楊榮仲,唐仕云,肖 祎,李文教,雷敬超,陳道德,黃贊斌,黃海榮,陶 宇,劉昔輝,周 會(huì)

(1.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部廣西甘蔗生物技術(shù)與遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/廣西甘蔗遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,南寧 530007;2.四川省農(nóng)業(yè)特色植物研究院,四川 資中 641200;3.廣西百色市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所,廣西 百色 533612)

【研究意義】抗病育種是甘蔗育種的重要目標(biāo)之一,按照國家甘蔗新品種注冊登記要求,目前甘蔗抗病育種過程中主要測定其對黑穗病、花葉病和梢腐病的抗性。然而在國內(nèi)危害甘蔗的病害種類遠(yuǎn)多于注冊登記要求,如廣西發(fā)現(xiàn)21種[1],海南發(fā)現(xiàn)31種[2]。在甘蔗抗病育種過程中,蔗區(qū)發(fā)生較嚴(yán)重的甘蔗病害時(shí)如何有效選擇并提高育成品種的抗病性是育種者必須面對的問題。因此,通過評價(jià)甘蔗親本田間自然抗病性,明確甘蔗親本病害發(fā)生的影響因素和遺傳特性,有助于高效開展甘蔗抗病育種工作?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】近年來國內(nèi)外在甘蔗病害發(fā)生情況、危害影響、病原菌檢測鑒定及親本與育成品種抗病性評價(jià)等方面開展了大量研究,為甘蔗抗病育種提供了有力幫助。在國內(nèi),霍秀娟等[1]調(diào)查發(fā)現(xiàn),甘蔗病害種類較多,危害不同蔗區(qū)甘蔗的主要病害略有不同;韋金菊等[3]研究表明,廣西蔗區(qū)存在真菌病害15種、細(xì)菌病害1種、病毒病害2種和線蟲病害3種,發(fā)生嚴(yán)重并對甘蔗品質(zhì)和產(chǎn)量影響最大的病害是黑穗病、銹病、梢腐病和鳳梨病;極易發(fā)生流行并危害甘蔗的病害,在海南主要有黑穗病和花葉病[2],在云南有花葉病、黑穗病、梢腐病、褐條病、銹病、葉焦病、褐斑病、黃點(diǎn)病、眼斑病和輪斑病[4-6],在廣東雷州有輪斑病、赤腐病、褐條病、銹病、紫斑病和梢腐病[7];甘蔗梢腐病的病原菌為藤倉鐮孢菌種復(fù)合體,包括甘蔗鐮孢菌、層出鐮孢菌、輪枝鐮孢菌和新知鐮孢菌[8]。在國外,美國蔗區(qū)有甘蔗褐銹病、白條病、花葉病、黃葉綜合癥、宿根矮化病、黑穗病和橙銹病等多種病害[9],印度北方邦蔗區(qū)有甘蔗赤腐病、黑穗病、枯萎病和梢腐病[10],且許多邦存在梢腐病危害[11]。在甘蔗病害危害影響研究方面,甘蔗病害發(fā)生會(huì)影響甘蔗農(nóng)藝性狀和品質(zhì),造成甘蔗產(chǎn)量損失[12];花葉病發(fā)病率升高可導(dǎo)致甘蔗株高、有效莖數(shù)、蔗產(chǎn)量和耐寒性明顯下降[13],第二年宿根黑穗病發(fā)病率與有效莖數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)[14],致使蔗產(chǎn)量損失達(dá)50.00%～62.00%[15];梢腐病、褐條病和銹病造成平均蔗產(chǎn)量損失分別達(dá)38.43%、25.60%和24.90%,蔗糖分降低3.54%、2.82%和3.11%[16];橙色銹病可造成甘蔗減產(chǎn)26.0%及纖維分下降,但對可回收糖無顯著影響[17]。在甘蔗病原診斷與檢測方面,Simon等[12]綜述了甘蔗病害常用甘蔗樣品制備和病原體檢測技術(shù)的可用性及其現(xiàn)場診斷方法;王偉超等[18]采用室內(nèi)離體接種法對甘蔗種質(zhì)材料進(jìn)行梢腐病抗性鑒定,并進(jìn)行抗性等級(jí)劃分評價(jià);廣西通過病原分離培養(yǎng)鑒定出13種主要真菌病害[3];云南研發(fā)出10種重要甘蔗病害分子快速檢測技術(shù)[19],并應(yīng)用于國內(nèi)甘蔗病毒病[6,20-21]、植原體病害[22]、細(xì)菌病害[23-24]、真菌病害及相關(guān)的抗性基因[19,25-27]檢測,發(fā)現(xiàn)甘蔗花葉病毒、高粱花葉病毒、甘蔗線條花葉病毒、甘蔗黃葉病毒和甘蔗桿狀病毒的檢出率分別為0、1.71%、0.57%、20.57%和69.71%[20];張榮躍等[22]研究認(rèn)為,甘蔗品種間的白葉病檢出率隨著宿根年限的增加而升高,但升幅存在差異;田夏紅等[23]研究表明,廣東湛江蔗區(qū)甘蔗白條病屬于白條黃單胞菌PFGE-B型基因型;王曉燕等[25]研究發(fā)現(xiàn)云南甘蔗褐條病病原菌新記錄種;王恒波等[26]研究證實(shí),甘蔗抗黃銹病G1標(biāo)記檢出率超過60.00%,且病原菌存在小種分化[28]。在抗病性評價(jià)方面,通過田間自然感病可評價(jià)甘蔗親本或育成品種對花葉病[13]、黑穗病[14]、褐條病[25,29]和梢腐病[30-31]的抗性,或同時(shí)評價(jià)多種甘蔗病害的抗性[6,29,32-33],并篩選出一大批甘蔗抗病親本和育種新材料,國內(nèi)58.30%的甘蔗新品系高抗—中抗梢腐病,48.40%的主栽品種高抗—中抗梢腐病[34];杜金霞等[27]通過病原菌接種建立了甘蔗白條病抗性評價(jià)方法?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】在甘蔗抗性育種早期選擇過程中,單個(gè)試驗(yàn)材料數(shù)量少但育種群體大,因此較難及時(shí)有效地選用抗性評價(jià)方法對育種材料進(jìn)行抗病性評價(jià),針對數(shù)百個(gè)甘蔗親本進(jìn)行田間自然抗病性評價(jià)及廣義遺傳力分析的研究鮮見報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】在已開展甘蔗家系抗病性評價(jià)工作的基礎(chǔ)上[35],以463個(gè)甘蔗親本為試驗(yàn)材料,對其田間抗病性進(jìn)行多年多點(diǎn)測試,了解其病害發(fā)生的主要影響因素、遺傳特點(diǎn)及選育年代與來源特點(diǎn),明確哪些甘蔗病害可通過試驗(yàn)進(jìn)行抗性選擇,為甘蔗雜交育種的親本選擇、組合配制與后代選擇提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2017—2020年分別在廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所丁當(dāng)試驗(yàn)基地(以下簡稱丁當(dāng)點(diǎn))、廣西百色市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗(yàn)基地(以下簡稱百色點(diǎn))和四川省農(nóng)業(yè)特色植物研究院資中試驗(yàn)基地(以下簡稱資中點(diǎn))進(jìn)行。其中,丁當(dāng)點(diǎn)383個(gè)親本,百色點(diǎn)98個(gè)親本,資中點(diǎn)102個(gè)親本,各親本信息見表1;選育年代信息主要從親本代碼中提取,不含選育年代信息則單獨(dú)查詢,查詢不到信息則歸類為年代不明。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 丁當(dāng)點(diǎn)試驗(yàn)于2017—2020年實(shí)施,2017年新植試驗(yàn)(試驗(yàn)代碼:D17)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),重復(fù)2次,人工收獲后保留宿根2年;2018年新植試驗(yàn)(試驗(yàn)代碼:D18)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),重復(fù)3次,機(jī)收后保留宿根2年。百色點(diǎn)試驗(yàn)于2017—2019年實(shí)施,2017年新植試驗(yàn)(試驗(yàn)代碼:B17)重復(fù)1次,保留宿根2年;2018年新植試驗(yàn)(試驗(yàn)代碼:B18)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),重復(fù)3次,保留宿根1年。資中點(diǎn)試驗(yàn)于2017—2020年實(shí)施,2017年新植試驗(yàn)(試驗(yàn)代碼:Z17)重復(fù)1次,保留宿根2年;2019年新植試驗(yàn)(試驗(yàn)代碼:Z19)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),重復(fù)3次,保留宿根1年。田間管理按當(dāng)?shù)卣４筇锷a(chǎn)管理措施實(shí)施。

