豫南地區(qū)主栽小麥品種苗期赤霉病抗性比較

劉書含，陳頤輝，王亞麗、3，王付娟*

(1.信陽農(nóng)林學(xué)院 農(nóng)學(xué)院，河南 信陽 464000；2.信陽農(nóng)林學(xué)院 生物與制藥工程學(xué)院，河南 信陽 464000；3.河南科技學(xué)院 農(nóng)學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453003)

小麥?zhǔn)亲钪匾募Z食作物之一。全球約有半數(shù)左右的人口以小麥為主食，因此提高小麥生產(chǎn)質(zhì)量對(duì)世界，尤其對(duì)我國的糧食安全至關(guān)重要[1]。河南是農(nóng)業(yè)大省，其主要糧食作物以小麥為主。信陽位于河南南部，主要糧食作物以水稻為主，小麥種植產(chǎn)量不高。因此提高信陽種植小麥的品質(zhì)對(duì)于該地區(qū)飲食結(jié)構(gòu)的改善有著極其重要的意義。

小麥赤霉病主要是由禾谷鐮刀菌引起的小麥真菌病害，又稱麥穗枯、爛麥頭、紅麥頭。該病害對(duì)小麥的高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)帶來嚴(yán)重威脅。劉娜[2]發(fā)現(xiàn)，該病害對(duì)穗的影響最嚴(yán)重，會(huì)使穗部腐爛。若小麥種子帶菌或泥土被病殘?bào)w侵染則會(huì)導(dǎo)致苗腐。濕度較大時(shí)，病斑處能觀察到粉紅色膠狀霉層，后期穗部成黑色，產(chǎn)生密集的藍(lán)黑色小顆粒(病菌子囊殼)[3]。小麥抽穗揚(yáng)花期，遇到高溫多雨的天氣，或者空氣濕度較大，小麥赤霉病致病菌的生長繁殖快，則該病害發(fā)生概率較大[4]。

信陽地區(qū)位于長江中下游，氣候溫暖潮濕，為小麥赤霉病的發(fā)生提供了適宜的環(huán)境，小麥抽穗揚(yáng)花期若遇連續(xù)陰雨，且氣溫偏高，田間濕度高，利于病菌侵染，增加了發(fā)生病害的可能性。在豫南地區(qū)，小麥揚(yáng)花灌漿期間氣溫往往高達(dá)23℃，連陰雨不斷，且地勢(shì)較低，排水不良，導(dǎo)致小麥赤霉病迅速傳播，病害面積持續(xù)擴(kuò)大。王振營等[5]研究發(fā)現(xiàn)，小麥赤霉病在豫南地區(qū)流行區(qū)域呈擴(kuò)大趨勢(shì)，已成為小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)中的最短板。不僅如此，食用染病小麥還會(huì)影響人類的健康[6]。

目前，小麥赤霉病抗性改良進(jìn)程較慢，難以滿足生產(chǎn)上對(duì)抗性品種的要求[7]。究其原因，除抗病小麥種質(zhì)資源有限、抗源遺傳基礎(chǔ)狹窄和抗源農(nóng)藝性狀較差外，小麥赤霉病抗性的遺傳機(jī)制復(fù)雜，其鑒定受環(huán)境影響較大，抗赤霉病小麥品種育種難度較高也是重要原因之一[8]。盡管藥物防治有一定效果，但選育抗赤霉病小麥新品種仍是克服小麥赤霉病的根本途徑[9]。已有研究發(fā)現(xiàn)，SOD活性和POD活性與農(nóng)作物脅迫密切相關(guān)，而SOD活性和POD活性變化能作為抗性評(píng)價(jià)的指標(biāo)。目前，小麥赤霉病的抗性已有大量研究，這些研究較多針對(duì)小麥穗期，對(duì)不同小麥品種苗期抗赤霉病的研究仍然較少，且效果并不明顯[10]。本研究選用6個(gè)信陽地區(qū)主栽小麥品種進(jìn)行試驗(yàn)，在禾谷鐮刀菌脅迫下測(cè)定其苗期SOD和POD 的變化，比較其苗期抗性，為選育小麥抗赤霉病品種提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)小麥品種豫農(nóng)035、鄭麥379、新麥288、西農(nóng)979、魯農(nóng)116、優(yōu)麥2號(hào)均由市場(chǎng)購買，室內(nèi)培養(yǎng)所用的小麥品種由實(shí)驗(yàn)基地收獲的小麥品種所得，實(shí)驗(yàn)中用到的禾谷鐮刀菌由大田采集并提純而得。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 田間抗性鑒定 2017年10月～11月將豫農(nóng)035、鄭麥379、新麥288、西農(nóng)979、魯農(nóng)116、優(yōu)麥2號(hào)六個(gè)小麥品種種植在信陽農(nóng)林學(xué)院校園基地，使其自然條件下生長。于小麥抽穗揚(yáng)花期觀察小麥赤霉病發(fā)病情況，并對(duì)發(fā)病情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

