河南省大面積種植小麥品種赤霉病抗性鑒定及品質(zhì)分析

王 震，李金秀，張 彬，李 符，李金榜*

(1.南陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南 南陽 473008; 2.鄧州市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，河南 鄧州 474150)

小麥赤霉病(Fusarium head blight, FHB)是由禾谷鐮刀菌引起的一種世界范圍內(nèi)廣泛流行的小麥病害。小麥赤霉病的發(fā)生和流行，受越冬菌量、氣候條件、品種抗性和栽培管理等因素的影響，其中田間濕度與降雨量是赤霉病流行的限制性因素[1]。自20世紀80年代以來，由于灌溉技術(shù)的發(fā)展、全球性氣候變暖、耕作制度以及耕作方式的改變，小麥赤霉病流行頻率不斷增加，發(fā)病面積不斷擴大，已經(jīng)嚴重威脅到我國小麥的安全生產(chǎn)[2]。尤其2012年以來，赤霉病在黃淮麥區(qū)南片不斷加重，對小麥生產(chǎn)造成了嚴重危害，也給糧食安全帶來了隱患，小麥赤霉病已發(fā)展成為黃淮麥區(qū)南片小麥生產(chǎn)的常發(fā)性病害[3]。培育和利用抗病品種是防治赤霉病危害最為經(jīng)濟有效的措施[4]，目前黃淮麥區(qū)在育種中使用的赤霉病抗源較為匱乏，大多數(shù)品種和材料沒有抗性。同時，在赤霉病抗性資源研究和育種實踐中經(jīng)常遇到抗病性和豐產(chǎn)性相矛盾的情況[5]，因此，大面積豐產(chǎn)與抗赤霉病相結(jié)合已成為該地區(qū)小麥抗赤霉病育種亟待解決的一個重大問題。

2008年頒布的國家標準GB 1351—2008《小麥》中，將容重作為衡量小麥等級的主要指標。2013年頒布的GB/T 17320—2013《小麥品種品質(zhì)分類》標準中，對強筋、中強筋、中筋和弱筋小麥的蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、沉降值等作了明確規(guī)定。研究表明，赤霉病的發(fā)生會造成小麥不同程度的減產(chǎn)，并會損害小麥磨粉、烘焙、面條制作的品質(zhì)[6-7]，尤其赤霉病侵染后產(chǎn)生的脫氧雪腐鐮刀菌烯醇(DON)毒素對人畜安全是一種極大威脅，給小麥生產(chǎn)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)造成極大損失。本研究通過噴霧及單小花滴注接種，田間彌霧保濕，對28個河南省大面積種植小麥品種進行了赤霉病抗性鑒定，分析了赤霉病對小麥品質(zhì)的影響，以期為小麥抗赤霉病新品種選育和病害控制提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 供試材料和試驗地概況

河南省28個大面積種植小麥品種由河南省種子管理站提供，分別于2015年10月15日和2016年10月18日種植于具有保濕功能的赤霉病抗性鑒定圃中。鑒定圃位于河南省南陽市臥龍區(qū)潦河鎮(zhèn)農(nóng)科院試驗基地(112°57′E、32°93′N)內(nèi)，處亞熱帶溫帶過渡帶，屬于季風(fēng)性大陸性濕潤半濕潤氣候，試驗?zāi)甓绕骄鶜鉁?6.7 ℃，降水量938.5 mm，鑒定圃土壤為黃褐土，前茬作物為玉米，土壤肥力水平為全氮1.20 g/kg、堿解氮45.01 mg/kg、速效磷23.34 mg/kg、速效鉀113.62 mg/kg、有機質(zhì)16.48 g/kg。每個材料種2行，行長1.4 m，行距0.3 m，株距0.1 m，以未接種處理為對照。施肥、灌水和蟲害防治等管理措施同高產(chǎn)田。

1.2 小麥赤霉病抗性鑒定方法

1.2.1 接種方法 利用含有3個禾谷鐮刀菌(Fg16-2、Fg16-5、Fg11-26)和1個亞洲鐮刀菌(Fa301)的混合分生孢子液(5×105個/mL)對供試小麥品種進行人工接種鑒定。接種分別采用噴霧接種方式和單小花滴注接種方式。噴霧接種于開花期用孢子懸浮液對各種植行進行噴霧接種，每種材料噴霧接種量為20 mL，接種后噴霧保濕1周；單小花滴注接種在小麥揚花初期將20 μL孢子懸浮液注入麥穗中部的一個小花內(nèi)，并對接種穗進行標記，每份材料至少接種20穗，穗部接種后，噴霧保濕1周。

