δ-elemene和γ-elemene這兩種與抗蟲性相關的萜類化合物。?；鞘且活悘秃匣瘜W物質(zhì),由?；崽呛王；咸烟墙M成。潘那利番茄LA716的Ⅳ型腺毛分泌的?；钦计湎倜；强偡置诹康?0%[22],栽培番茄中?；堑暮縿t難以檢測到。對?；堑目瓜x性研究發(fā)現(xiàn)其對馬鈴薯蚜、斑潛蠅、棉鈴蟲、甜菜夜蛾、煙粉虱、桃蚜及白粉虱等害蟲有抗性[23-25]。番茄抗蟲性不是由單一的*種機制完成的,往往綜合了上述兩種方式。植物與害蟲之間的關系非常復雜,抗蟲能力不僅與植株自身的物理化學特性有關,而且受環(huán)境影響非常大。抗蟲能力的產(chǎn)生是組成型的還是誘導型的,尚有待研究。5基于腺毛抗性的番茄育種策略5.1腺毛抗蟲性的遺傳研究利用普通番茄與野生番茄雜交后代的遺傳表現(xiàn)是研究番茄抗蟲性的主要方式。Snyder等發(fā)現(xiàn)普通番茄和多毛番茄的F1植株上Ⅲ型腺毛的密度大于普通番茄,而且F1Ⅵ型腺毛的頭部表型、酚類及油脂含量等均介于雙親之間。Fery等的研究也指出Ⅵ型腺毛的頭部表型介于雙親之間。Carter等利用普通番茄與多毛番茄的F2群體確定了腺毛密度與腺毛類型、葉面以及小葉長度的關系。普通番茄與潘那利番茄F1的抗蟲性強于普通番茄,Goffreda對F1、F2、BC1P1、BC1P2、BC1F1、BC1F2研究發(fā)現(xiàn),源于潘那利番茄的后代對馬鈴薯蚜的抗性是上位性的,符合簡單加性模型,不過其遺傳力較低。而利用契斯曼尼作父本的F1同樣表現(xiàn)出強于母本的抗蟲特性。柴敏等對與避蚜相關的番茄多茸毛形態(tài)突變基因Womz的研究認為該基因的遺傳為單基因控制的不完全顯性遺傳。對腺毛分泌物的遺傳研究提供了抗蟲育種的另外一條途徑。Lemke等研究認為LA716中分泌酰基糖的Ⅳ型腺毛至少受兩個非連鎖基因控制。Juliano等以LA716為供體研究了?；呛颗c葉螨抗性的遺傳,發(fā)現(xiàn)?；呛康倪z傳是由單一主效位點控制的不完全隱性基因,廣義遺傳力中等(hb2=0.476)。Mutschler等在普通番茄與LA716的F2別離群體中發(fā)現(xiàn)了5個與?；呛肯嚓P的QTLs,其中2個位于1號染色體上,其余3個分別位于3、4、11號染色體上。1999年,Blauth等在LA716與LA1912(同為潘那利番茄)的F2群體中發(fā)現(xiàn)了6個控制酰基糖脂肪酸含量的QTLs。Joelson等對姜烯的遺傳進展了研究,發(fā)現(xiàn)姜烯的廣義遺傳力較高(hb2=0.678),其含量的遺傳受單一主效位點控制,為不完全隱性。上述的研究多認為番茄抗蟲性是由多基因控制的,且多表現(xiàn)為隱性。而王志民等則在多毛番茄中初步鑒定出一個抗美洲斑潛蠅的顯性基因。5.2育種策略番茄抗蟲育種的關鍵是如何有效地改善栽培番茄的抗蟲性?；诖?所采用的育種方法大致可分為兩類,一類是利用野生抗蟲資源,另一類是抗蟲基因工程。通過雜交、回交、輪回選擇等常規(guī)方法以及分子標記輔助選擇等方法,育種者獲得了一些抗蟲材料。Pankaja等對普通番茄與多毛番茄(LA1777)雜交別離得到的80個重組近交系進展分析,獲得了9份抗粉虱的中間材料。Darlene等利用與?；呛肯嚓P的5個QTLs,從普通番茄與潘那利番茄(LA716)的1000個BC3F1后代中篩選出3個含有目標標記的單株,但是這些單株的?；呛康陀贔1[40],這預示著還需開發(fā)新的與高水平?；窍嚓P的分子標記。我國栽培面積較大的毛粉802番茄也是利用常規(guī)方法育成的。在將野生番茄的抗蟲性引入栽培番茄的同時常伴隨著產(chǎn)量降低、果實變小、品質(zhì)變差等不良性狀的產(chǎn)生。1981~1996年亞洲蔬菜研究和開發(fā)中心先后利用多毛番茄、潘那利番茄LA716及多毛番茄LA1777作為供體與普通番茄回交,采用田間篩選、次生代謝物含量測定及QTL輔助選擇等方法,雖然得到了一些抗蟲的穩(wěn)定株系,但這些株系農(nóng)藝性狀較差,難以用于商品育種,這可能與連鎖累贅以及基因的上位效應有關,此方面的研究還有待深入。利用轉(zhuǎn)基因技術將外源抗蟲基因轉(zhuǎn)入番茄,是番茄抗蟲育種的另一途徑,也為利用不同物種的抗蟲資源開辟了新途徑。Mandaokar等將人工合成的殺蟲晶體蛋白基因cry1A(c)轉(zhuǎn)入番茄,高表達的轉(zhuǎn)基因植株能抵御番茄果實鉆心蟲(tomatofruitborer)幼蟲的為害。同樣,表達cry1A(b)蛋白的轉(zhuǎn)基因番茄對為害番茄果實的鉆心蟲亦表現(xiàn)出殺蟲效果。