大麥黃花葉病抗性差異對(duì)大麥主要農(nóng)藝性狀的影響程度分析

徐 肖，潘雨涵，沈會(huì)權(quán)，呂 超，郭寶健，許如根

(1. 揚(yáng)州大學(xué)江蘇省作物遺傳生理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育點(diǎn)/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(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，揚(yáng)州大學(xué)大麥研究所，江蘇揚(yáng)州 225009；2.江蘇沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇鹽城 224001)

大麥黃花葉病主要危害東亞及西歐等冬大麥產(chǎn)區(qū)，是由禾谷多黏菌傳播大麥黃花葉病毒(Barley Yellow Mosaic Vrius，BaYMV)和大麥溫和花葉病毒(Barley Mild Mosaic Virus，BaMMV)引起，BaYMV和BaMMV可單獨(dú)或復(fù)合侵染大麥，以BaYMV侵染為主[1]。大麥黃花葉病于1940年首次在日本發(fā)生[2]，1978年首次在德國(guó)發(fā)生[3]，隨后英國(guó)、法國(guó)及荷蘭等多個(gè)西歐國(guó)家[4]均有報(bào)道；20世紀(jì)50年代首次在中國(guó)浙江省珠海農(nóng)場(chǎng)出現(xiàn)，70年代在湖北、安徽、江蘇和浙江等長(zhǎng)江中下游大麥產(chǎn)區(qū)大面積發(fā)病[5]。已有研究表明[6-7]，大麥黃花葉病可導(dǎo)致感病植株矮化、單株穗數(shù)減少、千粒重降低。大麥黃花葉病的危害程度與大麥品種發(fā)病的嚴(yán)重度有關(guān)，病害嚴(yán)重度較輕時(shí)，氣溫升高植株隱癥，對(duì)大麥株高及產(chǎn)量影響不顯著；病害嚴(yán)重度較重時(shí)，大麥植株株高降低、分蘗性減弱、單株穗數(shù)減少、空癟粒增加；部分發(fā)病嚴(yán)重的植株會(huì)在拔節(jié)期枯死，黃花葉病不但影響感病品種的產(chǎn)量，也影響其品質(zhì)。關(guān)于大麥黃花葉病對(duì)大麥產(chǎn)量的影響，國(guó)內(nèi)外已有較多報(bào)道[8-12]，但關(guān)于大麥黃花葉病抗性差異對(duì)大麥主要農(nóng)藝性狀影響程度的報(bào)道較為少見。因此，本研究以江蘇省抗大麥黃花葉病主推品種揚(yáng)農(nóng)啤5號(hào)與日本引進(jìn)感病品種日引3號(hào)及其構(gòu)建的重組自交系為材料，研究大麥黃花葉病抗性差異對(duì)大麥主要農(nóng)藝性狀的影響程度，以期為大麥黃花葉病的抗性鑒定及選育抗性穩(wěn)定的大麥品種提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

以抗大麥黃花葉病品種揚(yáng)農(nóng)啤5號(hào)與感病品種日引3號(hào)及其構(gòu)建的253個(gè)F6重組自交系群體為材料，該群體由揚(yáng)州大學(xué)大麥研究所構(gòu)建。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于2013-2015年連續(xù)3年秋季將參試材料種植于揚(yáng)州大學(xué)大麥黃花葉病病圃，每材料種植1行，行長(zhǎng)1.2 m，行距0.2 m，每行點(diǎn)播40粒，其中2013年和2015年均設(shè)重復(fù)3次，2014年未設(shè)重復(fù)；于2015年按與病圃相同的種植方式將參試材料種植于揚(yáng)州大學(xué)實(shí)驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)無(wú)病田，3次重復(fù)。田間管理與當(dāng)?shù)仄渌r(nóng)田一致。

1.3 性狀調(diào)查

1.3.1 大麥黃花葉病抗性調(diào)查

于播種次年春季病害始發(fā)期調(diào)查參試材料大麥黃花葉病抗性，每行材料均連續(xù)調(diào)查10株，每隔7 d調(diào)查1次，連續(xù)調(diào)查3次。

2014年調(diào)查時(shí)期：2月22日、3月1日和3月8日；2015年調(diào)查時(shí)期：3月3日、3月10日和3月17日；2016年調(diào)查時(shí)期：3月1日、3月8日和3月15日。參照黃培忠等[13]的標(biāo)準(zhǔn)，分4個(gè)等級(jí)評(píng)價(jià)大麥黃花葉病抗性。1級(jí)：葉片正常，呈綠色，無(wú)病斑；2級(jí)：葉片基本正常，有少許黃花病斑，但斑點(diǎn)未連成線；3級(jí)：葉片病斑的斑點(diǎn)連成線，葉片黃化，但植株不萎縮；4級(jí)：葉片出現(xiàn)大面積病斑，植株矮化、枯萎死亡。

