赤霉病對江蘇省北部小麥主栽品種品質(zhì)的影響

王 震， 李金秀， 張 彬， 李金榜

(南陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南南陽 473008)

由禾谷鐮刀菌(Fusariumgraminearium)引起的小麥赤霉病(Fusarium head blight，F(xiàn)HB)是一種世界范圍內(nèi)廣泛流行的小麥病害。長江中下游冬麥區(qū)是小麥赤霉病的常發(fā)和重發(fā)區(qū)[1]。小麥感染赤霉病后會減產(chǎn)5%～10%，在大流行年份甚至高達(dá)100%[2]，同時(shí)易產(chǎn)生脫氧雪腐鐮刀菌烯醇(DON)等毒素沉積于籽粒中，嚴(yán)重威脅我國糧食安全。2000年以來，由于全球性氣候變暖以及耕作方式的改變，每年受赤霉病危害的麥區(qū)面積超過330萬hm2[3]，同時(shí)小麥赤霉病流行頻率不斷增加，呈逐漸向北擴(kuò)展的趨勢，病區(qū)已蔓延至黃河和淮河之間的廣大麥區(qū)[4]。

禾谷鐮刀菌主要以菌絲體的形式寄生于禾本科作物的殘留組織上，在適合條件下釋放出孢子進(jìn)入麥穗的花藥中引起初侵染，由于花藥中含有高濃度的膽堿和三甲基乙內(nèi)酯等化學(xué)物質(zhì)，可以促進(jìn)病原菌生長擴(kuò)展至穎殼和穗軸中[5]，同時(shí)可通過穗軸再感染相鄰的其他小花，數(shù)日后蔓延至整個(gè)小穗，致其枯萎。氣候條件、品種抗性、越冬菌量等因素是影響小麥赤霉病發(fā)生和流行的主要因素[6-7]，其中花期降水量又是赤霉病流行的限制性因素，溫暖潮濕的環(huán)境有助于赤霉病的擴(kuò)展。

近年來，隨著人民生活水平的不斷提高，對優(yōu)質(zhì)安全小麥的需求越來越大。我國頒布的GB 1351—2008《小麥》和GB/T 17320—2013《小麥品種品質(zhì)分類》2部標(biāo)準(zhǔn)分別對小麥品質(zhì)相關(guān)指標(biāo)作了明確規(guī)定。但在赤霉病影響下，小麥品種指標(biāo)的變化情況還未見報(bào)道。本研究通過噴霧及單小花滴注接種，花期彌霧保濕，對江蘇省北部14個(gè)小麥主栽品種進(jìn)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分析提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

江蘇省北部的14個(gè)小麥主栽品種小麥品種分別為保麥6號、徐麥35號、明麥2號、江麥919、瑞華520、連麥8號、淮麥36、保麥5號、淮麥33、農(nóng)麥1號，徐麥33、江麥816、徐麥9158、魯原502。種子由江蘇省種子管理站提供，分別于2015年10月15日、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)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)基地(112°57′E，32°93′N)內(nèi)，該試驗(yàn)點(diǎn)屬于季風(fēng)大陸濕潤半濕潤氣候，以未接種處理為對照，試驗(yàn)?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含量1.20 g/kg、堿解氮含量45.01 mg/kg、速效磷含量23.34 mg/kg、速效鉀含量113.62 mg/kg、有機(jī)質(zhì)含量16.48 g/kg。每個(gè)材料種2行，行長1.4 m，行距0.3 m。

1.2 赤霉病鑒定方法

1.2.1 接種方法 利用含有3個(gè)禾谷鐮刀菌(Fg16-2、Fg16-5、Fg11-26)和1個(gè)亞洲鐮刀菌(F301)的混合分生孢子液(5×105個(gè)/mL)對供試品種進(jìn)行人工接種鑒定。接種分別采用噴霧接種和單小花滴注接種。噴霧接種于開花期用孢子懸浮液對各種植行一端0.5 m區(qū)段進(jìn)行噴霧接種，接種后噴霧保濕7 d；單小花滴注接種在小麥揚(yáng)花初期將20 μL孢子懸浮液注入麥穗中部的1個(gè)小花內(nèi)，并對接種穗進(jìn)行標(biāo)記，每份材料至少接種20穗，穗部接種后，噴霧保濕7 d，單小花滴注鑒定的試驗(yàn)區(qū)未進(jìn)行噴霧接種。

1.2.2 鑒定評價(jià)方法 以蘇麥3號(高抗)、揚(yáng)麥158(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(shí)，逐品種記錄病情。噴霧接種每行調(diào)查50個(gè)麥穗，病情指數(shù)、平均嚴(yán)重度和抗性評價(jià)按《小麥抗赤霉病評價(jià)技術(shù)規(guī)范》(NY/T 1443.4—2007)調(diào)查。

