芝麻種質(zhì)資源抗青枯病鑒定

李信申,饒建輝,肖運(yùn)萍,魏林根,汪瑞清,黃瑞榮,黃 蓉,胡建坤,華菊玲*

(1.江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 植物保護(hù)研究所,江西 南昌 330200; 2.江西省撫州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所,江西 撫州 344000;3.江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 土壤肥料與資源環(huán)境研究所,江西 南昌 330200)

芝麻(Sesamumindicum)屬胡麻科(Pedaliaceae)胡麻屬(SesamumLinn.)一年生草本植物,是世界上最古老的油料作物之一,因其種子含油量高且含有豐富的抗氧化物質(zhì)而被譽(yù)為“油料作物皇后”[1]。芝麻青枯病(Sesame bacterial wilt)是由青枯雷爾氏菌(Ralstoniasolanacearum)侵染引起的土傳病害,一旦條件適宜,極易暴發(fā)成災(zāi),尤以南方紅壤旱地芝麻發(fā)病嚴(yán)重。大多數(shù)田塊芝麻青枯病發(fā)病率在10%～20%,嚴(yán)重田塊可達(dá)50%～70%或更高[2],帶來(lái)嚴(yán)重?fù)p失。青枯雷爾氏菌寄主范圍廣泛,可侵染54個(gè)科的450余種植物[3]。青枯雷爾氏菌還能在無(wú)寄主植物的條件下于土壤中長(zhǎng)期存活[4],因此對(duì)芝麻青枯病的防治十分困難。利用抗病品種是防治芝麻青枯病的有效途徑。但至今未見(jiàn)芝麻青枯病抗性鑒定的研究報(bào)道。我們采用自然病圃和傷根灌注接種兩種方法鑒定分析了29份芝麻品種資源對(duì)芝麻青枯病的抗性,以期為芝麻抗病品種選育和青枯病的防控提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試種質(zhì)

從中國(guó)油料研究所、江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院、江西其他科研單位、廣東、河南等地共收集芝麻種質(zhì)29份(表1),其中品種20個(gè),單株9份。

1.2 供試菌株

供試菌株系由江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所從芝麻青枯病常年重發(fā)區(qū)采集病株分離純化獲得的強(qiáng)致病力菌株JSjx02(小種1,生化變種Ⅲ)；采用甘油法于-80 ℃保存該菌株。試驗(yàn)前將該菌株轉(zhuǎn)接至NA培養(yǎng)基,在28 ℃下活化培養(yǎng)2次后,配成1×108CFU/mL的菌懸液備用。

1.3 鑒定方法

1.3.1 自然病圃鑒定 自然病圃建于芝麻傳統(tǒng)種植區(qū),為連續(xù)種植芝麻感病品種(中芝13)3年,且上年度田間病株率達(dá)86.16%的田塊。每個(gè)品種3個(gè)重復(fù),每重復(fù)30株。播種密度為15萬(wàn)株/hm2；在試驗(yàn)期間適時(shí)澆水以保持土壤濕度近飽和狀態(tài)。

1.3.2 人工接種鑒定 于芝麻初花期,采用傷根灌注法[2,5](簡(jiǎn)稱灌根法)接種。每個(gè)品種重復(fù)3次,每個(gè)重復(fù)接種20株苗。接種后保濕12 h,之后適時(shí)澆水以保持土壤濕度近飽和狀態(tài)。

1.4 調(diào)查分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

在芝麻終花期調(diào)查所有病株的發(fā)病程度,記錄病株率、病情指數(shù)。病害分級(jí)參照江西省地方標(biāo)準(zhǔn)DB36/T 879─2015：0級(jí)，全株無(wú)癥狀;1級(jí)，1～2片葉片萎蔫;3級(jí)，植株的1/3以下葉片萎蔫;5級(jí)，植株的1/3～2/3葉片萎蔫;7級(jí)，植株的2/3以上葉片萎蔫;9級(jí)，植株全部葉片萎蔫或整株枯死。

