Identification of glucosinolate content and resistance of Sclerotinia sclerotiorum in different mustard cultivars

以4种茎用芥菜Brassica juncea var. tumida品种[‘大奶奶菜’‘Danainaicai’(购于四川泸旺种业有限公司)、‘儿菜-01’‘Ercai-01’(宁波农科院馈赠)、‘儿菜-02’‘Ercai-02’(宁波农科院馈赠)、‘甬榨2号’‘Yongzha No. 2’(宁波农科院馈赠)]和4种叶用芥菜Brassica juncea var. rugosa品种[‘宁波鄞雪’‘Ningboyinxue’(宁波农科院馈赠)、‘宁波雪里蕻’‘Ningboxuelihong’(宁波农科院馈赠)、‘水东芥菜’‘Shuidongjiecai’(购于广州翔启蔬菜种子有限公司)、‘包包青菜’‘Baobaoqingcai’(四川蜀信种业有限公司)]为材料。芥菜种植于V(草炭)∶V(蛭石)∶V(珍珠岩)=3∶2∶1的混合基质中，置于光照培养箱栽培，培养箱温度为22 ℃(昼)/18 ℃(夜)，光照强度为20 000 lx，相对湿度为60%~70%，16 h光照/8 h黑暗循环。于芥菜生长至“四叶一心”时进行实验。

从−80 ℃取出的核盘菌菌核(保存于浙江农林大学园艺科学学院)置于马铃薯葡萄糖琼脂培养基(PDA)平板上，倒置于22 ℃培养箱，黑暗处理3~5 d进行复苏，后取核盘菌菌丝于PDA平板上，倒置于22 ℃培养箱，黑暗培养约3 d进行大量扩繁。

每个品种随机选取10株，设置6次生物学重复。提取及分析硫苷方法在相关研究^[21−23]基础上略作修改，具体步骤如下：①混合称取0.4 g植物组织，用4 mL双蒸水(ddH₂O)沸煮10 min，于定量滤纸进行过滤，取上清。②向上述①中植物组织重复加入4 mL ddH₂O沸煮10 min，于定量滤纸进行过滤，取上清，将2次上清液混合一起。③向上清液中加入100 µL 5 mmol·L⁻¹的金莲葡萄糖硫苷(glucotropaeolin)作为内标。④将能吸附弱酸根离子固相萃取柱用ddH₂O清洗，加入1 mL 25 mg·mL⁻¹ DEAE Sephadex A25和200 µL 40 mg·mL⁻¹二氧化硅(SiO₂)。⑤待萃取柱形成3层层析后，取5 mL上清液进行硫苷萃取，萃取过程可适当施加压力促进滤液流出，待上清液流尽后，加入等量的ddH₂O进行清洗。⑥待萃取液全部流完后，加入200 µL 1 mg·mL⁻¹的硫酸酯酶。⑦将萃取柱上下两头用封口膜封口，于30 ℃水浴锅中恒温反应12 h，促进硫苷脱硫。⑧用3 mL超纯水将上述脱硫硫苷过柱洗脱，后用0.45 mm滤膜过滤洗脱液，保存于HPLC分析进样瓶(避光)，−80 ℃保存。⑨采用Waters ACQUITY Arc系统对样品进行分析。流动相的组成成分：超纯水和乙腈；梯度条件：0~45 min、45~60 min；乙腈体积分数线性梯度：0~20%。色谱柱：C-18 反相柱(250 µm×4 µm，5 µm，Bischoff，Leonberg，Germany)；柱温：30 ℃。进样量：20 µL。检测波长：229 nm，流速1 mL·min⁻¹。⑩各组分硫苷质量摩尔浓度根据金莲葡萄糖硫苷值和相应的相关系数进行计算。

参照相关研究方法^[10]接种核盘菌。于芥菜‘四叶一心’时期选取长势相似且状态良好的植株，用灭过菌的中枪头(直径5.3 mm)沿菌落边缘倒扣取接种菌块，注意菌丝长势应一致。将带有菌丝的一面接种到第三及第四片真叶主叶脉消失的地方，轻轻按压使其紧贴叶面，最后覆膜进行保湿处理。将植株放于(20±2) ℃的光照培养箱中正常生长，在0、12、24和36 h时进行表型观察。

分别于0、12、24和36 h对各材料的接菌叶片表型进行观察和拍照记录，使用ImageJ软件进行菌斑面积的测量与计算。每组数据进行10次独立生物学重复，3次技术重复。

