胡鑫，夏紅明，楊麗華，吳轉(zhuǎn)娣，趙培方，趙俊，昝逢剛，劉家勇，趙麗萍，覃偉，趙勇，姚麗，陳學(xué)寬，吳才文

（1.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所/云南甘蔗遺傳改良重點試驗室，云南開遠(yuǎn) 661699；2.云南省玉溪市元江縣經(jīng)濟作物工作站，云南元江 653300）

0 引言

甘蔗黑穗病是由甘蔗鞭黑粉菌（Ustilago scitaminea）引起的一類重要甘蔗病害，目前該病害已在我國大陸蔗區(qū)廣泛流行。甘蔗感染黑穗病會降低蔗莖產(chǎn)量和蔗糖分，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的經(jīng)濟損失，因此防治甘蔗黑穗病是我國甘蔗產(chǎn)業(yè)健康、穩(wěn)定發(fā)展的重要課題[1-3]。由于一般的化學(xué)或物理方法難以防治黑穗病，通常認(rèn)為培育抗黑穗病甘蔗品種是預(yù)防黑穗病最為經(jīng)濟有效的途徑[4]。

近年來，我國主要甘蔗育種單位均高度重視選育抗黑穗病品種，已經(jīng)獲得一些抗黑穗病優(yōu)良的甘蔗親本材料。沈萬寬等[5]對17 個引進品種進行黑穗病抗性鑒定，篩選出‘Q200B’、‘Q124’、‘Q171’等8 個抗性優(yōu)良的甘蔗材料。夏紅明等[6]對48 份甘蔗新品種(系)、中間材料及引進品種進行甘蔗黑穗病抗性評價，鑒定出41份高抗及抗病的材料。陳雙等[7]對34個國內(nèi)外優(yōu)異甘蔗材料進行抗黑穗病鑒定試驗，篩選出3份高抗和6份抗病材料。對這些甘蔗優(yōu)異親本材料的黑穗病抗性評價，可為下一步培育抗黑穗病品種奠定良好的基礎(chǔ)。

本試驗對云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所近年來創(chuàng)制的甘蔗新材料進行黑穗病抗性評價，旨在從中篩選優(yōu)良抗病材料，為進一步開展抗黑穗病品種培育提供新的親本。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

參試甘蔗材料見表1，共計60 個，包括54個自育新材料和6 個對照品種，均來自云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所。對照品種包括‘Q171’（高抗）、‘Nco376’（抗）、‘Q117’（感）、‘F134’（抗生理小種1、感生理小種2）、‘Nco310’（感生理小種1、抗生理小種2）[8]和‘新臺糖22 號’（生產(chǎn)對照）[9]。源混合冬孢子于2018 年6 月至12月采自云南省玉溪市元江哈尼族彝族傣族自治縣，黑穗鞭子采后于室溫自然風(fēng)干4～5 d，用毛筆輕輕刮下鞭子上的冬孢子，充分混勻后分裝于小濾紙袋中，保存于4℃冰箱中備用。試驗基地位于云南省玉溪市元江哈尼族彝族傣族自治縣郊黑穗病高發(fā)蔗區(qū)，用地面積為0.1 hm2。

1.2 試驗方法

1.2.1 人工浸漬接種試驗區(qū)

每個參試材料取6 棵健康甘蔗種莖，砍成4 芽段，合計72 芽，分成3 捆，共3 重復(fù)。接種前首先檢測孢子萌芽率（大于90%），然后對參試材料進行人工浸漬接種，孢子懸浮液濃度5×106個/mL，接種浸泡10 min。浸泡后取出材料用塑料袋保濕，置25℃～28℃的室內(nèi)，24 h后播種于大田。試驗設(shè)計采用隨機區(qū)組設(shè)計，行長3.0 m，行距1.0 m，小區(qū)面積3.0 m2（單行區(qū)），種植后蓋薄膜。

1.2.2 自然感病試驗區(qū)

