種植區(qū)環(huán)境對(duì)燕麥種質(zhì)成株期白粉病抗性的影響

孫浩洋，趙桂琴，柴繼寬，曾 亮，焦?jié)櫚玻鹦■?，宮文龍，黎 蓉

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室，中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州 730070)

燕麥(Avenasativa)是我國(guó)北方地區(qū)重要的一年生禾本科糧飼兼用作物[1]，具有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、生物量大、生長(zhǎng)速度快以及抗逆性強(qiáng)等優(yōu)良特性[2]，近年來(lái)種植面積不斷擴(kuò)大。由于種植水平的不斷提高和水肥條件的改善，以及氣候變暖[3-4]，燕麥在大面積集約化生產(chǎn)中較易發(fā)生白粉病、黑穗病、銹病和葉斑病等病害[5]。

由禾本科布氏白粉菌(Blumeriagraminis)引起的燕麥白粉病為世界范圍的氣傳真菌性病害。據(jù)國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)(燕麥?zhǔn)w麥) 產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系調(diào)查，甘肅省燕麥主產(chǎn)區(qū)白粉病的發(fā)病株率為45%～100%， 病情指數(shù)高達(dá)78[6]。白粉菌主要侵染燕麥葉片，影響光合作用[7-8]，導(dǎo)致植株矮小，不抽穗或穗短；還影響燕麥灌漿，形成空粒、癟粒，千粒質(zhì)量下降[9]，減產(chǎn)最高可達(dá)39%[10]。因此，防治白粉病已成為燕麥生產(chǎn)區(qū)的主要問(wèn)題。在所有防治手段中，篩選和使用抗性品種是最直接、最根本的方法。目前，燕麥資源白粉病抗性的研究已有報(bào)道，郭斌等[11]對(duì)128份燕麥材料進(jìn)行了白粉病抗性的田間鑒定，發(fā)現(xiàn)高抗材料2個(gè)，中抗材料8個(gè)；趙峰等[12]從213份燕麥種質(zhì)中篩選出高抗白粉病材料12份、中抗材料18份。研究都是在同一個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)開(kāi)展，只是年份不同。二者試驗(yàn)中有6份材料是相同的，但是抗性鑒定的結(jié)果卻大有不同。如白燕2號(hào)在2009～2011年表現(xiàn)為中抗，2012～2014年表現(xiàn)為高感；白燕9號(hào)和青永久149均在2009～2011年表現(xiàn)極感，2012～2014年表現(xiàn)中感，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是同一地點(diǎn)不同年份的溫度、濕度等環(huán)境條件差異較大。環(huán)境條件成為影響鑒定結(jié)果的主要因素，何美敬等[13]通過(guò)對(duì)116份花生材料進(jìn)行連續(xù)2年的田間抗性評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)一些材料在不同溫度、濕度等條件下對(duì)花生果腐病的抗性差異較大。周勇等[14]通過(guò)在7個(gè)不同環(huán)境下對(duì)502份白皮小麥進(jìn)行穗發(fā)芽抗性鑒定和評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)僅有7份材料具有在多個(gè)環(huán)境下穩(wěn)定的抗性。黃凌洪等[15]選取5個(gè)不同生態(tài)試點(diǎn)采用分批播種法對(duì)稻瘟病進(jìn)行抗性研究也得出類(lèi)似的結(jié)果。因此，要評(píng)價(jià)某一材料的抗病性，需在不同環(huán)境下進(jìn)行檢驗(yàn)，篩選抗性穩(wěn)定的材料用于生產(chǎn)，才能有效控制病害蔓延。

近年來(lái)隨著毒性增強(qiáng)、毒譜更廣的病菌小種不斷出現(xiàn)，一部分作物已逐漸喪失垂直抗性基因，水平抗性基因逐漸表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì)，而成株抗性對(duì)病原菌生理小種的選擇壓力小，往往具備廣譜且持久的抗病性[16]，利用成株抗性是未來(lái)實(shí)現(xiàn)品種兼抗和持久抗性的最佳選擇[17]。因此，分別在甘肅二陰地區(qū)和半干旱區(qū)設(shè)置鑒定圃，調(diào)查燕麥種質(zhì)資源在田間自然感病條件下對(duì)白粉病的成株期抗性，研究種植區(qū)環(huán)境對(duì)燕麥資源成株期白粉病抗性的影響，為篩選高抗穩(wěn)定的燕麥抗白粉病種質(zhì)提供參考。

