江蘇省主推及新育成小麥品種抗赤霉病評價及毒素積累分析

曹淑琳，楊紅福，冷蘇鳳，疏 燕，鄧淵鈺，孫海燕，張愛香，張亞妮，李 偉，陳懷谷,4

(1.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，江蘇南京 210014； 2.江蘇丘陵地區(qū)鎮(zhèn)江農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇鎮(zhèn)江 212000；3.江蘇省種子管理站，江蘇南京 210036； 4.江蘇省糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，揚(yáng)州大學(xué)，江蘇揚(yáng)州 225009)

小麥赤霉病(Fusarium head blight，F(xiàn)HB)是由禾谷鐮刀菌(Fusariumgraminearum)和亞洲鐮刀菌(Fusariumasiaticum)引起的小麥病害，主要發(fā)生于溫暖潮濕的地區(qū)[1]。包括江蘇省在內(nèi)的長江中下游冬麥區(qū)是我國小麥赤霉病的多發(fā)區(qū)和重發(fā)區(qū)[2]。小麥赤霉病一般年份可造成減產(chǎn)5%～15%，大流行年份減產(chǎn)20%～50%，甚至絕收[3]。2012年全國小麥赤霉病的發(fā)生面積達(dá)到9.9×106hm2，2015年、2016年、2018年相繼偏重以上流行發(fā)生[4]。除了造成嚴(yán)重的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)損失，病原菌產(chǎn)生的脫氧雪腐鐮刀菌烯醇(deoxynivalenol, DON)等毒素嚴(yán)重威脅我國糧食安全和人畜健康，DON積累抗性已成為培育赤霉病抗性品種培育關(guān)注的焦點(diǎn)之一[5-7]。

目前，小麥赤霉病的防治主要依賴化學(xué)殺菌劑，但長期、大量施用藥物造成的抗藥性上升、生態(tài)環(huán)境污染、防治效果不理想等問題日益突出。選育和種植抗病品種是防治小麥赤霉病最經(jīng)濟(jì)、安全的措施?？钩嗝共∑贩N的鑒定和篩選是小麥育種的重要基礎(chǔ)工作，也是小麥品種審定和推廣的重要依據(jù)[8]。全面了解主推及新育成品種的抗性可為小麥赤霉病的綜合防治提供依據(jù)。

小麥對赤霉病的抗性主要包括抗初侵染(Type Ⅰ)、抗擴(kuò)展(Type Ⅱ)、抗毒素積累(Type Ⅲ)、抗籽粒感染(Type Ⅳ)、抗減產(chǎn)(Type Ⅴ)五種類型。目前對于小麥品種Type Ⅰ、Type Ⅱ抗性類型的研究較多[9]。朱靖環(huán)等[10]從不同省市345個小麥育成品種(系)中篩選出抗赤霉材料51個。胡文靜等[11]選取長江中下游廣泛種植的75份改良品種和18份地方品種，進(jìn)行赤霉病抗性鑒定，篩選到67個達(dá)到中感及以上水平的小麥品種。李 強(qiáng)等[12]對531份陜西新育成小麥品種(系)進(jìn)行抗赤霉病鑒定和抗病性分析，發(fā)現(xiàn)中抗及以上水平僅33份，占6.22%。張 煜等[13]從762個黃淮南部麥區(qū)小麥品種(系)中篩選出10個中抗赤霉病品種。徐 飛等[14]針對河南省的106個小麥品種(系)進(jìn)行抗赤霉病評價，未發(fā)現(xiàn)抗病和中抗材料。許 娟等[15]鑒定了安徽省128個小麥主推品種的抗赤霉情況，發(fā)現(xiàn)中抗品種占26%。雖然目前還沒有能準(zhǔn)確評價抗毒素積累(Type Ⅲ)的統(tǒng)一方法，但研究表明，DON含量與病小穗數(shù)、病穗率、病粒率呈顯著正相關(guān)，因此抗性評價中TypeⅢ類型一般用小麥籽粒中DON含量來衡量[9,16]。陳懷谷等[7]發(fā)現(xiàn)，望水白和繁60096的穗組織中DON毒素含量低于蘇麥3號、延崗坊主和翻山小麥。常 蕾等[17]發(fā)現(xiàn)，淮南小麥品系籽粒中DON含量明顯低于淮北小麥品系。徐 飛等[18]2020年對黃淮冬麥區(qū)主栽小麥品種的赤霉病抗性情況進(jìn)行了綜合評價，并對其抗性相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行了相關(guān)性分析。從以上研究可以看出，小麥赤霉病抗性材料主要集中在長江中下游麥區(qū)，特別是江蘇、安徽的淮南片區(qū)。繼續(xù)擴(kuò)大篩選范圍，全面評價現(xiàn)有主推及新育成小麥品種的抗赤霉病水平，對品種合理布局和抗病性育種具有重要指導(dǎo)意義。

