大麥黃花葉病抗性及其對農(nóng)藝性狀的影響研究

李秀麗，李 贏 ，李建波，呂 超，郭寶健，許如根*

(1.揚州大學江蘇省作物遺傳生理國家重點實驗室培育點/糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，教育部植物功能基因組學重點實驗室，揚州大學大麥研究所，江蘇 揚州225009；2.江蘇大中農(nóng)場農(nóng)科所，江蘇 大豐 224135）

大麥黃花葉病抗性及其對農(nóng)藝性狀的影響研究

李秀麗2，李 贏1，李建波1，呂 超1，郭寶健1，許如根1*

(1.揚州大學江蘇省作物遺傳生理國家重點實驗室培育點/糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，教育部植物功能基因組學重點實驗室，揚州大學大麥研究所，江蘇 揚州225009；2.江蘇大中農(nóng)場農(nóng)科所，江蘇 大豐 224135）

以抗病品種泰興9425與感病品種NasoNijo雜種F1花藥培養(yǎng)構(gòu)建的188個加倍單倍體（doubled haploid，DH）及其親本為材料，在拔節(jié)期進行大麥黃花葉病抗性鑒定，在大麥成熟后考查株高、主穗長、穗下節(jié)間長、單株穗數(shù)、單株粒數(shù)、單株產(chǎn)量及千粒質(zhì)量共7個農(nóng)藝性狀，并對群體的黃花葉病抗性及其對大麥農(nóng)藝性狀的影響進行分析。結(jié)果表明：不同參試材料間黃花葉病抗性存在顯著的遺傳差異。以病害流行梯度下面積（AUDPS）為指標進行聚類分析，將參試材料分為抗病、中抗、中感和感病4個類群。研究發(fā)現(xiàn)AUDPS與大麥株高、單株穗數(shù)、千粒質(zhì)量及單株產(chǎn)量間均呈極顯著負相關，相關系數(shù)分別為-0.70、-0.38、-0.62和-0.65，表明黃花葉病對參試材料的株高、單株穗數(shù)、千粒質(zhì)量和單株產(chǎn)量等農(nóng)藝性狀有較大的影響。本研究結(jié)果可為大麥黃花葉病抗性品種選育提供理論基礎。

大麥；黃花葉??；AUDPS值；聚類分析；農(nóng)藝性狀

大麥是世界第4大禾谷類作物，具有廣泛的適應性，種植遍布世界各地，主要用于飼料、食品加工及啤酒釀造[1-2]。大麥黃花葉病是歐洲和東亞等冬麥區(qū)的一種常見病毒病，在我國主要分布于長江中下游地區(qū)，以江浙滬地區(qū)最重。大麥黃花葉病由大麥黃花葉病毒（BaYMV）和大麥溫和花葉病毒（BaMMV）引起，通過禾谷多黏菌傳播，可導致產(chǎn)量損失30%～80%，嚴重時顆粒無收。攜病毒禾谷多黏菌可在土壤中存活10年以上，且仍具有致病力[3]。因此，培育抗病品種是減輕該病害危害的最經(jīng)濟有效的途徑。

大麥黃花葉病病毒可通過風攜帶含禾谷類多黏菌休眠孢子的土壤顆粒傳播，或游動孢子隨著土壤水分短距離地游動而傳播[4-5]。大麥黃花葉病病毒一般在播種后1個月左右隨禾谷多黏菌侵入大麥幼苗根部[6]，侵染后，病毒向植株的上部擴展，隨著溫度上升，首先在新生葉上出現(xiàn)典型的花葉病斑，后病斑不斷增多擴大成花葉，至整張葉片黃化、植株矮化、分蘗少，籽粒產(chǎn)量下降，或早枯、不抽穗、不結(jié)實。病害嚴重影響感病大麥的生長溫度范圍大約在12～14℃；溫度升高到20℃以上，病害的癥狀會減輕、逐漸隱癥，新長出葉片正常。我國大麥黃花葉病具有相近或相似的抗病基因型[7]，長期使用相同抗源的品種，病毒會逐漸適應并克服品種的抗病性致使其成為感病品種。因此，育種上迫切需要新種質(zhì)、新材料的不斷引入與創(chuàng)制，深入挖掘抗性新基因，篩選與其緊密連鎖的分子標記，加快抗病育種進程。已有研究表明，大麥黃花葉病抗性表現(xiàn)為多基因控制的數(shù)量性狀，符合“加性-顯性”遺傳模型，但主要受加性效應控制[8-10]。