每個參試材料取6棵健康甘蔗，砍成4芽段，合72計芽，分成3捆，共3重復(fù)。不接種孢子，直接播種于大田。試驗設(shè)計與人工浸漬接種試驗區(qū)相同。

1.3 試驗數(shù)據(jù)收集

調(diào)查3次，第一次待苗長齊后，調(diào)查基本苗數(shù)，并調(diào)查黑穗病發(fā)病株數(shù)。第二次待分蘗結(jié)束后，調(diào)查總莖數(shù)，并調(diào)查黑穗病發(fā)病株數(shù)。第三次在甘蔗成熟初期調(diào)查黑穗病發(fā)病株數(shù)。以上每次調(diào)查發(fā)現(xiàn)病株，記載后將病株平地割除，以免重復(fù)記載發(fā)病株數(shù)。調(diào)查結(jié)束后，根據(jù)各參試材料累計發(fā)病株數(shù)及總株數(shù)，計算發(fā)病株數(shù)占總株數(shù)的百分比。按照農(nóng)業(yè)部“九五”攻關(guān)項目病害規(guī)定，對材料的抗病性做出判定。農(nóng)業(yè)部“九五”攻關(guān)項目病害規(guī)定的統(tǒng)一具體分級標(biāo)準(zhǔn)為：發(fā)病率0～3%為1 級，高抗（HR）；發(fā)病率4%～6%為2 級，抗（R）；發(fā)病率7%～9%為3 級，抗（R）；發(fā)病率10%～12%為4 級，中抗（MR）；發(fā)病率13%～25%為5 級，中感（MS）；發(fā)病率26%～35%為6 級，感（S）；發(fā)病率36%～50%為7 級，感（S）；發(fā)病率51%～75%為8 級，高感（HS）；發(fā)病率76%～100%為9級，高感（HS）。

1.4 數(shù)據(jù)分析

應(yīng)用Excel 2007和IBM SPSS Statistics 21分析軟件[10]對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果和分析

圖1 人工接種和自然感病的黑穗病發(fā)病分布情況Fig.1 Distribution of smut reaction in dipping inoculation and natural condition

2.1 自然感病和人工接種的發(fā)病情況分析

參試材料自然發(fā)病及人工接種黑穗病發(fā)病率分布如圖1 和表1 所示，在大田生產(chǎn)條件下，大部分參試品種黑穗病發(fā)病率分布范圍為0.77%～7.11%，而在人工接種試驗條件下，大部分參試品種黑穗病發(fā)病率分布范圍為15.08%～41.58%。在大田生產(chǎn)條件下，參試品種平均發(fā)病率為4.94%，而在人工接種條件下，參試品種平均發(fā)病率為29.76%，是自然發(fā)病率的6 倍以上，比自然感病率增加了24.82個百分點（絕對值），兩者間具有極顯著差異（P＜0.01）。兩者間的相關(guān)系數(shù)為0.474，效應(yīng)值為1.50，說明兩者之間具有很大的相關(guān)性。

表1 參試材料自然發(fā)病及人工接種黑穗病發(fā)病率測定Table 1 Smut incidence in dipping inoculatedtrait and natural condition

續(xù)表1 Continued Table 1

2.2 不同生長期黑穗病發(fā)病率分析

參試材料根據(jù)接種后黑穗病發(fā)病情況分為3類：抗?。ê谒氩“l(fā)病率為0～15.00%）、中等（黑穗病發(fā)病率為15.01～30.00%）和高感（黑穗病發(fā)病率為30.01～100%）。如圖2 所示，在出苗期，只有高感材料與抗病材料之間的黑穗病發(fā)病率有顯著性差異；在分蘗期，抗病材料、中等材料的黑穗病發(fā)病率均與高感材料的黑穗病發(fā)病率有明顯的差異，但是抗病材料與中等材料之間的黑穗病發(fā)病率無顯著性差異；在成熟期，不同類型材料之間的黑穗病發(fā)病率均有顯著性差異。

2.3 參試材料抗病性評價

按照農(nóng)業(yè)部“九五”攻關(guān)項目病害規(guī)定，60個參試材料的黑穗病抗性鑒定結(jié)果如表2。具體分析如下，抗性水平達(dá)HR 的材料有‘云蔗14-1006’、‘Q171’、‘云瑞11-254’和‘云瑞17-32’四個，占參試材料的6.67%，抗性水平為R 的材料有‘云蔗15-505’、‘云瑞16-42’、‘云蔗12-1573’、‘云瑞15-52’和‘云瑞17-82’五個，占參試材料的8.33%，抗性水平 為MR 的 材 料 有‘云 蔗12-1220’、‘云 蔗12-1197’、‘云蔗13-1098’、‘云蔗13-1211’和‘云瑞11-252’五個，占參試材料的8.33%；抗性水平為MS的材料有12 個，占參試材料的20.00%，抗性水平為S 的材料有27 個，占參試材料的45.00%，抗性水平為HS 的材料有7個，占參試材料的11.67%。其中對照品種‘Q171’、‘Q117’、‘NCo310’、‘NCo376’、‘F134’及‘新臺糖22號’的抗性水平依次為HR、S、S、S、S、MS。

圖2 不同生長期甘蔗黑穗病發(fā)病率分析Fig.2 Analysis of smut incidence in different growth stages

表2 參試材料對人工接種黑穗病菌的抗性評價Table 2 Evaluation of smut resistance in the tested materials

2.4 參試材料抗病性聚類分析

對參試材料的平均感病率進行聚類分析（如圖3），聚類分析采用平均Euclidean 距離法分類。從圖3 中可以看出，當(dāng)聚類距離為5時，60個參試材料的抗病性可分為4 種類型。對比表2可知，第一類發(fā)病較輕，有25個材料，包括全部的高抗、抗、中抗材料和大部分的中感材料，對應(yīng)評級為1～5級。第二類發(fā)病為中等，有26 個材料，主要包括大部分感病材料和一個中感材料‘云蔗13-1078’，對應(yīng)評級5～7級。第三類發(fā)病較重，有7 個材料，主要包括兩個感病材料（‘云瑞16-58’、‘云瑞11-259’）和5 個高感材料，對應(yīng)評級7～8 級。第四類發(fā)病最重，只包括‘云瑞09-150’和‘云瑞17-129’兩個高感材料對應(yīng)評級9級。