1 材料和方法

1.1 供試材料

供試燕麥材料共計(jì)28份(表1)，其中國(guó)內(nèi)材料20份，國(guó)外材料8份，均由甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院提供。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 鑒定圃 試驗(yàn)設(shè)立在甘肅二陰地區(qū)和半干旱區(qū)，二陰地區(qū)選擇甘肅省定西市通渭縣華家?guī)X鎮(zhèn)老站村，海拔2 242 m，年均氣溫3.4℃，無(wú)霜期80 d，年均降水量500 mm，日照時(shí)數(shù)2 100～2 430 h，≥0℃的積溫為2 530℃。于2017年4月上旬進(jìn)行田間播種。半干旱區(qū)鑒定圃設(shè)在甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)蘭州牧草試驗(yàn)站(下稱牧草站)，海拔1 473.64 m，年均氣溫11℃。日照時(shí)數(shù)2 352～2 769 h，無(wú)霜期180 d，降水量400 mm，主要集中在7～9月(圖1)。于2017年3月下旬播種。

鑒定圃均采用單行條播方式種植，行長(zhǎng)1.5 m，行距30 cm，播種量為225 kg/hm2，4次重復(fù)，供試材料按編號(hào)隨機(jī)排列，鑒定圃四周設(shè)保護(hù)區(qū)。

1.2.2 病情調(diào)查 在燕麥白粉病發(fā)病盛期(孕穗期)進(jìn)行病情調(diào)查，每份材料隨機(jī)調(diào)查100片葉，按GB/T 17980.22-2000《農(nóng)藥田間藥效試驗(yàn)準(zhǔn)則(一)殺菌劑防治禾谷類(lèi)白粉病》分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(表2)[18]逐葉記載發(fā)病的嚴(yán)重度并計(jì)算病情指數(shù)。

式中：DI為病情指數(shù)；i為病級(jí)數(shù)(1～n)；Xi為病情是i級(jí)的單元數(shù)；Si為病情是i級(jí)的嚴(yán)重度值。

表1 供試燕麥材料

表2 燕麥白粉病分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[18]

圖1 試驗(yàn)區(qū)2017年降雨、溫度、相對(duì)濕度分布Fig.1 Distribution of rainfall,temperature and relative humidity in the test area in 2017

1.2.3 病情分級(jí)和抗性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 燕麥成株期白粉病病情分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，及以病情指數(shù)為基礎(chǔ)，采用相對(duì)抗性評(píng)價(jià)方法(表3)[19-22]。

相對(duì)抗病指數(shù)=1- (所測(cè)品種病情指數(shù)/發(fā)病最重品種病情指數(shù))

表3 燕麥白粉病的抗性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入及處理，采用Origin Pro 2018繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 供試材料在二陰地區(qū)的抗病性分析

從表4中28份燕麥種質(zhì)資源中無(wú)免疫材料；709、4641、4663、99AS207、壩燕6號(hào)、青永久25、青永久316、青永久321、青永久479和青永久49等10份材料表現(xiàn)高抗，病情指數(shù)在0.11～3.11，相對(duì)抗病指數(shù)均大于0.88；其中4641、99AS207的相對(duì)抗病指數(shù)最高，達(dá)0.99。另外4607、DA92-3F4、QO245-7、Rigdon、青永久016、青永久164、青永久252、青永久260、青永久420、青永久9以及青永久98等11份材料表現(xiàn)中抗，病情指數(shù)為3.56～11.22，占供試材料的39.29%。中感材料有3份，為199、青永久163和青永久304，病情指數(shù)在11.56～16.89，占10.71%。表現(xiàn)高感的有4份，占供試材料的14.29%，病情指數(shù)介于18.22～26.00，其中，加拿大的材料4628的病情指數(shù)最高，伽利略次之，分別為26.00和23.61。