黃培忠等從3 585份大麥品種中鑒定出高抗黃花葉病大麥品種118份，高抗品種主要分布在我國的長江中下游的湖北、安徽、江蘇、上海和浙江[11]。張萬霞等對篩選的農(nóng)藝性狀表現(xiàn)優(yōu)良的大麥品種進行抗病性鑒定，發(fā)現(xiàn)高抗黃花葉病品種30份[12]。Chen等篩選的4個日本品種和1個歐洲品種對我國、日本及歐洲的BaYMV株系和BaMMV株系均免疫，并利用這些抗原培育了一個大麥新品種并應用于生產(chǎn)上，有效地控制了大麥黃花葉病在我國的蔓延和危害[13-14]。本研究以中國本地飼用大麥品種泰興9425與日本啤酒大麥品種NasoNijo構(gòu)建的大麥加倍單倍體群體（188份）及其親本為材料，進行黃花葉病的抗性鑒定，并進行農(nóng)藝性狀鑒定，探討黃花葉病對大麥農(nóng)藝性狀的影響，篩選出抗性較好、農(nóng)藝性狀優(yōu)良的新材料，從而為大麥的抗黃花葉病育種提供新資源。

1 材料與方法

1.1 參試材料

以泰興9425和NasoNijo雜交產(chǎn)生的雜種F1的花藥經(jīng)過組織培養(yǎng)構(gòu)建的188個DH系為研究材料，其中泰興9425為江蘇抗大麥黃花葉病的飼用二棱大麥品種，NasoNijo為日本引進感大麥黃花葉病的啤用二棱大麥品種。

1.2 田間設計

2013年將參試材料種植于揚州大學大麥黃花葉病抗性鑒定病圃中，每材料種1行，行長1.2 m，行距0.2 m，每行均勻點播24粒，株距0.05 m，3次重復。同期在揚州大學新農(nóng)場無病田按同樣規(guī)格種植對照。

1.3 田間病害調(diào)查

1.3.1 病情嚴重度調(diào)查標準。根據(jù)植株葉片病斑、黃化及萎縮程度，將病情嚴重度分為4級[15]。

1級：無病斑，葉片呈正常綠色；

2級：葉片葉色基本正常，沿葉脈出現(xiàn)不連續(xù)的黃花斑點；

3級：葉片黃花斑點連成線，葉片黃花但植株未矮化；

4級：葉片黃花斑點連成片，植株出現(xiàn)矮化現(xiàn)象或枯萎死亡。

1.3.2 調(diào)查時期與方法。在2014年大麥黃花葉病發(fā)病期連續(xù)調(diào)查4次，每隔7～9 d進行1次系統(tǒng)的調(diào)查：分別于2月14日、2月21日、3月2日及3月9日調(diào)查。每株系連續(xù)調(diào)查10株。

1.3.3 農(nóng)藝性狀調(diào)查。在大麥成熟后，每個DH系取5株競爭株，調(diào)查株高（cm）、主穗長（cm）、穂下節(jié)間長（cm）、主穗粒數(shù)（粒）、單株穗數(shù)(個)、單株產(chǎn)量（g）和千粒質(zhì)量（g）7個農(nóng)藝性狀。

