云南咖啡銹菌小種鑒定

白學(xué)慧 VMP VáRZEA 郭鐵英 MC SILVA 張洪波 李錦紅

摘 要 為明確云南咖啡銹菌小種類型，采用國際通用的19個(gè)咖啡銹菌生理小種鑒定寄主，利用人工接種鑒定的方法，對采自云南咖啡主產(chǎn)區(qū)12縣（市）的51份咖啡銹菌進(jìn)行鑒定，鑒定出9個(gè)小種，分別為VIII（v2，3，5）、XXXIII（v5，7 or v5，7，9）、XXXIV（v2，5，7 or v2，5，7，9）、XXXVII（v2，5，6，7，9）、XLI（v2，5，8）、XLII（v2，5，7，8 or v2，5，7，8，9）、New race（v2，5，6，7）、New race（v1，2，5，7 or v1，2，5，7，9）、New race（v1，5，7 or v1，5，7，9），這9個(gè)小種均為國內(nèi)首次鑒定，其中小種XXXIII、XXXIV、New race（v2，5，6，7）、New race（v1，5，7 or v1，5，7，9）、New race（v1，2，5，7 or v1，2，5，7，9）、XLI和XLII均侵染Catimor7963，小種XXXVII侵染CatimorT5175。

關(guān)鍵詞 咖啡銹菌；小種；小種鑒定；云南

中圖分類號(hào) S435.712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

Abstract In this study， a survey of physiological races of H. vastatrix was carried out on 51 coffee leaf rust samples from genotypes of Coffea arabica that are cultivated in Yunnans main production areas. Based on the infection pattern in a series of differentiating coffee tree clones， VIII （v2，3，5）、XXXIII （v5，7 or v5，7，9）、XXXIV （v2，5，7 or v2，5，7，9）、XXXVII （v2，5，6，7，9）、XLI （v2，5，8）、XLII （v2，5，7，8 or v2，5，7，8，9）、New race （v2，5，6，7）、New race （v1，2，5，7 or v1，2，5，7，9）、New race （v1，5，7 or v1，5，7，9） were characterised. All the nine races were domestically reported for the first time，of which XXXIII， XXXIV， XXXVII， New race （v2，5，6，7）， New race （v1，2，5，7 or v1，2，5，7，9）， New race （v1，5，7 or v1，5，7，9）， XLI and XLII were associated under field conditions with infection of Catimor derivatives.

Keywords Hemileia vastatrix； races； identification races； Yunnan

DOI 10.3969/j.issn.1000-2561.2018.09.018

咖啡（Coffea arabica）是云南省重要的高原特色經(jīng)濟(jì)作物，至2015年全省咖啡種植面積達(dá)12.33萬hm2，產(chǎn)量達(dá)12萬t，種植面積和產(chǎn)量均占全國的99%，農(nóng)業(yè)產(chǎn)值達(dá)21.4億元。由咖啡駝孢銹菌（Hemileia vastatrix Berk.&Br.）引起的咖啡銹病是咖啡生產(chǎn)中最重要的病害，在世界各主要咖啡產(chǎn)區(qū)均有不同程度發(fā)生，并以其流行猛烈、傳播迅速、損失慘重而著稱[1]，在不施用農(nóng)藥控制的情況下每年造成咖啡的產(chǎn)量損失可達(dá)30%[2]，是咖啡高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的主要生物限制因子。種植抗病品種是控制該病經(jīng)濟(jì)、有效、易行和環(huán)境可接受的措施。而研究并掌握病原菌的致病力分化或小種的分化情況是開展抗病育種的前提和基礎(chǔ)。近幾十年來，國外就咖啡銹菌的生理分化等方面做了大量研究。1932年印度學(xué)者M(jìn)ayne首次發(fā)現(xiàn)咖啡銹菌存在小種分化現(xiàn)象[3]。1955年美國與葡萄牙合作建立國際咖啡銹病研究中心（International Coffee Rust Centre，CIFC）[4]。CIFC收集了世界各咖啡生產(chǎn)國存在或選育出的主要咖啡種質(zhì)，并根據(jù)種質(zhì)對銹菌小種的感、抗病反應(yīng)，分為40個(gè)咖啡生理種群，并用來作為銹菌小種的鑒別寄主譜，分別用希臘數(shù)字和阿拉伯?dāng)?shù)字表示。使咖啡銹菌小種的研究國際化和統(tǒng)一化。此后，世界上從事咖啡小種研究的國家均與CIFC合作進(jìn)行小種鑒定[5]。至2012年全世界已發(fā)現(xiàn)咖啡銹菌小種49個(gè)[6]，分別用羅馬數(shù)字I、II、III……等表示[7]。據(jù)Bettencourt等[8]1985年報(bào)道，目前發(fā)現(xiàn)咖啡種群有抗病基因9個(gè)，用SH1，SH2，SH3，SH4，SH5，SH6，SH7，SH8，SH9表示，銹菌小種的毒力基因也有9個(gè)，用v1、v2、v3、v4、v5、v6、v7、v8、v9表示，且小種的毒性基因與咖啡種群的抗病基因?qū)?yīng)。2005年Van der Vossen[9]報(bào)道由于世界不同咖啡種植區(qū)新的銹菌小種不斷出現(xiàn)，咖啡抗銹基因SH1-9已經(jīng)被陸續(xù)攻克。關(guān)于我國云南咖啡銹菌小種的相關(guān)研究，目前僅見陳振佳[3]1998年報(bào)道，云南存在I（v2，5），II（v5），XV（v4，5）和XXIV（v2，4，5）4個(gè)小種。