2.2 供試材料在半干旱區(qū)的白粉病抗性

種植在半干旱區(qū)的28份燕麥種質(zhì)資源中也無(wú)免疫材料(表5)。199、4628、4641、99AS207、QO245-7、伽利略、青永久307與青永久420共8份表現(xiàn)高抗，病情指數(shù)在2.67～8.56，相對(duì)病情指數(shù)均高于0.86；其中，4641病情指數(shù)最低，為2.67，相對(duì)抗病指數(shù)為0.96。4607、4663、DA92-3F4、Rigdon、壩燕6號(hào)、白燕7號(hào)、青永久163、青永久252、青永久304、青永久321、青永久9和青永久98共12份材料表現(xiàn)中抗。中感材料有2個(gè)，為青永久25和青永久479。表現(xiàn)高感的材料6份，均來(lái)源于青海，其中青永久49的病情指數(shù)最高，為61.00。高抗、中抗、中感以及高感材料分別占供試材料的28.57%、42.86%、7.14%和21.43%。

表5 牧草站燕麥種質(zhì)資源白粉病抗性鑒定

2.3 燕麥種質(zhì)白粉病抗性穩(wěn)定性

燕麥白粉病田間發(fā)生和流行主要與氣溫、相對(duì)濕度和降水量密切相關(guān)，華家?guī)X和牧草站的氣候條件存在明顯差異(圖1)，結(jié)合2個(gè)試點(diǎn)抗性評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出，種植區(qū)環(huán)境對(duì)燕麥種質(zhì)白粉病抗性有顯著影響且以溫度為主要因素，主要表現(xiàn)為溫度較高的半干旱區(qū)平均病情指數(shù)高于相對(duì)濕度及降雨量較高的二陰地區(qū)(20.33 vs.8.09)，發(fā)病較為嚴(yán)重。同時(shí)，同一燕麥材料在不同種植環(huán)境下的白粉病抗性也存在顯著差異，主要體現(xiàn)在兩試點(diǎn)的相對(duì)抗病指數(shù)差異，其中709、4628、白燕7號(hào)、伽利略、青永久016、青永久163、青永久260、青永久307、青永久316、青永久479和青永久49的相對(duì)抗病指數(shù)變化幅度均超過(guò)50%，表現(xiàn)不穩(wěn)定；4628在牧草站的病情指數(shù)為4.67，在華家?guī)X為26.00，差異最大，相對(duì)抗病指數(shù)變化超過(guò)92.00%，抗性極不穩(wěn)定，受環(huán)境影響很大。4641和99AS207無(wú)論是在半干旱地區(qū)還是二陰地區(qū)，均表現(xiàn)為高抗白粉病，相對(duì)抗病指數(shù)均大于0.95，抗性穩(wěn)定。28份燕麥材料中，4607、Rigdon、DA92-3F4、青永久252、青永久9以及青永久98在兩地的抗性評(píng)價(jià)中均表現(xiàn)為中抗，且抗性穩(wěn)定，不易受環(huán)境因素的影響(見(jiàn)圖2)。

3 討論

與人工接種相比，利用田間自然感病對(duì)各燕麥材料進(jìn)行抗性評(píng)價(jià)，更能客觀反映生產(chǎn)中品種對(duì)當(dāng)?shù)夭≡后w的抗性類(lèi)型[11]。然而田間抗性評(píng)價(jià)易受環(huán)境條件等諸多因素的影響，僅憑一地的田間評(píng)價(jià)結(jié)果很難全面反映品種的抗性水平及其穩(wěn)定性[23]。因此，試驗(yàn)選取牧草站和華家?guī)X2個(gè)氣候環(huán)境不同的試點(diǎn)進(jìn)行抗性評(píng)價(jià)。由于白粉病屬于典型氣傳病害，為減少供試材料在田間環(huán)境下因傳播菌量不同造成的發(fā)病程度差異，采用相對(duì)抗病指數(shù)來(lái)判定其抗病性類(lèi)型[24]，該方法已廣泛應(yīng)用于小麥[25]、馬鈴薯[26]、草地早熟禾[27]等植物的大田抗病性評(píng)價(jià)。種植在不同環(huán)境下的燕麥材料對(duì)白粉病抗性差異很大，其中相對(duì)抗病指數(shù)變化最大的是4628(在華家?guī)X為0，在牧草站為0.92)、其次是青永久49，伽利略、709、白燕7號(hào)；而4607、4641、99AS207、Rigdon、DA92-3F4、青永久252、青永久9以及青永久98在2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)中的相對(duì)抗病指數(shù)差異較小，說(shuō)明這些材料的抗性較為穩(wěn)定，其中4641、99AS207表現(xiàn)為穩(wěn)定高抗，4607、Rigdon、DA92-3F4、青永久252、青永久9、青永久98等6個(gè)材料表現(xiàn)為穩(wěn)定中抗。28份材料中未發(fā)現(xiàn)免疫材料。

