曹 陽，嚴(yán)玉萍，朱 波，周小鳳，呂 博，房 健，張 燕，方 瑞，馮振秀

(1.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán) 第五師農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，新疆雙河 833400；2.新疆農(nóng)墾科學(xué)院 棉花研究所，新疆石河子 832000；3.湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 經(jīng)濟(jì)作物研究所/農(nóng)業(yè)部長(zhǎng)江中游棉花生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430074；4.新疆雙河水控農(nóng)業(yè)發(fā)展集團(tuán)有限公司，新疆雙河 833400)

隨著產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)的轉(zhuǎn)移、種植技術(shù)和紡織技術(shù)的集成創(chuàng)新，棉花產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)對(duì)新疆棉花品種的主要性狀要求越來越高[1]。棉花黃萎病(Verticilliumwilt)是由大麗輪枝菌(Verticilliumdahliae)引起的土傳維管束病害，病葉向上蜷曲，呈掌狀斑駁，夏季暴雨過后有時(shí)會(huì)出現(xiàn)急性青萎癥狀[2-3]。造成棉花產(chǎn)量損失一般在10%～20%，嚴(yán)重時(shí)高達(dá)60%以上[4]，在棉花育種和生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，不同品種在相同病情指數(shù)下，產(chǎn)量和品質(zhì)損失程度不一致[5-6]。棉花生產(chǎn)中仍然缺乏控制黃萎病為害的抗病品種[7]，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)品種的抗病性，在棉花品種審定、抗病育種及相關(guān)研究中至關(guān)重要[8-9]。田間抗性動(dòng)態(tài)鑒定、穩(wěn)定篩選和準(zhǔn)確檢測(cè)技術(shù)及挖掘新的抗性資源，成為棉花抗黃萎病育種的世界性課題和亟待突破的技術(shù)難關(guān)。中國棉花科研工作者已聚焦農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源的收集、利用工作[10]。國內(nèi)研究人員系統(tǒng)鑒定了多份棉花種質(zhì)的黃萎病抗性，表明抗源非常缺乏[11]，生產(chǎn)中仍然缺乏能夠控制黃萎病為害的抗病品種[12]。種植面積的擴(kuò)大、重茬年限的增加以及相互引種等原因[13]，使棉花黃萎病在新疆主要植棉區(qū)大范圍發(fā)生，發(fā)病程度中度及中度以上的病田占48.1%，重病田占24.1%，嚴(yán)重威脅新疆棉花的可持續(xù)發(fā)展[14]。中國棉花黃萎病病原菌的易變性和群體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性致使資源對(duì)黃萎病抗性較差，且抗性喪失較快[15]；30 ℃以上高溫會(huì)抑制病菌的生長(zhǎng)和孢子的萌發(fā)，但環(huán)境溫度條件適宜時(shí)，又加重發(fā)生[16]。黃萎病病菌易受環(huán)境影響產(chǎn)生新的致病類型，土壤中病原菌的逐年累積及強(qiáng)致病力類型菌株增多導(dǎo)致防治難度加大[17]。中國通過表型與基因型精準(zhǔn)鑒定應(yīng)用于育種創(chuàng)新的農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源不足10%，大多數(shù)資源還沒有開發(fā)利用[18]。

種質(zhì)資源是基因的載體[19]，通過更加全面的田間綜合性狀鑒定，把資源數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)換為精準(zhǔn)利用優(yōu)勢(shì)是一項(xiàng)長(zhǎng)期和艱巨的任務(wù)?？共⌒躁P(guān)系到棉花的生產(chǎn)安全[20]，以新疆為主的西北內(nèi)陸棉區(qū)選育的多數(shù)品種抗病能力偏弱[21]，抗性上還無法滿足生產(chǎn)中更高、更好的需求。國內(nèi)對(duì)于抗性鑒定和評(píng)價(jià)的研究較少，加強(qiáng)抗性鑒定研究顯得迫在眉睫[22]，在棉花遺傳育種研究中具有舉足輕重的地位[23-25]。本試驗(yàn)于2018-2019年，連續(xù)兩年對(duì)收集到的396份品種資源展開研究，進(jìn)行田間抗病能力調(diào)查[26]，掌握這批資源的生長(zhǎng)發(fā)育特點(diǎn)，為高效利用提供科學(xué)基礎(chǔ)[27]，增加抗性資源數(shù)量，提升抗病育種基礎(chǔ)和抗病棉花品種利用價(jià)值，減少盲目性。同時(shí)，結(jié)合工作實(shí)踐，提出抗病種質(zhì)研究中需要完善的工作，為抗病種質(zhì)資源的高效利用和黃萎病綜合治理提出建議，服務(wù)科研與生產(chǎn)需求。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)設(shè)計(jì)

