32份糜子種質(zhì)對(duì)黑穗病的抗性評(píng)價(jià)及發(fā)病條件研究

摘要

為明確不同糜子種質(zhì)抗黑穗病類型和差異，于2022年-2023年采用田間人工接種法在甘肅省蘭州市榆中縣對(duì)32份糜子種質(zhì)進(jìn)行了抗黑穗病鑒定;同時(shí)以‘隴糜5號(hào)’為試驗(yàn)材料，研究播種時(shí)間和接菌量對(duì)糜子黑穗病發(fā)生情況的影響。結(jié)果表明，連續(xù)兩年對(duì)黑穗病均表現(xiàn)免疫（IM）的材料僅有1份，為‘HANACKE MANA’，占比3.1%;其余31份材料均表現(xiàn)高感，占比為96.9%。播種時(shí)間越早，越容易發(fā)生糜子黑穗病。當(dāng)接種菌土含菌量達(dá)0.1%及以上時(shí)，糜子種質(zhì)均能充分發(fā)病。該研究結(jié)果對(duì)規(guī)范糜子抗黑穗病鑒定方法，品種合理布局以及為抗病育種部門(mén)提供核心抗源具有重要意義。

關(guān)鍵詞

糜子;" 黑穗病;" 抗性;" 發(fā)病條件

中圖分類號(hào)：

S 435.16

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：" A

DOI：" 10.16688/j.zwbh.2023652

收稿日期：" 20231219""" 修訂日期：" 20240417

基金項(xiàng)目：

甘肅省拔尖領(lǐng)軍人才項(xiàng)目

致" 謝：" 參加本試驗(yàn)部分工作的還有江代禮、譚翰杰、張能和紀(jì)燁斌等同學(xué)，特此一并致謝。

* 通信作者

E-mail：

董孔軍broommillet@163.com；楊天育13519638111@163.com

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為并列第一作者

Resistance of 32 broomcorn millet germplasms to head smut and occurrence conditions

GUO Cheng1，" HONG Liu1，" ZHOU Tianwang1，" WANG Chunming1，" ZHANG Lei2，" ZHANG Xiaojie3，DONG Kongjun2*，" YANG Tianyu2*

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

2. Institute of Crops，Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou" 730070， China;

3. Pratacultural College， Gansu Agricultural University， Lanzhou" 730070， China）

Abstract

This study aimed to determine the resistance levels to head smut and differences among broomcorn millet germplasms using the artificial inoculation method under field conditions. A total of thirty-two broomcorn millet germplasms were evaluated at Yuzhong county， Lanzhou city， Gansu province from 2022 to 2023. Furthermore， ‘Longmi 5’ was used as the experimental subject to investigate the impact of sowing time and inoculum quantity on the prevalence of head smut in broomcorn millet. The results revealed that only one material， ‘HANACKE MANA’， exhibited immunity to head smut over two consecutive years， representing 3.1% of the tested samples. The remaining 31 materials showed high susceptibility， accounting for 96.9%. The earlier the sowing time， the more favorable the occurrence of broomcorn millet head smut. When exposed to inoculated soil containing 0.1% or more than 0.1% fungal pathogen powder，

the broomcorn millet germplasms demonstrated full disease development. These findings offer valuable insights for standardizing the identification technology for resistance of broomcorn millet to head smut， the rational distribution of varieties and the core resistance source for disease resistance breeding department.

Key words

broomcorn millet;" head smut;" resistance;" incidence condition

糜子Panicum miliaceum L.屬禾本科Poaceae黍?qū)貾anicum，一年生草本植物，已有上萬(wàn)年的栽培歷史［1］。因其具有生育期短、耐旱、耐貧瘠、耐鹽堿，以及水分利用效率較高和抗逆性強(qiáng)等特點(diǎn)，主要種植于干旱和半干旱地區(qū)，是中國(guó)北方重要的糧飼兼用型作物［2］。又因糜子籽粒含有鉀、鎂、鐵、錳、鈉、鈣、鋅、銅等多種大量和微量元素［3］，且中醫(yī)認(rèn)為糜子味甘性寒，內(nèi)服既能清熱解毒、抗炎消腫、消暑利水、保肝明目、可止泄瀉、胃痛、美容和抗衰老等作用［4］，又能降低血壓和膽固醇，同時(shí)可預(yù)防冠心病;而外用則對(duì)創(chuàng)傷、燒傷和瘡癤癰疽等具有治療作用［5］。糜子籽粒中含有高蛋白和人體必需的8種氨基酸，是藥食同源的重要資源［3］。因此，糜子在現(xiàn)代營(yíng)養(yǎng)平衡和功能保健中占有重要的地位。

