28份高粱品種對絲黑穗病的抗性評價(jià)及發(fā)病條件研究

郭成 王春明 周天旺 張小杰 葛玉彬 張國琴

摘要 為明確不同高粱品種抗絲黑穗病類型和差異，本研究于 2019 年采用田間人工接種法在甘肅省榆中縣對28份高粱品種進(jìn)行了田間抗病性鑒定，結(jié)果表明，‘吉雜122和‘瑞雜8號2份材料表現(xiàn)免疫，占比7.14%;‘龍雜5號 ‘吉雜227和‘新粱N6VA等3份材料表現(xiàn)高抗，占比10.71%;‘晉雜22號‘吉雜127‘吉雜124‘吉雜137和‘新粱SN2等5份材料表現(xiàn)抗病，占比17.86%;‘晉糯3號‘吉雜140和‘吉雜138等3份材料表現(xiàn)中抗，占比10.71%;9份材料表現(xiàn)感病，6份材料表現(xiàn)高感，占比分別為32.14%和21.43%。不同播種時(shí)期和接菌量研究結(jié)果表明，前者與平均病株率呈顯著負(fù)相關(guān)，而后者與平均病株率呈顯著正相關(guān)。

關(guān)鍵詞 高粱; 絲黑穗病; 抗性; 發(fā)病條件

中圖分類號： S 435.14

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI： 10.16688/j.zwbh.2020331

Resistance analysis of 28 sorghum varieties and research on incidence conditions to head smut

GUO Cheng1，2， WANG Chunming1，2， ZHOU Tianwang1，2， ZHANG Xiaojie3， GE Yubin4， ZHANG Guoqin4

（1. Institute of Plant Protection， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou 730070， China;

2. Scientific Observing and Experimental Station of Crop Pests in Tianshui， Ministry of Agriculture and Rural

Affairs，? Gangu 741299， China; 3. College of Plant Protection， Gansu Agricultural University， Lanzhou

730070， China; 4. Institute of Crops，Gansu Academy of Agricultural Sciences，Lanzhou 730070， China）

Abstract

The study aimed to confirm the head smut-resistance types and differences among sorghum varieties. Using the artificial inoculation method under field conditions， 28 sorghum varieties were assessed and evaluated at Yuzhong county， Lanzhou city， Gansu province in 2019. The results showed that two accessions were immune， such as ‘Jiza122 and ‘Ruiza8， accounting for 714% of the total accessions. Three accessions were highly resistant， including ‘Longza5 ‘Jiza227， and ‘Xinliang N6VA， accounting for 10.71%. Five accessions were resistant， such as ‘Jinza22 ‘Jiza127‘Jiza124 ‘Jiza137， and ‘Xinliang SN2， accounting for 1786% of the total accessions. Three accessions were moderately resistant， for example ‘Jinnuo3‘Jiza140 and ‘Jiza138， accounting for 10.71% of the total accessions. The other nine and six accessions were susceptible and highly susceptible， accounting for 32.14% and 21.43%， respectively. The results showed that the severity of the sorghum head smut was negative with the sowing date， but positively correlated with the inoculation amount.

Key words

sorghum; head smut; resistance; incidence condition

高粱Sorghum bicolor又稱蜀黍，屬禾本科，它不僅是重要的糧食作物，也是發(fā)展畜牧產(chǎn)業(yè)的優(yōu)質(zhì)飼料、釀酒和工業(yè)原料，在社會(huì)生產(chǎn)和國民經(jīng)濟(jì)中占有非常重要的地位[1]。高粱的世界總產(chǎn)量位于糧食作物玉米、水稻、小麥和大麥之后，居第5位[2]。我國的高粱單產(chǎn)水平僅次于美國，在世界范圍內(nèi)名列第2[3]。高粱栽培品種根據(jù)其不同用途，可分為甜高粱、飼料高粱和籽粒高粱3種類型[4]。作為C4植物的模式作物，高粱因其具有光合效率高、耐高溫和干旱能力強(qiáng)，以及耐貧瘠脅迫等特性而備受關(guān)注[5]。雖然高粱具有耐環(huán)境脅迫等優(yōu)勢，但病蟲害的發(fā)生和危害，大大降低了高粱的產(chǎn)量和品質(zhì)[6]。據(jù)報(bào)道，每年高粱因病蟲害危害造成的產(chǎn)量損失在不斷提高，甚至?xí)窒蚍N植高產(chǎn)新品種或使用新技術(shù)而帶來的經(jīng)濟(jì)效益[7]。