1.2.2 病害調(diào)查與分級(jí) D17于2018年9月和2019年9月各調(diào)查1次病害,數(shù)據(jù)代碼分別為D17-1809和D17-1909;D18于2018年8月、11月和2019年9月各調(diào)查1次,數(shù)據(jù)代碼分別為D18-1808、D18-1811和D18-1909。B17和B18分別在2018年9月和2019年10月各調(diào)查1次,數(shù)據(jù)代碼分別為B17-1809、B17-1910和B18-1809、B18-1910。Z17在2019年9月調(diào)查1次,數(shù)據(jù)代碼為Z17-1909;Z19分別在2019年9月和2020年10月各調(diào)查1次,數(shù)據(jù)代碼分別為Z19-1909和Z19-2010。調(diào)查時(shí)將病害分為5級(jí)(1級(jí)無病害,3級(jí)發(fā)病較輕,5級(jí)發(fā)病中等,7級(jí)發(fā)病較重,9級(jí)發(fā)病嚴(yán)重[35]),其中,梢腐病參考劉夢林等[36]的方法分級(jí);白條病分級(jí)參考傅華英等[37]的方法,等級(jí)略作調(diào)整(將其原0級(jí)調(diào)為1級(jí),原1級(jí)和2級(jí)歸并為3級(jí),原3級(jí)調(diào)為5級(jí),原4級(jí)調(diào)為7級(jí),原5級(jí)調(diào)為9級(jí));其他病害參照楊子林等[38]和Comstock等[39]的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行以下分類:葉片無病斑為1級(jí),病斑占葉面積<10%為3級(jí),病斑占葉面積11%～25%為5級(jí),病斑占葉面積26%～50%為7級(jí),病斑占葉面積51%～100%為9級(jí)。根據(jù)病害等級(jí)計(jì)算病情指數(shù)[病情指數(shù)=Σ(發(fā)病級(jí)別×該發(fā)病級(jí)別小區(qū)數(shù))/(最高發(fā)病級(jí)別×總小區(qū)數(shù))×100]因資中點(diǎn)的花葉病數(shù)據(jù)[13]、百色點(diǎn)的黑穗病數(shù)據(jù)[14]和丁當(dāng)點(diǎn)的宿根黃化苗數(shù)據(jù)[40]已公開發(fā)表,本研究不再進(jìn)行分析。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用R軟件的asreml程序包和DPS 19.05進(jìn)行分析;以線性混合模型對性狀進(jìn)行方差分解,建立最佳線性混合模型后,計(jì)算方差占比、廣義遺傳力和預(yù)測值。在最佳線性混合模型中,將選育年代和親本來源作為隨機(jī)因子進(jìn)行方差分析,計(jì)算其概率和顯著病害的預(yù)測值;采用標(biāo)準(zhǔn)化、歐氏距離和平均聚類法(UPGMA)進(jìn)行親本抗病性聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 甘蔗親本病害發(fā)生情況

