河北省小麥主栽品種對(duì)莖基腐病抗性鑒定及評(píng)價(jià)指標(biāo)相關(guān)性分析

吳玉星 韓森 王亞嬌 張巧麗 高建海 栗秋生 孔令曉

關(guān)鍵詞：小麥品種；莖基腐病；假禾谷鐮刀菌；抗性評(píng)價(jià)

由假禾谷鐮刀菌引起的小麥莖基腐病也稱小麥冠腐?。‵usariumcrown rot，F(xiàn)CR），是小麥生產(chǎn)中重要的土傳病害，可導(dǎo)致小麥根莖基部變褐腐爛，是小麥生產(chǎn)重要的限制因素之一。該病在澳大利亞、美國(guó)、加拿大等國(guó)家均有發(fā)生，正常年份造成產(chǎn)量損失約10%，大流行年份可達(dá)35%。并且由于全球氣候變暖、耕作制度的變革、缺乏高效持久藥劑等因素，病害發(fā)生呈逐漸加重趨勢(shì)。該病自2012年在我國(guó)首次報(bào)道以來(lái)，發(fā)病面積和嚴(yán)重度急劇增加，河北省發(fā)病嚴(yán)重地塊白穗率達(dá)到20%～50%。

抗性品種應(yīng)用是病害管理的重要環(huán)節(jié)，但對(duì)于小麥莖基腐病，生產(chǎn)上鮮有免疫或高抗的小麥品種，感病或高感品種占80%以上。穩(wěn)定、高效的抗性鑒定方法是抗性育種和基因挖掘的基本前提，而抗性評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇可影響評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性，田間抗性評(píng)價(jià)易受環(huán)境因子和作物生長(zhǎng)發(fā)育狀態(tài)影響，而溫室評(píng)價(jià)方法存在與田間抗性水平相關(guān)性并不顯著的現(xiàn)象，因此，用多種抗性評(píng)價(jià)方法和指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，有利于篩選優(yōu)質(zhì)抗性資源。通過(guò)苗期及成株期抗性評(píng)價(jià)，先后篩選出了‘Surico’‘CSCR6’‘EGAWylie'翻山小麥“寧麥9號(hào)’等表現(xiàn)中抗的種質(zhì)材料。研究者在對(duì)黃淮麥區(qū)236份小麥品種（系）的抗性評(píng)價(jià)中，發(fā)現(xiàn)多數(shù)材料在苗期感病或高度感??；篩選出‘矮抗58’和‘鄭麥7698’可分別作為感病和中抗對(duì)照品種，苗期和成株期抗性水平無(wú)顯著相關(guān)性。金京京等對(duì)我國(guó)670份小麥品種（系）進(jìn)行溫室苗期抗性鑒定，發(fā)現(xiàn)感病材料（病情指數(shù)>30）所占百分比達(dá)到84%，且包含多個(gè)近年來(lái)小麥生產(chǎn)中的主推品種；發(fā)掘獲得15份抗病表現(xiàn)穩(wěn)定、抗性水平與抗病對(duì)照‘Sunco’相仿的材料，病情指數(shù)在10.9～19.4之間，其株高、抽穗期等農(nóng)藝性狀表現(xiàn)出較為豐富的變異，可為小麥抗莖基腐病品種選育提供種質(zhì)資源。

河北省小麥種植面積和產(chǎn)量在全國(guó)均名列前茅，雖然已有研究者對(duì)國(guó)內(nèi)外多個(gè)小麥品種進(jìn)行了室內(nèi)及田間抗性鑒定，但對(duì)于河北省主栽品種，還缺乏系統(tǒng)性和多年的抗病性評(píng)價(jià)研究。因此，本研究針對(duì)適合河北省種植的主栽品種，通過(guò)室內(nèi)離體、溫室苗期及田間抗性評(píng)價(jià)相結(jié)合，明確這些主栽品種的抗性水平，從中篩選抗性品種，為小麥抗莖基腐病品種選育和品種布局提供技術(shù)支撐。

