甘蔗優(yōu)良品種(系)對(duì)黑穗病的抗性評(píng)價(jià)

倉曉燕 夏紅明 李文鳳 王曉燕 單紅麗 王長(zhǎng)秘 李 婕 張榮躍 黃應(yīng)昆

研究簡(jiǎn)報(bào)

甘蔗優(yōu)良品種(系)對(duì)黑穗病的抗性評(píng)價(jià)

倉曉燕**夏紅明**李文鳳 王曉燕*單紅麗 王長(zhǎng)秘 李 婕 張榮躍 黃應(yīng)昆*

云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所/ 云南省甘蔗遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 云南開遠(yuǎn) 661699

甘蔗黑穗病是嚴(yán)重影響中國(guó)甘蔗產(chǎn)業(yè)發(fā)展的系統(tǒng)性真菌病害, 不同的甘蔗品種對(duì)甘蔗黑穗病的抗性不一, 篩選和種植抗病品種是防治甘蔗黑穗病最經(jīng)濟(jì)有效的措施。為明確近年中國(guó)育成的優(yōu)良品種(系)對(duì)甘蔗黑穗病的抗性, 篩選抗黑穗病優(yōu)良品種供生產(chǎn)上推廣應(yīng)用, 本研究選擇云南元江甘蔗黑穗病高發(fā)區(qū), 采用人工接種浸漬法, 對(duì)中國(guó)的100個(gè)優(yōu)良品種(系)進(jìn)行抗性鑒定評(píng)價(jià)。結(jié)果表明, 100個(gè)優(yōu)良品種(系)中56個(gè)表現(xiàn)高抗到中抗, 占56%, 44個(gè)表現(xiàn)為中感到高感2, 占44%。研究結(jié)果顯示目前大面積種植和主推的閩糖69-421、新臺(tái)糖22號(hào)、柳城03-182、柳城03-1137、桂糖42號(hào)、粵甘26號(hào)、桂糖02-351、云蔗09-1601等品種(系)高度感病, 而近年選育的福農(nóng)15號(hào)、福農(nóng)36號(hào)、福農(nóng)1110、福農(nóng)07-3206、福農(nóng)11-2907、閩糖11-610、粵甘39號(hào)、粵甘43號(hào)、粵甘48號(hào)、粵甘49號(hào)、粵甘50號(hào)、粵糖00-236、贛蔗 02-70、云蔗99-596、云蔗03-258、云蔗04-241、云蔗06-80、云蔗07-2800、云蔗08-2060、云蔗10-2698、云蔗13-1139、云瑞10-701、德蔗09-84、德蔗12-88、桂糖08-1589、中蔗1號(hào)等26個(gè)優(yōu)良品種(系)高度抗病。建議低海拔河谷甘蔗黑穗病高發(fā)區(qū), 應(yīng)加大淘汰感病主栽品種和推廣應(yīng)用抗病優(yōu)良品種力度, 以達(dá)到品種合理布局, 控制甘蔗黑穗病大發(fā)生流行, 為甘蔗產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供保障。

甘蔗; 優(yōu)良品種(系); 黑穗病; 人工接種; 抗性

甘蔗黑穗病是由甘蔗鞭孢堆黑粉菌[(Syd.) M. Piependr., M. Stoll et Oberw.,]引起的一種世界性重要真菌病害[1-3]。此病最初于1877年在南非納塔爾發(fā)現(xiàn)[3-4], 隨后在阿根廷、印度、巴西、津巴布韋、路易斯安那、古巴、菲律賓等植蔗國(guó)家嚴(yán)重流行, 危及制糖工業(yè)[3-10]。現(xiàn)今廣泛分布于中國(guó)各甘蔗種植區(qū), 嚴(yán)重影響甘蔗生產(chǎn), 并呈日趨加重態(tài)勢(shì), 尤其旱地及宿根蔗更為嚴(yán)重。感病品種宿根蔗病株率高達(dá)50%以上, 嚴(yán)重的高達(dá)80%～90%, 造成巨大經(jīng)濟(jì)損失[2, 11]。甘蔗黑穗病流行為害已成為現(xiàn)階段嚴(yán)重影響我國(guó)甘蔗高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的主要障礙因素之一。因此, 科學(xué)、有效防控好甘蔗黑穗病將是我國(guó)現(xiàn)代甘蔗產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效和高質(zhì)量發(fā)展的首要任務(wù)。

