第六章 抗病育种

在哈密瓜的全部育种目标中，恐怕没有哪项比抗病更紧迫。白粉病、霜霉病、枯萎病、病毒病轮番为害，轻则减产降质，重则绝收；打药虽能应急，却推高成本、污染环境，还治标不治本。种植者在病害面前最指望的，是一个天生不病的品种。抗病育种的逻辑由此确立：把抗性基因从抗源材料”搬”进优质品种，让品种自己顶在防线的第一线。

但这道防线并不好筑。病原的生理小种在不断变异，品种抗性会随小种组成变化而”失效”——这是抗病育种区别于其他育种目标的根本难处，它是一场与病原之间没有终点的赛跑。美国玉米大斑病、小麦条锈病历史上都曾上演过”抗病品种推广几年即告沦陷”的剧情，甜瓜生产中同样不乏其例。明白了这一点，就明白了抗病育种为什么不能只盯着”抗不抗”，还要追问”抗什么小种””能抗多久”。

本章按主要病害逐一展开，每种都循着”病原—抗性机制或基因—抗源—育种策略”的线索推进：白粉病与霜霉病是两大叶部病害，一个主效基因主导、一个QTL主导，恰是两种抗性遗传类型的对照；枯萎病是土传维管束病害，抗病品种几乎是重茬瓜田唯一的指望；病毒病无药可医，抗性品种更是唯一的经济学解。最后一节讨论如何把单项抗性聚合为持久的多抗性，并从综合防治的全局视角审视育种的角色。

6.1白粉病抗性育种

白粉病是甜瓜上分布最广、为害最重的叶部病害之一。发病初期叶面出现白色粉状霉斑，随病情发展布满整叶，叶片光合面积锐减、植株早衰，果实糖分随之下降，商品率大打折扣。设施栽培中温湿度适宜，白粉病的发生尤其猖獗，一些瓜农一个生长季要打十几次药，成本与残留压力都很大。要摆脱这种被动局面，最根本的出路还是抗病品种。

6.1.1病原与生理小种

搞清病原及其小种组成是抗病育种的第一步。白粉病的病原情况如下：

病原：

• Podosphaera xanthii（异名：Sphaerotheca fuliginea）

• 生理小种：race 1, 2, 3, 5

白粉菌是专性寄生菌，只能在活体植株上生长，不能像许多真菌那样在人工培养基上培养，抗性鉴定因此必须在活体上进行——无论是整株接种还是离体叶盘接种，都离不开活的瓜苗或瓜叶。这一点决定了白粉病抗性鉴定在时间和空间上的特殊安排，后面讲接种鉴定时还会提到。

尤其要留意生理小种问题。白粉菌种下分化出race 1、2、3、5等多个生理小种，它们在形态上无法区分，对不同抗性基因的致病力却完全不同。一个品种在甲地表现抗病，到了乙地却感病，十有八九是小种组成不同在作怪；推广几年后”抗性退化”，多半也不是品种变了，而是病原群体里能克服该抗性基因的小种占了上风。因此，抗白粉病育种的第一道功课是摸清目标产区流行哪个小种——不弄清对手是谁，选出的抗性很可能用错了地方。这也是小种监测必须常态化的原因：病原群体在变，监测数据若停留在几年前，部署抗性基因就如同按旧地图行军。

白粉病的流行方式也值得了解。田间流行的菌源主要来自病株上不断产生的分生孢子，它们体轻量大、随风传播，条件合适时几天就能走完一个侵染循环，一个生长季可重复多代，病斑因此呈典型的”爆发式”扩展；在茬口衔接紧密、棚室连作的产区，上一季残留的病株残体和自生瓜苗又成为下一季的初侵染源，形成周年循环。这解释了两件事：其一，白粉病的防治窗口在发病初期，一旦蔓延开来再打药事倍功半，抗病品种的价值正在于把发病起点压低；其二，育种试验田本身要远离生产病田并做好隔离，否则试验材料被外来菌源”均匀接种”，数据反而失真。

6.1.2抗性机制

植物对抗病原有一整套由表及里的防线，白粉病抗性涉及的主要机制有三种：

抗性机制：

• 过敏反应（HR）：细胞程序性死亡

• 胼胝质沉积：阻止病原侵入

• 病程相关蛋白（PR蛋白）：β-1,3-葡聚糖酶、几丁质酶

三种机制处在防线的不同位置，扮演的角色也各不相同。过敏反应是”壮士断腕”：白粉菌刚刚侵入表皮细胞时，侵入点周围的寄主细胞主动启动程序性死亡，连同被困其中的病原一起”玉石俱焚”，把侵染扼杀在萌芽状态。胼胝质沉积是物理封堵：侵入点下方迅速堆积胼胝质，像打补丁一样加厚细胞壁，让吸器难以形成。PR蛋白则是针对性的化学武器——β-1,3-葡聚糖酶和几丁质酶专门水解真菌细胞壁的葡聚糖与几丁质，病原即使侥幸立足，也难以为继。

了解机制的意义不在于机制本身，而在于它提示抗性可从多个环节入手：既有典型的主效基因抗性（多通过过敏反应实现），也有提高基础防御水平的数量抗性。机制层面的知识一旦与分子标记结合，还可以反过来帮助判断一个候选抗性是否”真抗”——比如侵入点处是否快速发生细胞死亡、胼胝质沉积是否及时充分，都可以作为鉴定抗性的辅助指标。

还要区分”组成型防御”与”诱导型防御”。胼胝质和PR蛋白平日就有基础水平的表达，这是组成型防御，决定了一个品种”天生”的感病底线；病原入侵时植株又能在局部快速上调这些反应，这是诱导型防御，决定了抗性的强度与速度。育种实践中，两类防御都可以被利用：选择基础防御水平高的材料，可以获得不依赖特定小种的广谱性；而诱导防御的灵敏程度，则与主效基因的识别能力密切相关。近年备受关注的诱导系统抗性（把植株整体”唤醒”到戒备状态）为栽培措施与品种抗性的配合提供了另一个接口——某些生物刺激手段正是通过激活诱导防御来给品种抗性”加码”的，这部分内容在《现代哈密瓜栽培学》的病害防治部分有具体讨论。