1材料與方法

1.1供試小麥品種和來(lái)源

河北省主栽品種20個(gè)（表1），由河北省農(nóng)林科學(xué)院糧油作物研究所、旱作農(nóng)業(yè)研究所、石家莊市農(nóng)業(yè)科學(xué)院、滄州市農(nóng)業(yè)科學(xué)院等單位提供，‘Sunco’為中抗對(duì)照，‘國(guó)麥301’為感病對(duì)照。

1.2供試菌株及接種體準(zhǔn)備

供試假禾谷鐮刀菌菌株2035由河北省農(nóng)林科學(xué)院植物保護(hù)研究所分離保存。苗期抗性鑒定采用分生孢子懸浮液浸種法接種，濃度為1×105個(gè)/mL；成株期抗性鑒定采用谷粒法接種；分生孢子及谷粒接種物培養(yǎng)方法按參考文獻(xiàn)進(jìn)行。

1.3苗期鑒定方法

鑒定方法見(jiàn)參考文獻(xiàn)，取不同品種小麥種子，放入鋪有濕濾紙的直徑60mm無(wú)菌培養(yǎng)皿內(nèi)催芽，選取出芽一致的種子在1×105個(gè)/mL假禾谷鐮刀菌孢子懸浮液中浸泡1min，然后播種于直徑15cm的營(yíng)養(yǎng)缽中，每盆25～30粒，3次重復(fù)，土壤按滅菌土：營(yíng)養(yǎng)土=1：1混合，溫度22～25℃，光暗各12h交替培養(yǎng)，35d后調(diào)查病害嚴(yán)重度，按第一葉鞘褐變長(zhǎng)度進(jìn)行嚴(yán)重度分級(jí)。同時(shí)采用qPCR方法測(cè)定小麥莖基部組織中病原菌DNA的含量。將所調(diào)查不同品種小麥幼苗從營(yíng)養(yǎng)缽中取出，每品種取10株，3次重復(fù)，用無(wú)菌水洗凈，濾紙吸干水分，剪取小麥第一葉以下莖基部組織，稱取約0.2g，采用高效植物基因組DNA提取試劑盒（天根）提取小麥組織的DNA，將DNA濃度調(diào)至50ng/uL，以Tri3（引物：5'-CAAGTTTGATCCAGGGTAATCC-3，/5 r_GCT_GTTTCTCTTAGTCTTCCTCA-3）基因?yàn)闄z測(cè)基因，測(cè)定小麥莖基部組織中假禾谷鐮刀菌DNA含量。PCR反應(yīng)體系參照TaKaRa TB GreenPremix Ex Taq說(shuō)明書(shū)，反應(yīng)程序?yàn)?5℃預(yù)變性5min；95℃變性30s，60℃退火并延伸30s，72℃延伸45s，延伸階段采集信號(hào)，40個(gè)循環(huán)。

1.4田間成株期鑒定方法

田間成株期鑒定于2021年和2022年在河北省保定市河北省農(nóng)林科學(xué)院植物保護(hù)研究所試驗(yàn)田完成。每品種播種1行，行長(zhǎng)1m，行距30cm，每行播種100粒，3次重復(fù)。接種和調(diào)查方法參照紀(jì)莉景等的方法，分級(jí)方法按下列標(biāo)準(zhǔn)：0級(jí)：無(wú)變褐癥狀；1級(jí)：第一莖節(jié)褐變面積25%以下；2級(jí)：第一莖節(jié)褐變面積25%～50%;3級(jí)：第一莖節(jié)褐變面積51%～75%;4級(jí)：第一莖節(jié)占75%以上或褐變到第二、三莖節(jié)并未引起枯白穗；5級(jí)：小麥植株枯白穗。

1.5數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

按以下公式計(jì)算白穗率和病情指數(shù)。

白穗率一白穗數(shù)／調(diào)查總穗數(shù)×100%;