國(guó)內(nèi)外公認(rèn), 選育和種植抗病品種是防治甘蔗黑穗病最為經(jīng)濟(jì)有效的途徑。澳大利亞、印度、古巴、美國(guó)、巴西等都曾發(fā)生過甘蔗黑穗病流行, 給甘蔗生產(chǎn)造成了嚴(yán)重?fù)p失。通過加強(qiáng)抗病育種工作, 培育和選種抗病品種, 甘蔗黑穗病才得到了有效控制[3,11-13]。目前, 中國(guó)蔗區(qū)甘蔗黑穗病發(fā)生越來越普遍, 危害損失越來越嚴(yán)重。要解決這一問題, 最有效的途徑就是加強(qiáng)抗病育種工作, 培育和篩選出抗黑穗病的優(yōu)良甘蔗新品種, 供蔗農(nóng)選擇種植, 使品種推廣做到合理布局, 才能從根本上控制甘蔗黑穗病發(fā)生流行。

本研究選擇云南元江甘蔗黑穗病高發(fā)區(qū), 采用人工接種浸漬法, 于2018年和2019年對(duì)中國(guó)育成的100個(gè)甘蔗優(yōu)良品種(系)進(jìn)行抗甘蔗黑穗病鑒定與評(píng)價(jià), 以期明確甘蔗優(yōu)良品種(系)對(duì)甘蔗黑穗病的抗性, 為生產(chǎn)用種選擇和有效防控甘蔗黑穗病提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料為中國(guó)育成甘蔗優(yōu)良品種(系) 100個(gè)(表1), 感病對(duì)照品種閩糖69-421、新臺(tái)糖22號(hào)、臺(tái)糖134 (感小種2、抗小種1)、NCO310 (感小種1、抗小種2)4個(gè), 抗病對(duì)照品種粵糖93-159、新臺(tái)糖20號(hào)、新臺(tái)糖10號(hào)(免疫小種1及小種2)、NCO376 (免疫小種1及小種2)4個(gè)[6,14]。

1.2 菌源采集與處理

分別于2017年和2018年的5月從云南元江蔗區(qū)感病品種新臺(tái)糖22號(hào)采集黑穗病鞭子, 自然風(fēng)干收集黑穗病菌孢子裝于紙袋中, 涼干后密封于塑料袋內(nèi), 于0℃下貯存?zhèn)溆谩＝臃N前, 把黑穗病菌孢子置于1%瓊脂糖培養(yǎng)基內(nèi), 在28℃的恒溫箱內(nèi)培養(yǎng)1 d后, 用光學(xué)顯微鏡檢查病菌孢子發(fā)芽情況, 計(jì)算孢子活力(3個(gè)視野平均值), 孢子活力在90%以上可用于接種。以75 g孢子兌水1 kg, 配成5×106個(gè)mL-1(在60倍顯微鏡下, 一個(gè)視野有40個(gè)孢子)孢子的懸浮液。配孢子液時(shí), 加入0.02%稀鹽酸混合以破壞表面離子膜[15]。

1.3 材料準(zhǔn)備

各供試材料選取10條生長(zhǎng)正常的上部蔗莖, 砍取30個(gè)雙芽莖段供接種。

1.4 接種

采用浸漬法, 將30個(gè)雙芽莖段裝入網(wǎng)袋浸入配好的孢子懸浮液中10 min, 取出后裝入塑料袋內(nèi), 于15～28℃下保濕24 h。

1.5 種植

接種材料分別于2018年和2019年的3月種植于云南省元江縣甘蔗站試驗(yàn)示范基地, 地塊土質(zhì)、肥力、灌溉、管理均一致。田間管理按當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)進(jìn)行。

1.6 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì), 設(shè)3次重復(fù), 單行區(qū), 行長(zhǎng)5.0 m,行距1.0 m, 每行(區(qū))每品種種植20個(gè)芽。

1.7 病情調(diào)查

分別在6月、7月和8月各調(diào)查一次病情。每次調(diào)查記載每小區(qū)總株數(shù)和病株數(shù), 并將病株拔除, 最后累計(jì)每小區(qū)總株數(shù)和病株數(shù), 計(jì)算發(fā)病株率。

1.8 統(tǒng)計(jì)分析方法

采用DPS 9.01數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析, 用Duncan’s新復(fù)極差多重比較法進(jìn)行差異顯著性分析(<0.05)。

1.9 抗性評(píng)價(jià)