高粱絲黑穗病是影響中國高粱生產(chǎn)和發(fā)展的重要病害之一，在東北地區(qū)和華北地區(qū)危害尤為嚴(yán)重[8]。近年來，隨著栽培耕作技術(shù)措施改變，高粱的多年連種使得輪作倒茬日益困難，田間土壤中絲黑穗病菌菌源量不斷累積，該病害明顯呈加重趨勢[1]。絲黑穗病在吉林、黑龍江、遼寧、山西、貴州和四川等不同地區(qū)的高粱產(chǎn)區(qū)發(fā)生和危害較為嚴(yán)重，個(gè)別重病田塊的發(fā)病株率超過90%[9-10]。

種植和使用抗病蟲品種是防治高粱病蟲害的重要舉措之一，而篩選和評價(jià)抗性資源是成功選育抗病蟲品種的基礎(chǔ)工作[1， 7，11]。專家和學(xué)者搜集現(xiàn)有高粱種質(zhì)和品種對其通過田間人工接種進(jìn)行抗性評價(jià)，篩選出了一批高抗絲黑穗病的高粱材料。如董懷玉等[7]通過對1 200余份國內(nèi)外高粱種質(zhì)資源進(jìn)行了抗絲黑穗病評價(jià)，共篩選出高抗絲黑穗病的種質(zhì)資源276份，占總鑒定材料的21.53%。張桂香等[12]對1 500份國內(nèi)外高粱種質(zhì)進(jìn)行抗絲黑穗病鑒定，發(fā)現(xiàn)免疫材料37份，高抗材料31份。這些高抗絲黑穗病種質(zhì)的發(fā)現(xiàn)，拓寬了高粱育種資源，為高粱抗病育種提供了有效的抗源材料，但高抗高粱絲黑穗病的種質(zhì)仍相對匱乏。且高粱絲黑穗病菌在不同地區(qū)的菌株存在致病力差異，生理小種具有明顯區(qū)域性，因此在引種時(shí)應(yīng)對其進(jìn)行抗性鑒定，從而避免由于異地種植出現(xiàn)絲黑穗病大發(fā)生和流行[13]。因此，本研究搜集了國家谷子高粱產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系在生產(chǎn)上推廣種植的28份高粱品種，對其進(jìn)行絲黑穗病抗性鑒定與評價(jià)，旨在明確這些品種的抗病水平，為其在西北生態(tài)區(qū)的引種和品種更替提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。同時(shí)通過不同播期和接菌量試驗(yàn)對高粱絲黑穗病發(fā)病的外部環(huán)境條件進(jìn)行分析，以期明確影響該病害發(fā)生的環(huán)境因子，為高粱絲黑穗病的農(nóng)業(yè)生態(tài)防治提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試品種：28份高粱品種由甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院、新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院、平?jīng)鍪修r(nóng)業(yè)科學(xué)研究院和部分育種企業(yè)提供。

供試菌種：2018年秋季采自位于甘肅省平?jīng)鍪袥艽h高平鎮(zhèn)的平?jīng)鍪修r(nóng)業(yè)科學(xué)研究院高平實(shí)驗(yàn)站罹病高粱，從典型病株上收集病癭，風(fēng)干后常規(guī)保存。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 高粱絲黑穗病菌菌粉制備

播種前將病癭上的冬孢子菌粉抖落，以40目細(xì)籮過篩，分別按菌土比0.2∶100、0.4∶100、0.6∶100、0.8∶100將菌粉和細(xì)土充分混合后備用。

1.2.2 高粱抗絲黑穗病鑒定

高粱絲黑穗病鑒定圃設(shè)在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院榆中高寒試驗(yàn)站，該地區(qū)屬于溫帶半干旱氣候，年均氣溫6.7℃，降雨量400 mm。該試驗(yàn)于2019年4月21日播種，行長1.5 m，行距0.6 m，每處理設(shè)3次重復(fù)，每行人工撒播高粱種子100粒，播種時(shí)用0.6∶100混合菌土覆蓋高粱種子。病情分級和抗性分級標(biāo)準(zhǔn)參照高粱種質(zhì)資源抗絲黑穗病鑒定方法[14]，稍作修改。

以病株率劃分抗性等級，0級為免疫（IM），病株率為0;1級為高抗（HR），0<病株率≤5.0%;3級為抗?。≧），5.0%<病株率≤10.0%;5級為中抗（MR），10.0%<病株率≤20.0%;7級為感病（S），20.0%<病株率≤40.0%;9級為高感（HS），400%<病株率≤100.0%。

在高粱進(jìn)入乳熟期時(shí)，對供試品種逐株進(jìn)行調(diào)查和記載，計(jì)算病株率。采用Excel 2010和DPS 2016.1.1數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，用Duncan氏新復(fù)極差多重比較法進(jìn)行顯著差異性分析（P<0.05）。