糜子適應(yīng)性較廣，在全世界種植面積為550萬(wàn)～600萬(wàn)hm2，其中種植面積最大的3個(gè)國(guó)家為俄羅斯、烏克蘭和中國(guó)，印度、伊朗和蒙古等國(guó)均有栽培［6］。中國(guó)常年種植面積約100萬(wàn)hm2，居世界第2位［7］，在多省市均有分布。糜子不僅是保障地域性糧食穩(wěn)定生產(chǎn)的救災(zāi)備荒作物，而且也是種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的優(yōu)勢(shì)作物［6］。

糜子黑穗病是世界性的真菌病害之一，也是中國(guó)糜子的主要病害，其造成的產(chǎn)量損失一般為5%～10%，嚴(yán)重時(shí)可達(dá)40%［8］，個(gè)別嚴(yán)重地塊高達(dá)70%，甚至絕收，不僅影響糜子的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，而且降低產(chǎn)品品質(zhì)［9］。糜子黑穗病的病原菌為稷光孢堆黑粉菌Sporisorium destruens，主要侵染糜子花序，造成果穗罹病［9］。2021年本課題組在甘肅省隴東地區(qū)調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)平?jīng)鍪谐缧趴h西北部黃寨鎮(zhèn)馬寨村有一地塊糜子田黑穗病病株率高達(dá)30%，基于該病害病株率基本等于損失率的特點(diǎn)，給糜子產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展帶來(lái)了嚴(yán)重的威脅和挑戰(zhàn)。本研究評(píng)估不同種質(zhì)的抗性類型，探討最佳的田間人工接種條件，規(guī)范糜子抗黑穗病鑒定方法，旨在為品種合理布局以及為抗病育種部門(mén)提供核心抗源提供參考。

1" 材料與方法

1.1" 供試材料

供試品種：32份糜子品種由甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所雜糧作物研究室提供，見(jiàn)表1。

供試菌種：2021年和2022年供試菌粉分別于秋季采自甘肅省平?jīng)鍪谐缧趴h黃寨鎮(zhèn)和甘肅省蘭州市榆中縣城關(guān)鎮(zhèn)發(fā)病糜子植株。

1.2" 試驗(yàn)方法

1.2.1" 糜子品種抗黑穗病鑒定

糜子黑穗病鑒定圃設(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。試驗(yàn)于2022年和2023年5月上旬播種，行長(zhǎng)1 m，行距0.4 m，每處理設(shè)3次重復(fù)，每行人工撒播糜子種子100粒，播種時(shí)用含菌量0.1%菌土覆蓋種子，厚度約為5 cm。病情分級(jí)和抗性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參照糜子種質(zhì)資源抗黑穗病鑒定方法［8，10］并作了修改，加入了中抗（MR）并對(duì)病情分級(jí)進(jìn)行重新劃分（表2）。在糜子進(jìn)入成熟期，對(duì)供試糜子品種逐株進(jìn)行調(diào)查和記載，計(jì)算病株率。采用Excel 2010和SPSS 26.0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)極差法進(jìn)行差異顯著性分析（α=0.05）。

1.2.2" 播種時(shí)期和接菌量對(duì)糜子黑穗病發(fā)病率的影響

供試品種‘隴糜5號(hào)’是糜子野生種與栽培種雜交選育而成，親本組合為‘7305-2’（‘野糜子’ב皋蘭雞蛋青’）ב豐收-4’，2022年經(jīng)本課題組接種鑒定，病株率為62.2%，對(duì)黑穗病表現(xiàn)高感（HS）。分別于2023年5月4日5月11日、5月18日、5月25日和6月1日播種 ‘隴糜5號(hào)’，播種方式同1.2.1。播種時(shí)分別用含菌量為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%和0.6%的菌土覆蓋糜子種子，每處理3次重復(fù)。

2" 結(jié)果與分析

2.1" 糜子對(duì)黑穗病的抗性水平

經(jīng)2022年人工接種鑒定，1份材料‘HANACKE MANA’平均病株率為0.0%，表現(xiàn)免疫（IM），與其他種質(zhì)間抗性差異顯著（Plt;0.05），占3.1%;未發(fā)現(xiàn)抗病（R）和中抗（MR）材料，1份材料‘隴糜7號(hào)’表現(xiàn)感病（S），平均病株率為37.7%，占3.1%;其余30份材料平均病株率在46.3%～85.1%，表現(xiàn)高感（HS），占比93.8%（表3）。