1.2.2 鑒定評價方法 以蘇麥3號(高抗)、鄭麥9023(中抗)、鄭麥0943(感病)為對照品種，當(dāng)病情發(fā)展基本穩(wěn)定時，逐品種記錄病情。噴霧接種每行調(diào)查50個麥穗，嚴重度及病情指數(shù)按《小麥赤霉病測報技術(shù)規(guī)范》(GB/T 15796—2011)調(diào)查。

根據(jù)參試品種及對照品種的病情指數(shù)(DI)，將抗性分為5個級別：

免疫 (IM)：DI=0；

高抗 (HR)：0

中抗 (MR)：0.03

中感 (MS)：0.27

高感 (HS)：DI>0.47。

單小花接種調(diào)查接種穗的反應(yīng)級并計算平均值，參照對照品種的平均反應(yīng)級對其抗性進行評價。反應(yīng)級分級標準：

0：接種小穗無可見發(fā)病癥狀；

1：僅接種小穗發(fā)病；

2：僅接種小穗發(fā)病，但不擴展到穗軸；

3：接種小穗發(fā)病，并擴展至穗軸；

4：發(fā)病小穗占總小穗的1/4以下；

5：發(fā)病小穗占總小穗的1/4～1/2；

6：發(fā)病小穗占總小穗的1/2以上。

抗性評價標準：

IM：平均反應(yīng)級=0；

HR：0<平均反應(yīng)級≤1.6(1.6為高抗對照品種蘇麥3號的平均反應(yīng)級)；

MR：1.6<平均反應(yīng)級≤2.6(2.6為中抗對照品種鄭麥9023的平均反應(yīng)級)；

MS：2.6<平均反應(yīng)級≤3.6(3.6為感病對照品種鄭麥0943的平均反應(yīng)級)；

HS：平均反應(yīng)級>3.6。

1.3 小麥品質(zhì)分析方法

清理后的小麥種子用法國肖邦公司CD-1仿工業(yè)試驗?zāi)シ蹤C制粉，出粉率控制在70%，-5 ℃儲存?zhèn)溆?。容重采用瑞典Perten公司DA7200型近紅外分析儀SIMCA模型標準曲線測定；蛋白質(zhì)含量采用半微量凱氏定氮法(GB/T 5009.5—2003)測定；濕面筋含量按手洗法(GB/T 14608—1993)測定；沉降值采用AACC56-61機械振蕩法測定；吸水率、面團穩(wěn)定時間利用德國Brabender公司生產(chǎn)的810104型電子粉質(zhì)儀(Farinograph)，按AACC54-21方法測定；最大拉伸阻力、延展性、拉伸面積利用德國Brabender公司拉伸儀(Extensograph)，按AACC54-10方法測定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

因2 a結(jié)果一致，采用2 a數(shù)據(jù)的平均值進行分析。相關(guān)性分析采用SPSS 13.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，通過GGE biplot數(shù)據(jù)處理軟件作雙標圖分析赤霉病中感、中抗品種相關(guān)品質(zhì)指標間的關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 河南省大面積種植小麥品種的赤霉病抗性分析

2 a鑒定結(jié)果顯示，高抗對照蘇麥3號在噴霧接種條件下病情指數(shù)為0.03，單小花接種條件下平均反應(yīng)級為1.6，中抗對照鄭麥9023病情指數(shù)為0.27，平均反應(yīng)級為2.6，感病對照鄭麥0943病情指數(shù)為0.47，平均反應(yīng)級為3.6，說明接種和發(fā)病良好。未接種小麥成長狀況良好，均未發(fā)病。由表1可知，在噴霧接種條件下，中抗赤霉病品種1個，中感品種6個，高感品種21個，占參試品種的比例分別為3.57%、21.43%、75.00%。在單小花滴注接種條件下，中抗赤霉病品種1個，中感品種4個，高感品種23個，占參試品種的比例分別為3.57%、14.29%、82.14%。相關(guān)性分析表明，病情指數(shù)、平均反應(yīng)級與千粒質(zhì)量分別呈顯著、極顯著負相關(guān)(R=-0.463*,R=-0.479**)，因此，千粒質(zhì)量的降低量可作為評價赤霉病抗性的參考指標。噴霧接種條件下，中抗赤霉病品種鄭麥9023千粒質(zhì)量下降了4.55%，6個中感品種千粒質(zhì)量下降了4.56%～44.76%，21個高感品種千粒質(zhì)量下降了2.24%～66.15%。單小花滴注條件下，中抗品種鄭麥9023千粒質(zhì)量下降了8.50%，4個中感品種千粒質(zhì)量下降了5.73%～12.99%，23個高感品種千粒質(zhì)量下降了5.25%～35.52%。