材料由新疆農(nóng)墾科學(xué)院提供，為農(nóng)墾科學(xué)院近年來保存和收集的育成品種資源，共396份。力求通過較大的群體數(shù)量和地理位置來源，以增加遺傳多樣性。其中西北內(nèi)陸171份(新疆自育材料169份)，黃河流域127份，長(zhǎng)江流域66份，北部特早熟棉區(qū)11份，國外21份。

田間試驗(yàn)于2018年和2019年連續(xù)兩年在新疆兵團(tuán)第五師農(nóng)科所試驗(yàn)基地進(jìn)行。試驗(yàn)采用膜下滴灌，機(jī)采棉播種方式，行距配置為66 cm+ 10 cm，平均行距38 cm，平均株距10.0 cm，每小區(qū) 2行，小區(qū)長(zhǎng)2.0 m，小區(qū)面積1.52 m2，每排間設(shè)40 cm走道，理論株數(shù)26.3萬株/hm2。試驗(yàn)采取間比法排列，重復(fù)兩次。試驗(yàn)田肥力中等，連作棉花近30 a，栽培管理按本地大田生產(chǎn)常規(guī)措施進(jìn)行。

1.2 調(diào)查項(xiàng)目、方法及數(shù)據(jù)采集

黃萎病圃發(fā)病程度高，發(fā)病均勻，鑒別力強(qiáng)，但病圃數(shù)量有限，只有少數(shù)單位具備；連作多年的自然病田也可作為品種資源抗病性鑒定的依據(jù)，其與病圃中黃萎病的病情消長(zhǎng)趨勢(shì)相似[28]，在鈴期棉花黃萎病發(fā)病高峰時(shí)進(jìn)行病葉調(diào)查是一種常用的評(píng)判各品種的抗病水平方法，準(zhǔn)確性和可靠性較高。由于鑒定材料眾多，為了控制田間鑒定系統(tǒng)誤差，試驗(yàn)區(qū)域選擇肥力相當(dāng)、地勢(shì)平坦的地點(diǎn)。黃萎病調(diào)查以6月底(蕾期)、8月底(鈴期)兩次進(jìn)行，為防止因樣本過小造成的誤差，每小區(qū)內(nèi)植株全部調(diào)查，采用5級(jí)制進(jìn)行分級(jí)，計(jì)算發(fā)病率、病指及相對(duì)抗性指數(shù)[29]。

病情指數(shù)(DI)=[∑(級(jí)值×相應(yīng)級(jí)值的株數(shù))÷(4×調(diào)查總株數(shù))]×100

校正系數(shù)(K)=50÷當(dāng)年標(biāo)準(zhǔn)品種DI

相對(duì)病情指數(shù)(RDI)=K×鑒定品種的病情指數(shù)

田間管理措施規(guī)范一致，數(shù)據(jù)采集時(shí)期和采集方法按照《棉花種質(zhì)資源調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)和描述規(guī)范》[30]執(zhí)行，數(shù)據(jù)處理采用Microsoft Excel 2016進(jìn)行，并利用統(tǒng)計(jì)函數(shù)分析標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)等。產(chǎn)量以小區(qū)實(shí)收計(jì)產(chǎn)，皮棉樣品送新疆農(nóng)墾科學(xué)院進(jìn)行品質(zhì)測(cè)試，包括纖維長(zhǎng)度、比強(qiáng)度、馬克隆值等指標(biāo)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種質(zhì)黃萎病病指分布分析

根據(jù)科研工作實(shí)踐，棉花黃萎病發(fā)生受環(huán)境氣候變化影響控制，年度間病指絕對(duì)值差別較大，但病指高低趨勢(shì)基本一致。試驗(yàn)田與病圃相比，發(fā)病程度較輕，但也從一定程度反映出種質(zhì)間抗黃萎病能力的差異，可以作為抗病強(qiáng)弱參考利用。以‘新陸早8號(hào)’作為感病對(duì)照，8月底采用相對(duì)抗性指數(shù)作為種質(zhì)黃萎病田間鑒定結(jié)果。在兩年田間調(diào)查中，雖然為同一批種質(zhì)、同一鑒定地點(diǎn)，年度間發(fā)病差別很大，2019年發(fā)病程度遠(yuǎn)低于2018年。從自然黃萎病田鑒定結(jié)果看(表1)，6月底棉花開花前，黃萎病發(fā)生輕，兩年平均，73.2%種質(zhì)未見發(fā)病，病指0.1～5.0種質(zhì)占比 24.5%，5.1～10.0占2.0%，10.1～20.0占 0.3%。8月底相對(duì)抗性指數(shù)10.0以下的有105份，占總數(shù)的26.5%，10.1～20.0的有108份，占總數(shù)的27.3%%，超過20.0的有183份，占總數(shù)的46.2%。不同程度抗病能力的資源豐富多樣，為進(jìn)一步選育抗病品種提供了良好的遺傳物質(zhì) 基礎(chǔ)。