由表2可知,3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)共發(fā)現(xiàn)18種甘蔗親本田間自然發(fā)病的病害(包括黑穗病和花葉病),其中,丁當(dāng)點(diǎn)18種,百色點(diǎn)17種(未發(fā)現(xiàn)白葉病),資中點(diǎn)15種(未發(fā)現(xiàn)白疹病、白葉病和眼點(diǎn)病);甘蔗親本病害的發(fā)病情況在試驗(yàn)地點(diǎn)、年度和作物季間存在明顯差異,其中,在3個(gè)試點(diǎn)發(fā)病程度相對較重(病情指數(shù)平均值超過10.00)的是褐條病、赤腐病、輪斑病、黃點(diǎn)病和葉枯病,病情指數(shù)平均值分別為29.70、29.16、21.60、16.69和10.66,發(fā)病程度相對較輕(病情指數(shù)平均值低于1.00)的是銹病、虎斑病、白條病和眼點(diǎn)病,發(fā)病程度居中(病情指數(shù)平均值在1.33～4.72)的是梢腐病、紫斑病、褐斑病、葉焦病、赤條病、白疹病和白葉病。從不同試驗(yàn)點(diǎn)看,在發(fā)病程度較重的5種病害中,褐條病和赤腐病的病情指數(shù)在試驗(yàn)點(diǎn)間差異不明顯,黃點(diǎn)病的病情指數(shù)在百色點(diǎn)和資中點(diǎn)總體上明顯高于丁當(dāng)點(diǎn),輪斑病的病情指數(shù)在百色點(diǎn)和丁當(dāng)點(diǎn)較高,在資中點(diǎn)中等,葉枯病的病情指數(shù)在資中點(diǎn)較高,在丁當(dāng)點(diǎn)中等,在百色點(diǎn)較低;在發(fā)病程度居中的7種病害中,丁當(dāng)點(diǎn)梢腐病、紫斑病、白疹病、赤條病和白葉病的病情指數(shù)明顯高于百色點(diǎn)和資中點(diǎn),其中,白葉病僅在丁當(dāng)點(diǎn)發(fā)生,葉焦病的病情指數(shù)在百色點(diǎn)明顯高于丁當(dāng)點(diǎn)和資中點(diǎn),褐斑病的病情指數(shù)在資中點(diǎn)和丁當(dāng)點(diǎn)高于百色點(diǎn);在發(fā)病程度較輕的4種病害中,白條病和虎斑病的病情指數(shù)在試驗(yàn)點(diǎn)間差異不明顯,眼點(diǎn)病在資中點(diǎn)未發(fā)生,銹病的病情指數(shù)在資中點(diǎn)略高于丁當(dāng)點(diǎn)和百色點(diǎn)。年度間發(fā)病程度差異最明顯的病害是葉枯病、輪斑病、赤腐病、褐條病和紫斑病,2018年與2019年病情指數(shù)的絕對差值分別為11.99、11.21、10.43、9.78和7.25。在不同作物季間病害的變化趨勢略有不同,有的病害(白條病、白葉病、白疹病、赤腐病、褐條病、葉焦病和葉枯病等)隨著宿根年限的延長呈加重趨勢,有的病害(輪斑病、梢腐病和銹病等)隨著宿根年限的延長呈減輕趨勢,而黃點(diǎn)病、紫斑病和赤條病等在不同作物季間呈明顯波動(dòng)變化。

2.2 甘蔗親本病害的方差分析

2.2.1 丁當(dāng)點(diǎn)甘蔗親本病害的方差分析 由表3可知,在D17-1809的9種病害中,有8種病害存在親本方差,其中方差占比超過10.00%的分別是銹病(33.62%)、紫斑病(24.88%)、輪斑病(17.05%)、梢腐病(16.80%)和赤腐病(16.78%),說明甘蔗病害發(fā)生確實(shí)受到了親本的明顯影響;顯著性檢驗(yàn)結(jié)果表明,除褐條病和赤條病外,其他6種病害的親本方差均顯著(P<0.05,下同)或極顯著(P<0.01,下同);在D17-1909的14種病害中,有10種病害存在親本方差,其中,占比超過10.00%的病害有輪斑病(20.57%)、赤條病(16.50%)、白疹病(14.27%)、葉枯病(12.65%)、紫斑病(12.58%)和赤腐病(12.27%),且這6種病害的親本方差均極顯著,其他4種病害的方差不顯著(P>0.05,下同);對D17-1809+D17-1909的聯(lián)合方差分析結(jié)果表明,其親本病害的方差占比總體上明顯低于單獨(dú)方差分析,其中,超過10.00%的僅有赤腐病和輪斑病,親本方差顯著或極顯著的有白葉病、赤腐病、褐條病和輪斑病。