采用病程梯圖下面積(Area Under the Disease Progress Stairs，AUDPS)[14]進(jìn)行病情評(píng)價(jià)。病程梯圖下面積可以將多期病害調(diào)查值聯(lián)合起來(lái)，更準(zhǔn)確地評(píng)估病害的發(fā)病程度。病程梯圖下面積計(jì)算公式：

其中，n為總調(diào)查次數(shù)，xi為第i次調(diào)查的嚴(yán)重度，ti為第i次調(diào)查的時(shí)間。

1.3.2 主要農(nóng)藝性狀調(diào)查

成熟后，在每行參試材料中隨機(jī)取6株，按照《大麥種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[15]調(diào)查株高、主穗長(zhǎng)、穗下節(jié)間長(zhǎng)、單穗粒數(shù)、單株穗數(shù)和千粒重6個(gè)性狀。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2003和SPSS 16.0軟件進(jìn)行t測(cè)驗(yàn)、方差分析和相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 親本主要農(nóng)藝性狀在病圃與無(wú)病田的表現(xiàn)

由表1可知，抗病親本揚(yáng)農(nóng)啤5號(hào)各性狀在病圃和無(wú)病田間無(wú)明顯差異；感病親本日引3號(hào)各性狀在病圃和無(wú)病田間差異均達(dá)到顯著水平(P<0.05)，其中，株高、主穗長(zhǎng)和穗下節(jié)間長(zhǎng)在病圃與無(wú)病田的差異均達(dá)極顯著水平(P<0.01)。

2.2 RIL群體主要農(nóng)藝性狀在病圃與無(wú)病田的表現(xiàn)

由表2可知，除單株穗數(shù)和千粒重外，病圃RIL群體主要農(nóng)藝性狀均值均較無(wú)病田相應(yīng)性狀有不同程度的降低，尤以株高降幅最大，達(dá)到22.95%。無(wú)病田RIL群體的平均株高達(dá)96.42 cm，株高偏高，導(dǎo)致大部分株系灌漿期發(fā)生倒伏，千粒重降低。分析病圃植株6個(gè)農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)，發(fā)現(xiàn)主穗粒數(shù)在RIL群體內(nèi)變異最為廣泛，變異系數(shù)達(dá)23.28%。

表1 親本主要農(nóng)藝性狀在病圃與無(wú)病田的表現(xiàn)Table 1 Performance of main agronomic traits between two parents in diseased and disease-free fields

2.3 親本及RIL群體的大麥黃花葉病抗性表現(xiàn)

由表3可知， 3年9個(gè)時(shí)期揚(yáng)農(nóng)啤5號(hào)病級(jí)均為1級(jí)，表現(xiàn)為高抗；日引3號(hào)病級(jí)在3級(jí)左右，均為高感。不同年份、不同調(diào)查時(shí)期親本間的抗性均存在極顯著差異。分析RIL群體大麥黃花葉病病級(jí)的變幅和變異系數(shù)，發(fā)現(xiàn)大麥黃花葉病病級(jí)在群體內(nèi)存在廣泛的變異，3年9個(gè)時(shí)期群體的病級(jí)平均值均介于雙親之間。2016年群體大麥黃花葉病病級(jí)的平均值均高于其他年份，發(fā)病最重，說(shuō)明2015-2016年冬季及春季的氣候比較適合大麥黃花葉病的發(fā)生。

2.4 RIL群體大麥黃花葉病病級(jí)的方差分析

由表4可知，RIL群體大麥黃花葉病抗性在年份間、同一年份不同調(diào)查時(shí)期間、基因型間及基因型與年份互作間的差異均達(dá)到極顯著水平，說(shuō)明群體大麥黃花葉病的抗性除受RIL的遺傳差異影響外，還受調(diào)查年份和調(diào)查時(shí)期的氣候因素影響。

2.5 RIL群體主要農(nóng)藝性狀與大麥黃花葉病AUDPS的相關(guān)分析

由表5可知，3年試驗(yàn)期間，RIL群體AUDPS與株高、穗下節(jié)間長(zhǎng)、單株穗數(shù)及千粒重4個(gè)性狀間均呈負(fù)相關(guān)，并且與株高、單株穗數(shù)和千粒重的相關(guān)性均達(dá)到顯著或極顯著水平。RIL群體AUDPS與穗下節(jié)間長(zhǎng)的相關(guān)性除2015年不顯著外，其他年份間均達(dá)到顯著或極顯著負(fù)相關(guān)；與主穗粒數(shù)均呈正相關(guān)，且在2015年時(shí)達(dá)到極顯著差異水平。說(shuō)明大麥黃花葉病抗性與主要農(nóng)藝性狀的相關(guān)性的方向在不同年份間基本一致，但相關(guān)程度差異較大。