6.1.3抗性基因与抗源

机制落到基因上，甜瓜抗白粉病的主效基因已有多个，其中最常用的四个是：

抗性基因：

• Pm-1：显性，抗race 1

• Pm-2：隐性，抗race 2

• Pm-3：显性，抗race 3

• Pm-4：显性，抗race 5

四个基因各抗一个小种，显隐关系还不一致。特别提醒Pm-2是隐性基因，杂合状态不表现抗性，用分子标记追踪时必须区分纯合与杂合；若按显性基因的经验处理，后代选择就会失手，把杂合单株当抗株留下，几代之后抗性悄悄散失还找不到原因——这是抗性转育中屡见不鲜的陷阱。显性基因的转育则相对省心，回交后代中杂合即有抗性表现，方便田间验证与标记结果相互印证。

抗源方面，第一章介绍过的两份引进材料正是白粉病抗源的两大主力：

抗源筛选：

• PI 414723：印度来源，抗白粉病，兼抗蚜虫，抗性由主效基因控制、便于转育

• MR-1：美国选育的多抗品系，兼抗白粉病与霜霉病

PI 414723可能是甜瓜界出场率最高的抗源，抗白粉病又抗蚜虫，世界各国的抗性育种几乎都用过它。MR-1则是美国在引进抗源基础上选育的多抗品系，白粉病、霜霉病两头兼顾，一个材料顶两份用。当然也要看到，这类抗源的园艺性状普遍不佳——果小、味淡、晚熟，直接杂交后代表现往往令人失望，必须按第四章介绍的回交与背景选择程序耐心转育，才能既把抗性”搬”来，又不把累赘带进来。

抗源利用中的连锁问题需要单独强调。抗性基因在染色体上并非孤立存在，它与抗源基因组上一段染色体区段连锁着被整体带入轮回亲本，这段”搭便车”的区段可能携带果小、味淡等不利等位基因，这就是所谓连锁累赘。回交的每一步都在稀释这段区段，但靠近抗性基因的部分被标记选择”保护”着，稀释得很慢；解决办法一是加大回交群体的规模，给重组留出更多机会，二是利用更密的分子标记做背景选择，逐段替换抗源残余片段。一般经过四到六代回交，就可以得到抗性保持而遗传背景基本回到轮回亲本的改良系。这些程序在第四章有系统介绍，本章不再展开。

6.1.4育种策略

白粉病抗性育种的策略体系可归纳为四条：

育种策略：

1. 抗源筛选：PI 414723、MR-1
2. MAS聚合抗性基因
3. 基因编辑增强抗性
4. 多基因聚合提高持久性

四条策略是一个递进的体系。抗源筛选是起点，从种质资源中鉴定出抗当前流行小种的材料，这项工作永远不会过时——小种在变，抗源库也要随之更新。有了抗源和分子标记，MAS聚合顺理成章：把抗不同小种的基因装进同一品种，病原得多”变异”几次才能突破，抗性自然更耐久。基因编辑是新兴手段，理论上可以在感病品种的抗性基因上直接改造，恢复或增强其功能，省去多年杂交转育；不过在甜瓜上，编辑效率与法规边界都还有待解决，目前更多是储备性技术。

抗源筛选本身也有一套成熟的操作。大批量初筛常用离体叶盘法：摘取健康叶片打成小圆片，漂浮在配好的孢子悬浮液上保湿培养，几天内即可按叶盘发病程度判定抗感，一株苗的一片叶子就能出结果，一个小温室一年可筛数千份材料。叶盘法以离体组织代替整株，结论须经整株接种复核，但它作为粗筛手段的效率优势是整株法无法比拟的——先粗筛淘汰明显感病的材料，再对少数候选做整株接种和分子检测，工作量的分配才经济合理。这套”离体初筛—整株复核—标记确认”的三级流程，已经成为白粉病抗源筛选的通行做法。

不同病害的接种方法差异颇大，放在一起对照更见分晓。白粉病用喷雾法把孢子悬浮液均匀喷布叶面，保湿一夜即可，操作最轻便；霜霉病同样喷雾接种，但要求接种后维持高湿一昼夜以上，让孢子囊完成游动释放与侵染；枯萎病是土传病害，得把幼苗根系蘸入孢子悬浮液并轻伤根部制造侵入通道，接种后还要保温培养；病毒病的接种则以摩擦法为主，用感染汁液加金刚砂摩擦叶片造成微伤口，一株一叶一支毒源，操作细致且要防交叉污染。方法虽异，原则相通：接种体的浓度、活力要标准化，接种的机械伤害要一致，发病的环境要统一——任何一环失守，鉴定数据就成了”看起来有数字，实际上没信息”的摆设。

最后一条恰恰是关键。单基因抗性面对多变的小种终究脆弱，历史上多个作物都曾有过单基因品种大面积推广后数年失效的教训；多基因聚合把防线从”一堵墙”变成”几道墙”，是延长品种服役期的现实办法。第六章末节还会把这条原则扩展成系统的持久抗性策略。国内实践也已有先例：新疆农科院以Pm-1为目标基因，采用SNP标记辅助选择，育成了抗白粉病的”新蜜抗2号”，证明MAS路线在哈密瓜上切实可行。

把MAS聚合的操作细节走一遍，有助于理解它的日常形态。以聚合Pm-1与Pm-3为例：先用两套抗源分别与轮回亲本杂交，得到各携带一个抗性基因的中间材料；两个中间材料杂交，其后代理论上有一半同时携带两个抗性基因，但表型上两个都是显性基因、田间无法区分单双份；苗期取叶片DNA，用Pm-1和Pm-3各自的连锁标记平行扩增，凡是两位点均见目标带型的单株即是目标基因型，直接留种；自交纯合后再用标记确认纯度，并做两小种接种复核抗性反应。整个流程从播种到锁定聚合单株不过六七周，传统方法做同等事项至少要经历两个完整发病季节。分子标记在这里扮演的角色，说穿了是把表型上看不见的基因型差异提前到苗期就摊在桌面上。