經(jīng)2023年對(duì)所有品種進(jìn)行重復(fù)鑒定，1份材料‘HANACKE MANA’表現(xiàn)免疫（IM），與其他種質(zhì)間抗性差異顯著（Plt;0. 05），占3.1%;未發(fā)現(xiàn)抗?。≧）和中抗（MR）材料，2份材料‘黑龍江2096’和‘隴糜14號(hào)’平均病株率分別為30.8%和35.8%，均表現(xiàn)感?。⊿），占6.3%;其余29份材料平均病株率在47.0%～86.6%，均表現(xiàn)高感（HS），占比90.6%（表3）。

2.2" 聚類分析

本研究應(yīng)用SPSS軟件取每品種2年中最高的平均病株率，以平方歐氏距離1.0作為聚類距離分割點(diǎn)進(jìn)行聚類分析，可將試驗(yàn)品種分為3類，其中第Ⅰ類為1個(gè)種質(zhì)‘HANACKE MANA’，平均病株率為0.0%;第Ⅱ類為‘雁黍11號(hào)’‘ 榆糜2號(hào)’‘ 黑龍江2096’ ‘隴糜5號(hào)’ ‘齊黍1號(hào)’ ‘華池黃草紅糜子’ ‘隴糜14號(hào)’ ‘DOMACE BIELE’ ‘河北黏糜子’ ‘隴糜7號(hào)’ ‘IPM1116’等11個(gè)品種，平均病株率為53.0%～65.4%;第Ⅲ類為‘黏豐7號(hào)’‘ 冀黍3號(hào)’‘ URAL’等其余20個(gè)種質(zhì)平均病株率為69.0%～86.6%。以歐氏距離2.0作為聚類距離分割點(diǎn)，將試驗(yàn)品種分為2類，其中第Ⅰ類為仍為‘HANACKE MANA’，其余31個(gè)品種均為第Ⅱ類（圖1）。雖然聚類分析的譜系圖和人工界定的抗性類型之間并不完全吻合，但在統(tǒng)計(jì)學(xué)上可作為抗性劃分的參考依據(jù)，研究人員將相似病株率區(qū)間的品種結(jié)合其遺傳特性進(jìn)行抗性遺傳分析，挖掘抗病基因。

2.3" 播種時(shí)間和接菌量與糜子黑穗病病株率的相關(guān)性

由圖2可知，2023年5月4日、5月11日、5月18日、5月25日和6月1日播種的‘隴糜5號(hào)’平均發(fā)病率依次為61.1%、55.2%、53.1%、50.2%和47.6%，各處理間差異不顯著（Pgt;0.05）。但應(yīng)用SPSS軟件通過(guò)Pearson相關(guān)分析結(jié)果顯示，r=-0.599，Plt;0.05，說(shuō)明播種時(shí)間與發(fā)病率之間存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，即播種時(shí)間越早，發(fā)病率越高。

當(dāng)接種菌土含菌量分別為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%和0.6%時(shí)，調(diào)查發(fā)現(xiàn)糜子黑穗病平均發(fā)病率依次為61.1%、67.2%、67.4%、68.3%、68.5%和67.6%，當(dāng)菌土含菌量為0.5%時(shí)，發(fā)病最重，但各處理之間差異不顯著（Pgt;0.05）（圖3）。應(yīng)用SPSS軟件通過(guò)Pearson相關(guān)分析結(jié)果顯示，Pgt;0.05，說(shuō)明接菌量與發(fā)病率之間沒(méi)有相關(guān)性。由此看出，當(dāng)接種菌土含菌量達(dá)到0.1%，即能充分發(fā)病。

