基因型和環(huán)境對(duì)不同生育期花椰菜霜霉病的影響

黃 雷，李光慶，姚雪琴，劉春晴，謝祝捷，*，耿春女

(1.上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué) 生態(tài)技術(shù)與工程學(xué)院，上海201418； 2.上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院 園藝研究所，上海201106)

花椰菜是以花球?yàn)槭秤卯a(chǎn)品的蕓薹屬甘藍(lán)種(Brassicaoleraceavar.botrytis)變種蔬菜作物，已在全國(guó)廣泛種植。霜霉病作為典型的氣候性病害[1]，是花椰菜的主要病害之一[2-4]?；ㄒ怂共【?Peronosporaparasitica)是一種常見的專性寄生真菌，危害花椰菜的整個(gè)生長(zhǎng)階段。長(zhǎng)江流域和東南沿海秋冬季多雨，溫度和濕度[5]利于病原菌的繁殖，霜霉病發(fā)病率較高。生產(chǎn)中長(zhǎng)期使用殺菌劑可能引起病原菌的變異從而產(chǎn)生耐藥性[6]，同時(shí)藥劑殘留也會(huì)影響人類健康和生態(tài)環(huán)境，培育高抗霜霉病的花椰菜品種是解決花椰菜霜霉病的有效途徑，研究花椰菜霜霉病的發(fā)病情況及其與環(huán)境的互作關(guān)系有助于防治病害。

國(guó)內(nèi)外關(guān)于花椰菜生長(zhǎng)、生理指標(biāo)與環(huán)境效應(yīng)互作的研究已有大量報(bào)道。楊加付等[7]研究6個(gè)花椰菜品種的親本和F1代營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期、結(jié)球期和成熟期的農(nóng)藝性狀與環(huán)境互作效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)不同品種花椰菜和F1代的農(nóng)藝性狀受遺傳效應(yīng)影響最大，同時(shí)也受到遺傳效應(yīng)與環(huán)境互作的影響。謝祝捷等[8]研究了栽培地點(diǎn)、栽培年份以及二者與環(huán)境互作對(duì)11個(gè)基因型青花菜花球4-甲基亞磺酰丁基硫苷含量的影響，發(fā)現(xiàn)基因型對(duì)青花菜硫苷含量影響極顯著，栽培地點(diǎn)、環(huán)境和基因型互作對(duì)青花菜硫苷含量影響顯著。Wheeler等[9]研究了夏季CO2濃度、溫度和二者互作對(duì)花椰菜生長(zhǎng)與產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)花椰菜花球產(chǎn)量受CO2濃度影響最為顯著，其次是溫度和二者互作效應(yīng)。目前，花椰菜霜霉病不同發(fā)育時(shí)期的基因型、環(huán)境及基因型與環(huán)境互作效應(yīng)的研究尚未見相關(guān)報(bào)道。本文在田間對(duì)4個(gè)花椰菜育種材料進(jìn)行霜霉病菌的接種鑒定，分析基因型、環(huán)境，以及基因型與環(huán)境互作效應(yīng)對(duì)花椰菜不同發(fā)育時(shí)期霜霉病發(fā)病情況的影響，同時(shí)綜合分析了不同霜霉病抗性花椰菜品種病情指數(shù)與氣象因子的相關(guān)性，探討了花椰菜霜霉病的田間發(fā)病規(guī)律，為花椰菜霜霉病防治提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試的4個(gè)中熟花椰菜品種由上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所花菜課題組提供。4個(gè)中熟花椰菜自交系材料是從長(zhǎng)江流域和華東地區(qū)引種的花椰菜品種廈美80天、雪園80天、830-F(荷蘭雪球)和黃80天(溫州80天)自交分離獲得，從定植到收獲均為80 d左右。其中，廈美80天為高感霜霉病品種，雪園80天和830-F為耐霜霉病品種，黃80天為抗霜霉病品種。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

溫度設(shè)置2個(gè)梯度：常溫(8～16 ℃)、高溫(13～21 ℃)，濕度設(shè)置2個(gè)梯度：常濕(80%～90%)、高濕(90%～100%)。共設(shè)置4個(gè)處理，即常溫常濕、常溫高濕、高溫常濕和高溫高濕，分為4個(gè)種植區(qū)。高溫處理種植區(qū)全封閉，完全覆蓋塑料薄膜(夜間覆蓋雙層薄膜保溫)；常溫處理種植區(qū)只覆頂膜，側(cè)面不完全覆蓋塑料薄膜；高濕處理要求濕度保持在90%～100%(利用加濕器加濕)；常濕處理需維持植株基本生長(zhǎng)水分(平均2周澆水1次)并保持通風(fēng)。4個(gè)種植區(qū)分別放置溫濕度儀進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