表2 RIL群體主要農(nóng)藝性狀在病圃與無(wú)病田的表現(xiàn)Table 2 Performance of main agronomic traits of the RIL population in diseased and disease-free fields

表3 不同年份不同調(diào)查時(shí)期親本及RIL群體的病級(jí)表現(xiàn)Table 3 The performance of disease severity of RIL population and parents in different years and periods

表4 2014年和2016年RIL群體不同時(shí)期病級(jí)的方差分析Table 4 ANOVA of the disease severity in RIL population in 2014 and 2016

表5 不同年份RIL群體主要農(nóng)藝性狀與AUDPS的相關(guān)分析Table 5 Correlation analysis between main agronomic traits and AUDPS of RIL population

3 討 論

3.1 大麥黃花葉病發(fā)病程度與年份間氣候環(huán)境的關(guān)系

本研究中，不同年份不同調(diào)查時(shí)期親本間的抗性均存在極顯著差異，且這主要是因?yàn)辄S花葉病抗性鑒定的3個(gè)年份冬季及春季的氣候條件存在一定差異，這與前人研究得出的大麥黃花葉病發(fā)病程度與年份間氣候條件及土壤溫濕度等關(guān)系密切[16-18]的結(jié)果一致。大麥黃花葉病毒(BaYMV)和大麥溫和花葉病毒(BaMMV)寄生于禾谷多黏菌的休眠孢子，大麥出苗后，病毒在冬前氣溫適宜和土壤墑情較好時(shí)會(huì)借助禾谷多黏菌從根部侵染至植株體內(nèi)，隨水分運(yùn)輸?shù)街仓耆~片[16-18]，并于次年春季返青拔節(jié)期氣溫回升至15 ℃ 左右時(shí)，開始危害感病大麥葉片，心葉首先出現(xiàn)病斑，導(dǎo)致葉片黃化、植株矮化、分蘗減少，籽粒產(chǎn)量降低，甚至不結(jié)實(shí)；溫度升至20 ℃以上時(shí)，病害癥狀減輕，逐漸隱癥。禾谷多黏菌是一種專性寄生于大麥根部的土傳性真菌，最適生長(zhǎng)溫度為10～16 ℃，低于5 ℃時(shí)休眠孢子不萌發(fā)，高于28 ℃時(shí)游動(dòng)孢子不移動(dòng)。因此，大麥黃花葉病發(fā)病的嚴(yán)重程度與大麥出苗后土壤溫度和水分關(guān)系密切，適期早播，有利于大麥根系的生長(zhǎng)及病毒入侵，適宜的土壤水分也是大麥黃花葉病病毒侵入的重要條件之一，氣候干旱或過(guò)于濕潤(rùn)均不利于大麥黃花葉病的侵染。另外，有研究顯示，堿性或中性土壤較適宜大麥黃花葉病的發(fā)生[19]。

3.2 大麥黃花葉病對(duì)大麥主要農(nóng)藝性狀的影響

本研究表明，大麥黃花葉病可導(dǎo)致大麥株高、穗下節(jié)間長(zhǎng)、穗長(zhǎng)及每穗粒數(shù)減低或減少，這與前人研究結(jié)果一致[20]。但本研究還表明，病圃單株穗數(shù)和千粒重均增加，與前人研究結(jié)果不同，主要是因?yàn)椴∑耘c無(wú)病田的土壤條件存在差異，無(wú)病田土壤為黏土，前期發(fā)苗性差，后期長(zhǎng)勢(shì)旺，導(dǎo)致冬前分蘗少、單株成穗數(shù)少、株高偏高、倒伏嚴(yán)重、千粒重偏低；而病圃是沙壤土，前期發(fā)苗性好，后期長(zhǎng)勢(shì)穩(wěn)，幾乎無(wú)倒伏，灌漿充實(shí)。但具體原因尚需多年田間定位試驗(yàn)驗(yàn)證。

3.3 大麥黃花葉病抗性與大麥主要農(nóng)藝性狀的相關(guān)性

李建波[21]于2013-2014年利用DH群體對(duì)大麥主要農(nóng)藝性狀與大麥黃花葉病AUDPS進(jìn)行相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，AUDPS與株高、主穗長(zhǎng)、穗下節(jié)間長(zhǎng)、主穗粒數(shù)、單株穗數(shù)及千粒重均呈負(fù)相關(guān)。而本研究中，AUDPS與株高、穗下節(jié)間長(zhǎng)、單株穗數(shù)及千粒重呈負(fù)相關(guān)，但與主穗長(zhǎng)及主穗粒數(shù)呈正相關(guān)，且3年試驗(yàn)期間的相關(guān)性較一致，這可能與參試材料不同有關(guān)，但具體原因尚需進(jìn)一步驗(yàn)證。