病情指數(shù)（DI）=∑（病株數(shù)×各級(jí)代表值）／（調(diào)查總株數(shù)×最高級(jí)代表值）×100。

苗期抗病類(lèi)型參考金京京等‘93的方法，劃分為4個(gè)級(jí)別：DI≤10，抗病；1030，高感。

成株期抗病類(lèi)型以中抗品種‘Sunco’和感病品種‘國(guó)麥301’劃分：DI=0，免疫；抗中感，DI≥DI國(guó)麥301，高感。

DI為病情指數(shù)；式中比較方式為方差分析結(jié)果，“=”為無(wú)顯著差異，“<”或“>”表示有顯著差異，a=0.05。

數(shù)據(jù)分析采用SPSS 26.0軟件，Duncan氏新復(fù)極差法對(duì)各品種間苗期和成株期病情指數(shù)、白穗率分別進(jìn)行差異顯著性分析，Pearson法對(duì)各品種苗期和成株期的病情指數(shù)、白穗率及苗期莖基部病原菌DNA含量等抗性評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)分析。

2結(jié)果與分析

2.1溫室苗期抗性鑒定

溫室苗期抗性鑒定結(jié)果表明，河北省主栽品種病情指數(shù)9.79～45.56，中抗品種‘Sunco’苗期病情指數(shù)21.25，表現(xiàn)為中感。病情指數(shù)在10以下的品種1個(gè)，‘衡0628’發(fā)病最輕，病情指數(shù)9.79；病情指數(shù)10～20的品種有6個(gè)：‘山農(nóng)22’‘藁優(yōu)5766’‘中麥1062’‘冀麥325’‘輪選987’‘石麥15’，表現(xiàn)為中抗；病情指數(shù)20～30（不含20）的品種有8個(gè)：‘石4366’‘石農(nóng)086’‘良星66’‘滄麥119’‘師欒02-1’‘觀35’‘衡4399’‘冀麥585’，表現(xiàn)為中感；‘邢麥13’‘國(guó)麥301’‘冀麥418’‘河農(nóng)6331’‘邯麥19’等5個(gè)品種病情指數(shù)超過(guò)30，表現(xiàn)為高感。

苗期小麥莖基部組織中假禾谷鐮刀菌DNA含量測(cè)定結(jié)果表明，病情指數(shù)最低的‘衡0628’其DNA含量為25.53ng/g;6個(gè)中抗品種病原菌DNA含量為32.82～69.14ng/g;8個(gè)中感品種病原菌DNA含量為82.85～194.37ng/g；5個(gè)高感品種病原菌DNA含量為218.55～432.32ng/g，小麥莖基腐病原菌DNA含量變化趨勢(shì)與苗期病害嚴(yán)重度一致（圖1），

2.2田間成株期抗性鑒定

中抗品種‘Sunco’ 2021年和2022年鑒定的病情指數(shù)分別為33.03和37.93，白穗率分別為0.53%和7.87%。品種‘冀麥585’‘衡4399’‘石麥15’‘觀35’‘藁優(yōu)5766’等5個(gè)品種201年病情指數(shù)27.26～36.82，白穗率為2.31%～5.92%;2022年病情指數(shù)為21.75～53.34，白穗率為0～18.30%，2年的病情指數(shù)和白穗率與中抗品種‘Sunco’無(wú)顯著差異，田間接種鑒定為中抗小麥莖基腐病?！愚r(nóng)6331’‘衡0628’‘山農(nóng)22’‘邯麥19’‘邢麥13’‘中麥1062，等6個(gè)品種2年最高病情指數(shù)和白穗率與感病品種‘國(guó)麥301’相當(dāng)，鑒定為感病品種，其中，‘邯麥19’品種在2年的鑒定中病情指數(shù)和白穗率最高，2021年病情指數(shù)達(dá)到79.44，顯著高于對(duì)照品種‘國(guó)麥301’的59.41?！疁纣?19’‘石農(nóng)086’‘師欒02-1’‘冀麥325’‘冀麥418’‘良星66’‘輪選987’‘石4366’等8個(gè)品種病情指數(shù)和白穗率高于中抗品種‘Sun-CO’，低于感病品種‘國(guó)麥301’，抗性鑒定為中感品種。