由表3可知,在D18-1808的9種病害中,有7種病害存在親本方差,且均極顯著,其中,方差占比超過10.00%的有赤條病、黃點(diǎn)病、赤腐病、銹病和褐條病,分別為19.27%、16.61%、13.97%、13.38%和12.00%;在D18-1811的13種病害中,有11種病害存在親本方差,且除眼點(diǎn)病外均顯著或極顯著,其中,方差占比超過10.00%的有銹病、輪斑病、褐條病、梢腐病、紫斑病、褐斑病和赤腐病,分別為23.13%、17.77%、13.97%、13.20%、11.22%、11.09%和10.21%;對D18-1808+D18-1811進(jìn)行聯(lián)合方差分析,僅發(fā)現(xiàn)8種病害存在親本方差,有5種病害的方差占比顯著或極顯著,其中,方差占比超過10.00%的為梢腐病、銹病和黃點(diǎn)病,分別為14.50%、12.71%和12.14%,而與單獨(dú)方差分析相比,聯(lián)合方差分析親本病害的方差占比下降、方差顯著的病害種類減少;在D18-1909的14種病害中,有12種病害存在親本方差,其中,白葉病、紫斑病、輪斑病、葉焦病、赤腐病、梢腐病、褐斑病、黃點(diǎn)病和葉枯病的方差占比極顯著,但方差占比超過10.00%僅有白葉病、紫斑病、輪斑病和葉焦病,分別為90.32%、37.68%、20.11%和19.00%;對D18-1808+D18-1811+D18-1909進(jìn)行聯(lián)合方差分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)白葉病、白條病、白疹病和眼點(diǎn)病不存在親本方差,其他12種病害存在親本方差,其中,方差占比超過5.00%的有黃點(diǎn)病、赤腐病和梢腐病,分別為8.56%、7.84%和7.13%,顯著性檢驗(yàn)結(jié)果表明,黃點(diǎn)病、赤腐病、梢腐病、赤條病、輪斑病、葉斑病和紫斑病的親本方差顯著或極顯著,而與單獨(dú)方差分析相比,聯(lián)合方差分析親本病害的方差占比明顯下降,方差顯著的病害種類略有減少。

對D17-1809+D17-1909+D18-1808+D18-1811+D18-1909進(jìn)行聯(lián)合方差分析,結(jié)果(表3)發(fā)現(xiàn),白條病、白葉病、赤條病、褐條病、虎斑病、眼點(diǎn)病和葉焦病的親本方差不存在,另外9種病害存在親本方差,其中,方差占比超過5.00%的有赤腐病、黃點(diǎn)病和銹病,分別為8.49%、6.84%和5.43%,親本方差顯著或極顯著的病害有輪斑病、赤腐病、黃點(diǎn)病、銹病、褐斑病、梢腐病和紫斑病;與表2中褐條病的病情指數(shù)較高進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn),進(jìn)行聯(lián)合方差分析時(shí)褐條病不存在親本方差。

分析丁當(dāng)點(diǎn)甘蔗病害親本方差的顯著次數(shù)與比率,結(jié)果(表4)發(fā)現(xiàn),赤腐病和輪斑病的顯著性比率最高(均為100.00%),在所有親本方差分析中均顯著或極顯著;其次是銹病、黃點(diǎn)病和梢腐病,顯著性比率均超過70.00%;再次是紫斑病和葉枯病,顯著性比率均超過50.00%。因此,這些病害可在丁當(dāng)點(diǎn)通過田間自然感病進(jìn)行親本抗病評價(jià);顯著性比率最低的病害是白條病和眼點(diǎn)病(均為0.00%),所有親本方差均不存在或不顯著;其次是虎斑病、葉焦病和白疹病,親本方差顯著性比率均低于20.00%,可淘汰發(fā)生這些病害的親本。

綜上所述,年內(nèi)不同調(diào)查時(shí)間(月份)、不同年度和不同試驗(yàn)點(diǎn)間親本方差占比和方差顯著的病害種類存在差異;進(jìn)行聯(lián)合方差分析時(shí),親本方差占比下降,方差顯著的病害種類減少;在分析的16種甘蔗病害中,赤腐病和輪斑病是親本方差較易顯著的病害,其次是銹病、黃點(diǎn)病、梢腐病和葉枯病等。

2.2.2 百色點(diǎn)甘蔗親本病害的方差分析 由表5可知,聯(lián)合方差分析B17-1809+B17-1910的14種病害中,有7種病害存在親本方差,其中占比超過10.00%的有輪斑病、赤腐病和黃點(diǎn)病,分別為31.47%、21.88%和14.58%,但僅輪斑病和赤腐病的親本方差極顯著;在B18-1809的9種病害中,輪斑病、梢腐病、黃點(diǎn)病和赤腐病存在親本方差,占比分別為31.24%、24.58%、18.05%和14.21%,且方差極顯著;在B18-1910的11種病害中,有6種病害存在親本方差,其中占比超過10.00%有白疹病、輪斑病和葉焦病,分別為36.76%、31.08%和27.91%,且方差極顯著;在B18-1809+B18-1910聯(lián)合方差分析的12種病害中,有7種病害存在親本方差,其中占比超過10.00%的有輪斑病、赤腐病和葉焦病,分別為19.07%、13.41%和12.13%,除這3種病害外,黃點(diǎn)病、梢腐病和赤條病的親本方差也顯著或極顯著;與單獨(dú)方差分析相比,聯(lián)合方差分析的親本方差占比略有下降,方差顯著的病害種類增多,說明聯(lián)合方差分析更容易區(qū)分親本的抗病性差異;在B17-1809+B17-1910+B18-1809+B18-1910聯(lián)合方差分析的15種病害中,有12種病害存在親本方差,其中,占比超過10.00%的有輪斑病、黃點(diǎn)病、赤腐病和梢腐病,分別為21.47%、10.94%、10.42%和10.27%,除這4種病害的親本方差極顯著外,葉焦病的親本方差也顯著,但與單獨(dú)方差分析相比,聯(lián)合方差分析親本的方差占比略有下降,方差顯著的病害種類較2017年試驗(yàn)增多,較2018年試驗(yàn)略少。

