甘蔗新親本材料的黑穗病抗性鑒定與評價(jià)

胡鑫，夏紅明，楊麗華，吳轉(zhuǎn)娣，趙培方，趙俊，昝逢剛，劉家勇，趙麗萍，覃偉，趙勇，姚麗，陳學(xué)寬，吳才文

（1.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所/云南甘蔗遺傳改良重點(diǎn)試驗(yàn)室，云南開遠(yuǎn) 661699；2.云南省玉溪市元江縣經(jīng)濟(jì)作物工作站，云南元江 653300）

0 引言

甘蔗黑穗病是由甘蔗鞭黑粉菌（Ustilago scitaminea）引起的一類重要甘蔗病害，目前該病害已在我國大陸蔗區(qū)廣泛流行。甘蔗感染黑穗病會(huì)降低蔗莖產(chǎn)量和蔗糖分，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，因此防治甘蔗黑穗病是我國甘蔗產(chǎn)業(yè)健康、穩(wěn)定發(fā)展的重要課題[1-3]。由于一般的化學(xué)或物理方法難以防治黑穗病，通常認(rèn)為培育抗黑穗病甘蔗品種是預(yù)防黑穗病最為經(jīng)濟(jì)有效的途徑[4]。

近年來，我國主要甘蔗育種單位均高度重視選育抗黑穗病品種，已經(jīng)獲得一些抗黑穗病優(yōu)良的甘蔗親本材料。沈萬寬等[5]對17 個(gè)引進(jìn)品種進(jìn)行黑穗病抗性鑒定，篩選出‘Q200B’、‘Q124’、‘Q171’等8 個(gè)抗性優(yōu)良的甘蔗材料。夏紅明等[6]對48 份甘蔗新品種(系)、中間材料及引進(jìn)品種進(jìn)行甘蔗黑穗病抗性評價(jià)，鑒定出41份高抗及抗病的材料。陳雙等[7]對34個(gè)國內(nèi)外優(yōu)異甘蔗材料進(jìn)行抗黑穗病鑒定試驗(yàn)，篩選出3份高抗和6份抗病材料。對這些甘蔗優(yōu)異親本材料的黑穗病抗性評價(jià)，可為下一步培育抗黑穗病品種奠定良好的基礎(chǔ)。

本試驗(yàn)對云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所近年來創(chuàng)制的甘蔗新材料進(jìn)行黑穗病抗性評價(jià)，旨在從中篩選優(yōu)良抗病材料，為進(jìn)一步開展抗黑穗病品種培育提供新的親本。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

參試甘蔗材料見表1，共計(jì)60 個(gè)，包括54個(gè)自育新材料和6 個(gè)對照品種，均來自云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所。對照品種包括‘Q171’（高抗）、‘Nco376’（抗）、‘Q117’（感）、‘F134’（抗生理小種1、感生理小種2）、‘Nco310’（感生理小種1、抗生理小種2）[8]和‘新臺糖22 號’（生產(chǎn)對照）[9]。源混合冬孢子于2018 年6 月至12月采自云南省玉溪市元江哈尼族彝族傣族自治縣，黑穗鞭子采后于室溫自然風(fēng)干4～5 d，用毛筆輕輕刮下鞭子上的冬孢子，充分混勻后分裝于小濾紙袋中，保存于4℃冰箱中備用。試驗(yàn)基地位于云南省玉溪市元江哈尼族彝族傣族自治縣郊黑穗病高發(fā)蔗區(qū)，用地面積為0.1 hm2。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 人工浸漬接種試驗(yàn)區(qū)

每個(gè)參試材料取6 棵健康甘蔗種莖，砍成4 芽段，合計(jì)72 芽，分成3 捆，共3 重復(fù)。接種前首先檢測孢子萌芽率（大于90%），然后對參試材料進(jìn)行人工浸漬接種，孢子懸浮液濃度5×106個(gè)/mL，接種浸泡10 min。浸泡后取出材料用塑料袋保濕，置25℃～28℃的室內(nèi)，24 h后播種于大田。試驗(yàn)設(shè)計(jì)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，行長3.0 m，行距1.0 m，小區(qū)面積3.0 m2（單行區(qū)），種植后蓋薄膜。