來自根癌農(nóng)桿菌的異戊烯轉(zhuǎn)移酶基因?qū)敕押竽芤种茻煵萏於隇楹?煙草的陰離子過氧化物酶基因?qū)敕阎锌蓪[翅目和鞘翅目的*些害蟲產(chǎn)生顯著的抗性。6未來研究重點目前在番茄上,只有來自野生番茄的抗根結線蟲基因在育種上成功應用。其他的抗蟲基因還處于探索階段,尚無成功范例。綜合國內(nèi)外的研究,筆者認為我國番茄抗蟲育種工作應加強以下幾方面的研究。加強抗蟲資源的收集及種質(zhì)資源的創(chuàng)新。集中收集多毛番茄、潘那利番茄等抗蟲性較強的野生資源,加強對骨干親本的改造,育成一批抗蟲性強的中間材料。加強抗蟲機理及遺傳的研究。番茄與其害蟲之間的關系異常復雜,就其遺傳抗性而言,既有組成型抗性也有誘導抗性。明確特定抗蟲基因的作用機理及遺傳規(guī)律將大大加快育種進程。綜合多方面的理論技術進展育種,利用番茄分子生物學、基因組學、生物化學和遺傳學等方面的理論知識,開發(fā)切實可用的分子標記,挖掘抗蟲基因,與常規(guī)育種相結合,改進和創(chuàng)造優(yōu)良的番茄抗蟲品種。最后,需要提及的是,在進展抗蟲育種的同時,要考慮到抗蟲基因?qū)μ鞌骋约叭梭w的影響。因為很多毒素不僅可以殺死昆蟲,也會影響天敵的生存,食用后也會對人體有害。即抗蟲育種要注意生態(tài)平安。參考文獻：〔1〕SimmonsAT,GurGM.TrichomesofLycopersiconspeciesandtheirhybrids:effectsonpestsandnaturalenemies〔J〕.Agricul2turalandForestEntomology,2005,7:265-276.〔2〕LuckwillLC.ThegenusLycopersicon:Anhistorica,lbiologicalandta*anomicsurveyofthewildandcultivatedtomatoes〔J〕.AberdeenUniversityStudies,1943,120:44.〔3〕EigenbrodeSD,TrumbleJT.Antibiosistobeetarmyworm(Spo2dopterae*igua)inLycopersiconaccessions〔J〕.Hortscience,1993,28:932-934.〔4〕AntoniousGF.Productionandquantificationofmethylketonesinwildtomatoaccessions〔J〕.JournalofEnvironmentalScience&Health.PartB.Pesticides,FoodContaminantsandAgricultur2alWastes,2001,36(6):835-848.〔5〕SnyderJC,SimmonsAM,ThackerRR.Attractancyandovipo2sitionalresponseofadultBemisiaargentifolii(Homoptera:Aley2rodidae)totypeIVtrichomedensityonleavesofLycopersiconhirsutumgrowninthreeday2lengthregimes〔J〕.JournalofEnto2mologicalScience,1998,33:270-281.〔6〕GoffredaJC,MutschlerMA,TingeyWM.Feedingbehaviorofpotatoaphidaffectedbyglandulartrichomesofwildtomato〔J〕.EntomologiaE*perimentalisetApplicata,1988,48:101-107.〔7〕LemkeCA,MutschlerMA.InheritanceofglandulartrichomesincrossesbetweenLycopersiconesculentumandLycopersiconpen2nellii〔J〕.JournaloftheAmericanSocietyforHorticulturalSci2ence,1984,109:592-596.〔8〕MalufWR,BarbosaLV,Santa2CeciliaLVC.2-Tridecanone2mediatedmechanismsofresistancetotheSouthAmericantomatopinwormScrobipalpuloidesabsoluta(Meyrick,1917)(Lepidop2tera2Gelechiidae)inLycopersiconspp.