表4 丁當(dāng)點(diǎn)甘蔗親本病害的方差顯著次數(shù)與比率

從表5還可看出,在百色點(diǎn)甘蔗親本病害的5次方差分析中,方差顯著性最好的是輪斑病,5次分析均極顯著;其次是赤腐病,4次極顯著;再次是黃點(diǎn)病、梢腐病和葉焦病,3次顯著或極顯著。這些親本病害可考慮通過田間自然感病進(jìn)行抗病性評價(jià)。

綜上所述,百色點(diǎn)甘蔗親本病害的方差占比和方差顯著病害種類在年度間存在差異,聯(lián)合方差分析可增加顯著的病害種類;輪斑病、赤腐病、黃點(diǎn)病、梢腐病和葉焦病可考慮在該試驗(yàn)點(diǎn)通過田間自然感病進(jìn)行親本抗病性評價(jià)。

2.2.3 資中點(diǎn)甘蔗親本病害的方差分析 由表6可知,在Z19-1909的11種病害中,有9種病害存在親本方差,其中,占比超過10.00%的有褐條病、葉枯病、輪斑病、赤腐病、銹病和黃點(diǎn)病,分別為42.26%、38.14%、35.93%、26.44%、20.54%和11.52%,且方差顯著或極顯著;在Z19-2010的13種病害中,有7種病害存在親本方差,其中,占比超過10.00%的有褐斑病、葉枯病、赤腐病、輪斑病和銹病,分別為24.19%、18.90%、17.64%、16.83%和14.40%,且方差顯著;對Z19-1909+Z19-2010進(jìn)行聯(lián)合方差分析,發(fā)現(xiàn)褐斑病、虎斑病、梢腐病和葉焦病不存在親本方差,其他9種病害存在親本方差,其中,赤條病的親本方差占比為8.50%,且方差極顯著;對Z19-1909+Z19-2010+Z17-1909進(jìn)行聯(lián)合方差分析,發(fā)現(xiàn)虎斑病、梢腐病和葉焦病不存在親本方差,其他10種病害存在親本方差,其中,赤條病的親本方差占比為8.50%,且方差極顯著。

2.2.4 多點(diǎn)試驗(yàn)甘蔗親本病害的聯(lián)合方差分析與病害顯著性影響因子 多點(diǎn)試驗(yàn)聯(lián)合方差分析結(jié)果(表7)表明,16種病害中有輪斑病、黃點(diǎn)病和赤腐病等11種病害存在親本方差,但僅有輪斑病、黃點(diǎn)病、赤腐病、葉焦病和紫斑病等5種病害的親本方差極顯著,其方差占比分別為5.76%、4.52%、4.37%、3.85%和2.07%。說明在多年、多點(diǎn)田間自然感病條件下,僅輪斑病、黃點(diǎn)病、赤腐病、葉焦病和紫斑病可用于甘蔗親本抗病性評價(jià)。

由表7可知,在親本、地點(diǎn)、試驗(yàn)、作物季、調(diào)查時(shí)間(月份)和重復(fù)等因素中,受親本顯著或極顯著影響的病害有5種,分別為輪斑病、黃點(diǎn)病、赤腐病、葉焦病和紫斑病;受地點(diǎn)顯著或極顯著影響的病害有2種,分別為葉焦病和葉枯病(其中,百色點(diǎn)是葉焦病重發(fā)區(qū),資中點(diǎn)是葉枯病重發(fā)區(qū));受調(diào)查時(shí)間(月份)顯著或極顯著影響的病害有3種,分別為褐斑病、虎斑病和眼點(diǎn)病;受重復(fù)顯著或極顯著影響的病害有4種,分別為白葉病、白疹病、褐條病和葉枯病;調(diào)查中未發(fā)現(xiàn)受到試驗(yàn)和作物季顯著影響的病害。

表5 百色點(diǎn)甘蔗親本病害的方差分析

表6 資中點(diǎn)甘蔗親本病害的方差分析

續(xù)表6 Continued table 6

比較顯著主效應(yīng)方差占比和顯著互作方差占比(表7)發(fā)現(xiàn),除褐斑病和葉枯病外,其他14種病害的顯著互作方差占比均高于顯著主效應(yīng)方差占比,說明試驗(yàn)因素間互作對甘蔗親本病害的影響更重要。在顯著互作項(xiàng)中,除褐斑病和黃點(diǎn)病不存在與親本相關(guān)的互作項(xiàng)外,白葉病、白疹病、赤腐病、赤條病、褐條病、虎斑病、輪斑病、梢腐病、銹病、眼點(diǎn)病、葉焦病、葉枯病和紫斑病13種病害均存在與親本相關(guān)的互作顯著項(xiàng),說明在調(diào)查的16種甘蔗親本病害中,雖然僅有輪斑病、黃點(diǎn)病、赤腐病、葉焦病和紫斑病的親本方差極顯著,但通過與親本互作,親本對其他病害的發(fā)生發(fā)揮著重要作用。