圖2 2個(gè)試驗(yàn)地燕麥材料的相對(duì)抗病指數(shù)Fig.2 Comparison of relative disease resistance indices between the two experimental points

植物發(fā)病是病原菌、植物和環(huán)境三者相互作用的結(jié)果。氣候變化對(duì)病原物直接作用或影響寄主從而間接作用于病原物[28]。在某一范圍內(nèi)，溫度升高或降水量發(fā)生變化時(shí)可以通過(guò)改變病原菌的生命周期狀態(tài)、病原菌越冬、越夏數(shù)量和存活數(shù)量、病原菌的傳播擴(kuò)散能力等影響病害的發(fā)生流行。Jahn等研究表明溫度升高，降雨量減少時(shí)，小麥、大麥和甜菜白粉病發(fā)生嚴(yán)重[29]。白粉菌的最適溫度范圍為15～20℃，當(dāng)溫度低于10℃時(shí)發(fā)病較為緩慢，而超過(guò)25℃時(shí)會(huì)受到明顯抑制[30]。張蕾等[31]研究表明小麥白粉病發(fā)生程度與最低溫度、相對(duì)濕度、降水量、降雨日數(shù)呈正相關(guān)。劉偉等[32]通過(guò)Burkard定容式孢子捕捉器對(duì)田間空氣中小麥白粉病菌分生孢子的檢測(cè)，也發(fā)現(xiàn)白粉菌分生孢子濃度與溫度顯著相關(guān)。才旦卓瑪?shù)萚33]研究發(fā)現(xiàn)不同地區(qū)的小麥白粉菌在不同溫度下其潛育期、敏感性、溫度抑制中值以及溫度終止閾值存在極顯著差異。相對(duì)濕度也是影響白粉病發(fā)生的重要因素[34]。在一定范圍內(nèi)，相對(duì)濕度與病害程度成正比，但濕度過(guò)大不利于分生孢子的形成和傳播，反而抑制病情發(fā)展[35]。王海燕[36]研究報(bào)道一定濕度與溫度條件下，平均相對(duì)濕度對(duì)小麥白粉菌侵染機(jī)率的直接影響比平均溫度直接影響大。土壤水分與濕度密切相關(guān)，李艷茹[37]通過(guò)測(cè)定不同白粉病抗性的小麥品種的土壤含水量發(fā)現(xiàn)，土壤含水量比較高的小麥品種白粉病抗性較差。降水量與空氣濕度密切相關(guān)，適量的降水會(huì)加重小麥白粉病發(fā)生，但連續(xù)降水則不利于分生孢子的形成和傳播，并會(huì)沖刷掉小麥葉表面的分生孢子，不利于病害的發(fā)生與流行[38]。葉玉等[39]通過(guò)監(jiān)測(cè)不同食用玫瑰的白粉病田間發(fā)病情況發(fā)現(xiàn)，發(fā)病嚴(yán)重度隨降雨量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，雨季高峰的到來(lái)開(kāi)始降低至病癥消失。通過(guò)甘肅省蘭州市氣象局提供的2017年氣象數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)(圖1)，在燕麥生育期4～9月間，華家?guī)X的平均溫度為11.86℃，低于牧草站(20.59℃)，平均濕度為72.97%，高于牧草站(46.17%)，降雨量為476.70 mm，遠(yuǎn)高于牧草站(299.60 mm)。因此，雖然牧草站在燕麥生育期的平均濕度及降雨量低于華家?guī)X，但由于其平均溫度處于白粉菌繁殖的最適溫度范圍內(nèi)，而且華家?guī)X連續(xù)降雨可能會(huì)沖刷葉片表面的白粉病菌，因此牧草站種植的燕麥其白粉病病情指數(shù)顯著高于華家?guī)X。