1.2.2 菌液的制備與接種

病原菌采自上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院莊行綜合試驗(yàn)站大棚內(nèi)花椰菜植株的新鮮病葉，用清水將病葉表面附著的霉層和雜質(zhì)沖洗干凈，再用超純水沖洗，置于20 ℃黑暗條件下保濕(濕度95%～100%，病葉置于培養(yǎng)皿中，用濕潤(rùn)的吸水紙或?yàn)V紙附于葉片正背面)24 h，用濕潤(rùn)的干凈棉球?qū)⑸鲜霎a(chǎn)生的新生孢子囊剝落于滅菌的超純水中。利用血球計(jì)數(shù)板將新生孢子囊按倍數(shù)稀釋成孢子懸浮液，接種濃度為1×105mL-1，接種量為每葉片1 000 μL。

供試材料播種20 d后，選擇長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗于2018年9月中旬定植于上海市莊行綜合試驗(yàn)站，10月中旬對(duì)花椰菜成株進(jìn)行接種。參照Branca等[10]的方法，噴霧接種后暗保濕處理24 h(溫度為12～25 ℃，相對(duì)濕度為75%～100%)，之后常規(guī)培養(yǎng)，在調(diào)查前1 d再進(jìn)行暗保濕培養(yǎng)。

1.2.3 霜霉病病害調(diào)查與環(huán)境因子測(cè)定

分別在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期(30 d)、結(jié)球期(50 d)和采收期(80 d)調(diào)查記錄花椰菜霜霉病發(fā)病率、病情指數(shù)，每個(gè)處理調(diào)查15株單株。利用溫濕度儀和日照計(jì)記錄日均濕度、日均溫度、日照時(shí)數(shù)、積溫、晝夜溫差等氣象因子數(shù)據(jù)。

病害分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：0級(jí)，無(wú)病癥；1級(jí)，葉片上有輕微病癥，無(wú)孢子囊；3級(jí)，葉片出現(xiàn)較嚴(yán)重病癥，無(wú)孢子囊；5級(jí)，葉片出現(xiàn)較嚴(yán)重病癥，有少量孢子；7級(jí)，葉片出現(xiàn)嚴(yán)重病癥，有大量孢子；9級(jí)，葉片密生孢子，葉片枯死(圖1)。

發(fā)病率(%)=(發(fā)病株數(shù)/調(diào)查總株數(shù))×100。

病情指數(shù)=∑(Di×Dd)/(Mi×Md)×100。

式中，Di為各級(jí)病情的發(fā)病葉數(shù)，Dd為各級(jí)病情的級(jí)值，Mi為調(diào)查的葉片總數(shù)，Md為病情嚴(yán)重度的最高級(jí)值。根據(jù)病情指數(shù)范圍對(duì)不同植株或品種的霜霉病抗感病型進(jìn)行分類[11]：0為免疫，0～11為高抗，11～33為抗病，33～55耐病，55～77為感病，77以上為高感。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 11.0軟件對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用Excel 2013進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同發(fā)育時(shí)期花椰菜霜霉病的發(fā)病率與病情指數(shù)

表1為常溫常濕條件下不同花椰菜品種營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期、結(jié)球期、采收期的發(fā)病率，廈美80天作為高感病材料，發(fā)病率依次為86.67%、91.67%、98.28%；雪園80天的發(fā)病率依次為56.67%、71.67%、73.33%；830-F的發(fā)病率依次為53.33%、68.33%、71.67%；黃80天的發(fā)病率依次為1.67%、3.33%、6.67%。

不同花椰菜品種在不同環(huán)境處理?xiàng)l件的發(fā)病情況見圖2。4個(gè)花椰菜品種在不同環(huán)境的田間發(fā)病情況與霜霉病抗性表現(xiàn)一致，且霜霉病病情指數(shù)的發(fā)展趨勢(shì)基本一致。雪園80天和830-F同為耐病品種，二者的霜霉病病情指數(shù)相接近；高感品種廈美80天的病情指數(shù)最高，在不同環(huán)境下差異顯著(P<0.05)，且顯著(P<0.05)大于雪園80天、830-F和黃80天的病情指數(shù)；抗病品種黃80天病情指數(shù)顯著(P<0.05)小于廈美80天、雪園80天、830-F，且不同環(huán)境處理間無(wú)顯著差異(P>0.05)。高感品種廈美80天、耐病品種雪園80天和830-F均在常溫高濕環(huán)境下病情指數(shù)最高，發(fā)病情況最嚴(yán)重，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于常溫常濕(對(duì)照組)環(huán)境下的病情指數(shù)，且高溫常濕條件下的病情指數(shù)要低于高溫高濕環(huán)境，說明高濕環(huán)境下的霜霉病病情指數(shù)大于常濕環(huán)境。3個(gè)品種花椰菜在高溫常濕、高溫高濕條件下的病情指數(shù)分別小于常溫常濕、常溫高濕環(huán)境條件下的病情指數(shù)，其中830-F在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期除外，可能是因?yàn)?30-F早期發(fā)育較好，耐低溫(8～16 ℃)，導(dǎo)致常溫常濕條件病情指數(shù)偏小，說明高溫環(huán)境條件下的霜霉病病情指數(shù)小于常溫環(huán)境。結(jié)果表明，溫度、濕度對(duì)高感病、耐病品種花椰菜霜霉病的發(fā)生有影響。

