南方根结线虫对7种瓜菜作物根系分泌物的趋性

DOI： 10.16861/j.cnki.zggc.202423.0610

摘    要：为探究植物根系分泌物组分与南方根结线虫趋化性的关系，盆栽种植7种不同瓜菜作物（番茄、甜椒、苦瓜、蕹菜、芹菜、黄瓜、甜瓜），收集并测定根系分泌物中初级代谢物和次生代谢物的含量，观察南方根结线虫J2s对不同瓜菜作物根系分泌物的行为趋性，并对根系分泌物各组分含量进行相关性分析。结果表明，南方根结线虫J2s对7种瓜菜作物的根系分泌物均表现出正趋向行为，其中J2s对蕹菜根系分泌物的趋化指数最高，为0.52；且趋化指数与根系分泌物中可溶性糖和蛋白质含量没有显著相关性，但与单宁、丁二酸、丙氨酸含量呈显著负相关，相关系数分别为-0.444、-0.527、-0.522，与生物碱、甘氨酸含量呈极显著负相关，相关系数分别为-0.601、-0.550。研究结果可为利用趋性技术防控南方根结线虫提供理论基础。

关键词：南方根结线虫；根系分泌物；趋化性；相关性

中图分类号：S636+S641+S642         文献标志码：A            文章编号：1673-2871（2024）04-146-08

Relationship between root exudates of cucurbits and vegetables plants and chemotaxis behavior of Meloidogyne incognita

ZHOU Yuanyuan1，2， PENG Xinyi1，2， MA Jianqing1，2， YANG Xuejin1，2， ZHANG Aimin2， ZHAO Gangyong2， CAO Dandan2

（1. School of Life Sciences， Hebei University， Baoding 071002， Hebei， China; 2. Hebei Innovation Center for Bioengineering and Biotechnology， Baoding 071002， Hebei， China）

Abstract： To investigate the relationship between the components of root exudates and the chemotaxis of Meloidogyne incognita J2s， this study potted 7 different cucurbits and vegetables plants（tomato， sweet pepper， bitter gourd， water spinach， celery， cucumber， melon） and measured the primary metabolites and secondary metabolites extent of root exudates. Then， the tendency of M. incognita J2s towards different cucurbits and vegetables plants root exudates were observed. And the correlation analysis was also conducted between the chemotaxis of M. incognita J2s and the content of various components in plant root exudates. The results showed that M. incognita J2s exhibited a positive trend towards the root exudates of 7 cucurbits and vegetables plants， with J2s towards root exudates of Ipomoea aquatica having the highest chemotaxis index of 0.52. There was no significant correlation between chemotaxis and soluble sugars， proteins content， but significantly negatively correlated with tannin， succinic acid， alanine content in root exudates， with the correlation coefficients values of -0.444， -0.527， and -0.522， respectively， and extremely significantly negatively correlated with glycine and alkaloid content， with the correlation coefficients values of -0.601 and -0.550， respectively. The research results could provide a theoretical basis for using taxis technology to prevent and control M. incognita.

Key words： Meloidogyne incognita; Root exudates; Chemotaxis; Correlation

收稿日期：2023-09-18；修回日期：2023-12-05

基金项目：河北大学校长基金（XZJJ201924）；宁夏回族自治区重点研发计划（2021BBF02013）；河北省生物技术创新中心绩效补助经费项目（225676109H）

作者简介：周媛媛，女，在读硕士研究生，研究方向为农业微生物与害虫防治。E-mail：zhouyy1851@163.com

通信作者：曹丹丹，女，讲师，研究方向为植物与昆虫互作。E-mail：caodandan666@163.com

根结线虫（Meloidogyne spp.）是造成农业生产严重损失的主要植物内寄生线虫，几乎可以危害所有的植物，其中尤以茄科、豆科、葫芦科、十字花科等作物受害最为严重[1]。南方根结线虫（Meloidogyne incognita）是我国设施农业中的优势根结线虫[2]，其有1700多种寄主植物[3]，每年因根结线虫侵染造成蔬菜减产30%，导致经济损失超过30亿元[4]，受侵害的植株，会在地下根系部分形成根结，而地上部分生长矮小缓慢，影响产量，甚至植株出现提早死亡现象[5]。

根际作为植物根系与土壤间能量流动和物质交换的直接界面，被认为是地球上最活跃的界面之一[6]。植物根系在生长过程中会向外部释放一些无机离子和有机化合物来调节植株自身生长并影响土壤及土壤微生物，这类物质统称为根系分泌物[7]。南方根结线虫二龄幼虫（the second-stage juveniles，J2s）可通过识别植物根系分泌物来搜索定位寄主并向寄主迁移，最终成功侵染[8]。根结线虫J2s随根系分泌物种类和浓度变化而移动的现象即为趋化性。趋化性在J2s寻找寄主、配偶、躲避危险及个体间互作等方面都发挥着十分重要的作用[9-11]。