6.2霜霉病抗性育种

霜霉病与白粉病同为叶部病害，发病节奏却大不相同：白粉病干热环境下也能稳步蔓延，霜霉病则像一场急病——条件合适时几天内就能让一片瓜田的功能叶损失大半。两病的防治策略、抗性遗传类型都有明显差异，值得对照着学。

6.2.1病原与流行规律

霜霉病的病原如下：

病原：

• Pseudoperonospora cubensis

与白粉菌不同，霜霉菌是卵菌（旧称藻状菌类），亲缘关系上更接近水霉而不是真正的真菌，细胞壁成分、药剂敏感性都与真菌不同，防治用药也另是一套。它喜高湿，孢子囊在水膜中萌发最好，多在雨季、夜露重和灌水过量的瓜田暴发；设施内通风不良、叶面结露时间长的棚室同样高发。流行学上的这些特点决定了霜霉病”看天发病”的属性：同样的菌源、同样的品种，湿度不同的两块地，病情可以天差地别。

病原性质不同还提醒我们一件事：白粉病的抗性资源、鉴定方法都不能直接照搬到霜霉病上。抗源要重新筛选，接种条件要另行摸索，连分级标准都要按霜霉病的症状特点（叶面多角形黄褐斑、叶背灰黑霉层）重新设计。每种病害的育种都有自己的一套，这正是抗病育种琐碎而专业的原因。

流行规律对育种试验的安排同样有指导意义。霜霉病鉴定圃要选低洼背风、夜露重的地块，配合喷灌保湿才能保证发病均匀；反之，育种圃的选种田则要避免这种”重病”小气候被误当成普通差异。栽培上的通风降湿、合理密植、滴灌控水，都能显著推迟霜霉病的流行起点，这些措施与抗病品种配合，可以进一步减少发病——但也要清醒地看到，农艺措施降低的是”发病条件”，品种抗性降低的是”寄主易感性”，两者作用在不同环节，谁也替代不了谁。遇到流行年份，中等抗性的品种若管理到位尚可稳产，感病品种即使精管细护也难免大幅减产，这个对比是产地多年实践反复验证过的。

6.2.2抗性遗传与QTL定位

霜霉病抗性的遗传基础以QTL为主。已定位的主要抗性QTL有：

抗性QTL：

• dm1.1：解释表型变异15%

• dm5.1：解释表型变异20%

• dm10.1：解释表型变异10%

三个QTL加起来解释的变异不过四成多，这个数字本身就说明霜霉病抗性是典型的多基因（数量）性状——找不到一锤定音的主效基因，每个位点只贡献一部分抗性，剩下的由其他微效位点和环境因素共同决定。这与白粉病形成鲜明对照：白粉病有Pm系列主效基因可用”一抗一个小种”，霜霉病却只能靠多个位点的累加效应。

对育种的影响很直接：单追一个位点效果有限，必须多个QTL同时聚合；但聚合的位点越多，每个位点上可供选择的重组比例越低，群体规模就得相应加大，选择强度与进度之间要仔细权衡。QTL的命名规则也值得留意——dm5.1中的”5″表示该QTL位于第5号染色体（连锁群），数字与数字之间的点号是QTL命名的国际惯例，看到名字就能大致知道位点在哪条染色体上，不同研究的结果也因此容易比较。

利用数量抗性还要正视QTL的”环境敏感性”。QTL效应是在特定试验环境下估计出来的，换成另一个地点、另一个流行年份，贡献率可能缩水甚至检测不出来，这就是数量遗传学所说的基因型与环境互作。因此，报告抗性QTL的研究都会在多个环境中验证效应的稳定性，育种者引用文献中的QTL时也要先问一句：这个效应是在什么条件下测的？在我的目标环境里还站得住吗？稳妥的做法是先在本地材料群体中验证标记与抗性的对应关系，确认有效后再投入选择——直接照搬别人的标记组合，在QTL育种里是要吃亏的。

顺带把QTL定位的方法脉络捋一遍，便于理解dm系列QTL是怎么来的。定位工作的起点是一张遗传连锁图谱：用两个抗性差异明显的亲本（如感病的栽培品种与抗病的PI系）杂交，构建重组自交系或F2等作图群体，用遍布基因组的分子标记把染色体重组情况摸清；再对群体每个株系做统一的抗病鉴定，得到各自的病情指数；最后做统计分析，寻找”标记基因型与抗性表型显著关联”的染色体区段，关联最强且可重复的区段就是一个QTL，其效应大小即解释的表型变异比例。甜瓜全基因组测序（见本章参考文献）完成之后，标记密度早已不是瓶颈，QTL定位的重心从”找标记”转向”精细定位与基因克隆”——把QTL区间缩小到候选基因，弄清抗性到底由哪个基因贡献，这既是基础研究的深入，也为将来用基因编辑直接改造抗性位点铺路。

6.2.3抗源与育种策略

抗源方面可用的材料包括：

抗源：

• PI 414723、PI 124112、MR-1

又是PI 414723和MR-1——这份名单与白粉病抗源高度重叠，说明这类材料携带的可能是广谱抗性，一份资源多种用途，这正是它们长盛不衰的原因。PI 124112则是霜霉病抗性研究中的经典材料，早期关于霜霉病抗性遗传的基础研究多以此为供体。广谱抗源的存在是好事，但也要注意”不要把鸡蛋放进一个篮子”：如果全世界都用同一批抗源，病原突破一次就能通吃所有品种，这就是抗源多样化同样是育种家战略任务的深意。