從左到右葉片的病情等級(jí)依次為0、1、3、5、7、9。Disease classifications of downy mildew leaves from left to right were 0， 1， 3， 5， 7， 9.圖1 花椰菜結(jié)球期霜霉病病害分級(jí)Fig.1 Disease classification of downy mildew of cauliflower at heading period stage

表1 不同基因型花椰菜在3個(gè)發(fā)育時(shí)期的發(fā)病率

T1為常溫常濕；T2為高溫常濕；T3為常溫高濕；T4為高溫高濕。T1 was normal temperature and normal humidity; T2 was high temperature and normal humidity; T3 was normal temperature and high humidity; T4 was high temperature and high humidity.圖2 不同生育期花椰菜品種在不同環(huán)境條件下的霜霉病病情指數(shù)Fig.2 Disease index of downy mildew of cauliflower varieties under different environmental conditions during different growth stages

2.2 不同發(fā)育時(shí)期花椰菜基因型、環(huán)境、基因型與環(huán)境的互作效應(yīng)

為進(jìn)一步了解基因型與環(huán)境的互作效應(yīng)，在3個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期分別對(duì)廈美80天、雪園80天和830-F的病情指數(shù)進(jìn)行基因型、環(huán)境、基因型與環(huán)境互作效應(yīng)分析，結(jié)果見表2。對(duì)花椰菜霜霉病抗性的貢獻(xiàn)率依次為基因型>環(huán)境>基因型與環(huán)境互作，變異幅度分別為77.52%～87.04%、12.33%～19.94%、0.63%～2.54%。3個(gè)花椰菜品種在3個(gè)發(fā)育時(shí)期不同程度地受到基因型、環(huán)境和基因型與環(huán)境互作效應(yīng)的影響，其中基因型的變異幅度最大，表明基因型差異是總變異的主要因素，并且各個(gè)發(fā)育時(shí)期的霜霉病受基因型作用均達(dá)到了極顯著水平，表明花椰菜的霜霉病抗性受基因型影響最大。環(huán)境、基因型與環(huán)境互作效應(yīng)對(duì)霜霉病的影響也均達(dá)到了極顯著水平，但變異幅度相比基因型較小。結(jié)果表明，不同發(fā)育時(shí)期的花椰菜霜霉病抗性主要來(lái)源于基因型，環(huán)境效應(yīng)次之，基因型與環(huán)境的互作效應(yīng)最小。

2.3 花椰菜霜霉病病情指數(shù)與氣象因子的相關(guān)性分析

因黃80天受環(huán)境影響不顯著，只分析廈美80天、雪園80天和830-F的病情指數(shù)與氣象因子的相關(guān)性。由表3可以看出，3個(gè)品種花椰菜的霜霉病均與日均濕度、晝夜溫差呈極顯著正相關(guān)，與日均溫度、積溫呈極顯著負(fù)相關(guān)，而與日照時(shí)數(shù)無(wú)顯著相關(guān)性。廈美80天和雪園80天霜霉病病情指數(shù)與日均溫度的相關(guān)系數(shù)均高于與日均濕度的相關(guān)系數(shù)，廈美80天霜霉病病情指數(shù)與積溫的相關(guān)系數(shù)大于與日均濕度的相關(guān)系數(shù)；雪園80天霜霉病病情指數(shù)與日均濕度的相關(guān)系數(shù)大于與積溫的相關(guān)系數(shù)；830-F霜霉病病情指數(shù)與日均濕度的相關(guān)系數(shù)大于其他氣象因子。說明830-F受濕度影響大于廈美80天和雪園80天，廈美80天和雪園80天受溫度影響大于濕度。

