251份大豆品種(系)對(duì)大豆疫霉及多種鐮孢菌的抗性評(píng)價(jià)

李柯,鄭素嬌,王曉莉,孫哲,葉文武,王源超,鄭小波

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院,江蘇 南京 210095)

根腐病是大豆生產(chǎn)中危害最重的病害之一,在全球各大豆主產(chǎn)區(qū)均有發(fā)生。近年來(lái),該病在我國(guó)東北和黃淮海等大豆主產(chǎn)區(qū)發(fā)生嚴(yán)重,一般可造成大豆減產(chǎn)10%～30%,重病地區(qū)可減產(chǎn)60%以上,甚至導(dǎo)致絕收[1]。大豆根腐病為土傳病害,大豆根部和莖基部發(fā)病后,影響植株地上部分水分和營(yíng)養(yǎng)供給,生長(zhǎng)受阻,嚴(yán)重時(shí)造成植株枯死[2]。根腐病是大豆田缺苗斷壟和植株早衰的重要原因之一。

引起大豆根腐病的病原菌有多種,常見的有大豆疫霉(Phytophthorasojae)、腐霉(Pythiumspp.)、鐮孢菌(Fusariumspp.)和立枯絲核菌(Rhizoctoniasolani)等。在我國(guó)東北和黃淮海等大豆主產(chǎn)區(qū),危害最大的主要是大豆疫霉和鐮孢菌,鐮孢菌的主要種類有茄腐鐮孢菌(Fusariumsolani)、黃色鐮孢菌(F.culmorum)、禾谷鐮孢菌(F.graminearum)、木賊鐮孢菌(F.equseti)、尖孢鐮孢菌(F.oxysporum)和層出鐮孢菌(F.proliferatum)等[3-6]。有報(bào)道指出,我國(guó)黃淮海地區(qū)的大豆根腐病常由多種病原菌復(fù)合侵染引起,大豆疫霉和鐮孢菌的復(fù)合侵染可加重根腐病的發(fā)生與危害[7]。

由于大豆根腐病主要為害大豆植株地下部,防控較為困難。使用抗病品種是防控該病最為經(jīng)濟(jì)有效的方法。過(guò)去的抗病品種篩選大多只針對(duì)某一種或某一類病原菌,如:大豆疫霉根腐病菌[8-9]或大豆鐮孢根腐病菌[10-11],而對(duì)于是否同時(shí)抗多種(類)根腐病菌,則關(guān)注較少。

本研究以國(guó)家大豆良種攻關(guān)項(xiàng)目2019—2020年選育的251份大豆品種(系)為材料,鑒定了這些品種(系)對(duì)大豆疫霉和多種鐮孢菌的抗性水平,篩選出可以同時(shí)抗大豆疫霉多種致病型和多種鐮孢菌的抗性品種(系),以期為利用抗病品種防控大豆根腐病及后續(xù)抗病育種提供有力支撐。

1 材料與方法

1.1 供試大豆種質(zhì)資源

供試的251個(gè)大豆材料為2019—2020年國(guó)家大豆良種攻關(guān)項(xiàng)目新選育的品種(系),由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所孫石老師提供。以‘合豐47’為感病對(duì)照品種,由黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院佳木斯分院植物保護(hù)研究所丁俊杰老師提供。

1.2 供試大豆疫霉菌株

供試的8個(gè)不同致病型大豆疫霉菌株(Ps1、Ps3、Ps4、Ps5、USAR2、Ps41-1、PsMC1和PsJS2)由南京農(nóng)業(yè)大學(xué)卵菌與真菌分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所朱振東教授團(tuán)隊(duì)分離、收集并保存共享。各菌株在大豆鑒別寄主上的致病表型見楊瑾等[9]的報(bào)道。菌株在25 ℃黑暗條件下采用10% V8培養(yǎng)基[12]培養(yǎng)7～10 d用于接種。

1.3 供試鐮孢菌菌株

選取6個(gè)引起大豆鐮孢根腐病的常見種,每種鐮孢菌各選取1株致病力較強(qiáng)的菌株作為供試菌株,分別是茄腐鐮孢菌Fs-1、黃色鐮孢菌Fc-4、禾谷鐮孢菌Fg-1、木賊鐮孢菌Fe-9、尖孢鐮孢菌Fo-2和層出鐮孢菌Fp-2。上述菌株由南京農(nóng)業(yè)大學(xué)卵菌與真菌分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室分離保存并測(cè)定致病力(表1),在25 ℃黑暗條件下采用PDA培養(yǎng)基培養(yǎng)5～7 d用于接種。