广谱抗源的出现还改变了育种的节奏。传统上每换一种病害就要找一份新抗源、走一遍完整的转育流程，周期以十年计；PI 414723这类一材多用的抗源，让白粉病、霜霉病、病毒病的抗性可以出自同一供体，转育工作得以”一鱼三吃”——一套回交程序同时追踪多个抗性基因，各家系的杂交与回交计划合并安排。这种”广谱抗源+多位点并行选择”的组合，正是现代综合抗病育种效率提升的关键之一。当然，它也再次放大了前面说过的风险：一旦某个广谱抗源的缺陷被发现（如与晚熟连锁、抗性在某小种面前失守），受其影响的面也会很宽，大面积应用的广谱抗源更要有备份抗源随时待命。

正因为霜霉病抗性没有”一测便知”的主效基因，抗源筛选的标准也与白粉病不同：白粉病筛选看”发病与否”这种质的判别，霜霉病筛选则要看病情发展的”速度与程度”——同一批材料同一天接种，抗源病斑扩展慢、产孢少，感源一周内叶片枯黄，中途的差异要靠连续多次调查才能刻画。实践中常用病情指数（按各级发病株数加权平均）来浓缩这些连续调查的数据，使得不同批次、不同年份的结果可以横向比较。理解了这一点，就理解了为什么霜霉病抗源的筛选比白粉病更费工，也更依赖规范的鉴定流程。

抗源与QTL标记齐备，策略便清晰起来：

育种策略：

1. 抗源筛选
2. MAS聚合抗性QTL
3. 基因编辑调控抗性基因
4. 田间抗性鉴定

前两条与白粉病大同小异，不再赘述。第四条却要特别强调：霜霉病发生高度依赖温湿度，人工接种条件下的抗性未必等于大田自然发病下的表现——接种环境里湿度恒定、菌量一致，大田却是菌源波动、小气候多变，一些在接种鉴定中”抗”的材料到了多雨年份照样发病。分子选择快而准，田间鉴定慢而真，候选材料最后还是要送回大田接受检验，两者缺一不可。这也是所有数量抗性育种的共性：QTL解释的变异永远不完整，田间表现才是最终裁判。

6.3枯萎病抗性育种

枯萎病是土传维管束病害，病原从根系侵入后沿导管上行，堵塞输水通道并分泌毒素，植株中午萎蔫、早晚恢复，反复数日后整株枯死，剖开茎基可见维管束变褐。重茬瓜田发病尤其严重，发病率常随连作年限递增，是限制哈密瓜连作的最主要因素之一。它最棘手之处在于病原可以厚垣孢子形式在土壤中存活多年，轮作三五年也难根除——对许多种植区来说，抗病品种几乎是连作瓜田唯一的指望。

6.3.1病原、小种与土传流行

枯萎病的病原及其小种如下：

病原：

• Fusarium oxysporum f. sp. melonis

• 生理小种：0, 1, 2, 1,2

Fusarium oxysporum是一个形态上几乎无法区分的物种复合群，按寄主专化型（forma specialis）划分——f. sp. melonis即只侵染甜瓜的专化型；专化型之下再按对不同抗性基因的致病力分化出生理小种。这套”物种—专化型—小种”的三级命名体系是国际通行的惯例，1976年由Risser等提出，沿用至今。

甜瓜专化型分化出四个生理小种，其中race 1,2致病力最强，能克服已知的多数主效抗性基因，是新抗源筛选时必须纳入测定的”最高门槛”。与白粉病一样，小种监测是抗病育种的前置功课——不清楚当地流行小种，抗性基因的部署就是盲目的。所幸枯萎病是土传病害，传播依赖病土和带菌种苗的移动，小种扩散速度通常不如气传的白粉病快，抗性部署一旦到位可以维持较长时间；但设施农业中苗土调运频繁，也不能掉以轻心。

病原的生存与传播方式决定了防治的难点所在。尖孢镰刀菌以厚垣孢子在土壤中越冬存活，可耐数年的休眠，遇上甜瓜根系分泌物即被唤醒萌发，从根尖伤口或侧根突破处侵入；病土随农具、灌溉水和调运苗土移动，是病原扩散的主要途径，带菌种子则是新区发病的潜在源头。这些特点提示育种者两件事：其一，新建鉴定病圃要舍得投入，用添加病原的方式把接种体密度做足做匀，否则鉴定结果因地块病斑分布不均而失真；其二，无病种子繁殖与产地检疫虽属植保范畴，却是保护抗病品种”清白出身”的第一道关——再抗病的品种，种下的是带菌种子也是白搭。

6.3.2抗性基因与抗源

枯萎病抗性由两个经典基因主导：

抗性基因：

• Fom-1：抗race 0, 2

• Fom-2：抗race 0, 1

两个基因都是显性主效基因，抗谱互补：Fom-1覆盖race 0和race 2，Fom-2覆盖race 0和race 1。细看会发现一个缺口——单用任何一个，race 1,2都不在防线上；只有把两者聚合起来，抗谱才尽可能宽。这也解释了为什么抗枯萎病育种的标志性成果几乎都是双基因聚合系：Fom-1与Fom-2的聚合不是锦上添花，而是对race 1,2的必要防御。第四章提到的Fom-2的MAS育种，正是建立了可靠的苗期鉴定体系：枯萎病是土传维管束病害，田间接种费工且结果不稳，分子标记苗期一次判定，把鉴定从病圃搬进了实验室，选择效率提高了一个量级。

可用的抗源材料包括：

抗源：

• PI 161375、PI 140471

PI 161375来自韩国，是Fom基因的主要供体，在各国抗枯萎病育种中反复出现；PI 140471提供另一方向的抗源补充。抗枯萎病转育的难度在于土壤病原看不见摸不着，早期研究者靠的是病圃多年自然选择，一代代淘汰感病单株，周期漫长；MAS技术成熟后，苗期取一片叶就能判明基因型，转育周期缩短了一半以上。抗源的园艺性状同样欠佳，回交转育时对果实品质的追踪选择不能松。