1.3 品質(zhì)分析方法

種子收獲后，經(jīng)過清理，用法國肖邦公司CD-1仿工業(yè)試驗(yàn)?zāi)シ蹤C(jī)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(biāo)準(zhǔn)曲線測定；蛋白質(zhì)(干基)含量采用半微量凱氏定氮法(GB/T 5009.5—2003《食品中蛋白質(zhì)的測定》)測定；濕面筋含量按手洗法(GB/T 14608—1993《小麥粉濕面筋測定法》)測定；沉降值采用AACC56-61機(jī)械振蕩法測定；吸水率、面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)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、延伸性、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年試驗(yàn)結(jié)果一致，采用2年數(shù)據(jù)的平均值進(jìn)行分析。相關(guān)性分析用SPSS 13.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，GGE biplot數(shù)據(jù)處理軟件作雙標(biāo)圖分析赤霉病對感病品種品質(zhì)指標(biāo)的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 江蘇省北部小麥主栽品種赤霉病抗性分析

2年鑒定結(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，單小花接種平均反應(yīng)級1.6，中抗對照揚(yáng)麥158病情指數(shù)為0.27，平均反應(yīng)級2.6，感病對照鄭麥0943病情指數(shù)為0.49，平均反應(yīng)級3.6，表明接種發(fā)病良好。未接種小麥成長狀況良好，均未發(fā)病。從表1可以看出，在噴霧接種條件下，篩選出中抗品種1個(gè)，中感品種7個(gè)，感病品種6個(gè)，占參試品種的比例分別為7.14%、50.00%、42.86%。在單小花滴注接種條件下，篩選出中感品種2個(gè)，感病品種12個(gè)，占參試品種的比例分別為14.29%、85.71%。相關(guān)性分析結(jié)果表明，病情指數(shù)、平均反應(yīng)級與千粒質(zhì)量呈極顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.722**，r=-0.695**)。噴霧接種條件下，中抗品種保麥5號千粒質(zhì)量下降了3.27%，7個(gè)中感品種千粒質(zhì)量下降了0.43%～14.68%，6個(gè)感病品種千粒質(zhì)量下降了4.04%～40.16%。單小花滴注條件下，2個(gè)中感品種千粒質(zhì)量江麥919下降了4.47%、江麥816下降了11.93%，12個(gè)感病品種千粒質(zhì)量下降了2.90%～35.13%。

表1 江蘇省北部主栽品種赤霉病抗性鑒定結(jié)果

注：MR表示中抗；MS表示中感；S表示感病。

2.2 赤霉病對江蘇省北部小麥主栽品種品質(zhì)的影響

相關(guān)性分析表明，容重與病情指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.643*)，與千粒質(zhì)量呈顯著正相關(guān)(r=0.602*)。在噴霧接種條件下，保麥5號容重下降了6.12%，7個(gè)中感品種容重下降了1.74%～9.51%，6個(gè)感病品種下降了4.36%～9.48%。容重與穩(wěn)定時(shí)間和拉伸面積呈顯著正相關(guān)(r=0.591*，r=0.537*)。從表2可以看出，赤霉病對蛋白質(zhì)(干基)含量、濕面筋含量、沉降值、穩(wěn)定時(shí)間、延展性和拉伸面積6項(xiàng)指標(biāo)都引起了不同程度的下降，中抗品種保麥5號分別下降了3.85%、2.49%、11.29%、25.71%、10.37%、20.00%，7個(gè)中感品種分別下降了6.18%～11.35%、5.30%～13.36%、10.03%～26.74%、12.50%～60.58%、0.72%～21.53%、1.10%～9.59%，6個(gè)感病品種分別下降了0.62%～11.61%、1.21%～7.48%、1.94%～23.77%、1.43%～78.57%、3.70%～35.26%、3.16%～51.06%。

在單小花滴注接種條件下，平均反應(yīng)級與容重和拉伸面積呈顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.622*，r=-535*)，與最大拉伸阻力呈極顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.771**)。從表2可以看出，中感品種江麥919的容重、拉伸面積、最大拉伸阻力分別下降了6.89%、39.02%、17.22%，中感品種江麥816以上指標(biāo)分別下降了6.78%、5.49%、11.18%。12個(gè)感病品種容重、拉伸面積分別下降了0.38%～10.32%、1.89%～70.00%。感病品種中最大拉伸阻力變化規(guī)律不明顯，其中6個(gè)品種最大拉伸阻力下降了1.77%～45.18%。與噴霧接種條件下類似，赤霉病對蛋白質(zhì)(干基)含量、濕面筋含量、沉降值、穩(wěn)定時(shí)間、延展性5項(xiàng)指標(biāo)造成了不同程度的下降，中感品種江麥919分別下降了13.29%、13.17%、27.60%、77.78%、20.45%，江麥816分別下降了7.68%、7.17%、27.29%、49.48% 、11.51%，12個(gè)感病品種分別下降了2.27%～21.98%、0.33%～23.00%、0.63%～37.78%、15.63%～89.29% 、8.15%～47.98%。