參照文獻(xiàn)[16]中的標(biāo)準(zhǔn)按1～9級(jí)分級(jí)進(jìn)行抗性水平分類, 其中等級(jí)1～9分別表示高抗、抗病1、抗病2、中抗、中感、感病1、感病2、高感1和高感2, 其發(fā)病株率范圍相應(yīng)為0～3.0%、3.1%～6.0%、6.1%～9.0%、9.1%～12.0%、12.1%～25.0%、25.1%～35.0%、35.1%～50.0%、50.1%～75.0%和75.1%～100%。

2 結(jié)果與分析

由表1可知, 感病對(duì)照品種閩糖69-421表現(xiàn)高感2、新臺(tái)糖22號(hào)表現(xiàn)感病1、臺(tái)糖134表現(xiàn)高感1、NCO310表現(xiàn)感病2, 抗病對(duì)照品種粵糖93-159和新臺(tái)糖20號(hào)均表現(xiàn)高抗、新臺(tái)糖10號(hào)和NCO376均表現(xiàn)中感。100個(gè)供試優(yōu)良品種(系)中, 高抗至中抗的有56個(gè), 占56%; 中感到高感2的有44個(gè), 占44%。其中福農(nóng)系列5個(gè)、粵糖系列6個(gè)、云蔗系列9個(gè)、德蔗系列2個(gè)以及閩糖、贛蔗、桂糖、中蔗系列各1個(gè)共26個(gè)優(yōu)良品種(系)表現(xiàn)高抗, 占26%; 福農(nóng)系列2個(gè)、粵糖系列3個(gè)、桂糖系列3個(gè)、云蔗系列4個(gè)、德蔗系列3個(gè)、柳城系列1個(gè)共16個(gè)優(yōu)良品種(系)表現(xiàn)抗病, 占16%; 福農(nóng)系列4個(gè)、粵糖系列2個(gè)、云蔗系列4個(gè)、柳城系列2個(gè)和桂糖、中糖系列各1個(gè)共14個(gè)優(yōu)良品種(系)表現(xiàn)中抗, 占14%; 福農(nóng)系列3個(gè)、閩糖系列3個(gè)、粵糖系列3個(gè)、云蔗系列4個(gè)、桂糖系列5個(gè)和柳城、中糖系列各1個(gè)共20個(gè)優(yōu)良品種(系)表現(xiàn)中感, 占20%; 福農(nóng)系列2個(gè)、粵糖系列5個(gè)、云蔗系列6個(gè)、桂糖系列3個(gè)和中蔗、柳城、贛蔗系列各1個(gè)共19個(gè)優(yōu)良品種(系)現(xiàn)感病, 占19%; 云蔗系列2個(gè)、柳城系列2個(gè)和桂糖系列1個(gè)共5個(gè)優(yōu)良品種(系)表現(xiàn)高感, 占5%。

表1 甘蔗優(yōu)良品種(系)對(duì)黑穗病的抗性

(續(xù)表1)

(續(xù)表1)

表中數(shù)據(jù)是2018年和2019年3次重復(fù)平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。不同小寫字母表示不同品種發(fā)病株率在0.05水平下差異顯著。

HR: highly resistant; R 1: resistant 1; R 2: resistant 2; MR: moderately resistant; MS: moderately susceptible; S 1: susceptible 1; S 2: susceptible 2; HS 1: highly susceptible 1; HS 2: highly susceptible 2. The data in the table are means ± SEs of three duplicates in 2018 and 2019. Different lowercase letters indicate significant difference among disease incidence of different varieties at the 0.05 probability level.

3 討論

云南是中國(guó)甘蔗野生資源重要的分布中心和世界野生甘蔗起源中心之一[17-18], 甘蔗野生資源是現(xiàn)代甘蔗育種中抗病基因的重要來源。研究顯示中國(guó)甘蔗種質(zhì)資源圃保存的野生種質(zhì)資源和育種親本中蘊(yùn)藏著優(yōu)良的抗病基因, 是選育抗病甘蔗品種很有利用前景的抗源種質(zhì)[19-23]。本研究評(píng)價(jià)篩選的抗黑穗病品種(系), 是選育抗黑穗病甘蔗品種具有應(yīng)用潛力的育種材料, 在大力推廣應(yīng)用的同時(shí), 可作為抗病親本與野生抗源種質(zhì)及育種親本雜交, 分析評(píng)價(jià)其抗病遺傳力, 并建立抗病種質(zhì)基因庫, 進(jìn)一步選育抗黑穗病品種, 供生產(chǎn)上推廣應(yīng)用。