表1 供試的鐮孢菌菌株及其致病力

1.4 抗性鑒定方法

1.4.1 大豆疫霉根腐病的抗性鑒定方法和分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)病原菌接種及抗性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參照楊瑾等[9]的方法。用直徑1.5 cm的打孔器打取菌餅,在接種部位用無(wú)菌手術(shù)刀劃微小傷口,菌絲面朝下貼在傷口處,用滅菌水潤(rùn)濕的吸水紙包裹下胚軸保濕。每個(gè)接種處理設(shè)5個(gè)重復(fù),再用錫箔紙包裹。置于25 ℃、10 h光照和14 h黑暗條件下,5 d后記錄發(fā)病結(jié)果。以空白V8培養(yǎng)基替代菌餅作為對(duì)照。

抗性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn):高抗(R)為接種部位無(wú)發(fā)病癥狀或輕微變褐,植株長(zhǎng)勢(shì)與對(duì)照相似;中抗(I)為接種部位表皮明顯變褐,但病斑未上下擴(kuò)展且未繞莖,莖內(nèi)部組織未受侵染;感病(S)為接種部位莖組織明顯壞死,病斑繞莖且向上下擴(kuò)展,植株比對(duì)照矮小,根系不能正常生長(zhǎng)。

1.4.2 大豆鐮孢根腐病的抗性鑒定方法和分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)大豆對(duì)鐮孢菌的抗性鑒定方法和分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參照姚艷[11]的方法。每個(gè)接種處理設(shè)5個(gè)重復(fù),接種5 d后記錄發(fā)病結(jié)果。以空白PDA培養(yǎng)基替代菌餅作為對(duì)照。

抗性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn):高抗(R)為接種部位基本無(wú)發(fā)病癥狀,植株長(zhǎng)勢(shì)與對(duì)照相似;中抗(I)為接種部位表皮變褐,病斑未上下擴(kuò)展且未繞莖侵染,植株長(zhǎng)勢(shì)與對(duì)照相似;感病(S)為接種部位變褐腐爛,病斑從接種部位沿莖上下擴(kuò)展且繞莖侵染,植株矮小,根系不能正常生長(zhǎng)。

1.4.3 大豆品種(系)對(duì)大豆疫霉和鐮孢菌綜合抗性的分析方法本研究以供試菌株對(duì)各供試品種(系)的毒力頻率[13],作為評(píng)價(jià)品種(系)的綜合抗性指標(biāo)。毒力頻率=致病表現(xiàn)為感病的菌株數(shù)/供試菌株總數(shù)×100%,如計(jì)算得出的毒力頻率低,則品種(系)的綜合抗性水平高。品種抗性反應(yīng)型的統(tǒng)計(jì)參照Kyle等[14]的方法,將中抗(I)和高抗(R)均計(jì)為抗性類型。

2 結(jié)果與分析

2.1 供試大豆品種(系)對(duì)大豆疫霉8個(gè)不同致病型菌株的抗性鑒定

251個(gè)大豆品種(系)對(duì)大豆疫霉8個(gè)不同致病型菌株的反應(yīng)型見表2。本研究共篩選到19個(gè)對(duì)8個(gè)大豆疫霉菌株均表現(xiàn)高抗的大豆品種(系),占供試大豆總數(shù)的7.6%;69個(gè)品種(系)能夠抗7個(gè)大豆疫霉菌株,占27.5%;49個(gè)品種(系)能夠抗6個(gè)大豆疫霉菌株,占19.5%;30個(gè)品種(系)能夠抗5個(gè)大豆疫霉菌株,占12.0%。能夠抗5個(gè)及5個(gè)以上菌株的抗病品種(系)數(shù)量達(dá)167個(gè),占供試大豆總數(shù)的66.5%。