〔J〕.Euphytica,1997,93:189-194.〔9〕LiuD,TrumbleJT.Interactionsofplantresistanceandinsecti2cidesonthedevelopmentandsurvivalofBactericercacockerelli〔Sulc〕(Homoptera:Psyllidae)〔J〕.CropProtection,2005,24:111-117.〔10〕EigenbrodeSD,TrumbleJT.AntibiosistoBeetArmyworm(Spodopterae*igua)inLycopersiconaccessions〔J〕.Hort2science,1993,28(9):932-934.〔11〕MuigaiSG,BassettMJ,SchusterDJ,ScottJW.GreenhouseandfieldscreeningofwildLycopersicongermplasmforresistancetothewhiteflyBemisiaargentifolii〔J〕.Phytoparasitica,2003,31(1):27-38.〔12〕ResendeJTV,MalufWR,CardosoMG,NelsonDL,FariaMV.InheritanceofacylsugarcontentsintomatoesderivedfromaninterspecificcrosswiththewildtomatoLycopersiconpennelliiandtheireffectonspidermiterepellence〔J〕.GeneticsandMolecu2larResearch,2002,1(2):106-116.〔13〕呂佩珂,李明遠,*鉅文,易齊,*寶棣,姜克英,文奇,李明周,王潤初.中國蔬菜病蟲原色圖譜〔M〕.:中國農(nóng)業(yè),1998:267-273.〔14〕PainterRH.InsectResistanceinCropPlants〔M〕.NewYork:MacmillanPress,1951.〔15〕HorberE.Typesandclassificationofinsectresistance:Ma*wellFG,JenningsPR.BreedingPlantsResistanttoInsects〔M〕.NewYork:Wiley,1980:15-22.〔16〕*貴彬,郁和平.茸毛番茄新品系的一代雜種避蚜防病(CMV)效果的初步探討〔J〕.中國農(nóng)業(yè)科學,1986(4):57-61.〔17〕GurrGM.EffectoffoliarpubescenceonovipositionbyPhthori2maeaoperculellaZeller(Lepidoptera:Gelechiidae)〔J〕.PlantProtectionQuarterly,1995,10:17-19.〔18〕JuvikJA,BabkaBA,TimmermannEA.Influenceoftrichomee*udatesfromspeciesofLycopersicononovipositionbehaviorofHeliothiszea(Boddie)〔J〕.JournalofChemicalEcology,1988,14:1261-1278.〔19〕FarrarRRJr,KennedyG.InhibitionofTelenomussphingisaneggparasitoidofManducaspp.bytrichome/2-tridecanone2basedhostplantresistanceintomato〔J〕.EntomologiaE*peri2mentalisetApplicata,1991,60:157-166.〔20〕ChatzivasileiadisEA,BoonJJ,SabelisMW.Accumulationandturnoverof2-tridecanoneinTetranychusurticaeanditsconse2quencesforresistanceofwildandcultivatedtomatoes〔J〕.E*2perimentalandAppliedAcarology,1999,23:1011-1021.〔21〕CarterCD,GianfagnaTJ,SacalisJN.Sesquiterpenesinglan2du