表7 多點(diǎn)試驗(yàn)的甘蔗親本病害聯(lián)合方差分析

續(xù)表7 Continued table 7

2.3 甘蔗親本病害的廣義遺傳力

計(jì)算方差顯著或極顯著甘蔗親本病害的廣義遺傳力,結(jié)果(表8)表明,輪斑病的廣義遺傳力為0.13～0.63,平均約為0.37,屬中等偏低遺傳力性狀,19次計(jì)算中17次顯著存在;赤腐病的廣義遺傳力為0.15～0.53,平均約為0.29,屬低等遺傳力性狀,19次計(jì)算中16次顯著存在;黃點(diǎn)病的廣義遺傳力為0.13～0.40,平均約為0.25,屬低等遺傳力性狀,19次計(jì)算中12次顯著存在;梢腐病的廣義遺傳力為0.10～0.50,平均約為0.27,屬低等遺傳力性狀,19次計(jì)算中10次顯著存在;銹病的廣義遺傳力為0.19～0.50,平均約為0.37,屬中等偏低遺傳力性狀,19次計(jì)算中7次顯著存在;紫斑病的廣義遺傳力為0.07～0.64,平均約為0.25,屬低等遺傳力性狀,19次計(jì)算中7次顯著存在;葉枯病的廣義遺傳力為0.07～0.65,平均約為0.29,屬低等遺傳力性狀,19次計(jì)算中6次顯著存在;赤條病的廣義遺傳力為0.15～0.42,平均約為0.25,屬低等遺傳力性狀;19次計(jì)算中6次顯著存在;葉焦病的廣義遺傳力為0.14～0.54,平均約為0.32,屬中等偏低遺傳力性狀,19次計(jì)算中5次顯著存在;褐條病的廣義遺傳力為0.12～0.69,平均約為0.36,屬中等偏低遺傳力性狀,19次計(jì)算中4次顯著存在;褐斑病的廣義遺傳力為0.08～0.27,平均約為0.20,屬低等遺傳力性狀,19次計(jì)算中3次顯著存在;白疹病的廣義遺傳力為0.26～0.52,平均約為0.39,屬中等偏低遺傳力性狀,19次計(jì)算中2次顯著存在;白葉病的廣義遺傳力為0.10～0.97,平均約為0.54,屬中等遺傳力性狀,19次計(jì)算中2次顯著存在;虎斑病的廣義遺傳力為0.16,19次計(jì)算中僅1次顯著存在,屬低等遺傳力性狀;白條病和眼點(diǎn)病不存在廣義遺傳力。

從表8可以看出,以試驗(yàn)點(diǎn)內(nèi)全部數(shù)據(jù)合并進(jìn)行分析時(shí),丁當(dāng)點(diǎn)輪斑病、赤腐病、銹病、黃點(diǎn)病、梢腐病、褐斑病和紫斑病的廣義遺傳力均顯著或極顯著存在,但均低于0.30,屬低等遺傳力性狀,說明這些病害在丁當(dāng)點(diǎn)可通過多年田間自然感病進(jìn)行親本抗病性選擇;百色點(diǎn)輪斑病、赤腐病、黃點(diǎn)病、梢腐病和葉焦病的廣義遺傳力顯著或極顯著存在,其中,輪斑病的廣義遺傳力為0.49,屬中等遺傳力性狀,其他病害的廣義遺傳力均低于0.30,屬低等遺傳力性狀,說明在百色點(diǎn)輪斑病、赤腐病、黃點(diǎn)病、梢腐病和葉焦病可通過多年田間自然感病進(jìn)行親本抗病性選擇;在資中點(diǎn),僅赤條病的廣義遺傳力顯著存在,其值為0.22,屬低等遺傳力性狀,可通過多年田間自然感病進(jìn)行親本抗病性選擇。而綜合所有病害的廣義遺傳力數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,僅輪斑病、黃點(diǎn)病、赤腐病、葉焦病和紫斑病的廣義遺傳力在3個(gè)試驗(yàn)地點(diǎn)均顯著存在,且均低于0.30,屬低等遺傳力性狀,說明這5種病害可通過多年多點(diǎn)田間自然感病試驗(yàn)進(jìn)行親本抗病性選擇。

表8 各試驗(yàn)點(diǎn)甘蔗親本病害的廣義遺傳力

綜上所述,白葉病屬中等遺傳力性狀,白疹病、銹病、輪斑病、褐條病和葉焦病屬中等偏低遺傳力性狀,葉枯病、赤腐病、梢腐病、紫斑病、赤條病、黃點(diǎn)病、褐斑病和虎斑病屬低等遺傳力性狀;對廣義遺傳力不存在的病害,可進(jìn)行反向選擇淘汰感病親本。