表2 基因型、環(huán)境、基因型與環(huán)境互作對(duì)不同發(fā)育時(shí)期花椰菜病情指數(shù)的影響

表3 不同基因型花椰菜病情指數(shù)與氣象因子的相關(guān)性分析

3 結(jié)論與討論

本研究表明，不同花椰菜品種的霜霉病抗病性存在一定差異，其中高感、耐病品種與抗性品種之間病情指數(shù)差異顯著(P<0.05)，同時(shí)高感品種與耐病品種之間病情指數(shù)差異顯著(P<0.05)。耐病與高感品種花椰菜在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期就會(huì)出現(xiàn)較嚴(yán)重病害，可能與長(zhǎng)江流域10月份溫度較高有利于花椰菜霜霉病病原菌的侵入有關(guān)。Achar[12]的研究也表明，較高的溫度有利于霜霉病菌侵染花椰菜。與常濕環(huán)境(80%～90%)相比，高濕環(huán)境(90%～100%)更利于霜霉病病原菌侵染；Sangeetha等[13]研究也表明，濕度高更利于大白菜霜霉病菌的侵染和繁殖。結(jié)球期是霜霉病發(fā)病的高峰期，病情指數(shù)驟升，植株的成熟葉片全部受到侵染，部分葉片枯萎脫落，落在植株周圍的病葉繼而感染花球底部。采收期處于霜霉病發(fā)病后期，植株成熟葉片完全脫落，同時(shí)伴隨多種并發(fā)病，導(dǎo)致花球發(fā)育不完整，影響實(shí)際產(chǎn)量。高感病、耐病品種在高溫常濕條件下的病情指數(shù)最低，可能是因?yàn)楦邷?13～21 ℃)達(dá)到了植株的最適生長(zhǎng)點(diǎn)，促使植株發(fā)育，使得其部分葉片的蠟質(zhì)層形成，從而抵御了部分病原菌的侵染[14]。黃80天抗性材料受環(huán)境和發(fā)育時(shí)期影響不顯著(P>0.05)，說明其抗霜霉病遺傳力較高，抗病性狀較穩(wěn)定，可以作為選育高抗植株的優(yōu)良親本。

基因型效應(yīng)在花椰菜霜霉病性狀控制上占主導(dǎo)地位，這與Lucas等[15]發(fā)現(xiàn)基因型是影響甘藍(lán)型油菜霜霉病抗性的主要因素的結(jié)果一致。環(huán)境和環(huán)境與基因型互作效應(yīng)對(duì)花椰菜霜霉病抗性的影響較小，說明選擇抗性高的基因型能夠有效避免由環(huán)境變化引發(fā)的霜霉病害。結(jié)球期，環(huán)境與基因型互作效應(yīng)對(duì)花椰菜霜霉病抗性的影響大于營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期和采收期，說明在結(jié)球期控制環(huán)境影響降低霜霉病的病發(fā)更為有效。

大田作物生產(chǎn)中，溫度、濕度等非可控環(huán)境因子在不同地區(qū)變化較大，對(duì)病害的影響存在差異。相關(guān)性分析結(jié)果表明，日均溫度變低時(shí)，花椰菜霜霉病的病情指數(shù)升高，當(dāng)濕度較高時(shí)，花椰菜霜霉病的病害指數(shù)也升高，說明低溫高濕環(huán)境更利于霜霉病產(chǎn)生，這與陳海平等[16]的研究結(jié)果一致，其研究表明，冬季低溫多雨天氣青花菜霜霉病易發(fā)生。花椰菜霜霉病的病情指數(shù)隨晝夜溫差的升高而增加，這與Mohammed等[17]發(fā)現(xiàn)晝夜溫差較大會(huì)提高芥菜和甘藍(lán)型油菜霜霉病病情指數(shù)的結(jié)論相符合。

濕度和溫度是影響花椰菜霜霉病病發(fā)的重要環(huán)境因素，溫度和濕度對(duì)不同基因型花椰菜的影響存在差異，廈美80天和雪園80天受溫度影響大于濕度，830-F受濕度影響大于溫度。

長(zhǎng)江流域的秋冬季晝夜溫差較大，基于本文研究結(jié)果，建議在花椰菜種植前期即營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期前采取夜間保溫措施，提高田間積溫，控制晝夜溫差，降低濕度，可以有效控制霜霉病。本文對(duì)花椰菜霜霉病的田間發(fā)病特征進(jìn)行了研究，初步確定了花椰菜霜霉病的發(fā)病規(guī)律，但不同地區(qū)的環(huán)境與品種存在差異，本研究的發(fā)病規(guī)律適用于種植在長(zhǎng)江流域的中熟品種，對(duì)不同緯度地區(qū)、不同熟期的花椰菜品種具有一定的局限性。后續(xù)研究一方面需加強(qiáng)培育和種植具有高抗病性的花椰菜品種，另一方面，目前長(zhǎng)江流域同時(shí)具有優(yōu)良品質(zhì)和抗病性的秋種中熟花椰菜品種較少，還未大面積推廣種植，需加強(qiáng)田間的病害防治管理，控制溫濕度等環(huán)境條件來(lái)預(yù)防霜霉病的發(fā)生。