小麥?zhǔn)墙K省第二大糧食作物，常年播種面積穩(wěn)定在200×104hm2以上[19]。小麥赤霉病多次大規(guī)模爆發(fā)對江蘇小麥生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響[20]。江蘇省內(nèi)分為淮北和淮南兩大生態(tài)類型地區(qū)，分別屬于黃淮麥區(qū)和長江中下游麥區(qū)。兩地區(qū)的氣候條件差異較大，造成小麥品種類型繁多、抗性差異較大。為全面了解江蘇小麥品種抗赤霉病的現(xiàn)狀，本研究于2018-2020年對江蘇省現(xiàn)有主推及新育成的280個小麥品種進(jìn)行赤霉病抗性鑒定，并檢測部分品種的DON積累情況，以期為小麥品種的科學(xué)推廣、合理布局和抗赤霉病新品種的選育提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試菌種：F0301、F0609、F0980和F1312，由江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所小麥病害防控團(tuán)隊分離保存，已在前期試驗中鑒定為強(qiáng)致病力菌株。

供試小麥品種：2017-2018年度(簡稱：2018年)，193份；2018-2019年度(簡稱：2019年)，103份；2019-2020年度(簡稱：2020年)，93份；合計389份材料，有280個不同品種。

以上供試品種包括江蘇省主要栽培品種以及江蘇省種子管理站每年篩選的“江蘇好品種(展示品種)”。以蘇麥3號、揚(yáng)麥158、淮麥20和矮抗58分別作為抗病對照(CK1)、中抗對照(CK2)、中感對照(CK3)和感病對照(CK4)。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設(shè)計

2018、2019和2020年進(jìn)行人工接種鑒定和自然發(fā)病鑒定。人工接種鑒定在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所的病圃內(nèi)進(jìn)行，每個品種種植1行，行長1 m，行距25 cm，每行均勻播種50粒，四周設(shè)置保護(hù)行。病圃土壤為黃棕壤，前茬為大豆，肥力中等。自然發(fā)病鑒定在鎮(zhèn)江市農(nóng)科院行香試驗基地進(jìn)行，每品種種植2行，行長1 m，每行播50粒種子。播種時間和田間管理均與大田生產(chǎn)一致。

1.2.2 抗病性鑒定

人工接種抗病性鑒定采用單花滴注法[16]。接種前，將4個強(qiáng)致病力菌株的分生孢子液，按等比例混合，分生孢子液濃度為105個·mL-1。每個小麥品種的揚(yáng)花初期，將分生孢子液滴注到麥穗中部的1個小花中，每品種接20穗，接種后噴霧保濕1周。接種25 d后(小麥黃熟前)調(diào)查病情，根據(jù)每個接種穗的病情級別，計算各品種的嚴(yán)重度[∑ (各級病穗數(shù)×相應(yīng)級別)/總穗數(shù)]。病情嚴(yán)重度分級標(biāo)準(zhǔn)：1級，接種小穗發(fā)病，穗軸不發(fā)病；2級，穗軸發(fā)病，但發(fā)病小穗數(shù)不足全穗的1/4；3級，發(fā)病小穗數(shù)占全穗的1/4～1/2；4級，發(fā)病小穗數(shù)占全穗的1/2以上。