表2 供試大豆品種(系)對(duì)8個(gè)大豆疫霉菌株的反應(yīng)型

續(xù)表2 Table 2 continued

續(xù)表2 Table 2 continued

對(duì)于8個(gè)不同致病型的大豆疫霉菌株,大豆抗病品種(系)的比例存在較大差異(圖1)。其中對(duì)菌株P(guān)s1、Ps3、Ps5和PsMC1的抗性資源最豐富,其次是Ps4和USAR2,而對(duì)Ps41-1和PsJS2的抗性資源較少。

圖1 供試大豆品種(系)對(duì)8個(gè)大豆疫霉菌株的抗性鑒定結(jié)果

2.2 高抗大豆疫霉的大豆品種(系)對(duì)6種鐮孢菌的抗性鑒定

在上述鑒定結(jié)果的基礎(chǔ)上,選擇21個(gè)高抗大豆疫霉的大豆品種(系)(其中16個(gè)可同時(shí)抗大豆疫霉8個(gè)菌株,其余5個(gè)分別抗7個(gè)和6個(gè)菌株),進(jìn)一步測(cè)定這些品種(系)對(duì)茄腐鐮孢菌Fs-1、黃色鐮孢菌Fc-4、禾谷鐮孢菌Fg-1、木賊鐮孢菌Fe-9、尖孢鐮孢菌Fo-2和層出鐮孢菌Fp-2(強(qiáng)毒力菌株)的抗性,以期篩選出既抗大豆疫霉又抗鐮孢菌的品種(系)。

從表3可見:不同大豆品種(系)對(duì)6種鐮孢菌的抗性存在較大差異。其中,可同時(shí)抗4種鐮孢菌(含中抗和高抗)的品種(系)有4個(gè),而抗3種、2種和1種鐮孢菌的品種(系)分別有6、10和1個(gè);不同品種(系)對(duì)6種鐮孢菌的抗性譜具有差異,如:‘鄭1905’‘徐1726’‘皖宿218’和‘徐1017-1’均可高抗或中抗4種鐮孢菌,但前兩者可同時(shí)抗Fs-1、Fc-4、Fg-1和Fo-2,而后兩者則同時(shí)抗Fs-1、Fc-4、Fg-1和Fe-9。

表3 供試大豆品種(系)對(duì)6種鐮孢菌的反應(yīng)型

比較對(duì)不同鐮孢菌表現(xiàn)抗性的品種(系)比例(圖2),結(jié)果顯示供試大豆品種(系)對(duì)Fs-1、Fc-4和Fg-1的抗性資源較豐富,對(duì)Fe-9和Fo-2的抗性資源較少,而對(duì)Fp-2均高度感病。

圖2 供試大豆品種(系)對(duì)6種鐮孢菌的抗性鑒定結(jié)果

2.3 雙抗大豆疫霉和鐮孢菌的大豆品種(系)篩選結(jié)果

根據(jù)8個(gè)大豆疫霉菌株和6個(gè)鐮孢菌菌株對(duì)每個(gè)供試大豆品種(系)的毒力頻率(表4),比較21個(gè)品種(系)之間的綜合抗性水平。結(jié)果表明,兩類病原菌對(duì)‘鄭1905’‘徐1726’‘皖宿218’和‘徐1017-1’這4個(gè)品種(系)的毒力頻率最低(14.3%),即上述4個(gè)品種(系)對(duì)大豆疫霉根腐病和大豆鐮孢根腐病具有較好的綜合抗性;其次是‘滄豆1434’‘安豆1215’‘商豆2005’和‘阜豆169’,毒力頻率均為21.4%;此外,有8、3和2個(gè)大豆品種(系)的毒力頻率分別為28.6%、35.7%和42.9%,而‘合豐47’(感病對(duì)照)的毒力頻率最高,達(dá)到71.4%。