本研究結(jié)果顯示, 目前大面積種植和主推的閩糖69-421、新臺(tái)糖22號(hào)、柳城03-182、柳城03-1137、桂糖42號(hào)、粵甘26號(hào)、桂糖02-351、云蔗09-1601等品種(系)高度感病, 這是近年多數(shù)蔗區(qū)甘蔗黑穗病暴發(fā)成災(zāi)的主要誘因; 而近年選育的福農(nóng)15號(hào)、福農(nóng)36號(hào)、福農(nóng)1110、福農(nóng)07-3206、福農(nóng)11-2907、閩糖11-610、粵甘39號(hào)、粵甘43號(hào)、粵甘48號(hào)、粵甘49號(hào)、粵甘50號(hào)、粵糖00-236、贛蔗02-70、云蔗99-596、云蔗03-258、云蔗04- 241、云蔗06-80、云蔗07-2800、云蔗08-2060、云蔗10- 2698、云蔗13-1139、云瑞10-701、德蔗09-84、德蔗12-88、桂糖08-1589、中蔗1號(hào)等26個(gè)優(yōu)良品種(系)高度抗病。建議低海拔河谷甘蔗黑穗病高發(fā)區(qū), 應(yīng)加大淘汰感病主栽品種和推廣應(yīng)用抗病優(yōu)良品種力度, 以期達(dá)到品種合理布局, 從根本上控制蔗區(qū)黑穗病的發(fā)生流行, 為中國(guó)甘蔗產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供保障。

本試驗(yàn)中, 感病對(duì)照主栽品種閩糖69-421表現(xiàn)高感、新臺(tái)糖22號(hào)表現(xiàn)感病, 抗病對(duì)照主栽品種粵糖93-159和新臺(tái)糖20號(hào)均表現(xiàn)高抗, 這與田間多年自然抗性表現(xiàn)相吻合, 可見鑒定結(jié)果準(zhǔn)確、可靠, 真實(shí)反映了供試品種(系)抗性。而黑穗病菌生理小種鑒別寄主臺(tái)糖134 (感小種2、抗小種1)表現(xiàn)高感、NCO310 (感小種1、抗小種2)表現(xiàn)感病, 新臺(tái)糖10號(hào)和NCO376 (免疫小種1及小種2)均表現(xiàn)中感, 表明云南蔗區(qū)甘蔗黑穗病菌存在不同的致病性及不同的生理小種, 這與沈萬寬等[24]和陳雙等[25]的研究結(jié)果基本一致。甘蔗黑穗病菌致病性和生理小種分化現(xiàn)象普遍存在, 美國(guó)夏威夷存在A和B 2個(gè)生理小種, 巴西至少存在2個(gè)小種, 巴基斯坦有5個(gè)小種[11-12]。目前該病菌在我國(guó)已有不同生理小種的報(bào)道, 據(jù)調(diào)查, 不同品種、同一品種不同生態(tài)區(qū)甘蔗黑穗病的發(fā)病率有明顯差異[2,26]; 對(duì)澳大利亞引進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)品種抗性測(cè)定結(jié)果與Croft等[27]測(cè)定結(jié)果存在差異, 表明我國(guó)甘蔗黑穗病菌與澳大利亞甘蔗黑穗病菌存在不同的致病性及不同的生理小種[11,28]; Shen等[29]應(yīng)用SCoT標(biāo)記技術(shù)對(duì)中國(guó)大陸蔗區(qū)的90個(gè)甘蔗鞭黑粉菌交配型分離物進(jìn)行遺傳多樣性分析表明, 這些分離物具有較高的遺傳多樣性, 且其遺傳多樣性與地理來源有關(guān); Deng等[30]在中國(guó)大陸蔗區(qū)鑒定出3個(gè)甘蔗鞭黑粉菌生理小種; 吳佳等[31]對(duì)2個(gè)不同致病力的甘蔗鞭黑粉菌轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析表明, 差異表達(dá)基因的KEGG代謝通路中最顯著富集的信號(hào)通路是蔗糖與淀粉代謝通路和ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白, 推測(cè)甘蔗鞭黑粉菌吸收葡萄糖后, 可能通過糖酵解和TCA循環(huán)等途徑為氨基酸合成提供碳骨架, 同時(shí)也可能作為一種小分子信號(hào)物質(zhì)起著信息傳遞的作用。同時(shí), ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白可能參與甘蔗鞭黑粉菌有性配合信號(hào)分子的轉(zhuǎn)運(yùn)過程, 將信號(hào)分子從胞內(nèi)運(yùn)輸?shù)桨? 促進(jìn)甘蔗鞭黑粉菌的有性配合。我國(guó)蔗區(qū)生態(tài)環(huán)境復(fù)雜多樣, 甘蔗黑穗病菌在種內(nèi)或種間會(huì)發(fā)生雜交而變異, 因此, 目前迫切需求從分子水平上來明確我國(guó)蔗區(qū)甘蔗黑穗病菌生理小種類型、優(yōu)勢(shì)小種及其致病性分化, 這對(duì)今后有針對(duì)性地選育抗病品種和利用抗病品種有效控制該病害的發(fā)生流行具有非常重要意義。