3" 結(jié)論與討論

種質(zhì)資源是構(gòu)成生物多樣性的重要部分，也是品種選育和種質(zhì)創(chuàng)新的重要物質(zhì)基礎(chǔ)［11］。挖掘和評(píng)價(jià)種質(zhì)資源的抗逆性就顯得尤為重要，特別是對(duì)重要病害的抗性。20世紀(jì)80年代魏仰浩［12］對(duì)內(nèi)蒙古744份糜子種質(zhì)進(jìn)行了抗黑穗病鑒定和評(píng)價(jià)，未發(fā)現(xiàn)免疫（IM）品種，而感?。⊿）和高感（HS）品種占80%;溫琪汾等［13］從中國(guó)4 200份糜子資源中共篩選鑒定出226 份優(yōu)異種質(zhì)資源，其中對(duì)黑穗病表現(xiàn)高抗（HR）的種質(zhì)僅有4個(gè);王星玉［8］和王綸等［10］分別對(duì)1 807份和6 526份糜子資源進(jìn)行鑒定，未發(fā)現(xiàn)對(duì)黑穗病表現(xiàn)免疫（IM）的種質(zhì)，高抗（HR）種質(zhì)分別占0.3%和0.17%;宗國(guó)豪［14］從311 份糜子資源中鑒定出表現(xiàn)免疫（IM）和高抗（HR）種質(zhì)分別占2.6%和4.2%;張?bào)K如飛［15］鑒定出高抗（HR）黑穗病的糜子種質(zhì)占5.0%;劉元霞［16］對(duì)301份糜子核心種質(zhì)進(jìn)行抗黑穗病鑒定，篩選出10份免疫（IM）種質(zhì)。由此可見(jiàn)，對(duì)黑穗病抗性表現(xiàn)優(yōu)異的糜子種質(zhì)相對(duì)較少。

綜合2022年-2023年2年的試驗(yàn)結(jié)果，僅‘HANACKE MANA’表現(xiàn)免疫（IM），其余31份材料表現(xiàn)高感（HS）。經(jīng)查閱小雜糧網(wǎng)（http：∥www.mgcic.com）發(fā)現(xiàn)，‘榆黍1號(hào)’ ‘榆糜2號(hào)’和‘伊選黃糜’在品種認(rèn)定時(shí)被認(rèn)定為抗黑穗?。≧）;‘寧糜14號(hào)’和‘ 隴糜7號(hào)’被認(rèn)定為抗?。≧）;而‘隴糜8號(hào)’被認(rèn)定為高抗（HR），有研究［9］記載‘黏豐7號(hào)’表現(xiàn)高抗（HR），本研究結(jié)果與以上7份品種的抗病性不一致，可能是由于各地區(qū)病原菌致病力強(qiáng)弱、接種時(shí)間、接種量不同使得抗性類型存在較大差異。此外，本研究對(duì)糜子黑穗病病情級(jí)別重新進(jìn)行了劃分，與其他研究［8，10］不同之處在于本研究增加了中抗（MR）類型，根據(jù)產(chǎn)量損失特點(diǎn)并對(duì)病情級(jí)別做了調(diào)整，使得評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)更加符合實(shí)際。同時(shí)，通過(guò)播種時(shí)間和接種量研究，旨在建立糜子抗黑穗病鑒定標(biāo)準(zhǔn)。其余25份糜子種質(zhì)未查閱到對(duì)黑穗病鑒定的相關(guān)信息。經(jīng)過(guò)2年接種鑒定，獲得了1份來(lái)自于捷克對(duì)黑穗病表現(xiàn)免疫（IM）的種質(zhì)‘HANACKE MANA’，其屬于早熟類型，可對(duì)其遺傳特性進(jìn)行深度挖掘，分析抗病相關(guān)基因，并在抗病品種選育過(guò)程中加以利用。

糜子黑穗病的發(fā)病程度與播期、土壤初始菌源量和品種抗感特性等密切相關(guān)，因此，本文對(duì)糜子播種時(shí)期和黑穗病菌接菌量與黑穗病發(fā)病率的關(guān)系進(jìn)行了初探，結(jié)果表明，糜子黑穗病的發(fā)病率與播種時(shí)期呈顯著負(fù)相關(guān)，這與郭成等［17］研究高粱絲黑穗病的發(fā)病率與播種時(shí)期呈顯著負(fù)相關(guān)的結(jié)論相一致。糜子黑穗病的侵染時(shí)期主要在播種期至出苗期，該時(shí)段如果土壤溫度低，可延緩種子出苗時(shí)間，有利于病原菌侵染。當(dāng)接種菌土含菌量在0.1%～0.6%之間，糜子黑穗病的平均發(fā)病率均達(dá)到60%以上，大于高感評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的最低發(fā)病率40.1%，說(shuō)明接種菌土含菌量達(dá)0.1%及以上時(shí)均能使糜子種質(zhì)充分發(fā)病?？梢?jiàn)，如果連年種植可增加土壤中的菌源數(shù)量，誘發(fā)該病害的發(fā)生和流行。因此，輪作倒茬和適當(dāng)推遲播期在類似該病害的土傳病害防控中就顯得尤為重要。

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（責(zé)任編輯：張" 雪）