表4 供試大豆疫霉和鐮孢菌菌株對(duì)不同大豆品種(系)的毒力頻率

3 討論

長(zhǎng)期以來(lái),大豆種質(zhì)對(duì)根腐病的抗性鑒定備受關(guān)注。楊瑾等[9]利用農(nóng)業(yè)農(nóng)村部公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)“作物疫病監(jiān)測(cè)防控技術(shù)研究與示范”項(xiàng)目組推薦的8個(gè)不同致病型的大豆疫霉菌株,以及改進(jìn)后的黃化苗下胚軸接種法,對(duì)2017—2018年在黃淮海地區(qū)收集的439個(gè)大豆品種(系)進(jìn)行抗性鑒定,結(jié)果發(fā)現(xiàn)43個(gè)品種(系)能夠高抗超強(qiáng)毒力菌株P(guān)sJS2,其中‘皖豆21020’‘徐9302-A’‘科豆10’‘立地055’對(duì)所有的8個(gè)菌株具有抗性。姚艷[11]對(duì)2015年來(lái)自黃淮地區(qū)(安徽、江蘇和山東)的80個(gè)大豆品種(系)進(jìn)行大豆鐮孢根腐病抗性評(píng)價(jià),發(fā)現(xiàn)對(duì)茄腐鐮孢菌、木賊鐮孢菌、禾谷鐮孢菌、層出鐮孢菌和尖孢鐮孢菌的抗性比例分別是82.9%、61.3%、31.3%、4.2%和6.3%。除了對(duì)單種(類)根腐病菌的抗性種質(zhì)鑒定,顧鑫等[15]于2009年從220個(gè)大豆種質(zhì)中篩選到3個(gè)同時(shí)抗尖孢鐮孢菌、腐霉菌和大豆疫霉的種質(zhì)(‘抗線 2號(hào)’‘鄧恩’和‘大粒黃’)。本研究基于我國(guó)2019—2020年新選育的251個(gè)大豆品種(系),選用8個(gè)具有不同致病型的大豆疫霉菌株和6種鐮孢菌菌株進(jìn)行抗性評(píng)價(jià),發(fā)現(xiàn)抗大豆疫霉5個(gè)及5個(gè)以上致病型菌株的品種(系)比例達(dá)66.5%,并在21個(gè)高抗大豆疫霉的品種(系)中,發(fā)現(xiàn)抗3種及3種以上常見鐮孢菌的品種(系)比例達(dá)47.6%,表明我國(guó)新育大豆品種(系)中對(duì)不同根腐病菌的多抗資源較為豐富,研究結(jié)果可為大豆多抗根腐病菌種質(zhì)資源的篩選及復(fù)合侵染的抗性機(jī)制研究提供了新的資源與數(shù)據(jù)。

研究結(jié)果中,有部分品種(系)對(duì)供試大豆疫霉和鐮孢菌表現(xiàn)為中等抗性(I)。供試品種(系)僅在下胚軸接種部位表皮出現(xiàn)褐色病變,但病斑僅局限在接種部位而未向上下擴(kuò)展,也未環(huán)繞莖部,且莖內(nèi)部組織基本未發(fā)病。上述表型應(yīng)屬典型的抗病反應(yīng)類型,但抗性程度低于高抗類型,故被計(jì)為中抗類型。該類品種(系)的黃化苗經(jīng)接種后,在人工創(chuàng)造的最適宜病原菌侵染的溫濕度條件下仍可較好生長(zhǎng),植株長(zhǎng)勢(shì)與未接種的對(duì)照相似,提示此類品種(系)對(duì)防控大豆根腐病仍具良好的應(yīng)用價(jià)值。本研究選用的鐮孢菌菌株分離自黃淮海地區(qū)采集的大豆根腐病組織,并通過(guò)對(duì)3個(gè)大豆品種的致病力測(cè)定進(jìn)行篩選。除茄腐鐮孢菌Fs-1菌株為中等致病力外,其余5種鐮孢菌菌株均表現(xiàn)強(qiáng)致病力,提高了抗性鑒定結(jié)果的可靠性。后續(xù)研究可進(jìn)一步篩選、擴(kuò)大每種鐮孢菌的供試菌株數(shù)量,有利于更全面反映供試品種(系)對(duì)鐮孢菌的抗性。供試的21個(gè)大豆品種(系)對(duì)Fs-1的抗性比例高,可能與該菌株致病力相對(duì)偏弱有關(guān)。此外,在供試品種(系)中未篩選到對(duì)層出鐮孢菌Fp-2的抗性種質(zhì),表明我國(guó)大豆對(duì)層出鐮孢菌的抗性資源可能并不豐富;該結(jié)果與姚艷[11]和楊帥[16]等報(bào)道的結(jié)果相似,提示應(yīng)加強(qiáng)關(guān)注對(duì)該種鐮孢菌的抗性種質(zhì)資源挖掘及抗性研究。