表2 赤霉病對江蘇省北部大面積生產(chǎn)品種品質(zhì)的影響

2.3 不同接種處理?xiàng)l件下感病品種的品質(zhì)變化關(guān)系

選取不同處理下的感病品種，選取受赤霉病影響下降較明顯的容重、蛋白質(zhì)(干基)含量、濕面筋含量等7個(gè)指標(biāo)作雙標(biāo)圖(圖1)，從雙標(biāo)圖中各指標(biāo)與品種間的分布關(guān)系可以直觀地發(fā)現(xiàn)不同感病品種品質(zhì)指標(biāo)的變化程度及其內(nèi)在聯(lián)系[8-9]。赤霉病對不同感病品種各個(gè)品質(zhì)指標(biāo)的影響程度不盡相同，噴霧接種條件下，農(nóng)麥1號容重最大，淮麥33蛋白質(zhì)(干基)含量、濕面筋含量、沉降值和穩(wěn)定時(shí)間最大，徐麥9158的拉伸面積、延展性最大(圖1-A)。單小花滴注條件下，徐麥33容重最大，保麥5號蛋白質(zhì)(干基)含量、沉降值最高，徐麥9158濕面筋含量最高，保麥6號穩(wěn)定時(shí)間、延展性和拉伸面積最長(圖1-B)。雙標(biāo)圖中由某一指標(biāo)和中心點(diǎn)的連線順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，其他指標(biāo)和中心點(diǎn)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，蛋白質(zhì)(干基)含量與濕面筋含量呈極顯著正相關(guān)，濕面筋含量與沉降值呈極顯著正相關(guān)(圖1-A)；在單小花滴注接種條件下，容重與穩(wěn)定時(shí)間、拉伸面積顯著正相關(guān)，蛋白質(zhì)(干基)含量與濕面筋含量呈極顯著正相關(guān)，穩(wěn)定時(shí)間與拉伸面積呈極顯著正相關(guān)(圖1-B)。

3 討論

程順和等選用綜合豐產(chǎn)性好、赤霉病輕的親本間配組，后代注重綜合豐產(chǎn)性，兼顧以抗赤霉病為主的抗病和抗逆性選擇，利用超親優(yōu)勢獲得了一批中抗赤霉病的大面積豐產(chǎn)小麥品種，如揚(yáng)麥11、揚(yáng)麥14、揚(yáng)麥17等[10]。目前，在我國長江中下游麥區(qū)赤霉病抗性的小麥品種種植面積占80%以上，顯著減輕了赤霉病的危害，因此在黃淮麥區(qū)南片培育和種植抗赤霉病小麥品種是防治赤霉病關(guān)鍵措施之一。噴霧接種主要篩選赤霉病原抗初侵染類型，單小花接種主要篩選赤霉病抗擴(kuò)展類型。陳云等研究發(fā)現(xiàn)，我國小麥大面積生產(chǎn)品種中，僅揚(yáng)麥、寧麥和鄂麥系列的少數(shù)品種對赤霉病有較好的抗性，其他品種對赤霉病均表現(xiàn)感病[11]。本次鑒定的14個(gè)江蘇省北部主栽品種中篩選出1個(gè)中抗、7個(gè)中感抗侵染類型，2個(gè)中感抗擴(kuò)展類型，以上材料可作為種質(zhì)資源供黃淮麥區(qū)南片其他省份在抗赤霉病育種中使用。

試驗(yàn)結(jié)果表明病情指數(shù)、平均反應(yīng)級與千粒質(zhì)量存在極顯著負(fù)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(biāo)，增加鑒定結(jié)果的準(zhǔn)確性。試驗(yàn)結(jié)果中出現(xiàn)部分感病品種千粒質(zhì)量下降不明顯的情況，原因可能是鑒定年份發(fā)病偏晚，對鑒定結(jié)果產(chǎn)生了影響。前人研究赤霉病對小麥品質(zhì)的影響較少[12]，本試驗(yàn)結(jié)果顯示，赤霉病會在一定程度上降低小麥的容重、吸水率、濕面筋含量等品種指標(biāo)，且容重都與病情指數(shù)和平均嚴(yán)重度呈負(fù)相關(guān)。GGE雙標(biāo)圖分析發(fā)現(xiàn)，不同品種中品質(zhì)指標(biāo)降低程度不同，這種現(xiàn)象從側(cè)面證明了感病品種中抗赤霉病超親現(xiàn)象的存在。利用超親優(yōu)勢的關(guān)鍵在于如何尋找超親親本或組合以及如何對分離群體進(jìn)行篩選[13]，通過本試驗(yàn)結(jié)果可以推測，借助赤霉病充分發(fā)病條件下各個(gè)品質(zhì)指標(biāo)的變化情況來輔助選擇超親親本，可以提高超親遺傳的概率。