表1 河南省大面積種植小麥品種的赤霉病抗性鑒定結(jié)果

續(xù)表1 河南省大面積種植小麥品種的赤霉病抗性鑒定結(jié)果

2.2 噴霧接種條件下赤霉病對小麥品質(zhì)的影響

分析表明，容重與病情指數(shù)呈極顯著負相關(guān)(R=-0.566**)，與千粒質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)(R=0.626**)。由表2可知，在噴霧接種條件下，中抗品種鄭麥9023容重變化不大，6個中感品種容重下降了0.25%～6.20%，21個高感品種下降了0.12%～10.63%。千粒質(zhì)量與吸水率呈顯著正相關(guān)(R=0.404*)，噴霧接種條件下鄭麥9023吸水率下降了4.98%，6個中感品種吸水率下降了2.22%～9.84%，21個高感品種吸水率下降了0.17%～10.15%。蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、沉降值等幾項指標與病情指數(shù)和千粒質(zhì)量無顯著相關(guān)性，赤霉病對濕面筋含量、沉降值、延展性、拉伸面積4項指標造成了不同程度的下降，中抗品種分別下降了6.97%、20.94%、16.38%和63.12%，6個中感品種分別下降了0.74%～20.24%、1.59%～56.40%、2.50%～21.11%和5.26%～50.55%，21個高感品種分別下降了0.60%～17.20%、0.38%～61.22%、0.66%～26.15%和5.88%～91.11%。

表2 赤霉病對河南省大面積種植小麥品種品質(zhì)的影響

續(xù)表2 赤霉病對河南省大面積種植小麥品種品質(zhì)的影響

注：表2中編號對應(yīng)表1中編號和品種名稱。

2.3 單小花滴注接種條件下赤霉病對小麥品質(zhì)的影響

在單小花滴注接種條件下，容重和平均反應(yīng)級呈顯著負相關(guān)(R=-0.451*)。由表2可知，中抗品種鄭麥9023容重變化不大，4個中感品種除鄭麥101外其余下降了2.34%～4.13%，23個高感品種中豫農(nóng)416容重?zé)o變化，除鄭麥583和周麥16外其余下降了0.25%～5.55%。與噴霧接種情況類似，千粒質(zhì)量與吸水率呈極顯著正相關(guān)(R=0.606**)，鄭麥9023吸水率下降了2.49%，4個中感品種中只有鄭麥101吸水率下降了1.93%，23個高感品種中周麥22等14個品種吸水率下降了0.50%～6.51%，周麥27等3個品種吸水率與未接種條件下一致。蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、沉降值等幾項指標與平均反應(yīng)級和千粒質(zhì)量無顯著相關(guān)性，但赤霉病對蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、沉降值、穩(wěn)定時間、延展性和拉伸面積6項指標造成了不同程度的下降，中抗品種鄭麥9023分別下降了12.07%、16.67%、38.29%、53.95%、28.81%和65.62%，4個中感品種分別下降了0.41%～21.25%、8.21%～17.96%、2.68%～57.43%、14.00%～86.67%、7.50%～27.22%和1.10%～71.90%，23個高感品種分別下降了4.63%～19.01%、6.64%～24.49%、1.43%～63.67%、1.35%～92.86%、0.76%～86.18%和1.09%～83.33%(除洛麥23外)。