值得一提的是抗源的”兼用”价值。PI 161375除了携带Fom抗性，还是甜瓜遗传研究的常用材料，多个经典遗传学研究以它为亲本构建群体，其遗传背景之清楚，在抗源材料中并不多见——遗传背景清楚意味着转育中遇到的分离异常、标记偏分离等问题更容易解释和规避。这给资源评价工作一个提示：一份抗源的价值不只在于抗什么，还在于人们对它了解多深；评价做得越透，用起来越顺手。种质资源鉴定评价的原则（见第一章）在抗源这里体现得最为充分。

6.3.3育种策略与嫁接栽培辅助

枯萎病抗性育种的策略为：

育种策略：

1. 抗源筛选
2. MAS聚合Fom-1和Fom-2
3. 基因编辑增强抗性
4. 嫁接栽培辅助

把Fom-1和Fom-2聚合到同一品种，是当前抗谱最大化的现实方案，MAS使这项工作不再依赖漫长接种鉴定——两基因各自有连锁标记，苗期一次基因分型即可锁定聚合单株，其后代再经少量接种验证即可放行。新疆农科院以Fom-2为目标基因、采用SSR标记辅助选择育成的抗枯萎病品种”新蜜抗1号”，就是这条路线在国内落地的一个实例。

第四条值得单独说明。把哈密瓜接穗嫁接到抗枯萎病的南瓜或瓠瓜砧木上，等于借别人家的根系绕开病原，是栽培措施对品种抗性的补充——严格说这不是”品种抗病”，而是”栽培帮品种挡病”，但它与抗病育种并不冲突：嫁接可以在抗性品种尚未育成的过渡期应急，也可以与抗病品种叠加，在高感病老瓜田构筑双保险。嫁接的代价是果实品质可能受砧木影响，需筛选亲和性好的砧木，嫁接技术与嫁接苗管理也增加成本；但在重茬地上，这往往是立竿见影的手段。抗病育种与栽培技术在此交汇，双管齐下胜过单打独斗。

还有一个容易被忽视的环节：抗病性也要进品种审定。新品种参加区域试验时，抗病性是重要鉴定项目，试验点布置在自然发病或人工病圃条件下，按统一分级标准评价；一个产量突出而抗病不达标的品种，审定可能被一票否决。这提醒育种者在育种早期就要按审定标准设计抗病目标——不是育成后再”补考”，而是从分离世代起就把抗病性当作与产量、品质并列的选择指标同步推进。实践中常见”品质育种结束才发现抗性不足、回头重新转育”的返工，多花的时间往往就是三五年；抗病目标前置，是抗病育种最经济的安排。

砧木本身也是一个育种对象。好的砧木要同时满足几个条件：对枯萎病高抗甚至免疫、与哈密瓜嫁接亲和力强、根系吸水吸肥能力旺，而且不对果实品质（尤其是糖分和风味）产生负面影响——这几个条件凑齐并不容易，南瓜砧抗性好但易引起果肉异味，瓠瓜砧品质温和而抗性偏弱，各有所短。砧木选育同样要走杂交、鉴定、选择的完整流程，砧木专用品种与接穗品种的配套选育，正在成为甜瓜育种的一个专门方向。从系统角度看，”抗病接穗+抗病砧木”是抗性冗余，日常可以只用其一，在病原压力极高的地块再叠加使用——把抗性资源分层配置、留有余量，正是本章末节持久抗性策略思想的体现。

6.4病毒病抗性育种

病毒病与前三种病害性质完全不同：病原没有细胞结构，没有自己的代谢系统，药剂无能为力，一旦染病基本无药可救。田间的花叶、皱缩、畸形、矮化背后，往往是多种病毒复合侵染，症状相互掩盖，仅凭肉眼甚至难以判断是哪几种病毒在作祟。对真菌病害打药尚有退路，对病毒病，抗性品种几乎是唯一经济有效的防线——这就是病毒病抗性育种地位特殊的原因。

6.4.1主要病毒与传播介体

为害哈密瓜的主要病毒有：

主要病毒：

• 西瓜花叶病毒（WMV）

• 小西葫芦黄花叶病毒（ZYMV）

• 黄瓜花叶病毒（CMV）

• 番木瓜环斑病毒（PRSV）

四种病毒多由蚜虫以非持久性方式传播——蚜虫试吸病株几秒钟即获毒，再飞到健康株试吸几秒钟即传毒，效率高得惊人，打药杀虫根本追不上传毒速度。传播快、流行广、寄主杂（WMV、ZYMV、CMV的寄主范围横跨葫芦科乃至多种蔬菜杂草），是这类病毒共同的流行学特点。田边的感病寄主杂草、前茬感病作物、带毒种苗都是初侵染源；蚜虫迁飞高峰遇上瓜苗期，一场病毒病流行就可能在两周内成型。防治介体远不如品种自身抗毒来得彻底，道理正在于此。

病毒病的症状虽有共性，却各有”签名”。花叶是最典型的表现——叶片浓绿与褪绿相间、高低不平；ZYMV侵染后叶片畸形尤为突出，鸡爪状叶、植株矮化，果实也会出现斑驳瘤突，商品价值尽失；WMV以脉间褪绿花叶为主；CMV常引起蕨叶与丛簇；PRSV则以叶脉坏死和果实环斑为特点。当然，田间的真实症状远比教科书复杂——混合侵染、品种反应、环境干扰都会使症状走样，这也是前文强调实验室检测必要性的原因。从育种角度看，症状剧烈的病毒（如ZYMV）造成的损失直观，历来是抗性育种的重点；症状隐蔽而累积减产的病毒（如某些CMV株系）容易被低估，抗性目标里反而容易留空，定目标时不可只盯”看得见的病”。

还要注意”复合侵染”这一特殊情况：两种病毒同时侵染时症状常比单侵染更重，某些组合还会产生协生效应。抗病育种因此不能只针对单一病毒，需要评估候选品种在复合侵染压力下的表现，这也是抗病毒材料鉴定比抗真菌材料鉴定更复杂的原因之一。