采用SPSS Statistics进行统计分析。结果以平均值±标准差表示。显著性分析采用one-way ANOVA with Tukey’s test检验或Duncan’s多重检验进行检验评估，显著性水平为0.05。采用GraphPad Prism 8.0作图。

如表1和图1所示：茎用芥菜的植株高度大于叶用芥菜，而叶用芥菜的株幅更大，植株更为健壮。不同品种芥菜的叶片形态存在差异，‘大奶奶菜’和‘甬榨2号’的叶片呈长条形，叶缘锯齿明显；‘儿菜-01’和‘儿菜-02’的叶片锯齿较浅，叶面积较大；‘宁波鄞雪’的叶片为羽状深裂，‘宁波雪里蕻’‘水东芥菜’和‘包包青菜’的叶片均为卵圆形，叶缘锯齿较少。虽然叶用类芥菜的叶片形态较为统一，但不同品种间的叶面积差异仍较为明显。

Figure 1.  Front view (A) and top view (B) of 8 mustard cultivars

从表2可见：8个芥菜品种叶片硫苷质量摩尔浓度为1.851~4.844 µmol·g⁻¹。总硫苷和脂肪族硫苷质量摩尔浓度变化趋势一致，‘甬榨2号’最高，除与‘大奶奶菜’无显著差异外，与其余品种均存在显著差异(P＜0.05)，‘儿菜-02’和‘宁波雪里蕻’最低。2-丙烯基硫苷质量摩尔浓度变化则呈现一定差异，‘甬榨2号’最高，其次为‘大奶奶菜’，而‘儿菜-02’最低。在叶用芥菜中，‘宁波鄞雪’的脂肪族硫苷质量摩尔浓度最高，‘宁波雪里蕻’最低。相反，吲哚族硫苷质量摩尔浓度在‘儿菜-02’中最高，其次为‘宁波雪里蕻’和‘儿菜-01’，‘大奶奶菜’最低。2-丙烯基硫苷质量摩尔浓度在所有品种中占总硫苷的95%以上，表明其在不同品种芥菜的硫苷组成中均占据主导地位。

由图2可知：随着接菌时间的延长，8个芥菜品种的菌斑面积均呈现逐渐增大的趋势。在核盘菌侵染12 h后，叶片与菌丝接触的区域开始出现菌斑。随着侵染时间增加至24 h，菌斑逐渐扩大至清晰可见，且与12 h相比，菌斑面积显著增大。至36 h，核盘菌侵染已导致部分叶片出现腐烂现象。

Figure 2.  Phenotypes of 8 mustard cultivars inoculated with S. sclerotiorum at 12 h (A), 24 h (B), and 36 h (C)

其中，在接种核盘菌12 h时，‘儿菜-01’的菌斑面积最大，‘大奶奶菜’和‘宁波鄞雪’次之，而‘甬榨2号’的菌斑面积最小。‘儿菜-02’‘宁波雪里蕻’‘水东芥菜’和‘包包青菜’的菌斑面积则表现为中间值(图3A)。在接种核盘菌24 h时，‘包包青菜’的菌斑面积增长最为明显，达最大值，除与‘大奶奶菜’以外，与其他品种均差异显著(P＜0.05)。‘儿菜-01’和‘儿菜-02’之间无显著差异，‘宁波鄞雪’‘水东芥菜’和‘宁波雪里蕻’的菌斑面积次之，而‘甬榨2号’的菌斑面积仍最小(图3B)。在接种核盘菌36 h时，菌斑面积为3.176~4.758 cm²。此时，‘宁波雪里蕻’的菌斑面积最大，而‘大奶奶菜’的菌斑面积最小，其他品种之间差异不显著(图3C)。因此，8个不同品种的芥菜中，‘甬榨2号’对核盘菌的抗性最强，其次为‘水东芥菜’。

Figure 3.  Lesion area sizes of 8 mustard cultivars inoculated with S. sclerotiorum at 12 h (A), 24 h (B), and 36 h (C)

从图4可见：不同芥菜品种的硫苷组分质量摩尔浓度在接种核盘菌后的抗病表现存在差异。总硫苷质量摩尔浓度较高的‘甬榨2号’在接种24 h后表现出最强的抗病性，其叶片菌斑面积最小；而总硫苷质量摩尔浓度较低的‘儿菜-02’则在接种24 h后叶片菌斑面积最大(图4A)。‘儿菜-01’因脂肪族硫苷质量摩尔浓度相对较低，在接种12 h后菌斑面积达最大；相比之下，脂肪族硫苷质量摩尔浓度较高的‘甬榨2号’在接种12、24 h时的菌斑面积均为最小(图4B)。吲哚族硫苷质量摩尔浓度较高的‘儿菜-02’和‘宁波雪里蕻’在接种12 h后的菌斑面积与其他品种相比，平均减少21.6%；而吲哚族硫苷质量摩尔浓度最低的‘大奶奶菜’在接种12 h后的菌斑面积最大(图4C)。此外， 2-丙烯基硫苷质量摩尔浓度较高的‘甬榨2号’在接种12、24 h时菌斑面积最小，而2-丙烯基硫苷质量摩尔浓度较低的‘儿菜-02’菌斑面积最大(图4D)。