1.4 數(shù)據(jù)處理

應用Excel 2003程序?qū)?shù)據(jù)初步處理，計算病情指數(shù) (disease index，DI)、病害流行梯度下面積（AUDPS）。采用SPSS 16.0軟件對親本及DH群體DI和AUDPS進行方差分析。以AUDPS[16-17]為指標，利用DPS軟件對2個親本及188個DH系進行聚類分析，遺傳距離使用歐氏距離。

主要病情評價指標為嚴重度，以其表示病害發(fā)病的嚴重程度。病株平均嚴重度按照以下公式計算：

其中，S為病株平均嚴重度 (%)，i為病級數(shù)（1～n），di為各嚴重度級值，li為各級病株數(shù)，L為調(diào)查總株數(shù)。

DI與AUDPS按以下公式計算：

其中，AUDPC為病毒發(fā)展曲線下面積，n為總調(diào)查次數(shù)，xi為第i次調(diào)查嚴重度，ti為第i次調(diào)查的時間，D為 tn-t1。

2 結(jié)果與分析

2.1 DH群體及親本黃花葉病抗性分析

2.1.1 親本及DH群體病情指數(shù)及AUDPS的表現(xiàn)。親本及DH系病情指數(shù)和AUDPS的平均表現(xiàn)列于表1。由表1可知，兩親本各期病情指數(shù)和AUDPS的差異均達到極顯著水平（P＜0.01），即親本間大麥黃花葉病抗性的遺傳差異均達到極顯著水平，泰興9425抗性明顯好于NasoNijo的抗性。各調(diào)查時期DH群體的病情指數(shù)和AUDPS平均值均介于雙親之間，各期病情指數(shù)及AUDPS的變異系數(shù) 分別為 28.22%、24.14%、24.18% 、32.04% 和24.21%，表明DH系的大麥黃花葉病抗性變異豐富，不同DH系抗性存在較大差異。

2.1.2 DH群體病情指數(shù)及AUDPS的方差分析。DH群體病情指數(shù)和AUDPS的方差分析列于表2和表3。由表2、表3可知，病情指數(shù)在調(diào)查期間、DH系間及時期與DH系的互作間的差異均達極顯著水平(P＜0.01)；AUDPS在DH系間的差異達到極顯著水平(P＜0.01)，說明各DH系的大麥黃花葉病抗病性存在顯著的遺傳差異。病情指數(shù)在DH系與時期間差異極顯著(P＜0.01)，表明黃花葉病差異程度與調(diào)查時期有一定的關系。

表1 親本及DH群體病情指數(shù)和AUDPS的平均值

表2 DH系不同調(diào)查時期病情指數(shù)的方差分析

表3 DH系AUDPS方差分析

2.2 DH群體各系黃花葉病抗性的聚類分析

2.2.1 DH群體各系黃花葉病抗性的聚類。根據(jù)大麥黃花葉病病圃病情調(diào)查數(shù)據(jù)，以AUDPS為抗性指標，用類平均法將188個DH系分成抗?。≧）、中抗（MR）、中感（MS）、感?。⊿）4個類群。

圖1和表4為DH群體抗性聚類結(jié)果，抗?。≧）、中抗（MR）、中感（MS）、感病（S）4種類群的DH系的個數(shù)分別為18、80、61和31，其中親本泰興 9425（190）屬于抗?。≧）類型，NasoNijo(189)屬于感?。⊿）類型。4種抗病類群的變異幅度分別在34.11～46.06、49.41～67.89、69.30～89.10 和 90.76～108.93之間。各類群中DH系所占比例分別為9.04%、42.11%、32.11%和15.96%。