抗性評價標(biāo)準(zhǔn)：抗(R)，嚴(yán)重度≤蘇麥3號的嚴(yán)重度+標(biāo)準(zhǔn)差；中抗(MR)，蘇麥3號的嚴(yán)重度+標(biāo)準(zhǔn)差<嚴(yán)重度≤揚(yáng)麥158的嚴(yán)重度+標(biāo)準(zhǔn)差；中感，揚(yáng)麥158的嚴(yán)重度+標(biāo)準(zhǔn)差<嚴(yán)重度≤淮麥20的嚴(yán)重度+標(biāo)準(zhǔn)差；感(S)，嚴(yán)重度>淮麥20的嚴(yán)重度+標(biāo)準(zhǔn)差。

自然發(fā)病鑒定：于小麥黃熟前每個品種隨機(jī)選取150穗，調(diào)查發(fā)病情況，記錄每穗的赤霉病嚴(yán)重度，計算病穗率、病情指數(shù)。嚴(yán)重度分級標(biāo)準(zhǔn)：1級，發(fā)病小穗數(shù)不足全穗的1/4；2級，發(fā)病小穗數(shù)占全穗的1/4～1/2；3級，發(fā)病小穗數(shù)占全穗的1/2～3/4；4級，發(fā)病小穗數(shù)占全穗的3/4以上。

病穗率=感病穗數(shù)/總調(diào)查穗數(shù)×100%；

病情指數(shù)(DI)=∑(各病級穗數(shù)×相應(yīng)病級數(shù))/(總調(diào)查穗數(shù)×最高病級數(shù))×100。

1.2.3 DON含量的測定

成熟期每個品種隨機(jī)收集20穗，小型脫粒機(jī)脫粒；使用FOSS旋風(fēng)式樣品磨(CT293)研磨成面粉。稱取2.5 g面粉于50 mL離心管中，加入4倍于樣品的乙腈水溶液(乙腈∶水=84∶16)，浸泡4 h，每隔30 min震蕩一次；3 500 r·min-1離心6 min，吸取4 mL上清液過Bond Elut Mycotoxin凈化柱，自然過濾；吸取2 mL濾液轉(zhuǎn)移到15 mL離心管中，氮?dú)饩徛蹈珊蠹尤?.5 mL甲醇水(甲醇∶水=20∶80)；過0.22 μm有機(jī)微孔濾膜，收集進(jìn)樣瓶并進(jìn)行液相色譜測定。數(shù)據(jù)處理參考陳懷谷等[7]方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 江蘇省主推小麥品種赤霉病抗性分析

2018年鑒定小麥品種193個，篩選到抗病品種10個，占5.18%；中抗品種40個，占20.73%；中感品種65個，占33.68%；感病品種78個，占 40.41%；中抗及以上水平品種占總鑒定品種的 25.91%(圖1)。2019年鑒定小麥品種103份，篩選到中抗品種32個，占31.07%；中感品種41個，占 39.81%；感病品種30個，占29.13%；無抗性品種(圖1)。2020年鑒定小麥品種93份，篩選到抗病品種13個，占13.98%；中抗品種59個，占63.44%；中感品種12個，占12.9%；感病品種9個，占 13.98%；中抗及以上水平的品種比例達(dá)77.4%(圖1)。結(jié)果表明，江蘇省近幾年主推品種對赤霉病的抗性總體表現(xiàn)較好，但品種間抗性存在明顯差異；2018年與2019年供試品種中抗性比例比較接近，2020年中抗及以上水平品種比例上升2～3倍，這可能與各年供試品種不盡相同和2020年氣候條件不利于赤霉病發(fā)生有關(guān)。