1.2.2 自然感病試驗(yàn)區(qū)

每個(gè)參試材料取6棵健康甘蔗，砍成4芽段，合72計(jì)芽，分成3捆，共3重復(fù)。不接種孢子，直接播種于大田。試驗(yàn)設(shè)計(jì)與人工浸漬接種試驗(yàn)區(qū)相同。

1.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)收集

調(diào)查3次，第一次待苗長齊后，調(diào)查基本苗數(shù)，并調(diào)查黑穗病發(fā)病株數(shù)。第二次待分蘗結(jié)束后，調(diào)查總莖數(shù)，并調(diào)查黑穗病發(fā)病株數(shù)。第三次在甘蔗成熟初期調(diào)查黑穗病發(fā)病株數(shù)。以上每次調(diào)查發(fā)現(xiàn)病株，記載后將病株平地割除，以免重復(fù)記載發(fā)病株數(shù)。調(diào)查結(jié)束后，根據(jù)各參試材料累計(jì)發(fā)病株數(shù)及總株數(shù)，計(jì)算發(fā)病株數(shù)占總株數(shù)的百分比。按照農(nóng)業(yè)部“九五”攻關(guān)項(xiàng)目病害規(guī)定，對材料的抗病性做出判定。農(nóng)業(yè)部“九五”攻關(guān)項(xiàng)目病害規(guī)定的統(tǒng)一具體分級標(biāo)準(zhǔn)為：發(fā)病率0～3%為1 級，高抗（HR）；發(fā)病率4%～6%為2 級，抗（R）；發(fā)病率7%～9%為3 級，抗（R）；發(fā)病率10%～12%為4 級，中抗（MR）；發(fā)病率13%～25%為5 級，中感（MS）；發(fā)病率26%～35%為6 級，感（S）；發(fā)病率36%～50%為7 級，感（S）；發(fā)病率51%～75%為8 級，高感（HS）；發(fā)病率76%～100%為9級，高感（HS）。

1.4 數(shù)據(jù)分析

應(yīng)用Excel 2007和IBM SPSS Statistics 21分析軟件[10]對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果和分析

圖1 人工接種和自然感病的黑穗病發(fā)病分布情況Fig.1 Distribution of smut reaction in dipping inoculation and natural condition

2.1 自然感病和人工接種的發(fā)病情況分析

參試材料自然發(fā)病及人工接種黑穗病發(fā)病率分布如圖1 和表1 所示，在大田生產(chǎn)條件下，大部分參試品種黑穗病發(fā)病率分布范圍為0.77%～7.11%，而在人工接種試驗(yàn)條件下，大部分參試品種黑穗病發(fā)病率分布范圍為15.08%～41.58%。在大田生產(chǎn)條件下，參試品種平均發(fā)病率為4.94%，而在人工接種條件下，參試品種平均發(fā)病率為29.76%，是自然發(fā)病率的6 倍以上，比自然感病率增加了24.82個(gè)百分點(diǎn)（絕對值），兩者間具有極顯著差異（P＜0.01）。兩者間的相關(guān)系數(shù)為0.474，效應(yīng)值為1.50，說明兩者之間具有很大的相關(guān)性。

表1 參試材料自然發(fā)病及人工接種黑穗病發(fā)病率測定Table 1 Smut incidence in dipping inoculatedtrait and natural condition

續(xù)表1 Continued Table 1

2.2 不同生長期黑穗病發(fā)病率分析

參試材料根據(jù)接種后黑穗病發(fā)病情況分為3類：抗?。ê谒氩“l(fā)病率為0～15.00%）、中等（黑穗病發(fā)病率為15.01～30.00%）和高感（黑穗病發(fā)病率為30.01～100%）。如圖2 所示，在出苗期，只有高感材料與抗病材料之間的黑穗病發(fā)病率有顯著性差異；在分蘗期，抗病材料、中等材料的黑穗病發(fā)病率均與高感材料的黑穗病發(fā)病率有明顯的差異，但是抗病材料與中等材料之間的黑穗病發(fā)病率無顯著性差異；在成熟期，不同類型材料之間的黑穗病發(fā)病率均有顯著性差異。