病毒看不见、症状会骗人，准确的诊断要靠实验室手段。生产调查中，酶联免疫吸附检测（ELISA）灵敏、快速、成本低，适合大批量样本的病毒种类筛查；需要更精确的株系鉴定或带毒率测定时，逆转录聚合酶链式反应（RT-PCR）可以检出极低浓度的病毒核酸，是确证性检测的首选。抗病毒育种的鉴定同样离不开这些工具：接种后的候选材料可能”带毒不显症”，肉眼判为抗病、实际已经带毒，只有检测才能把”免疫””抗侵染”与”耐病”区分开来。这三类反应在抗病毒育种上的价值大不相同——免疫和抗侵染阻断病毒增殖，是最好的目标；耐病只是容忍病毒存在而不显重症状，病毒照样增殖并可能经介体传给邻近植株，作为生产品种尚可接受，作为抗源则要慎重评估。

6.4.2抗性基因与抗源

抗病毒基因资源已有一定积累：

抗性基因：

• Zym-1：抗ZYMV

• Wmv-1：抗WMV

• Cmv-1：抗CMV

三个基因各抗一种病毒，PRSV抗源仍是薄弱环节——针对PRSV的有效抗源在甜瓜上尚未很好解决，这也是四个主要病毒中拖后腿的一个。抗病毒基因的利用还有一个特殊性：病毒是RNA基因组为主、变异极快，单基因抗性被”绕过”的风险比真菌病害更高——真菌突破一个主效基因往往需要多年群体积累，病毒的点突变却可能一季就完成。抗谱问题在病毒病上因此比真菌病害更尖锐，聚合多个抗性基因、覆盖多种病毒及同一病毒的不同株系，几乎是必然选择。

抗病毒基因的遗传研究也比真菌病害抗性更曲折，原因之一是病毒抗性的表达常受温度影响：不少抗病毒基因在适温下表现完美，到了高温季节抗性明显减弱甚至消失，同一材料夏季鉴定与春季鉴定结论相反的情况并不罕见。这就要求抗病毒材料的鉴定必须在目标产区的典型温度条件下进行，实验室恒温下的结论外推到田间要打折扣。原因之二是病毒株系的划分比真菌小种更细，同一病毒不同株系间抗性反应可以完全不同，抗源筛选时接种用毒株必须代表当地流行株系，否则筛选工作从一开始就跑偏了。

6.4.3育种策略与转基因路线

可用的抗源包括：

抗源：

• PI 414723、PI 595203

PI 414723已是本章第三次出场——抗白粉、抗蚜虫、抗病毒，它几乎是甜瓜抗源中的”多面手”，其育种价值怎么强调都不过分。PI 595203则主要提供病毒病抗性补充。抗病毒育种的策略是：

育种策略：

1. 抗源筛选
2. MAS聚合抗性基因
3. 基因编辑调控抗性
4. 转基因抗病毒

前三条与前面各节思路一致。值得注意的是第四条：利用病毒来源的序列（如外壳蛋白基因、复制酶片段）诱导植物对病毒产生抗性，即所谓病原来源抗性，在番木瓜抗PRSV上已有大田应用的成功先例，是病毒病防治中一条独特路线——它相当于给植物装上”病毒身份证”，触发对同源病毒的沉默反应。但这条路也有两个现实约束：其一，抗性往往只针对特定株系，病毒株系一变就可能失效；其二，涉及转基因监管，品种上市的审批周期长、公众接受度参差。它与常规育种的衔接需要另作安排，短期内更适合作为技术储备。可以预期的是，多抗性聚合在这里同样是不变的主题。

从更完整的角度看，抗病毒品种还要与介体管理配合才能形成闭环。蚜虫的迁飞由风与气温驱动，有明显的迁飞高峰期，生产上通过银灰地膜驱避、黄板监测、调整播期避开高峰等手段压低传毒压力，这些措施决定了田间的”病毒接种量”；品种抗性决定的是同样的接种量下植株能否撑住。两者是乘法关系——接种量压到零，抗性再差也安全；接种量爆表，抗性再强也吃力。育种者在确定抗病目标等级时，要了解目标产区的介体管理水平：介体防治到位的地区，中抗品种即可胜任；粗放管理的产区，目标就得定在抗乃至免疫。目标等级定得过高，育种难度成倍增加还拖累品质；定得过低，品种落地即被病害淹没——这个分寸感，正是抗病育种实践中最难拿捏的一环。

抗病毒转育与品质的矛盾在这一领域表现得格外突出。已知病毒抗源几乎都是野生或半野生材料，PI 414723的果实品质与市场要求的哈密瓜标准相去甚远；抗性基因转入之后，还需要多代回交把品质性状拉回正轨。更麻烦的是抗性基因的效应要在接种条件下验证，而品质要等到果实成熟才能评判，一季之内两头兼顾的时间窗口很紧。经验的做法是抗性选择在苗期用标记与接种完成，品质选择在收获期进行，两套数据归并后再定去留——这就是所谓”分期选择”，把不同性状的评选安排在最适宜的时期，避免顾此失彼。看似平常的组织安排，往往决定一个抗病毒杂交组合最终能不能出品种。

6.5综合抗病育种

前面四节各治一种病，而生产上病害从来不是排队来的：白粉病和霜霉病可以同时上，枯萎病地里再遭一场病毒病也不稀奇。单一病害的抗性品种，在一个多病混发的田块里依然可能颗粒无收。生产者最终需要的，是对主要病害都有起码抵抗力的品种，这就引出了综合抗病育种。为了支撑这项工作，先把本章涉及的主要病害及其抗性遗传要点汇总如下：