2.2 不同麥區(qū)品種對赤霉病的抗性分析

根據(jù)品種特性和適宜種植區(qū)域，江蘇省小麥品種分為淮北品種和淮南品種。2018年193份材料中，淮北品種138個，發(fā)現(xiàn)感病品種78個，占56.52%，中感品種56個，占40.58%，中抗品種僅4個，占2.9%，無抗病品種，中感及感病品種比例達(dá)97.1%；淮南品種55個，發(fā)現(xiàn)中感品種9個，占16.36%，中抗品種36個，占65.46%，達(dá)到抗性水平的品種有10個，占18.18%，無感病品種(圖2)。

R：抗；MR：中抗；MS：中感；S：感。下同。

2019年103份材料中，淮北品種70個，發(fā)現(xiàn)感病品種30個，占42.86%，中感品種33個，占47.14%，中抗品種7個，占10%，無抗性品種，中感及感病品種比例達(dá)90%；淮南品種33個，中感品種8個，占24.24%，中抗品種25個，占 75.76%，無感病和抗性品種(圖2)。

2020年93份材料中，淮北品種62個，發(fā)現(xiàn)感病品種9個，占14.52%，中感品種12個，占19.35%，中抗品種40個，占 64.52%，抗性品種1個，占 1.61%；淮南品種31個，發(fā)現(xiàn)中抗品種19個，抗性品種12個，分別占61.29%和38.71%，無感病和中感品種(圖2)。

從三年鑒定結(jié)果來看，淮南小麥品種對赤霉病的抗性整體高于淮北品種。

圖2 不同片區(qū)小麥品種對赤霉病的抗性水平分布

2.3 不同年份赤霉病抗性鑒定結(jié)果分析

對84份江蘇主推及展示品種進(jìn)行了連續(xù)2年或3年的抗性鑒定，其中淮南品種26個，淮北品種58個。淮南品種抗性水平穩(wěn)定在中抗級以上水平的有寧麥26、寧麥13、揚(yáng)麥25、揚(yáng)麥27、揚(yáng)麥20、揚(yáng)麥28、蘇麥11、鎮(zhèn)麥10號、隆麥28、華麥8號等17個，淮北品種中僅有徐農(nóng)029和西農(nóng)511表現(xiàn)為中抗(表1)。這說明淮南小麥品種抗赤霉病率明顯較淮北小麥品種高。

27個品種連續(xù)三年的抗性結(jié)果表明，2018年和2019年兩年鑒定結(jié)果較為相似，但2020年鑒定的抗性水平偏高(表1)，這與2020年四、五月份氣候條件不利于赤霉病發(fā)生、田間赤霉病發(fā)病程度很輕有關(guān)。此外，個別品種如鎮(zhèn)麥13、鎮(zhèn)麥10號等，重復(fù)鑒定結(jié)果年度間差異較大，一方面可能因為品種對環(huán)境因素敏感，大規(guī)模接種出現(xiàn)誤差造成的，故需要更多年重復(fù)鑒定結(jié)果來確認(rèn)個別品種的抗病性情況。

2.4 “江蘇省好品種”抗性評價

在389份小麥材料中，包含 “江蘇省好品種”146個，共81個品種(表2)。2018年參試的38個好品種中，中抗及以上水平有18個，包括16個淮南品種(占淮南品種的88.9%)和2個淮北品種(瑞華麥520、徐農(nóng)029)，感病品種全部為淮北品種(占淮北品種的47.4%)。2019年參試的50個品種中，中抗及以上水平品種23個，其中22個(占淮南品種的 95.7%)為淮南品種，淮北品種僅徐農(nóng)029表現(xiàn)為中抗，14個感病品種都為淮北品種(占淮北品種的56.0%)。2020年接種圃赤霉病偏輕發(fā)生，參試的58個好品種中，中抗及以上水平品種55個，占 94.8%，淮南品種全部表現(xiàn)為中抗及中抗以上水平。說明淮南好品種對小麥赤霉病具有較好的抗性，而淮北好品種有一半左右為感病品種，僅徐農(nóng)029(中抗)表現(xiàn)較好。