2.3 參試材料抗病性評價(jià)

按照農(nóng)業(yè)部“九五”攻關(guān)項(xiàng)目病害規(guī)定，60個(gè)參試材料的黑穗病抗性鑒定結(jié)果如表2。具體分析如下，抗性水平達(dá)HR 的材料有‘云蔗14-1006’、‘Q171’、‘云瑞11-254’和‘云瑞17-32’四個(gè)，占參試材料的6.67%，抗性水平為R 的材料有‘云蔗15-505’、‘云瑞16-42’、‘云蔗12-1573’、‘云瑞15-52’和‘云瑞17-82’五個(gè)，占參試材料的8.33%，抗性水平 為MR 的 材 料 有‘云 蔗12-1220’、‘云 蔗12-1197’、‘云蔗13-1098’、‘云蔗13-1211’和‘云瑞11-252’五個(gè)，占參試材料的8.33%；抗性水平為MS的材料有12 個(gè)，占參試材料的20.00%，抗性水平為S 的材料有27 個(gè)，占參試材料的45.00%，抗性水平為HS 的材料有7個(gè)，占參試材料的11.67%。其中對照品種‘Q171’、‘Q117’、‘NCo310’、‘NCo376’、‘F134’及‘新臺糖22號’的抗性水平依次為HR、S、S、S、S、MS。

圖2 不同生長期甘蔗黑穗病發(fā)病率分析Fig.2 Analysis of smut incidence in different growth stages

表2 參試材料對人工接種黑穗病菌的抗性評價(jià)Table 2 Evaluation of smut resistance in the tested materials

2.4 參試材料抗病性聚類分析

對參試材料的平均感病率進(jìn)行聚類分析（如圖3），聚類分析采用平均Euclidean 距離法分類。從圖3 中可以看出，當(dāng)聚類距離為5時(shí)，60個(gè)參試材料的抗病性可分為4 種類型。對比表2可知，第一類發(fā)病較輕，有25個(gè)材料，包括全部的高抗、抗、中抗材料和大部分的中感材料，對應(yīng)評級為1～5級。第二類發(fā)病為中等，有26 個(gè)材料，主要包括大部分感病材料和一個(gè)中感材料‘云蔗13-1078’，對應(yīng)評級5～7級。第三類發(fā)病較重，有7 個(gè)材料，主要包括兩個(gè)感病材料（‘云瑞16-58’、‘云瑞11-259’）和5 個(gè)高感材料，對應(yīng)評級7～8 級。第四類發(fā)病最重，只包括‘云瑞09-150’和‘云瑞17-129’兩個(gè)高感材料對應(yīng)評級9級。

3 討論

本試驗(yàn)采用人工浸漬接種法與田間自然感病法相結(jié)合，評價(jià)供試材料對甘蔗黑穗病的抗性水平。試驗(yàn)表明這兩種方法之間有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，說明了人工浸漬接種方法評價(jià)品種黑穗病抗性可在很大程度上反映品種在大田自然生產(chǎn)上的抗病表現(xiàn)。一些自然發(fā)病率較高的品種，如‘云蔗11-3208’和‘云瑞11-103’的黑穗病發(fā)病級別為4 級，‘云瑞13-165’、‘云瑞16-26’和‘云瑞17-133’的黑穗病發(fā)病級別為5 級，‘云瑞09-150’的黑穗病發(fā)病級別為7級，它們在抗性鑒定中均評價(jià)為感或者高感。然而在大田生產(chǎn)條件下，大部分參試品種自然發(fā)病率較低，而通過人工浸漬接種方法可以顯著提高品種的黑穗病發(fā)病率，因此采用傳統(tǒng)人工浸漬接種方法可以有效地對品種進(jìn)行黑穗病抗性鑒定。