6.5.1多抗性聚合育种

综合抗病育种的核心任务是多抗性的聚合：

多抗性聚合：

• 聚合白粉病、霜霉病、枯萎病抗性

• MAS辅助多基因聚合

• 案例：聚合Pm-1、dm5.1、Fom-2

聚合的可行性系于MAS。设想靠传统手段做这件事：在一个分离群体里同时追踪三种病害的多个抗性位点，白粉病要接种鉴定，霜霉病要发病条件下选择，枯萎病还得带伤蘸根接种，单株经历三轮考验后所剩无几，工作量难以承受；有了分子标记，多个位点苗期一次性判定，先在实验室筛基因型、再到田间验表现，效率完全不在一个量级。聚合Pm-1、dm5.1、Fom-2的案例演示了这条路线——分别来自白粉病、霜霉病、枯萎病的三段抗性被装进同一基因型。

聚合之前，先要把抗性目标定准。不同病害在不同产区的权重差别很大：老瓜田枯萎病是心腹之患，设施区白粉病压顶，多雨年份霜霉病趁势而起，病毒病则在蚜虫大发生年份突然发难。定目标时宜分三档：必须抗（当地常发重发的病害）、力争抗（间歇流行的病害）、容忍中抗（压力可控的病害），把有限的转育资源集中到第一档。不分轻重地把所有病害都定成”高抗”，看似周全，实则每多一档高抗就多一层连锁负担、多一代回交周期，品种育成的时间与品质都要付出代价。目标体系的宽窄与高低，本质上是对产区病害生态的判断——这份判断力，比任何单项技术都更能区分育种方案的成败。

聚合过程中有几个实际问题要心里有数。首先是顺序：通常先把最难得的位点（如隐性或抗谱最宽的基因）转入轮回亲本，再做后续位点，避免多线并进时遗传背景混乱。其次是冲突：不同抗性位点的QTL区段可能与不利性状连锁，聚合位点越多，连锁负担累积的风险越大，回交与背景选择（见第四章）在这里要用足。最后是品质：抗性是底线，品质是卖点，聚合的每一步都要盯住果实性状别掉队，必要时在聚合完成后安排一轮针对品质的选择。

聚合育种的经济账也要会算。设目标位点数为k，在F2代中同时拿到k个目标位点纯合或杂合单株的概率是各位点概率的乘积：追踪一个显性基因是四分之三，两个是十六分之九，三个再乘一次——位数一多，群体里符合要求的单株比例迅速缩水，这就是多目标育种的群体规模必须随位点数指数扩大的原因。MAS的价值正在于此：若靠田间接种逐项淘汰，三轮鉴定走完，群体早已所剩无几且误差层层累积；而分子标记苗期一次分型，可以在播种后数周内就把含目标基因型组合的单株全部锁定，把有限的大田空间留给真正值得考验的材料。位点数从两个增加到五个，传统方法的可行性趋近于零，MAS方法只是工作量线性增加——这道算术题，就是综合抗病育种在分子时代才真正可行的原因。

6.5.2基因对基因假说与生理小种监测

前面反复出现的”小种””抗性基因””突破”背后的理论支柱，是植物病理学中影响最为深远的基因对基因假说：针对寄主的每一个抗病基因，病原中可以出现相应的无毒基因；抗病基因编码对病原特定分子的识别，无毒基因决定病原”亮出”这个可被识别的分子，识别成功则抗病，识别失败（病原丢失或改变无毒基因）则感病。寄主与病原像锁与钥匙的关系——病原换了钥匙，原来的锁就形同虚设；育种家造出新的锁，病原又会再换钥匙。本章各节提到的”race 1抗Pm-1、race 2克服Pm-1″，正是这对关系的具体表现。

这个假说看似抽象，却能给育种者三件实用的东西。第一是解释力：抗性”失效”不再是玄学，而是病原群体中对应无毒基因发生变异的频率超过了阈值，明白机制就知道该在什么环节设防。第二是预测力：无毒基因与致病力往往有代价——病原丢了钥匙，其适合度常有下降，据此可以推断当某个抗性基因撤出市场后，能克服它的少见小种会因失去选择优势而衰减，过几年这个基因有望”重获新生”，这就为抗性基因轮换提供了理论依据。第三是工具价值：基于基因对基因关系，可以用一套鉴别寄主（携带不同已知抗性基因的品系）来鉴定田间病原的小种组成——把疑似小种接种到鉴别寄主系列上，看谁能抗谁能感，病原的小种身份便水落石出。小种监测的整套体系就建立在这个原理上。

生理小种监测的具体运转，值得育种者了解全貌。各地设监测点，定期采集病样，分离纯化后在鉴别寄主系列上做致病力测定，判定小种类型，逐年汇总成小种分布与变迁图谱。对育种者的意义有二：一是选基因——把目标产区的优势小种和上升势头的小种摸清，抗性基因的选择就有了靶子；二是预警——某个能突破现有主栽品种抗性的小种比例开始攀升，就是育种计划必须调整的信号。监测体系单靠育种单位难以维持，需要植保推广部门的长期协作，这也再次说明抗病育种是一项系统工程：基因在实验室里选，小种在田间里变，两边的情报不通，育种就是闭门造车。

6.5.3抗病性接种鉴定的规范化

无论单项抗性还是多抗性，鉴定数据的可靠性决定育种成败，而鉴定的可靠性来自规范化。一份抗性数据要在不同年份、不同单位之间比较，必须有统一的流程。以苗期接种为例，主要环节如下：

几条原则的背后各有讲究。苗期接种的出发点是效率：幼苗发病快、占地小、一株一穴可控性好，白粉病、霜霉病、枯萎病都能在苗期完成基本判别，一轮鉴定三四周即可结束，一年能做三四轮，而大田一年只有一季。分级标准的设计则是门学问：级数太少，抗感材料挤在中间档区分不开；级数太多，不同鉴定者的判断难以一致，重演性下降。通行的做法是按症状占叶面积（或整株受害程度）的比例设四到五级，各级给出可操作的描述和照片示例，让”抗””感”的界限落在可观察的症状上而不是鉴定者的感觉上。