表1 黃萎病病指分布狀況

2.2 不同年度間黃萎病發(fā)病狀況分析

同一試驗(yàn)田中，相同資源不同年份間黃萎病發(fā)病率和病指差別大(表2)。6月底黃萎病發(fā)生普遍很輕，平均病指0.7，極差16.4，材料之間變幅相對(duì)較小，前期鑒定僅可作為抗性參考；8月底發(fā)病高峰平均病指14.9，病指極差高達(dá)58.7。具體表現(xiàn)為：2018年前期發(fā)病較晚，前期平均病害略輕于2019年，后期發(fā)病明顯重于2019年，平均病指高8.7。兩年中，6月底發(fā)病最重的材料發(fā)病率已達(dá)30%左右；2018年8月底，發(fā)病最重材料全部發(fā)病，2019年，發(fā)病最重材料發(fā)病率近90%，兩年病指最大值均超過50，2018年比2019年發(fā)病最重材料病指高23.5。足以表明，新疆兵團(tuán)第五師棉田病害嚴(yán)重，需組織重點(diǎn)科技項(xiàng)目和科研人員對(duì)黃花萎病進(jìn)行更加深入系統(tǒng)的研究，制定長(zhǎng)期治理方案。

表2 黃萎病發(fā)病率及病指變化

2.3 黃萎病變異程度和相關(guān)性分析

對(duì)鑒定結(jié)果的變異程度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，供試鑒定資源兩年不同鑒定時(shí)間表現(xiàn)為(表3)：發(fā)病率與病指極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.93以上；變異系數(shù)反映了數(shù)據(jù)離散程度的絕對(duì)值，6月底和8月底發(fā)病率和病指變異系數(shù)很大，尤其以6月差異更明顯，平均值均超過200，表明材料間黃萎病抗性強(qiáng)弱表現(xiàn)不一，可以通過人工定向鑒定和選擇，篩選出抗黃萎病資源用于雜交育種親本材料；兩次田間鑒定發(fā)病率間、病指間也均表現(xiàn)出極顯著正相關(guān)，即前期發(fā)病重的，后期發(fā)病也重，表明通過6月發(fā)病情況可以初步判定材料的抗性。

表3 黃萎病變異程度及相關(guān)性

2.4 優(yōu)異抗病資源的鑒定篩選

兩年鑒定結(jié)果表明(表4)，8月底黃萎病病指≤10、纖維長(zhǎng)度超過≥29 mm、斷裂比強(qiáng)度≥29.0 cN/tex、馬克隆值3.5～4.9、皮棉產(chǎn)量≥2 250 kg/hm2的資源36份，可作為今后親本材料用于提高抗病性品種改良，增加遺傳多樣性，培育適應(yīng)性更廣的品種或突出性狀的中間育種材料。

表4 優(yōu)異抗病資源田間抗病性鑒定

3 討 論

新疆抗黃萎病育種與棉花生產(chǎn)的要求還有較大差距[31]，抗病種質(zhì)和新品種培育難度很大，如何在新疆長(zhǎng)年植棉的現(xiàn)實(shí)背景下，實(shí)現(xiàn)棉花高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效，是科技工作者不懈的目標(biāo)。在當(dāng)前技術(shù)和生產(chǎn)條件下，探尋控制病害的途徑，以減輕對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響，促進(jìn)棉花產(chǎn)業(yè)在新疆持續(xù)發(fā)力，鞏固新疆棉花優(yōu)勢(shì)地位，使棉花成為產(chǎn)業(yè)興疆、增收致富的源泉。

3.1 抗性鑒定結(jié)果受年度間氣候等因素影響，可直接利用的抗性資源數(shù)量有限

通過兩年對(duì)不同來源的品種資源黃萎病田間鑒定，受溫濕度等氣候變化因素影響，鑒定材料年度間黃萎病發(fā)生程度差別較大，但同一種質(zhì)不同年份間發(fā)病輕重趨勢(shì)基本一致。苗期少有發(fā)病，現(xiàn)蕾后開始發(fā)生，開花后逐漸加重，至吐絮前的棉花鈴期發(fā)病達(dá)到高峰。有些資源雖然抗性好，但存在著長(zhǎng)勢(shì)弱、結(jié)鈴少、過于晚熟等突出缺陷，利用價(jià)值有限。可將各性狀間協(xié)調(diào)較好的資源充分挖掘，作為抗病親本快速利用，以驗(yàn)證其價(jià)值，確定可否作為核心抗病親本，不斷復(fù)合雜交和定向選育，改良新疆機(jī)采棉品種的抗病能力。