圖3 參試材料黑穗病發(fā)病率的聚類分析Fig.3 Clustering analysis based on the smut incidence of tested genotypes

黑穗病發(fā)病率的高低是品種（寄主）、病原小種（寄生物）和環(huán)境這幾種因素綜合作用的結(jié)果。因此需要在抗性鑒定試驗(yàn)中加入標(biāo)準(zhǔn)對照種，以其作為參照進(jìn)行差異顯著性分析和聚類分析。標(biāo)準(zhǔn)對照種的抗性表現(xiàn)是多年多點(diǎn)鑒定的結(jié)果,一定程度上可以衡量人工接種試驗(yàn)結(jié)果的客觀性和有效性。本試驗(yàn)參試品種‘Nco310’和‘F134’是中國臺灣地區(qū)甘蔗黑粉菌生理小種的鑒別寄主[11]，在本試驗(yàn)中‘Nco310’和‘F134’均為感病，說明接種源混合冬孢子同時(shí)具有小種1 和小種2?！甆co376’對小種1 及小種2 免疫，但是本試驗(yàn)中‘Nco376’抗性鑒定為感病，這可能表明源混合冬孢子中具有新的小種或者小種變異。該結(jié)果與沈萬寬等[8,12]和陳健文等[13]的研究結(jié)果基本一致?！甉171’為高抗，‘Q117’為感病品種，該試驗(yàn)結(jié)果與沈萬寬等[5]和夏紅明等[6]研究結(jié)果一致。生產(chǎn)對照種‘新臺糖22 號’抗病性表現(xiàn)為中感，這一結(jié)果與該品種在大田生產(chǎn)的表現(xiàn)相符合，也與前人的研究結(jié)果基本一致[14-15]。從對照品種的抗性評價(jià)來看，本試驗(yàn)鑒定結(jié)果比較合理、可靠。本試驗(yàn)還通過系統(tǒng)聚類法對參試材料進(jìn)行分析，其分級結(jié)果與國家“九五”攻關(guān)分級法的抗性結(jié)果基本一致。這是因?yàn)檫@兩種評價(jià)方法都是采用最終累計(jì)莖感染率來確定抗性反應(yīng)類型。一般來看，“九五”攻關(guān)分級法簡單、直接，而系統(tǒng)聚類分析方法可以基于不同重復(fù)、不同生長期的累計(jì)莖感染率更好地把參試材料進(jìn)行分類，同類別材料的抗性表現(xiàn)差異更小。

4 結(jié)論

該試驗(yàn)對近年來云南省農(nóng)科院甘蔗所自育的云蔗系列和云瑞系列新材料進(jìn)行抗黑穗病鑒定，從抗病性評價(jià)上來看，54 個(gè)參試材料（不包括對照）中有13個(gè)對黑穗病抗性評價(jià)為中抗（MR）及以上，占總體24.07%，抗性水平為中感（MS）及以下的材料有41 個(gè)，占總體75.93%，反映出參試材料黑穗病的抗性水平普遍較差，表明開展甘蔗黑穗病抗病育種的重要性和緊迫性。近年來，我國甘蔗黑穗病病情愈發(fā)嚴(yán)重，已成為我國蔗區(qū)的三大病害之一，因此要求育種家在關(guān)注品種的產(chǎn)量、糖分等農(nóng)藝性狀的同時(shí)，還要加強(qiáng)抗黑穗病品種的選育力度。本研究對54 個(gè)自育甘蔗新材料的黑穗病抗性進(jìn)行鑒定與評價(jià)，篩選出‘云蔗14-1006’、‘云瑞11-254’和‘云瑞17-32’三個(gè)高抗黑穗病材料，為進(jìn)一步開展抗黑穗病品種培育提供了新的親本，為今后雜交組合配制及抗病品種（系）選育提供了科學(xué)依據(jù)。