2.4 親本選育年代與來源對甘蔗病害的影響

由表9可知,不同選育年代甘蔗親本對褐條病和葉枯病的抗性具有顯著或極顯著影響,對其他14種病害的抗性無顯著影響;不同來源甘蔗親本對赤腐病、輪斑病、眼點(diǎn)病和葉枯病的抗性具有顯著或極顯著影響,對其他12種病害的抗性無顯著影響;從對受選育年代顯著或極顯著影響的病害預(yù)測等級(jí)(表10)看,甘蔗親本對褐條病的抗性以20世紀(jì)50年代和80年代表現(xiàn)相對較好,21世紀(jì)00年代的表現(xiàn)相對較差,對葉枯病的抗性以不明年代和20世紀(jì)60年代表現(xiàn)相對較好,20世紀(jì)90年代和50年代的表現(xiàn)相對較差,說明甘蔗親本對這兩種病害的抗性在選育年代間存在波動(dòng),未出現(xiàn)持續(xù)向好現(xiàn)象;從對受親本來源影響顯著或極顯著的病害預(yù)測等級(jí)(表10)看,對赤腐病,臺(tái)糖和國外其他親本的抗性較好,Ho和粵糖親本的抗性較差;對輪斑病,Ho和CP親本的抗性較好,國內(nèi)其他和桂糖親本的抗性較差;對眼點(diǎn)病,云蔗和桂糖親本的抗性較好,福農(nóng)親本的抗性較差;對葉枯病,國外其他、CP和福農(nóng)親本的抗性較好,粵糖和云蔗親本的抗性較差。

表9 不同選育年代與來源甘蔗親本對病害抗性的影響概率

表10 受甘蔗親本選育年代與來源影響顯著病害的預(yù)測等級(jí)

2.5 甘蔗親本抗病性的聚類分析

以親本方差顯著或極顯著赤腐病、黃點(diǎn)病、輪斑病、葉焦病和紫斑病預(yù)測值的平均值進(jìn)行聚類,結(jié)果(表11)發(fā)現(xiàn)抗病性表現(xiàn)好的親本有14個(gè),約占測試親本總數(shù)的3.02%,抗病性表現(xiàn)較好的親本有123個(gè),約占測試親本總數(shù)的26.57%,抗病性表現(xiàn)中的親本有237個(gè),約占測試親本總數(shù)的49.03%,抗病性表現(xiàn)較差的親本有86個(gè),約占測親本總數(shù)的18.57%,抗病性表現(xiàn)差的親本有13個(gè),約占測試親本總數(shù)的2.81%?？梢?從聚類結(jié)果看,抗病性等級(jí)在較好及以上的親本占比不足30.00%,近50.00%的親本抗病性表現(xiàn)一般。

從實(shí)際甘蔗育種利用效果角度看,在抗病性表現(xiàn)好的14個(gè)親本(表11)中,僅GT04-151、GT08-120和NYT25利用效果相對較好;在抗病性表現(xiàn)較好的123個(gè)親本中,利用效果相對較好的有YZ05-51、GT46、GT04-120、GF98-296、GT04-1001、ROC11、CP94-1100、GT07-994和CP72-1210。可見,抗病性表現(xiàn)較好及以上的親本,在實(shí)際育種工作中利用效果好的不足10.00%,而許多利用效果好的親本如CP84-1198、YC84-153、GT96-211、YT85-177、CZ89-103、CP81-1254、YT83-271、YT96-86、GT89-204、YN81-762、GT05-1141、ROC25、ROC1、ROC22、GT92-66、LC05-136和YT93-159其抗病性屬中等,甚至有一些利用效果較好的親本其抗病性較差或差,如YT91-976抗病性差,YC84-125、YT89-240、YC71-374、YC82-96、GT28、ROC26、YZ89-7和YT00-236抗病性較差。

表11 甘蔗親本的抗病性聚類分析

續(xù)表11 Continued table 11

丁當(dāng)點(diǎn)為梢腐病發(fā)病程度相對較重(其平均病情指數(shù)為4.72,表2)的試驗(yàn)點(diǎn),經(jīng)最佳線性混合模型預(yù)測值聚類分析發(fā)現(xiàn),該試驗(yàn)點(diǎn)中抗病性表現(xiàn)好的親本有259個(gè),約占該試驗(yàn)點(diǎn)測試親本總數(shù)的67.67%,抗病性表現(xiàn)較好的親本有57個(gè),約占該試驗(yàn)點(diǎn)測試親本總數(shù)的14.88%,抗病性表現(xiàn)中的親本有47個(gè),約占該試驗(yàn)點(diǎn)測試親本總數(shù)的12.27%,抗病性表現(xiàn)較差的親本有15個(gè),約占該試驗(yàn)點(diǎn)測親本總數(shù)的3.92%,抗病性表現(xiàn)差的親本有3個(gè),約占該試驗(yàn)點(diǎn)測試親本總數(shù)的0.78%。其中,在甘蔗育種的常用親本中,HoCP02-620、CP00-2459、GF98-296、GT04-1001、ROC11、CP72-1210、GT92-66、ROC98-0432、CP99-1893、YT83-271、ROC1、ROC22、YT89-240、YT91-976和GT29等可作為抗梢腐病親本使用。