1.2.3 播種時(shí)期和接菌量對高粱絲黑穗病發(fā)病的影響

于2019年4月21日播種高粱品種‘吉雜140，該品種以‘吉1230A為母本，‘吉R8068為父本組配而成，2014年經(jīng)遼寧省國家高粱改良中心接種鑒定，病株率為19.0%，對絲黑穗病表現(xiàn)中抗（MR）。接菌量對發(fā)病影響的試驗(yàn)播種方式同1.2.2，但在播種時(shí)分別用0.2∶100、0.4∶100、0.6∶100和0.8∶100混合菌土覆蓋高粱種子，每處理3次重復(fù)。不同播期對發(fā)病影響的試驗(yàn)播種方式同1.2.2，以0.6∶100混合菌土覆蓋高粱種子，分別于2019年4月21日、4月24日、4月27日、4月30日和5月3日播種高粱品種‘吉雜140，每處理3次重復(fù)。用Excel 2010對播種時(shí)間和接菌量試驗(yàn)處理結(jié)果與平均病株率進(jìn)行線性回歸分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 高粱品種對絲黑穗病的抗性水平

在28份高粱品種中，2份材料‘吉雜122‘瑞雜8號表現(xiàn)免疫，占比7.14%;3份材料‘龍雜5號‘吉雜227和‘新粱N6VA表現(xiàn)高抗，占比1071%;5份材料‘晉雜22號‘吉雜127‘吉雜124‘吉雜137和‘新粱SN2表現(xiàn)抗病，占比1786%;3份材料‘晉糯3號‘吉雜140和‘吉雜138表現(xiàn)中抗，占比10.71%;9份材料‘吉雜136‘汾酒粱1號‘吉雜159‘龍雜16號‘晉雜34號‘糯粱2號‘吉雜123‘吉雜235和‘龍雜10表現(xiàn)感病，占比3214%;6份材料‘平試10號‘龍雜11號‘38‘晉雜31號‘冀釀2號和‘平雜8號表現(xiàn)高感，占總鑒定材料的21.43%。28份品種的發(fā)病率及抗性類型見表1。

2.2 高粱品種間抗性差異顯著性分析

對28份高粱品種進(jìn)行方差分析結(jié)果可知（表1），13份抗病及免疫品種中，2份免疫品種‘吉雜122和‘瑞雜8號之間及其與‘龍雜5號‘新粱N6VA‘吉雜227‘吉雜127‘新粱SN2‘吉雜124‘吉雜137和‘晉雜22號8份抗病品種不存在顯著性差異（P>0.05）;但與‘吉雜138‘吉雜140和 ‘晉糯3號3份中抗品種之間差異顯著（P<005）。15份感病品種中，高感品種‘平雜8號‘平試10號 ‘晉雜31號‘38 ‘冀釀2號之間差異性不顯著（P>0.05），但與‘龍雜11號‘吉雜235‘龍雜16號 ‘龍雜10號‘汾酒粱1號‘吉雜123‘吉雜136存在顯著差異（P<0.05）。

2.3 播種時(shí)間和接菌量對高粱絲黑穗病病株率的影響

調(diào)查結(jié)果表明，2019年4月21日、4月24日、4月27日、4月30日和5月3日分別播種的‘吉雜140 的病株率依次為17.9%、20.4%、13.3%、108%和72%（圖1）。經(jīng)方差分析發(fā)現(xiàn)，4月21日、4月24日和4月27日播種的處理之間病株率差異不顯著（P>0.05），而4月24日播種與4月30日、5月3日播種病株率差異顯著（P<0.05）。不同接菌量試驗(yàn)結(jié)果顯示，按菌土質(zhì)量比0.2∶100、0.4∶100、0.6∶100和0.8∶100分別接菌后，‘吉雜140的病株率分別為10.0%、12.1%、17.9%和26.5%（圖2）。經(jīng)方差分析發(fā)現(xiàn)0.2∶100和0.4∶100與0.6∶100接種處理之間病株率差異不顯著（P>0.05），而這兩處理與0.8∶100之間差異顯著（P<0.05）。

對不同播種時(shí)期（x）與平均病株率（y）進(jìn)行線性回歸分析，擬合方程為y=-1.037 5x+45 232，R2=0.853 3，說明不同播種時(shí)間與平均病株率呈顯著負(fù)相關(guān)（P=0.035）;對不同接菌量（x）與平均病株率（y）進(jìn)行線性回歸分析，擬合方程為y=5.540 2x+2.783 4，R2=0.935 4，說明不同接菌量與平均病株率呈顯著正相關(guān)（P=0.045 3）。