病情指數(shù)(DI)=[∑(病級(jí)值×該病級(jí)的病株數(shù))×100]/(病級(jí)最高值×調(diào)查總株數(shù))。

芝麻品種群體抗病性劃分標(biāo)準(zhǔn):高抗(HR),病情指數(shù)=0;抗(R),0<病情指數(shù)≤11.11;中抗(MR),11.11<病情指數(shù)≤33.33;中感(MS),33.33<病情指數(shù)≤55.56;感(S),55.56<病情指數(shù)≤77.78;高感(HS),病情指數(shù)>77.78。

采用卡方距離法計(jì)算不同接種方法鑒定結(jié)果的相似系數(shù),用離差平方和方法[6]進(jìn)行聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 芝麻種質(zhì)資源抗性鑒定結(jié)果

29份供試材料抗性鑒定結(jié)果(表1)表明,不同品種(株系)間發(fā)病率和病情指數(shù)均存在較大差異。根據(jù)品種群體抗病性劃分標(biāo)準(zhǔn)(表2),在自然病圃鑒定中,中抗品種4份,占13.79%;中感品種(株系)7份,占24.14%;感病品種(株系)13份,占44.83%;高感品種(株系)5份,占17.24%。在灌根接種鑒定中,中抗品種4份,占13.79%;中感品種(株系)6份,占20.69%;感病品種(株系)12份,占41.38%;高感品種(株系)7份,占24.14%。在兩種方法鑒定結(jié)果中,均未出現(xiàn)高抗和抗性品種。金黃麻、鄱陽(yáng)黑芝麻、贛芝5號(hào)、豫芝11等4個(gè)品種表現(xiàn)為中抗。

鑒定結(jié)果發(fā)現(xiàn),江西芝麻主栽品種對(duì)芝麻青枯病的抗病性優(yōu)于外來(lái)品種及選育株系。在9個(gè)江西芝麻主栽品種中,3個(gè)表現(xiàn)中抗,6個(gè)表現(xiàn)中感,沒(méi)有出現(xiàn)感和高感品種。

2.2 兩種方法鑒定結(jié)果比較

對(duì)自然病圃鑒定結(jié)果和傷根灌注接種鑒定結(jié)果進(jìn)行比對(duì),僅豐城灰芝麻、09-451、09-51047等3個(gè)品種在兩種鑒定方法中表現(xiàn)的抗性水平不一致；采用卡方距離法對(duì)兩種接種方法鑒定結(jié)果的相似性進(jìn)行分析，結(jié)果表明自然病圃鑒定和人工接種鑒定結(jié)果的相似系數(shù)較高(r=0.9981**)。

聚類分析結(jié)果(圖1、圖2)也顯示,兩種方法對(duì)上述29份材料的鑒定結(jié)果均可聚類為5個(gè)組。在自然病圃鑒定中,第Ⅰ組2個(gè)品種,第Ⅱ組1個(gè)品種,第Ⅲ組6個(gè)品種,第Ⅳ組5個(gè)品種,第Ⅴ組15個(gè)品種，該組可再分為A、B、C 三個(gè)亞組,品種數(shù)量分別為5、4和6個(gè)。在灌根接種鑒定中,第Ⅰ組2個(gè)品種,第Ⅱ組1個(gè)品種,第Ⅲ組7個(gè)品種,第Ⅳ組4個(gè)品種,第Ⅴ組15個(gè)品種，該組可再分為A、B、C三個(gè)亞組,品種數(shù)量分別為5、3和7個(gè)。說(shuō)明灌根接種鑒定能真實(shí)反映芝麻品種對(duì)青枯病的抗性水平。