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Evaluation of natural resistance tosmut in elite sugarcane varieties (lines)

CANG Xiao-Yan**, XIA Hong-Ming**, LI Wen-Feng, WANG Xiao-Yan*, SHAN Hong-Li, WANG Chang-Mi, LI Jie, ZHANG Rong-Yue, and HUANG Ying-Kun*

Sugarcane Research Institute, Yunnan Academy of Agricultural Sciences / Yunnan Key Laboratory of Sugarcane Genetic Improvement, Kaiyuan 661699, Yunnan, China

Sugarcane smut is a systemic fungal disease that seriously affects the development of sugarcane industry in China. Different sugarcane varieties have various resistance to smut. Screening and planting resistant varieties are the most economical and effective measure to control smut disease. In order to determine the smut resistance of elite varieties (lines) bred in China in recent year and screen resistant varieties for application in production, the resistance of 100 Chinese elite sugarcane varieties (lines) were evaluated by artificial inoculation with the impregnation method in smut epidemic area Yuanjiang, Yunnan Province. The results revealed that 56 of the 100 elite varieties (lines) were highly resistant to moderately resistant, accounting for 56%, and 44 were moderately susceptible to highly susceptible 2, accounting for 44%. The results showed that current large-scale planted and promoted varieties (lines) Mintang 69-421, ROC 22, Liucheng 03-182, Liucheng 03-1137, Guitang 42, Yuegan 26, Guitang 02-351, and Yunzhe 09-1601 were highly susceptible. And the sugarcane varieties (lines) bred in recent years, Funong 15, Funong 36, Funong 1110, Funong 07-3206, Funong 11-2907, Mintang 11-610, Yuegan 39, Yuegan 43, Yuegan 48, Yuegan 49, Yuegan 50, Yuetang 00-236, Ganzhe 02-70, Yunzhe 99-596, Yunzhe 03-258, Yunzhe 04-241, Yunzhe 06-80, Yunzhe 07-2800, Yunzhe 08-2060, Yunzhe 10-2698, Yunzhe 13-1139, Yunrui 10-701, Dezhe 09-84, Dezhe 12-88, Guitang 08-1589, and Zhongzhe 1 were highly resistant to smut disease. It was suggested that in the high incidence area of sugarcane smut in low altitude valley, efforts should be carried out to eliminate the elite varieties susceptible to the disease and popularize and apply the superior varieties resistant to the disease in order to achieve the rational distribution of varieties, control the outbreak and epidemic of sugarcane smut, and provide guarantee for the high-quality development of sugarcane industry.

sugarcane; elite varieties (lines); smut; artificial inoculation; resistance

10.3724/SP.J.1006.2021.04257

本研究由國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(糖料)建設(shè)專項(xiàng)(CARS-170303), 云嶺產(chǎn)業(yè)技術(shù)領(lǐng)軍人才培養(yǎng)項(xiàng)目(2018LJRC56), 云南省技術(shù)創(chuàng)新人才培養(yǎng)對(duì)象項(xiàng)目(202005AD160012)和云南省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)資助。

This study was supported by the Sugar Crop Research System (CARS-170303), the Yunling Industry and Technology Leading Talent Training Program “Prevention and Control of Sugarcane Pests” (2018LJRC56), the Yunnan Province Technology Innovation Talent Training Object Project (202005AD160012) and the Yunnan Province Agriculture Research System.

黃應(yīng)昆, E-mail: huangyk64@163.com; 王曉燕, E-mail: xiaoyanwang402@sina.com

**同等貢獻(xiàn)(Contributed equally to this work)

倉曉燕, E-mail: cangxiaoyan@126.com; 夏紅明, E-mail: xiahm103@163.com

2020-11-25;

2021-04-26;

2021-05-13.

URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20210513.1452.006.html