2.3抗性指標(biāo)相關(guān)性分析

通過(guò)分析苗期鑒定病情指數(shù)與小麥莖基部組織中假禾谷鐮刀菌DNA含量，發(fā)現(xiàn)苗期小麥莖基部組織中病原菌DNA含量與苗期病情指數(shù)有極強(qiáng)的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.960。通過(guò)分析田間成株期和苗期病情指數(shù)相關(guān)性，2021年和2022年成株期與苗期病情指數(shù)相關(guān)系數(shù)分別為0.439和0.267，相關(guān)性不顯著。2021年和2022年的田間成株期抗病性鑒定結(jié)果顯示，病害病情指數(shù)與白穗率之間存在顯著相關(guān)性，2年的相關(guān)系數(shù)分別為0.666和0.753，年度間病情指數(shù)相關(guān)系數(shù)為0.664，白穗率相關(guān)系數(shù)為0.828，相關(guān)性顯著。因此，本研究綜合2年的田間接種病情指數(shù)和白穗率來(lái)評(píng)價(jià)品種抗病性。

3結(jié)論與討論

本研究通過(guò)對(duì)20個(gè)河北省主栽品種室內(nèi)苗期抗性鑒定和2年田間成株期接種抗性鑒定發(fā)現(xiàn)，‘衡0628，苗期發(fā)病最輕，表現(xiàn)為抗??；‘山農(nóng)22'藁優(yōu)5766’‘中麥1062’‘冀麥325’‘輪選987’‘石麥15’苗期表現(xiàn)中抗?！禁?85’‘衡4399’‘石麥15’‘觀35’‘藁優(yōu)5766’等5個(gè)品種成株期表現(xiàn)為中抗，苗期和成株期中抗以上品種分別占供試品種的35%和25%，其余為感病品種。與前人多項(xiàng)抗病性鑒定結(jié)果相比，無(wú)論苗期或成株期鑒定，感病品種均占大多數(shù)，趨勢(shì)一致。但與徐飛等的研究結(jié)果感病品種占50%有差異，可能是由于供試品種差異造成。本研究與徐飛等的鑒定品種中包含同一個(gè)品種‘觀35’，且都表現(xiàn)為中抗，進(jìn)一步驗(yàn)證了本研究抗病性鑒定結(jié)果。在澳大利亞，已經(jīng)有利用莖基部褐變程度與白穗率相結(jié)合評(píng)價(jià)小麥品種資源對(duì)莖基腐病抗性水平的報(bào)道，本研究同樣利用病情指數(shù)和白穗率相結(jié)合的方法評(píng)價(jià)品種抗病性，且2年的鑒定結(jié)果都表明病情指數(shù)與白穗率之間存在明顯的相關(guān)性；與部分報(bào)道的病情指數(shù)與白穗率之間無(wú)明顯相關(guān)性有所不同，原因可能是由于病情指數(shù)計(jì)算方法差異，本研究將白穗換算為病級(jí)統(tǒng)計(jì)人病情指數(shù)，因此可能增加病情指數(shù)與白穗率間的相關(guān)性。

多項(xiàng)研究表明，溫室苗期抗病性鑒定結(jié)果與結(jié)合莖基部褐化和白穗率綜合評(píng)價(jià)成株期田間抗病性鑒定結(jié)果有良好的相關(guān)性；而同樣有研究結(jié)果顯示，兩者相關(guān)性不顯著，本研究溫室苗期鑒定結(jié)果與2年田間鑒定結(jié)果都無(wú)明顯相關(guān)性，可能與不同生育期抗病基因作用不同相關(guān)?！?5’和‘藁優(yōu)5766’兩個(gè)品種無(wú)論在苗期或成株期均表現(xiàn)中抗，說(shuō)明2個(gè)品種的抗性水平較高，且抗性穩(wěn)定，可以在小麥莖基腐病風(fēng)險(xiǎn)較高的地區(qū)廣泛應(yīng)用，對(duì)病害的流行和蔓延起到抑制作用。

小麥莖基腐病嚴(yán)重度有不同的評(píng)估方法，Knight等證明小麥莖基部褐斑程度與病原菌生物量具有相關(guān)性，并且都可以作為反映寄主抗性的指標(biāo)。本研究在室內(nèi)抗病性鑒定中，利用病害嚴(yán)重度分級(jí)與小麥莖基部病原菌DNA含量相結(jié)合的方法評(píng)價(jià)苗期抗性，并證明二者存在顯著相關(guān)性，避免因病害分級(jí)或其他因素造成莖基部變褐癥狀引起的試驗(yàn)誤差，更能反映苗期抗性鑒定的準(zhǔn)確性。