圖1 DH群體及親本抗性指標AUDPC的聚類圖

表4 DH系AUDPS的聚類結(jié)果

2.2.2 不同抗性水平下DH系農(nóng)藝性狀的表現(xiàn)。從表5中可以看出，抗病（R）類群與中抗（MR）類群的株高差異不顯著，但與中感（MS）類群及感?。⊿）類群的株高差異均顯著（P＜0.05），中感（MS）類群與感?。⊿）類群的株高差異顯著（P＜0.05）；抗?。≧）類群與中抗（MR）類群的穗下節(jié)間長、主穗粒數(shù)及單株穗數(shù)的差異不顯著，抗病（R）類群和中抗（MR）類群與中感（MS）類群和感?。⊿）類群的穗下節(jié)間長、主穗粒數(shù)及單株穗數(shù)的差異顯著（P＜0.05）；抗?。≧）類群與中抗（MR）類群的千粒質(zhì)量差異不顯著，中感（MS）類群與感?。⊿）類群的千粒質(zhì)量差異不顯著；抗?。≧）類群與中抗（MR）類群的單株產(chǎn)量顯著大于中感（MS）類群和感病（S）類群的單株產(chǎn)量（P＜0.05）。中感（MS）類群的單株減產(chǎn)率為6.56%，感病（S）類群的單株減產(chǎn)率達23.51%。

表5 不同抗性水平下DH系的農(nóng)藝與產(chǎn)量性狀的比較

2.2.3 DH群體主要農(nóng)藝性狀與AUDPS的相關分析。DH群體主要農(nóng)藝性狀間及與AUDPS的相關系數(shù)列于表6。由表可知，主要農(nóng)藝性狀與AUDPS間均達極顯著的負相關，株高與AUDPS的相關系數(shù)最大，為-0.70，其次為單株產(chǎn)量，相關系數(shù)為-0.65，主穗粒數(shù)與AUDPS的相關系數(shù)最小，為-0.26，表明黃花葉病的發(fā)病程度顯著影響DH系主要農(nóng)藝性狀的表現(xiàn)。

表6 DH群體主要農(nóng)藝性狀間及與AUDPS的相關系數(shù)

2.3 黃花葉病對大麥主要農(nóng)藝性狀的影響

對病害和無病田2個環(huán)境下DH群體各農(nóng)藝性狀的方差分析列于表7，由表可知，各農(nóng)藝性狀在基因型間均達到極顯著差異（P＜0.01）；除單株產(chǎn)量外，其余6個農(nóng)藝性狀在有病與無病條件差異均達極顯著或顯著水平，但7個農(nóng)藝性狀基因型和環(huán)境互作都為極顯著（P＜0.01）。

表7 在病害處理和對照下主要農(nóng)藝性狀的方差分析

3 小結(jié)與討論

本研究通過病情指數(shù)及AUDPS的比較，表明本地抗病品種泰興9425的大麥黃花葉病抗性表現(xiàn)顯著好于日本感病品種NasoNijo的抗性（P＜0.05）。根據(jù)AUDPS對DH群體聚類分析，將188個 DH 系及親本分成抗病（R）、中抗（MR）、中感（MS）、感病（S）4個類群。其中親本泰興9425歸于抗?。≧）類群，NasoNijo屬于感病（S）類群，分類結(jié)果與親本鑒定結(jié)果一致。DH群體AUDPS變幅較大，群體均值為69.77，整體表現(xiàn)為中感。以往研究中，往往僅根據(jù)某一調(diào)查時期的病情來評價某一品種的抗性，并未考慮發(fā)病開始的早晚及流行速度的快慢，本研究利用病害流行梯度下面積﹙AUDPS﹚模型從發(fā)病期間多個時期的病情對DH系的抗性進行綜合評價，該評價方法更為準確、可靠。