3 討論

青枯雷爾氏菌與相應(yīng)寄主植物經(jīng)歷了長(zhǎng)期共同進(jìn)化的過(guò)程,植物抗病性和青枯菌的寄主專化性、致病性(力)等均存在廣泛的遺傳多樣性[7]?，F(xiàn)有研究表明,花生對(duì)青枯病的抗性水平高,高抗品種超過(guò)120個(gè),在二倍體野生花生中也發(fā)現(xiàn)了20多份抗青枯病材料?；ㄉ鷮?duì)青枯病的抗性在遺傳上受顯性寡基因控制,因而具有良好的穩(wěn)定性[8]；例如珍珠豆型花生的抗性受2對(duì)主效基因控制,抗病性易在后代品種間轉(zhuǎn)移,中國(guó)油料研究所已從中成功地獲得了抗青枯病品系[9]。在模式植物擬南芥中也發(fā)現(xiàn)了抗青枯病材料；Ho等進(jìn)行雜交分析后認(rèn)為,擬南芥抗青枯病材料N913對(duì)青枯菌株P(guān)s95的抗性為單一顯性位點(diǎn)[10]。而Deslandes等研究發(fā)現(xiàn)擬南芥位于第5條染色體上的隱性單基因RRSI控制青枯病抗性[11]。茄科植物受青枯病危害最重,涉及的作物種類最多,目前發(fā)現(xiàn)的青枯病抗性種質(zhì)較少而且抗性水平不高[12]。Danesh等研究報(bào)道番茄中至今沒(méi)有發(fā)現(xiàn)由顯性寡基因控制的青枯病抗性,已有抗性種質(zhì)的抗性多表現(xiàn)為數(shù)量遺傳特性,如在番茄材料P109的第6、7、10染色體上存在與青枯病抗性相關(guān)的數(shù)量性狀位點(diǎn)[13]。在抗病育種中應(yīng)用最為廣泛的普通煙草品種T.I.448雖然具有高水平的抗性,但其抗性亦由以加性遺傳為主的多基因控制,雜交后代的抗性往往差異較大[14-15]。在馬鈴薯四倍體栽培種中至今尚未發(fā)現(xiàn)對(duì)青枯病免疫或高抗的資源[16]；馬鈴薯二倍體近緣栽培種和二倍體野生種雖存在抗病性資源,但遺傳穩(wěn)定性差,與四倍體栽培種的原生質(zhì)融合株系抗性分離表現(xiàn)為從感病(S)到抗病(R)[17]。

表1 芝麻種質(zhì)資源對(duì)芝麻青枯病的抗性鑒定結(jié)果

表2 芝麻種質(zhì)資源對(duì)青枯病的抗性評(píng)價(jià)結(jié)果

由于全球范圍內(nèi)所有的油用芝麻品種均來(lái)源于芝麻屬中唯一的一個(gè)栽培種[18],遺傳基礎(chǔ)狹窄[19-20],所以至今未發(fā)現(xiàn)青枯病免疫抗源。青枯雷爾氏菌侵染寄主植物,還存在無(wú)癥狀侵染(symptomless invasiveness)和有癥狀侵染(symptom invasiveness)[21]。具有無(wú)癥狀侵染特性的植物,由于受病菌侵染的壓力選擇,容易出現(xiàn)抗病品種,如花生等;具有有癥狀侵染特性的植物,青枯病發(fā)生流行速度快,不容易找到抗病品種,如生姜、茄子等[12]。前期研究表明芝麻植株不存在無(wú)癥狀侵染現(xiàn)象[5],并且田間病害流行速度快。這進(jìn)一步加劇了芝麻青枯病抗性資源的匱乏。因此,本研究篩選出的4個(gè)中抗芝麻品種,不僅在芝麻生產(chǎn)上具有重要的現(xiàn)實(shí)意義,更是珍貴的抗性遺傳分析資源,有待于進(jìn)行深入研究。

圖1 采用2種方法進(jìn)行抗性鑒定的聚類分析結(jié)果

作物青枯病的人工接種方法主要有菌懸液浸種法、浸根法、傷根灌注法(灌根法)、針刺法、剪葉法等,不同作物因自身的生長(zhǎng)特性、栽培方式等不同,適用的接種方法有所不同。例如：番茄適合采用浸根法接種[22]；花生以浸種法接種為宜[23]；馬鈴薯以傷根灌注法接種較好[24]；木麻黃以盆栽幼苗傷根接種及褐梗小枝室內(nèi)水培接種為最佳[25]。本研究結(jié)果表明,采用傷根灌注法接種鑒定,能真實(shí)可靠地反映芝麻種質(zhì)資源對(duì)青枯病的抗性水平,接種時(shí)間以芝麻初花期為最佳。

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