本次調(diào)查采用隨機(jī)抽樣調(diào)查法，每個(gè)品種隨機(jī)選取30株，調(diào)查時(shí)，統(tǒng)計(jì)并記錄每份鑒定材料群體的發(fā)病狀況，根據(jù)表1記載每份材料的病情級(jí)別。

表1 根據(jù)發(fā)生程度進(jìn)行等級(jí)劃分

根據(jù)公式計(jì)算小麥病穗率和病情指數(shù)。

病穗率=(發(fā)病穗數(shù)/總穗數(shù))×100%

病情指數(shù)=∑(各級(jí)病穗數(shù)×相對(duì)級(jí)數(shù)值)/(調(diào)查總穗數(shù)×最高級(jí)值)×100[11]

小麥品種抗病性類型劃分標(biāo)準(zhǔn)為：免疫(I)0、抗病(R)0.1～10.0、中抗(MR)10.1～25.0、中感(MS)25.1～50.0、感病(S)：50.0～70.0、高感(HS):70.1～100.0。

1.2.2 禾谷鐮刀菌培養(yǎng)和孢子懸浮液制備 2018年3月將從感染赤霉病的小麥病穗上分離的致病菌接種在PDA培養(yǎng)基，轉(zhuǎn)至CMC產(chǎn)孢培養(yǎng)基上培養(yǎng)，28℃振蕩培養(yǎng)3d，紫外光、日光交替照射12h振蕩培養(yǎng)5 d產(chǎn)孢。用滅過菌的兩層紗布濾掉菌絲，用無菌水清洗3次，得到孢子懸浮液，血球板計(jì)數(shù)，制作不同濃度的孢子懸浮液(102個(gè)/mL，104個(gè)/mL)。

1.2.3 致病菌脅迫下小麥苗期的POD、SOD活性測(cè)定 選取小麥品種豫農(nóng)035、鄭麥379、新麥288、西農(nóng)979、魯農(nóng)116、優(yōu)麥2號(hào)籽粒飽滿的種子各100粒，浸泡于75%的酒精中消毒30 s，倒掉酒精，加入無菌水將種子沖洗4次，置于培養(yǎng)皿中，放入人工光照恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)(溫度25℃)進(jìn)行發(fā)芽處理5 d。選擇發(fā)芽一致的種子，將其轉(zhuǎn)移到盛有相同質(zhì)量蛭石的花盆中，每盆轉(zhuǎn)移13棵種苗，每天早晚定時(shí)澆灌等量的霍格蘭氏營養(yǎng)液，同時(shí)澆灌不同的孢子濃度(102個(gè)/mL、104個(gè)/mL)的禾谷鐮刀菌孢子懸浮液，培養(yǎng)至四葉期，選取長勢(shì)一致的幼苗葉片，洗凈自然風(fēng)干。進(jìn)行SOD、POD指標(biāo)的測(cè)定，比較小麥苗期不同濃度禾谷鐮刀菌孢子懸浮液處理后的SOD、POD變化和不同小麥品種苗期指標(biāo)變化[12]。