3 結(jié)論與討論

本研究通過田間人工接種進(jìn)行抗絲黑穗病鑒定，共獲得2份免疫（IM）、3份高抗（HR）、5份抗?。≧）、3份中抗（MR）、9份感?。⊿）和6份高感（HS）品種，其中表現(xiàn)高抗（HR）及以上品種5份，占1786%。甘肅省平?jīng)鍪袥艽h高粱絲黑穗病生理小種為3號[15]，與1號和2號生理小種相比，該小種致病力很強(qiáng)[16-17]。本次接種鑒定所用的高粱絲黑穗病菌菌種為3號生理小種，鑒定結(jié)果具有代表性，鑒定為感病和高感高粱絲黑穗病的品種應(yīng)避免在甘肅冷涼地區(qū)種植和推廣，如隴東地區(qū)、甘南高原、臨夏州和定西市的臨洮縣和渭源縣的部分高海拔地區(qū)，以免造成該病害的流行而導(dǎo)致減產(chǎn)，該研究結(jié)果為不同高粱品種在甘肅不同生態(tài)區(qū)的合理布局提供了技術(shù)支撐。

經(jīng)查閱品種審定時(shí)相關(guān)資料，進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，‘吉雜140審定時(shí)表現(xiàn)MR，與本鑒定結(jié)果表現(xiàn)一致。其余21份品種抗性與本研究均存在差異，其中4份在本研究中抗性出現(xiàn)上升，如‘吉雜122和‘吉雜227審定時(shí)表現(xiàn)MR，在本研究中抗性分別上升為IM和HR;‘瑞雜8號和‘龍雜5號審定時(shí)均表現(xiàn)R，在本研究中分別上升為IM和HR。17份品種在本研究中抗性出現(xiàn)下降，‘晉雜22號‘吉雜124和‘吉雜137審定時(shí)表現(xiàn)HR，在本研究中抗性降為R;‘吉雜138‘晉糯3號審定時(shí)表現(xiàn)為HR，在本研究中抗性降為MR;‘吉雜127和‘晉雜34號審定時(shí)表現(xiàn)為HR，在本次研究中分別降為R和S;‘汾酒粱1號‘吉雜136和‘龍雜10號審定時(shí)表現(xiàn)為R，‘吉雜159‘龍雜16號‘吉雜123和‘糯粱2號審定時(shí)表現(xiàn)為MR，在本研究中均降為S;‘龍雜11號審定時(shí)表現(xiàn)IM，‘晉雜31號表現(xiàn)HR，‘平雜8號表現(xiàn)S，在本研究中均降為HS。6份高粱品種‘新粱N6VA‘新粱SN2‘吉雜235‘平試10號‘38和‘冀釀2號對絲黑穗病的抗性，屬首次評價(jià)，有待于進(jìn)一步開展多生理小種的多年多點(diǎn)抗性試驗(yàn)的綜合評價(jià)。部分品種在不同生態(tài)區(qū)審定時(shí)抗性與本次鑒定結(jié)果之間的差異，主要因不同地區(qū)間高粱絲黑穗病菌致病力差異所致，這也提示在一些病害的常發(fā)區(qū)，作物品種的引進(jìn)種植應(yīng)該對其抗病性進(jìn)行重新評價(jià)，以避免重大病害暴發(fā)所引起的嚴(yán)重生產(chǎn)損失，有效保護(hù)生產(chǎn)安全。

由于絲黑穗病的發(fā)生與播期、土壤初始菌源量等有很大關(guān)系，所以本研究針對高粱絲黑穗病發(fā)生嚴(yán)重度與接菌量、播期進(jìn)行研究，結(jié)果顯示高粱絲黑穗病的發(fā)病率與接菌量呈顯著正相關(guān)，與播期呈顯著負(fù)相關(guān)。加之高粱播種至出苗的土壤溫、濕度對高粱種子的發(fā)芽、生長和病原菌冬孢子的萌發(fā)和侵染有直接影響，土壤溫度越低，高粱出苗延遲，發(fā)病則越嚴(yán)重。不過早播種、適當(dāng)推遲播期也可作為預(yù)防高粱絲黑穗病發(fā)生和流行的一個(gè)重要舉措。同時(shí)，連續(xù)多年種植能夠增加土壤中病菌的積累，誘發(fā)病害的暴發(fā)，因此必要的輪作也是減輕高粱絲黑穗病的重要農(nóng)業(yè)措施之一。

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（責(zé)任編輯：田 喆）