2.4 不同處理下小麥中抗及中感品種的品質(zhì)變化關(guān)系

選取噴霧接種條件下7個中抗、中感品種，單小花滴注接種條件下5個中抗、中感品種，并選取受赤霉病影響較明顯的千粒質(zhì)量、容重、濕面筋含量等7項指標作雙標圖，從圖1中各指標與品種間的分布關(guān)系可以直觀發(fā)現(xiàn)它們的內(nèi)在聯(lián)系，品種與指標間的位置越近，該指標含量越高[8]。噴霧接種條件下，鄭麥0943的千粒質(zhì)量最高，鄭麥9023的容重、濕面筋含量、沉降值、延展性最高，鄭麥101的拉伸面積最大。單小花滴注條件下，鄭麥0943的千粒質(zhì)量最高，鄭麥9023和鄭麥101的容重最高，西農(nóng)979和鄭麥0943的吸水率最高，百農(nóng)207的濕面筋含量、沉降值、延展性最高。雙標圖中由某一指標和中心點的連線順時針旋轉(zhuǎn)，其他指標和中心點連線與這條線夾角的余弦即為它們的相關(guān)系數(shù)[8-9]。在噴霧接種條件下，7個中抗、中感品種千粒質(zhì)量與濕面筋含量呈極顯著正相關(guān)(R=0.902**)，容重與延展性呈顯著正相關(guān)(R=0.838*)；在單小花滴注條件下，5個中抗、中感品種千粒質(zhì)量與濕面筋含量、沉降值呈顯著負相關(guān)(R=-0.879*，R=-0.906*)。在圖1中，以不同品質(zhì)指標為頂點畫多邊形，多邊形相鄰兩點間連線的垂直線是2個指標優(yōu)化后的臨界值(等值線)，所有垂直線的交點是所有指標的最佳平衡點[8-9]，在不同接種條件下，鄭麥9023離最佳平衡點較近，是中抗及中感品種中品質(zhì)綜合指標表現(xiàn)最優(yōu)的品種。

圖1 不同處理下小麥中抗及中感品種品質(zhì)指標的關(guān)系

3 結(jié)論與討論

我國大面積種植小麥品種中，僅揚麥、寧麥和鄂麥系列的少數(shù)品種對赤霉病有較好抗性，其他品種對赤霉病均表現(xiàn)感病[10]。目前，在我國長江中下游麥區(qū)和東北春麥區(qū)，具赤霉病抗性的小麥品種種植面積占到了80%以上，顯著減輕了赤霉病的危害，因此，培育和種植抗赤霉病小麥品種是防治赤霉病最為關(guān)鍵和有效的措施[3]。本試驗檢測了28個河南省大面積種植品種，在不同接種條件下僅發(fā)現(xiàn)1個中抗赤霉病品種，少數(shù)幾個中感品種，說明抗赤霉病品種的創(chuàng)育已成為河南地區(qū)小麥生產(chǎn)中亟待解決的一個重大問題。準確可靠的表型鑒定方法是抗赤霉病育種取得成效的重要因素之一。在小麥抗赤霉病育種工作中，田間接種鑒定是中心環(huán)節(jié)。無論大田還是溫室，采取的多是單小花滴注接種、土表接種(撒病粒)及分生孢子液噴霧接種，這些技術(shù)自20世紀50年代以來一直沿用至今[3]?？钩嗝共≡跚秩?、抗赤霉病擴展、抗籽粒侵染、對赤霉病忍耐性和抗脫氧雪腐鐮刀菌烯醇積累是小麥對赤霉病的5種生理抗性類型，噴霧接種主要篩選抗赤霉病原初侵染類型，單小花接種主要篩選抗赤霉病擴展類型。本試驗篩選出7個中抗和中感抗侵染類型，5個中抗和中感抗擴展類型，以上幾個品種抗性主要源自蘇麥3號、小偃6號和小偃504等。

在赤霉病抗性資源研究和育種實踐中經(jīng)常遇到抗病不豐產(chǎn)、豐產(chǎn)不抗病的問題[11-13]。本試驗將病情指數(shù)、平均反應(yīng)級與千粒質(zhì)量的相關(guān)性進行分析，發(fā)現(xiàn)病情指數(shù)與千粒質(zhì)量存在顯著負相關(guān)，平均反應(yīng)級與千粒質(zhì)量存在極顯著負相關(guān)，因此，千粒質(zhì)量的降低量可作為赤霉病抗性鑒定中的參考指標，增加鑒定結(jié)果的準確性。同時，試驗中發(fā)現(xiàn)部分品種病情指數(shù)或平均反應(yīng)級較高，但千粒質(zhì)量下降不明顯的情況，原因可能是隨氣候不同每年赤霉病發(fā)病時期不一致，有些年份發(fā)病偏晚，導(dǎo)致落黃對赤霉病鑒定產(chǎn)生了影響。關(guān)于赤霉病對小麥品質(zhì)指標的影響前人研究較少，本試驗發(fā)現(xiàn)，赤霉病會對小麥的容重、吸水率、濕面筋含量、沉降值、延展性和拉伸面積等指標產(chǎn)生影響，降低小麥品質(zhì)。中抗、中感品種中品質(zhì)指標變化程度不盡相同，推測可能為基因型導(dǎo)致的生理抗性方式不同而產(chǎn)生差異，具體遺傳機制還需進一步研究，同時發(fā)現(xiàn)赤霉病對高感品種品質(zhì)的影響總體上大于中抗及中感品種。

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