Figure 4.  Comparative analysis of glucosinolate content and plaque area changes in different mustard cultivars

硫苷是十字花科植物的关键防御物质，其降解产物异硫氰酸酯在抵抗虫害及病原微生物入侵过程中发挥了重要作用^[24−26]。在本研究的8个芥菜品种中，检测到脂肪族硫苷和吲哚族硫苷2种硫苷类型，其中2-丙烯基硫苷作为脂肪族硫苷的主要成分占总硫苷的95%以上，这与前人研究相符^[27]。有研究表明：叶柄宽度、叶柄长度与硫苷质量摩尔浓度分别呈显著正相关和负相关^[6]。同一时期、同类型芥菜的硫苷质量摩尔浓度也存在较大差异，如茎用芥菜‘大奶奶菜’的硫苷质量摩尔浓度为4.725 µmol·g⁻¹，而儿菜却只有1.800~2.735 µmol·g⁻¹，这可能是由于不同品种中硫苷代谢关键基因的差异表达造成的^[28]。此外，茎用芥菜整体硫苷质量摩尔浓度较高，叶用芥菜次之，这可能是茎用芥菜的食用部位为茎部，而叶用芥菜主要食用部位为叶片，它们都是经历了长期的人工选择选育而来，人们倾向于选择硫苷质量摩尔浓度相对较低的品种。因此，人们进行人工选择时，更加关注茎用芥菜的茎部和叶用芥菜的叶片中硫苷质量摩尔浓度相对较低的品种，对非食用器官中硫苷质量摩尔浓度没有选择性的要求，故茎用芥菜的叶片中硫苷质量摩尔浓度整体上高于叶用芥菜。

本研究表明：芥菜对核盘菌的抗性与硫苷质量摩尔浓度存在一定关联，但两者并非呈简单的线性关系。不同结构类型的硫苷(如脂肪族、吲哚族硫苷)及其特定组分(如2-丙烯基硫苷)可能在介导抗病反应中发挥着差异化且关键的作用。硫苷被证明可通过植物维管系统的快速运输机制，在病原菌侵染后数小时内完成侵染部位的定向富集^[29]。MADLOO等^[15]发现羽衣甘蓝中主要防御组分2-丙烯基硫苷的积累水平与菌核病抑制率呈剂量依赖性正相关。本研究也发现：总硫苷和2-丙烯基硫苷质量摩尔浓度较高的‘甬榨2号’在接种12、24 h时菌斑面积最小，这可能是‘甬榨2号’对病原菌侵染的快速响应的原因。ZHANG等^[29]研究表明：吲哚族硫苷主要依赖韧皮部运输，运输速度较慢且具有滞后性，但可在植物体内形成系统性分布，为长期防御提供保障。而本研究中，吲哚族硫苷质量摩尔浓度相对较高的‘儿菜-02’和‘宁波雪里蕻’，在核盘菌接种12 h时菌斑面积较小，抑制菌丝扩展，表明质量摩尔浓度较高的吲哚族硫苷可能在病原菌侵染早期通过快速响应机制增强了植物抗性。因此，不同品种芥菜的抗病性不仅取决于其叶片中总硫苷质量摩尔浓度，更与硫苷组分比例及其协同作用密切相关。

本研究8个芥菜品种叶片中硫苷质量摩尔浓度为1.851~4.844 µmol·g⁻¹，不同品种之间硫苷质量摩尔浓度存在差异，茎用芥菜硫苷质量摩尔浓度高于叶用芥菜，2-丙烯基硫苷在所有品种中占总硫苷的95%以上，‘甬榨2号’的脂肪族硫苷质量摩尔浓度最高，‘儿菜-02’的吲哚族硫苷质量摩尔浓度最高，‘水东芥菜’各组分硫苷质量摩尔浓度处于中间型；芥菜对病原菌的抗性方面，‘甬榨2号’对核盘菌的抗性最强，其次为‘水东芥菜’。