根據(jù)參試材料在病害與無病條件下各農(nóng)藝性狀的方差分析結(jié)果，除單株產(chǎn)量外各農(nóng)藝性狀在2個環(huán)境間（病圃和無病田）均表現(xiàn)為顯著或極顯著差異；對農(nóng)藝性狀與AUDPS的相關分析發(fā)現(xiàn)，黃花葉病對株高的影響最大，其次為單株產(chǎn)量，最小的為主穗粒數(shù)，這與前人的研究相同[1-4,16]。聚類分析各類群間主要農(nóng)藝性狀的差異發(fā)現(xiàn)，主要農(nóng)藝性狀在抗病（R）類群與中抗（MR）類群間的差異不顯著，株高、單株穗數(shù)、千粒質(zhì)量和單株產(chǎn)量在中感（MS）類群與感?。⊿）類群的差異顯著（P＜0.05），與抗?。≧）類群和中抗（MR）類群的差異顯著（P＜0.05），穗下節(jié)間長和主穗粒數(shù)在中感（MS）類群與感?。⊿）類群間的差異不顯著；根據(jù)病害與對照比較發(fā)現(xiàn)，中感（MS）類群的單株減產(chǎn)率為6.56%，感?。⊿）類群的單株減產(chǎn)率為23.51%。從抗病種質(zhì)篩選角度來說，親本抗性愈高愈好；但從品種選育角度來說，輕感大麥黃花葉病，不影響產(chǎn)量和品質(zhì)即可。因此在育種實踐中，既要重視抗性及農(nóng)藝性狀均好品系的選擇，也可對抗性稍差但農(nóng)藝性狀很好的品系加以選擇，對抗性較好但農(nóng)藝性狀一般的品系，可作為親本改造，間接利用。

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A Study on Barley Resistance to Yellow Mosaic Disease and its Impact on Barley Agronomic Traits

LI Xiu-li2,LI Ying1,LI Jian-bo1,LV Chao1,GUO Bao-jian1,XU Ru-gen1
(1.Jiangsu Key Laboratory of Crop Genetics and Physiology/Co-Innovation Center for Modern Production Technology of Grain Crops,Key Laboratory of Plant Functional Genomics of the Ministry of Education,Barley Research Institute of Yangzhou University,Yangzhou University,Yangzhou 225009,China;2.Institute of Agricultural Sciences,Jiangsu Dazhong Farm,Dafeng 224135,China))

This study assessed the resistance to yellow mosaic disease in the Chinese barley landrace‘Taixing 9425’and the Japanese beer barley variety‘NasoNijo’as well as 188 doubled haploid(DH)lines derived from the cross of‘Taixing 9425’and‘NasoNijo’.At the same time,their agronomic traits were measured,which consisted of plant height,main spike length,inter-node length under ear,ear number per plant,grain yield per plant,and thousand-grain weight.The results showed that the tested materials differed substantially in resistance to yellow mosaic disease.AUDPS clustering analysis divided them into four groups with varying levels of resistance to yellow mosaic disease:highly resistant varieties,moderately resistant varieties,moderately sensitive varieties,and highly sensitive varieties.The AUDPS of yellow mosaic disease was found to have a great impact on plant height,ear number per plant,grain yield per plant,and thousand-grain weight,which had significantly negative correlation with AUDPS,with the correlation coefficients of-0.70,-0.38,-0.62 and-0.65,respectively.The present study lays foundations for breeding varieties with resistance to yellow mosaic disease.

Barley;Barley yellow mosaic disease;AUDPS value;Clustering analysis;Agronomic traits

S351.5；S511.4+1

A

1673-6486-20170383

李秀麗,李贏,李建波,呂超,郭寶健,許如根.大麥黃花葉病抗性及其對農(nóng)藝性狀的影響研究[J/OL].大麥與谷類科學,2017,34(5):1-7[2017-10-15].http://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1769.S.20171015.1737.001.html.

2017-07-15

國家自然科學基金項目(31571648)；國家大麥青稞產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設專項(CARS-05)；江蘇高校優(yōu)勢學科建設工程項目。

李秀麗（1975—），女，農(nóng)藝師，主要從事種子科學與技術(shù)研究。E-mail:1624695821@qq.com

*通訊作者：許如根（1967—），男，教授，博士生導師，主要從事大麥遺傳育種及啤麥生產(chǎn)技術(shù)研究。E-mail:rgxu@yzu.edu.cn。