2 結(jié)果與分析

2.1 大田條件下不同小麥品種赤霉病抗性分析

如表2所示，大田種植條件下，6個(gè)小麥品種豫農(nóng)035、鄭麥379、新麥288、西農(nóng)979、魯農(nóng)116、優(yōu)麥2號(hào)均感染小麥赤霉病，無完全免疫材料。其中西農(nóng)979平均病情指數(shù)為3%，相對(duì)較為抗??；優(yōu)麥2號(hào)和魯農(nóng)116平均病情指數(shù)為4%和5%，抗病效果也較好；豫農(nóng)035、鄭麥379、新麥288的平均病情指數(shù)12%、13%、11%，抗病效果中等。因此豫農(nóng)035、鄭麥379、新麥288的抗病類型為中抗，魯農(nóng)116、西農(nóng)979和優(yōu)麥2號(hào)為高抗。各材料的抗病程度存在差異。

表2 大田不同小麥品種抗赤霉病調(diào)查結(jié)果

對(duì)大田數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和多重比較(表3)，高抗和中抗兩個(gè)類型的品種均達(dá)0.05顯著水平。表明不同小麥品種在自然條件下抗赤霉病效果存在真實(shí)的遺傳差異[12]。

表3 大田不同小麥品種抗赤霉病方差分析結(jié)果

2.2 致病菌脅迫下不同小麥品種幼苗葉片SOD活力分析

如表4所示，不同品種小麥幼苗葉片經(jīng)過不同濃度禾谷鐮刀菌孢子懸浮液處理后，其SOD活力在波長為560 nm條件下發(fā)生不同程度的變化。

表4 小麥幼苗葉片經(jīng)過禾谷鐮刀菌孢子懸浮液處理后SOD活力測(cè)定結(jié)果 單位：u/g

注：表中所有測(cè)定值均為3次平行測(cè)定的平均值，A、B、C分別表示禾谷鐮刀菌孢子懸浮液的孢子濃度0個(gè)/mL、102個(gè)/mL、104個(gè)/mL。

根據(jù)表4計(jì)算各品種小麥幼苗葉片SOD活力變化率。如圖1所示，不同實(shí)驗(yàn)材料的SOD活性，隨著孢子懸浮液濃度增加而增加，增加程度呈現(xiàn)一定差異。孢子懸浮液濃度為102個(gè)/mL時(shí)，所有品種SOD活性增率都較小，差異均不大。孢子懸浮液濃度為104個(gè)/mL時(shí)，優(yōu)麥2號(hào)、魯農(nóng)116、西農(nóng)979 苗期SOD活力變化均較小，說明其受禾谷鐮刀菌孢子懸浮液影響較小。新麥288和鄭麥379活力變化較大，說明其受禾谷鐮刀菌孢子懸浮液影響較大。豫農(nóng)035 苗期SOD活力變化最大，說明其受禾谷鐮刀菌孢子懸浮液影響最大。

圖1 不同抗性小麥品種苗期SOD活力及增率

2.3 致病菌脅迫下不同小麥品種幼苗葉片POD活力分析

表5顯示，不同品種小麥幼苗葉片經(jīng)過不同濃度禾谷鐮刀菌孢子懸浮液處理后，其POD活力在波長為470 nm條件下發(fā)生不同程度的變化。

表5 小麥幼苗葉片經(jīng)過禾谷鐮刀菌孢子懸浮液處理后POD活力測(cè)定結(jié)果 單位：u/g

注：表中所有測(cè)定值均為3次平行測(cè)定的平均值，A、B、C分別表示禾谷鐮刀菌孢子懸浮液的孢子濃度0個(gè)/mL、102個(gè)/mL、104個(gè)/mL。