3.2 開展專項(xiàng)抗病品種的選育和抗病種質(zhì)創(chuàng)新

抗黃萎病育種進(jìn)展緩慢，與抗黃萎病種質(zhì)資源少有關(guān)[32]，需要科技工作者和科研項(xiàng)目管理部門專項(xiàng)組織開展基礎(chǔ)種質(zhì)的挖掘，通過重點(diǎn)科技項(xiàng)目立項(xiàng)，聯(lián)合開展技術(shù)攻關(guān)，制定長(zhǎng)期治理規(guī)劃方案。黃河流域棉區(qū)科研院所及種業(yè)發(fā)展歷程悠久，科技力量雄厚，匯集了全國70%以上的科研院所及技術(shù)人才，已在新疆南北建立了多個(gè)育種研發(fā)基地，對(duì)新疆氣候條件和病原情況已有充分認(rèn)識(shí)，結(jié)合新疆本地科研力量，加速抗病品種和種質(zhì)創(chuàng)新的開放與共享，推進(jìn)科技進(jìn)步。

3.3 通過抗病性聯(lián)合鑒定篩選出有影響力的公認(rèn)抗源

新疆植棉區(qū)地域遼闊，屬典型的溫帶大陸性氣候，氣候干旱，鹽堿較重，溫度和光照源有別，管理技術(shù)和水平不等，各地土壤質(zhì)地、黃萎病菌致病力也有很大差別，在聯(lián)合抗病鑒定中，不過度追求早熟性及品質(zhì)，以免因各性狀間的互作和連鎖而喪失抗性，構(gòu)建抗病的公認(rèn)核心資源，廣為利用，滿足變化、細(xì)分、精準(zhǔn)化的市場(chǎng)需要。

3.4 加強(qiáng)對(duì)棉花黃萎病菌致病類型及遺傳多樣性研究分析

惠慧等[33]研究表明，落葉型棉花黃萎病菌大麗輪枝菌在新疆各棉區(qū)已廣泛分布，需進(jìn)一步開展棉花抗性遺傳及分子標(biāo)記的研究，充分了解抗病基因在不同抗病品種中的分布，多途徑開展抗黃萎病種質(zhì)創(chuàng)制，經(jīng)人工定向培育和選擇，加快抗病育種進(jìn)程[34-35]。

3.5 采取有計(jì)劃的深翻措施

黃萎病菌在0～20 cm的土壤中成聚集或均勻分布[36]，利用物理空間，使耕作層中多年積累的病菌適度翻到更深層(50 cm)，隔離根系與病原接觸的機(jī)會(huì)[37]。此項(xiàng)措施已在新疆部分重病區(qū)實(shí)施，可有效減輕病害。

3.6 輪作倒茬是有效且科學(xué)的

隨著植棉年限增加，病菌累積多，變異廣泛，采用重病區(qū)控制規(guī)模，有計(jì)劃適度輪作，調(diào)節(jié)微生物菌群，改善單一土壤微生物環(huán)境，明顯減輕病害程度，平衡土壤中養(yǎng)分[38]。從全疆管理政策規(guī)劃層面入手，在當(dāng)前農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格較好的背景下，選擇收益相對(duì)較高的作物，對(duì)植棉超過30 a的棉田，每年將重病區(qū)20%的面積倒茬一次，提高土壤自身抵御黃萎病能力。

3.7 開發(fā)利用有機(jī)肥和生物菌肥

通過施用工廠化有機(jī)肥，將生物量大的生物秸桿如玉米等加工成有機(jī)肥，為棉田所利用，適當(dāng)減少化學(xué)肥料投入。采用棉稈還田、施用農(nóng)家肥(肥源很有限)等措施培肥地力，改善微生物群落；另外，多種芽孢桿菌對(duì)棉花黃萎病具有拮抗效果，芽孢桿菌耐受能力強(qiáng)、繁殖速度快、分布范圍廣，可作為綠色防控棉花黃萎病的重要生防菌進(jìn)行研究、開發(fā)，利用生防菌株的競(jìng)爭(zhēng)作用、拮抗作用和誘導(dǎo)系統(tǒng)抗性等機(jī)制[39-40]，經(jīng)滴灌設(shè)施隨水滴施，發(fā)揮生物防治效果。