3 討 論

楊榮仲等[35]在2015—2016年開展甘蔗家系抗病性評價(jià)時(shí)發(fā)現(xiàn),72.16%的實(shí)生苗因葉片病害等級(jí)偏高而被淘汰,影響甘蔗抗病育種工作的正常開展。本研究進(jìn)行多年多點(diǎn)甘蔗親本田間自然感病試驗(yàn),并按育種選擇方法對病害進(jìn)行等級(jí)評估,發(fā)現(xiàn)在分析的16種甘蔗病害中,僅輪斑病、黃點(diǎn)病、赤腐病、葉焦病和紫斑病的親本方差顯著或極顯著,可用于進(jìn)行親本抗病性選擇,其他11種病害不宜用于進(jìn)行抗病性選擇,但親本方差顯著的病害中包含廣義遺傳力較低的病害,影響親本的抗病性選擇效果;對親本抗病性的聚類分析結(jié)果也表明,在甘蔗育種工作中,抗病性較好及以上親本的利用率不足10.00%。楊榮仲等[35]研究表明,雜交組合中大量利用抗病表現(xiàn)一般、較差或差的甘蔗親本,會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生大量的感病雜交后代,從而嚴(yán)重滯后甘蔗抗病育種工作進(jìn)展。本研究中,親本甘蔗的選育年代僅對少數(shù)病害存在波動(dòng)影響,對多數(shù)病害無顯著影響,未出現(xiàn)持續(xù)向好的選擇結(jié)果;親本甘蔗病害受試驗(yàn)地點(diǎn)、作物季、調(diào)查時(shí)間、重復(fù)等因素及其互作中某一項(xiàng)或多項(xiàng)因素的顯著影響,且多數(shù)病害的互作影響比主效應(yīng)更明顯。因此,本研究結(jié)果可間接證實(shí)甘蔗抗病育種工作難度較大?？梢?在甘蔗育種過程中進(jìn)行田間抗病性選擇時(shí),在眾多的影響因素中,僅考慮甘蔗基因型而忽略其他影響因素則抗病性選擇效果不佳。

楊榮仲等[14,35]研究認(rèn)為,甘蔗親本抗黑穗病的廣義遺傳力雖然略低,但以生長后期田間自然感病等級(jí)評價(jià)親本的黑穗病抗性具有可行性;甘蔗葉片病害評價(jià)等級(jí)可用于實(shí)生苗抗病選擇。趙勇等[41]研究表明,甘蔗農(nóng)藝性狀也可通過分級(jí)進(jìn)行評價(jià)。本研究的田間自然感病試驗(yàn)在2017—2020年實(shí)施,除資中點(diǎn)外,分析用的數(shù)據(jù)均取自2018年和2019年,未采用2017年和2020年的數(shù)據(jù),主要原因是2017年和2020年均在進(jìn)行病害調(diào)查方法調(diào)整(對2017年的調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行評估發(fā)現(xiàn),某些病害調(diào)查受到調(diào)查人員人為因素影響較大,資中點(diǎn)調(diào)查數(shù)據(jù)的聯(lián)合分析效果較差可能是該因素所引起);對2018年和2019年的調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行分析仍發(fā)現(xiàn)對有些病害(如甘蔗褐條病)的評價(jià)效果不理想,因此,2020年調(diào)查時(shí),繼續(xù)進(jìn)行調(diào)查方法調(diào)整。對于親本方差不顯著的11種甘蔗病害,除受調(diào)查方法影響外,也可能受其他因素影響,如銹病、虎斑病、白條病和眼點(diǎn)病等可能因病情指數(shù)偏低導(dǎo)致親本方差不顯著;有些病害如梢腐病,試驗(yàn)點(diǎn)內(nèi)親本方差顯著或極顯著,但試驗(yàn)點(diǎn)間親本方差不顯著,其受病原菌影響的可能性更大。

開展甘蔗抗病育種最理想的方法是病原接種鑒定,然而國內(nèi)只有少數(shù)甘蔗病害有接種鑒定方法和判定標(biāo)準(zhǔn)[42]可用,其他感病較重的病害如褐條病、赤腐病、輪斑病、黃點(diǎn)病和葉枯病多用田間自然選擇。但田間自然選擇面臨許多問題,首先試驗(yàn)需要在病害高發(fā)區(qū)或疫區(qū)進(jìn)行,育種早期選擇的試驗(yàn)基地有可能不是病害高發(fā)區(qū),如廣西甘蔗黑穗病高發(fā)區(qū)在百色市和崇左市,花葉病高發(fā)區(qū)在北海市,紫斑病高發(fā)區(qū)在興賓區(qū)等;其次育種材料或品種的抗病性表現(xiàn)在不同蔗區(qū)可能存在明顯差異,如桂糖42號(hào)經(jīng)鑒定在云南蔗區(qū)高感褐條病[30],在廣西蔗區(qū)則抗褐條病,影響抗病性評價(jià)的實(shí)際應(yīng)用效果。為提高甘蔗抗病育種水平,應(yīng)合理選用甘蔗抗病親本,在田間選擇時(shí)除反向選擇淘汰感病材料外,還應(yīng)加強(qiáng)對蔗區(qū)主要病害病原的研究,了解其發(fā)生的生態(tài)條件及在蔗區(qū)的分布情況,逐步建立抗病接種鑒定方法,明確不同蔗區(qū)甘蔗生產(chǎn)所需的抗病評價(jià)等級(jí),合理應(yīng)用不同抗病等級(jí)的甘蔗親本。

4 結(jié) 論

適宜不同試驗(yàn)點(diǎn)甘蔗親本田間自然抗病性選擇的病害種類存在差異,甘蔗輪斑病、黃點(diǎn)病、赤腐病、葉焦病和紫斑病可通過多年多點(diǎn)田間自然感病進(jìn)行抗性選擇,白條病、白葉病、白疹病、赤條病、褐斑病、褐條病、虎斑病、梢腐病、銹病、眼點(diǎn)病和葉枯病宜進(jìn)行反向選擇淘汰感病材料;合理選用甘蔗抗病親本和改進(jìn)病害抗性評價(jià)方法有利于提升甘蔗抗病育種水平。