已有研究表明，大豆、番茄、紫花苜蓿、豌豆等植物根系分泌物中的激素、氨基酸（天冬氨酸、精氨酸、谷氨酸）、有机酸（苹果酸、草酸和乳酸）等均可吸引南方根结线虫[12-16]；除此之外，植物根系分泌物中的酚类、皂苷、生物碱、泰诺芬宁、硫代葡萄糖苷等成分对南方根结线虫J2s具有一定的致死作用[17-18]。充分了解植物根系分泌物对南方根结线虫趋化行为的调控作用对指导农业生产中作物轮作和倒茬具有重要的实践意义。笔者在分析不同瓜菜作物根系分泌物初级代谢物和次生代谢物含量的基础上，比较南方根结线虫J2s对不同瓜菜作物根系分泌物的趋向性选择，并通过分析二者的相关性，定位瓜菜作物根系分泌物中可能影响南方根结线虫趋化性的信息化学物质，以期为南方根结线虫的安全绿色生物防控提供新的方向。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于2021年9月至2022年9月在河北省保定市河北省（河北大学）生物工程技术创新中心进行。

供试瓜菜作物材料：新旺斯番茄、农发甜椒、丰绿苦瓜、柳叶空心菜、大叶芹菜、琳达961黄瓜、日本甜宝甜瓜，上述材料均采购自保定市利民农资科技市场。

供试南方根结线虫：试验室内使用番茄活体植株扩繁获得试验南方根结线虫种群。

1.2 方法

1.2.1    盆栽瓜菜作物的培育与管理    盆栽基质为灭菌的营养土和蛭石（1∶1，V/V），每种瓜菜作物6盆（花盆高度和直径为11 cm），每盆250 g灭菌土壤，每盆3株，置于光照培养箱中培养，培养条件为白天16 h，温度28 ℃，相对湿度60%，光照度350 μmol·m-2·s-1；黑暗8 h，温度20 ℃，相对湿度75%，光照度0 μmol·m-2·s-1。其间定期等量给作物浇水，使其生长良好。上述瓜菜作物生长20 d后，随机选取长势相同的盆栽用于收集根系分泌物。

1.2.2    瓜菜作物根系分泌物的收集及测定    根系分泌物的收集：采用土培法对根系分泌物进行收集[19]，将试验植株连根取出，在尽量不破坏根部完整性的前提下保留根系表面一薄层土，取20～100 mL蒸馏水（视不同根系体积而定，以能充分浸过完整根系为宜）于烧杯中涮洗，将水样静置，取上清液，用0.45 μm尼龙布过滤后得到根系分泌物的水溶液。采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量[20-21]。采用考马斯亮蓝法测定蛋白质含量[22]。采用茚三酮显色法测定总氨基酸含量[23]。

有机酸和氨基酸各组分含量的测定（液相色谱法）：将根系分泌物的收集液用0.22 μm尼龙膜过后，取1～2 mL装入样品瓶，加入50 μL磷酸后，用于下一步检测[24]。

液相色谱分析条件—色谱仪：RIGOL L3000高效液相色谱仪，紫外检测器波长254 nm；色谱柱：赛分Amethyst C18-H（250 mm×4.6 mm，5 μm）；柱温：40 ℃；流速：1 mL·min-1，进样体积：10 μL；流动相A：称取7.6 g无水乙酸钠，加水925 mL，溶解后用冰醋酸调节pH至6.5，然后加入乙腈70 mL，混匀。用0.45 μm滤膜过滤；流动相B：80%乙腈水溶液。

次生代谢物质含量测定：木质素、单宁、类黄酮、总酚、生物碱含量采用Solarbio公司生产的试剂盒检测。

pH值的测定：采用pH计测定。

1.2.3    南方根结线虫对根系分泌物的趋向选择行为测定    23%Pluronic F-127胶的配制：取80 mL冷的无菌水加入到含有磁力搅拌棒的玻璃杯中，再向其中加入23 g PF-127粉末，4 ℃下缓慢搅拌至溶解。

琼脂糖平板：将0.4 g琼脂糖粉溶于200 mL无菌蒸馏水中，加热溶解后，制备0.2%的琼脂糖凝胶。将15 mL琼脂糖凝胶倒入90 mm×15 mm的培养皿，凝固后备用。