表1 連續(xù)兩年或三年重復(fù)試驗的江蘇省主推及新育成小麥品種的抗赤霉病鑒定結(jié)果(單花滴注)Table 1 Resistance level of major wheat cultivars to wheat scab in Jiangsu province by repeated tests for two or three years(single spike inoculation)

(續(xù)表1 Continued table 1)

表2 江蘇省好品種(展示品種)抗性評價、自然發(fā)病及DON含量Table 2 Resistant, naturally infection and DON levels of Jiangsu display varieties

(續(xù)表2 Continued table 2)

2.5 不同小麥品種自然發(fā)病情況及DON積累水平

2018年、2019年和2020年分別選取180、55、58個小麥品種進(jìn)行自然發(fā)病調(diào)查及籽粒DON含量測定。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，2018年180個品種(淮南55個和淮北138個)中，病穗率在10%以上的品種有100個，淮南品種6個，其余94個都為淮北品種；2019年55個品種(淮南30個和淮北25個)中，病穗率在10%以上的品種有13個，全部為淮北品種，近70%的淮南品種病穗率為0；2020年58個品種(淮南31個和淮北27個)中，病穗率在10%以上的品種有3個，全部為淮北品種。2018年籽粒DON含量在1 mg·kg-1以上的有123個品種，包括15個淮南品種(27%)和108個淮北品種(78%)；2019年DON含量在1 mg·kg-1以上的有7個品種，全部為淮北品種；2020年DON含量在1 mg·kg-1以上的有31個品種，包括4個淮南品種(12.9%)4個和27個淮北品種(100%)。說明淮北品種的赤霉病自然發(fā)病情況較淮南品種嚴(yán)重，DON積累量較高。

2018年和2019年自然發(fā)病病穗率大于10%的品種中，接種鑒定結(jié)果為中感及感病的分別占91%(91個)、100%(13個)。病穗率與病指較高的品種，自然條件下DON積累量較高。但個別品種如億麥9號、揚(yáng)麥20、淮麥33、西農(nóng)979等病穗率大于10%，但籽粒的DON含量較低(0.05 mg·kg-1以下)。

2.6 病情指數(shù)與DON積累量相關(guān)性分析

為明確自然發(fā)病嚴(yán)重程度與毒素積累量之間的關(guān)系，對2018年至2020年展示品種的病情指數(shù)與籽粒中DON毒素含量進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果表明，小麥品種的病情指數(shù)與DON含量呈顯著正相關(guān)，三年相關(guān)系數(shù)分別為0.44(P<0.01，2018年)、0.73(P<0.01，2019年)和0.57(P<0.01，2020年)(圖3)。

圖3 2018年至2020年好品種病情指數(shù)與DON積累量相關(guān)性分析

3 討 論

本試驗結(jié)果表明，江蘇省主要栽培品種中沒有對赤霉病穩(wěn)定免疫的小麥品種；2018年193個品種中，篩選到中抗及以上水平品種50個，其中92%為淮南品種；2019年103個品種中，中抗及以上水平品種33個，其中75.76%為淮南品種；2020年93個品種中，中抗及以上水平72個。與河南、陜西以及黃淮南片麥區(qū)的抗赤霉病鑒定結(jié)果[11-13]相比較，江蘇省目前主要推廣和新育成小麥品種抗赤霉病水平相對較好，中抗及以上水平的小麥品種占比較高，且主要集中在江蘇淮南麥區(qū)。

2018-2019年23個新育成品種中，除明麥133外，11個淮南品種對赤霉病的抗性都在中抗及以上水平，而12個淮北品種都未達(dá)到中抗，該片區(qū)抗赤霉病育種工作亟待加強(qiáng)。對84個江蘇主推品種連續(xù)兩年或三年試驗，篩選到19個抗性水平穩(wěn)定在中抗的品種，包括寧麥26、寧麥13、揚(yáng)麥25、揚(yáng)麥27、揚(yáng)麥20、揚(yáng)麥28、蘇麥11、鎮(zhèn)麥10號、隆麥28、華麥8號等17個淮南品種以及徐農(nóng)029、西農(nóng)511兩個淮北品種。其中揚(yáng)麥系列品種的抗性與蔣正寧等[21]的評價結(jié)果一致，寧麥13抗性在中抗及以上水平，與呂國鋒等[22]的評價結(jié)果一致。本研究中，這18個品種自然發(fā)病病穗率均不超過5%，毒素含量也相對較低。說明這些品種兼具有抗侵染和抗毒素積累能力。