3 討論

本試驗采用人工浸漬接種法與田間自然感病法相結(jié)合，評價供試材料對甘蔗黑穗病的抗性水平。試驗表明這兩種方法之間有很強的關(guān)聯(lián)性，說明了人工浸漬接種方法評價品種黑穗病抗性可在很大程度上反映品種在大田自然生產(chǎn)上的抗病表現(xiàn)。一些自然發(fā)病率較高的品種，如‘云蔗11-3208’和‘云瑞11-103’的黑穗病發(fā)病級別為4 級，‘云瑞13-165’、‘云瑞16-26’和‘云瑞17-133’的黑穗病發(fā)病級別為5 級，‘云瑞09-150’的黑穗病發(fā)病級別為7級，它們在抗性鑒定中均評價為感或者高感。然而在大田生產(chǎn)條件下，大部分參試品種自然發(fā)病率較低，而通過人工浸漬接種方法可以顯著提高品種的黑穗病發(fā)病率，因此采用傳統(tǒng)人工浸漬接種方法可以有效地對品種進行黑穗病抗性鑒定。

圖3 參試材料黑穗病發(fā)病率的聚類分析Fig.3 Clustering analysis based on the smut incidence of tested genotypes

黑穗病發(fā)病率的高低是品種（寄主）、病原小種（寄生物）和環(huán)境這幾種因素綜合作用的結(jié)果。因此需要在抗性鑒定試驗中加入標(biāo)準(zhǔn)對照種，以其作為參照進行差異顯著性分析和聚類分析。標(biāo)準(zhǔn)對照種的抗性表現(xiàn)是多年多點鑒定的結(jié)果,一定程度上可以衡量人工接種試驗結(jié)果的客觀性和有效性。本試驗參試品種‘Nco310’和‘F134’是中國臺灣地區(qū)甘蔗黑粉菌生理小種的鑒別寄主[11]，在本試驗中‘Nco310’和‘F134’均為感病，說明接種源混合冬孢子同時具有小種1 和小種2。‘Nco376’對小種1 及小種2 免疫，但是本試驗中‘Nco376’抗性鑒定為感病，這可能表明源混合冬孢子中具有新的小種或者小種變異。該結(jié)果與沈萬寬等[8,12]和陳健文等[13]的研究結(jié)果基本一致?！甉171’為高抗，‘Q117’為感病品種，該試驗結(jié)果與沈萬寬等[5]和夏紅明等[6]研究結(jié)果一致。生產(chǎn)對照種‘新臺糖22 號’抗病性表現(xiàn)為中感，這一結(jié)果與該品種在大田生產(chǎn)的表現(xiàn)相符合，也與前人的研究結(jié)果基本一致[14-15]。從對照品種的抗性評價來看，本試驗鑒定結(jié)果比較合理、可靠。本試驗還通過系統(tǒng)聚類法對參試材料進行分析，其分級結(jié)果與國家“九五”攻關(guān)分級法的抗性結(jié)果基本一致。這是因為這兩種評價方法都是采用最終累計莖感染率來確定抗性反應(yīng)類型。一般來看，“九五”攻關(guān)分級法簡單、直接，而系統(tǒng)聚類分析方法可以基于不同重復(fù)、不同生長期的累計莖感染率更好地把參試材料進行分類，同類別材料的抗性表現(xiàn)差異更小。

4 結(jié)論

該試驗對近年來云南省農(nóng)科院甘蔗所自育的云蔗系列和云瑞系列新材料進行抗黑穗病鑒定，從抗病性評價上來看，54 個參試材料（不包括對照）中有13個對黑穗病抗性評價為中抗（MR）及以上，占總體24.07%，抗性水平為中感（MS）及以下的材料有41 個，占總體75.93%，反映出參試材料黑穗病的抗性水平普遍較差，表明開展甘蔗黑穗病抗病育種的重要性和緊迫性。近年來，我國甘蔗黑穗病病情愈發(fā)嚴(yán)重，已成為我國蔗區(qū)的三大病害之一，因此要求育種家在關(guān)注品種的產(chǎn)量、糖分等農(nóng)藝性狀的同時，還要加強抗黑穗病品種的選育力度。本研究對54 個自育甘蔗新材料的黑穗病抗性進行鑒定與評價，篩選出‘云蔗14-1006’、‘云瑞11-254’和‘云瑞17-32’三個高抗黑穗病材料，為進一步開展抗黑穗病品種培育提供了新的親本，為今后雜交組合配制及抗病品種（系）選育提供了科學(xué)依據(jù)。