统一病圃的价值在于”环境的标准化”：病圃多年连作、人工添加病原，小种组成相对稳定，不同年份的数据才可比。但也要认识到，病圃反映的是特定小种环境下的抗性，材料审定推广前还应布置多点自然病田鉴定，检验其在真实小种组成下的表现——这与7.2.3节说的”分子选择快而准，田间鉴定慢而真”是同一个道理。无论接种还是病圃，都不要忘了鉴定本身也是对小种的定向选择压力，病圃管理要避免病原群体被人为”驯化”，必要时轮换病圃地块。

6.5.3持久抗性策略

聚合解决了”抗得多”，还要解决”抗得久”。病原小种会变，任何静态的抗性都有被突破的一天，延缓这一天到来的策略有：

持久抗性策略：

1. 多基因聚合
2. 抗性基因轮换
3. 抗性品种合理布局
4. 综合病害管理

四条策略的共同思想是别把鸡蛋放进一个篮子。多基因聚合抬高病原突破的门槛：病原要同时积累克服多个基因的变异，概率按乘法递减，抗性因此更耐久——这实际上就是从垂直抗性走向水平抗性的思路，用多个主效基因的叠加逼近数量抗性的持久效果。基因轮换让不同年份、不同产区的抗性基因各有不同，不给病原稳定的定向选择压：病原在A年面对Pm-1、B年换成Pm-3，针对Pm-1的致病型涨了也未必占便宜。品种合理布局避免单一基因大面积铺开——历史上单一抗性基因大面积推广后迅速失效的教训在世界各地反复上演过，基因多样性的空间分布本身就是一道防线。综合病害管理则把品种抗性纳入农艺与化学防治的整套体系：轮作压低土传病原基数、控湿设施削弱霜霉病流行、合理用药保护叶片，都在给抗性基因”减负”，让它不必独自承受全部病原压力。

这里涉及一对贯穿抗病育种的概念：垂直抗性与水平抗性。垂直抗性即基因对基因式的专化抗性，抗就是抗、感就是感，选择容易、育成快，但小种一变即告失效；水平抗性没有小种专化性，对病原群体的各个成员都有部分抗性，表现为普遍减轻的发病程度，优点是持久、缺点是难以识别且易在选育中被”顺带”丢掉。本章的白粉病主效基因属于典型的垂直抗性，霜霉病QTL抗性则带有水平抗性的色彩。育种上的现实选择是两手都要：垂直抗性提供高效可操作的”急武器”，水平抗性提供缓慢持久的”底盘”，把两者结合到同一品种——高水平的部分抗性打底，再叠加一两个主效基因冲刺——被普遍认为是兼顾效率与持久的可行路线。判断一个主栽品种的抗性是”虚高”（纯垂直抗性、靠小种尚未突破）还是”扎实”（垂直加水平），是品种评估时的一门真功夫。

这些策略大多超出单个品种的范畴，需要育种者、推广者与种植者的协同。对育种者而言，最重要的启示是：抗性基因是手里的战略资源，用一分少一分，省着用才能长久；育成一个新抗源，不宜一次性推向全部产区，留有余地的部署才是对下一轮”赛跑”负责的做法。

6.5.5综合防治视角下的抗病育种

最后把抗病育种放回植保全局中掂量它的分量。病害防治的经典三角是病原、寄主、环境，化学防治削病原，栽培措施调环境，抗病品种改寄主——三者中，抗病品种是唯一”内置”在作物里、不依赖外部投入的措施，成本最低、见效最稳，也最符合绿色生产的大方向。但”内置”不等于”万能”：再好的抗性品种也需要配套栽培才能发挥，抗霜霉病的品种在长年结露的大棚里同样要靠通风控湿来辅助；反过来，中抗品种配合精细的农艺措施，防效未必输给高抗品种加粗放管理。

综合防治（IPM）视角下的育种角色，可以概括为”打底”二字：品种抗性是整个防治体系的底座，打药的次数和剂量、嫁接的必要性、轮作的年限，都因底座的牢固程度而变。哈密瓜的综合防治技术体系在《现代哈密瓜栽培学》中有系统论述，育种者了解那些技术，是为了让育出的品种与它们互补而不是重复——例如在嫁接普及区，枯萎病抗性的育种优先级可以适当让位于白粉病；在设施控湿良好的产区，霜霉病压力下降，病毒病抗性的权重相应上升。抗病育种从来不是关起门来选抗源，而是要俯身看清病害在田间的真实生态，把有限的选择力气花在刀刃上。

抗病守住了品种的生存底线，抗逆则是另一层保障。哈密瓜产区地处西北干旱区，高温、干旱、盐碱时刻考验着品种的适应力——下一章的抗逆育种，将把品种的抵抗力从生物胁迫延伸到非生物胁迫。

本章参考文献

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思考与讨论

1. 同一白粉病抗性品种在甲地抗病、乙地感病，试从生理小种分化的角度分析可能的原因，并设计一套验证方案。
2. 白粉病抗性以主效基因为主，霜霉病抗性以QTL为主，两种遗传类型对育种策略分别提出了哪些不同要求？
3. Pm-2是隐性抗性基因，在回交转育中利用MAS追踪该基因时应注意什么？若误按显性基因处理会造成什么后果？
4. 单用Fom-1或Fom-2都无法覆盖race 1,2，讨论聚合这两个基因的必要性，并设计一条MAS聚合的技术路线。
5. 病毒病为什么”无药可医”？结合蚜虫非持久性传播的特点，说明抗病毒品种为何是唯一经济有效的防治途径。
6. 设计一个甜瓜白粉病苗期接种鉴定方案，要求涵盖接种时期、接种方法、发病条件、分级标准、重复与对照各环节。
7. 多基因聚合、基因轮换、品种布局三条持久抗性策略各自通过什么机制延缓病原突破？它们能否组合使用？
8. 在嫁接栽培已经普及的产区，抗枯萎病育种的优先级应如何调整？请从”抗病育种与综合防治互补”的角度谈谈你的看法。