根據(jù)表5計(jì)算各品種小麥幼苗葉片SOD活力變化率。圖2所示，不同試驗(yàn)材料的POD活性，隨著孢子懸浮液濃度增加而增加，增加程度呈現(xiàn)一定差異。孢子懸浮液濃度為102個(gè)/mL和104個(gè)/mL時(shí)，優(yōu)麥2號(hào)、魯農(nóng)116、西農(nóng)979三個(gè)品種POD活力均變化較小，說明其受禾谷鐮刀菌孢子懸浮液影響較小。新麥288和鄭麥379兩個(gè)品種POD活力變化較大，說明其受禾谷鐮刀菌孢子懸浮液影響較大。豫農(nóng)035的POD活力變化最大，說明其受禾谷鐮刀菌孢子懸浮液影響最大。

圖2 不同抗性小麥品種苗期POD活力及增率

實(shí)驗(yàn)表明，致病菌脅迫下各品種小麥幼苗葉片的POD和SOD的變化趨勢(shì)呈現(xiàn)一致性。

3 討論

3.1 不同小麥品種赤霉病抗性的田間研究

在大田種植的情況下，小麥赤霉病發(fā)生于小麥灌漿期。此時(shí)，信陽地區(qū)恰好處于高溫多雨期，小麥乳熟期至臘熟期，小麥赤霉病快速傳播，大田小麥各品種達(dá)到發(fā)病高峰期。此后，小麥發(fā)病達(dá)到穩(wěn)定期。

不同小麥品種的赤霉病抗性具有差別，其中，魯農(nóng)116、優(yōu)麥2號(hào)、西農(nóng)979三個(gè)品種對(duì)赤霉病抗性較好，均處于高抗水平。新麥288、鄭麥379和豫農(nóng)035三個(gè)品種抗性處于中抗水平。

3.2 不同小麥品種幼苗對(duì)赤霉病的抗性比較

SOD和POD是生物體內(nèi)兩種重要的抗氧化同工酶，脅迫對(duì)SOD活性和POD活性具有影響。SOD活性和POD活性變化體現(xiàn)了其受影響程度。通過計(jì)算豫南地區(qū)不同品種小麥苗期SOD活性和POD活性變化率，能夠反映不同品種小麥苗期對(duì)赤霉病的抗性。

生理生化指標(biāo)測(cè)定結(jié)果顯示，隨著禾谷鐮刀菌孢子懸浮液濃度的增加，小麥的SOD和POD活力均成上升趨勢(shì)，說明禾谷鐮刀菌孢子是小麥苗期的脅迫因素。SOD活性和POD活性變化率大體相一致，西農(nóng)979、魯農(nóng)116和優(yōu)麥2號(hào)三個(gè)品種的SOD活性和POD活性變化率均處于較低水平，推測(cè)其苗期抗性較好。新麥288和鄭麥379兩個(gè)品種POD活力變化率較大，推測(cè)其苗期抗性較差。豫農(nóng)035 POD、SOD指標(biāo)測(cè)定變化較大，推測(cè)其苗期抗性為6個(gè)品種中最弱的。

3.3 不同小麥品種對(duì)赤霉病抗性的綜合比較分析

結(jié)合田間試驗(yàn)和生理指標(biāo)測(cè)定，西農(nóng)979、魯農(nóng)116和優(yōu)麥2號(hào)三個(gè)品種受赤霉病影響較小，抗性相對(duì)較好。新麥288和鄭麥379兩個(gè)品種受赤霉病影響較大，抗性相對(duì)較差。豫農(nóng)035 受赤霉病影響最大，在6個(gè)品種中表現(xiàn)最弱抗性。

本文僅在試驗(yàn)范圍內(nèi)測(cè)定了病原菌脅迫下試材的部分生理生化指標(biāo)，并結(jié)合大田抗性調(diào)查比較了小麥赤霉病抗性的優(yōu)劣。但小麥赤霉病抗性是一個(gè)復(fù)雜的問題，牽涉一系列生理生化反應(yīng)，仍需進(jìn)一步的研究。