由于白粉菌變異速度較快，在不同的生態(tài)條件下可能存在不同致病力的生理小種，這也可能是導(dǎo)致同一燕麥材料在不同種植區(qū)白粉病抗性表現(xiàn)不同的原因。Carver等[40]對(duì)燕麥白粉菌生理小種及其致病力研究較多，其選擇6個(gè)具有不同白粉病抗性的燕麥品種對(duì)燕麥白粉菌的2個(gè)生理小種進(jìn)行了毒力鑒定，研究表明生理小種2和生理小種4的致病力差異顯著。Okoń和Ociepa[41]利用8個(gè)具有不同白粉病抗性的燕麥品種對(duì)不同年份、不同地區(qū)采集的20個(gè)白粉菌株進(jìn)行致病力的測(cè)定發(fā)現(xiàn)這些白粉菌菌株具有不同的致病力。國(guó)內(nèi)對(duì)于燕麥白粉菌的生理小種及其致病力研究較少，僅有孫道旺等[42]人對(duì)云南省燕麥白粉菌進(jìn)行了致病力測(cè)定，對(duì)于甜瓜白粉病[43]、南瓜白粉病[44]、小麥白粉病[45]等植物的白粉病生理小種研究較多。王婉琳[46]利用36個(gè)小麥單基因系鑒別寄主對(duì)采自東北和四川地區(qū)的80個(gè)白粉菌單孢菌株進(jìn)行毒力及其頻率分析，表明東北地區(qū)小麥白粉菌的毒力頻率隨時(shí)間不斷變化，且不同年份、地區(qū)的小麥白粉菌毒力結(jié)構(gòu)存在差異。呂元佐等[47]研究發(fā)現(xiàn)引起甜瓜白粉病的單囊殼白粉菌(P.xanthii)，其不同生理小種的發(fā)病時(shí)期溫度不同，不同地區(qū)、不同年份的優(yōu)勢(shì)小種不同，并且存在不同生理小種在不同年份交替發(fā)生且并存的現(xiàn)象，說(shuō)明白粉病的發(fā)生存在顯著的時(shí)間性和地區(qū)性[41]。因此，試驗(yàn)中同一燕麥材料在2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)表現(xiàn)出的白粉病抗性差異除與所處的環(huán)境有關(guān)外，是否還與2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的白粉菌生理小種不同有關(guān)還需進(jìn)一步研究。

植物的抗病性不僅與病原菌有關(guān)，還與植物所處的環(huán)境有關(guān)。王文平[48]研究發(fā)現(xiàn)在亞高溫、高濕環(huán)境下番茄熱激蛋白表達(dá)上調(diào)，導(dǎo)致番茄對(duì)葉斑病的抗性減弱。李元等[49]發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)輻射通過(guò)改變植物形態(tài)防御結(jié)構(gòu)對(duì)植物體內(nèi)或表面的病菌生命活動(dòng)與侵染力產(chǎn)生影響，間接改變植物抗病性。朱昳[50]和李旭升等[51]研究發(fā)現(xiàn)，不同海拔高度及生育期也會(huì)影響水稻對(duì)稻瘟病的抗性。

4 結(jié)論

(1)以種植區(qū)溫度為主要影響因素的環(huán)境條件對(duì)燕麥成株期白粉病抗性有顯著影響。

(2)28份燕麥種質(zhì)資源在半干旱區(qū)和二陰地區(qū)均未發(fā)現(xiàn)對(duì)白粉病免疫的材料。

(3)供試材料中，在不同種植區(qū)下表現(xiàn)穩(wěn)定的高抗材料為4641、99AS207；穩(wěn)定的中抗材料為4607、Rigdon、DA92-3F4、青永久252、青永久9、青永久98等6份；有5份材料具有抗病性但是不穩(wěn)定，其余材料在兩地均感白粉病。