通過比較人工接種和自然發(fā)病鑒定結(jié)果，發(fā)現(xiàn)部分人工接種鑒定結(jié)果為中抗的小麥品種，其自然發(fā)病病穗率及病情指數(shù)卻高于中感品種，推測跟環(huán)境不同有關(guān)。整體來看，大部分(2018年，65%；2019年，90.32%；2020年，80.36%)中抗及以上水平的小麥品種病穗率在5%以下，而感病及中感品種病穗率5%以下的僅占10.71%(2018年)、40.85%(2019年)。自然發(fā)病病穗率在10%以上的品種中，絕大部分為人工接種鑒定為中感或感病品種(2018年，91%；2019年，100%)。對展示品種的病情指數(shù)與DON含量的相關(guān)性分析表明，發(fā)現(xiàn)二者呈顯著正相關(guān)。2018年180個品種中，DON含量大于1 mg·kg-1品種中 88.62%的病穗率在5%以上，病穗率5%以下的品種中，有 66.67%的DON毒素積累量低于 1 mg·kg-1。

兩年或三年重復(fù)試驗鑒定為抗性水平高且穩(wěn)定、毒素積累量較低的品種有：寧麥26、鎮(zhèn)麥12號、農(nóng)豐88 、寧麥資126、華麥8號、寧麥13、揚(yáng)麥20 、揚(yáng)麥28 、億麥9號、蘇麥11 、揚(yáng)麥25 、隆麥28 、揚(yáng)麥29 、資119 、揚(yáng)麥 27 、華麥1028、鎮(zhèn)麥10號、西農(nóng)511 、徐農(nóng)029 共19個品種。一年試驗鑒定為抗赤霉病且DON毒素積累量較低的品種有：揚(yáng)富麥101 、鎮(zhèn)麥9號、揚(yáng)麥13 、寧麥24 、鎮(zhèn)麥168、寧28、農(nóng)麥126 、羅麥10號、鎮(zhèn)麥15 、揚(yáng)輻麥6號、揚(yáng)麥10 、揚(yáng)輻麥8號、揚(yáng)麥30 、寧麥資 126 、隆墾麥 1 號、揚(yáng)輻麥 10 號、揚(yáng)麥 29 共17個品種。

小麥赤霉病抗性鑒定受氣候條件如降雨、溫度、濕度影響較大，2020年小麥揚(yáng)花初期遇低溫天氣，且降雨量少，赤霉病發(fā)生及擴(kuò)展可能受到影響，這可能是2020年與前兩年相比鑒定結(jié)果抗性水平偏高的主要原因。因此，小麥抗病性需要多年、多地試驗才能獲得更加科學(xué)的鑒定結(jié)果。

國內(nèi)赤霉病抗性較好的小麥品種基本集中在江蘇、安徽的淮南品種，北方麥區(qū)包括河南、山東、陜西主要種植品種對赤霉病的抗性普遍較差，而目前赤霉病的發(fā)生不斷向北擴(kuò)展，黃淮及北方麥區(qū)抗赤霉病育種亟待加強(qiáng)?；茨峡共∑贩N遺傳基礎(chǔ)狹窄，大多數(shù)品種的親本中包含揚(yáng)麥158或?qū)廂?號[11]。國內(nèi)小麥赤霉病抗源也往往局限于少數(shù)幾個親本，如蘇麥3號、望水白、寧7840、海鹽種等材料[10]。同時這些較好的抗源材料農(nóng)藝性狀普遍較差，抗赤霉病與豐產(chǎn)相結(jié)合有待進(jìn)一步突破。