本研究采用國際通用的19個(gè)咖啡銹菌小種鑒別寄主，利用人工接種鑒定的方法，對2011- 2015年采自云南咖啡主產(chǎn)區(qū)的咖啡銹菌進(jìn)行小種鑒定，為今后云南咖啡銹病的防控以及抗銹品種的選育、引進(jìn)及合理布局提供依據(jù)，促進(jìn)云南咖啡產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 菌株來源 咖啡銹菌菌株樣本主要采自云南的芒市、瀘水縣、隆陽區(qū)、普文縣、思茅區(qū)、勐臘縣、景洪市、瑞麗市、耿馬縣、滄源縣、瀾滄縣、江城縣12個(gè)縣（市）的生產(chǎn)品種上，共計(jì)51份。其中2011年11份；2012年7份；2013年7份；2015年26份。樣本采集地點(diǎn)和咖啡品種信息詳見表1和圖1。

1.1.2 鑒別寄主 使用的鑒別寄主有19個(gè)，其中小粒種咖啡（Coffea arabica）或四倍體雜交咖啡（Tetrapliod interspecific hybrids）共15個(gè)。二倍體咖啡（Coffea spp.）共4個(gè)，包括中粒種（C. robusta或C. canephora）和埃塞爾薩種（C. excelsa）咖啡等種質(zhì)。詳見表2。

1.2 鑒定方法

鑒定在云南省德宏熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所咖啡課題組溫室進(jìn)行，菌株的保存、繁殖和鑒定方法參照陳振佳[3]描述的方法進(jìn)行。

1.3 抗病性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

按照葡萄牙國際咖啡銹病研究中心（CIFC）對品種抗病性鑒定的病情分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[10]，即按0、1、2、3、4、5、6、7、8、9十級(jí)劃分，其劃分標(biāo)準(zhǔn)見表 3，其中0級(jí)為免疫（I）、1～3級(jí)為高抗型（R）、4和5為中抗型（MR）、6和7為中感型（MS）、8和9感病型（S）。

2 結(jié)果與分析

2.1 云南咖啡銹菌小種類型及地理分布

根據(jù)咖啡銹菌小種的抗感反應(yīng)，鑒定出9個(gè)小種（表4），分別為VIII（v2，3，5）、XXXIII（v5，7 or v5，7，9）、XXXIV（v2，5，7 or v2，5，7，9）、XXXVII（v2， 5，6，7，9）、XLI（v2，5，8）、XLII（v2，5，7，8 or v2，5，7，8，9）、New race（v2，5，6，7）、New race（v1，2，5，7 or v1，2，5，7，9）、New race（v1，5，7 or v1，5，7，9）。其中云南德宏植區(qū)有5個(gè)，分別是VIII、XXXIII、XXXIV、XLI和XLII號(hào)小種；怒江植區(qū)3個(gè)，分別是New race（v1，2，5，7 or v1，2，5，7，9）、New race（v1，5，7 or v1，5，7，9）和XXXIII號(hào)小種；普洱植區(qū)2個(gè)，是XXXIV和XXXVII號(hào)小種；臨滄植區(qū)有2個(gè)，是New race（v2，5，6，7）和XXXIV號(hào)小種；保山植區(qū)2個(gè)，是XXXIV和VIII號(hào)小種；西雙版納植區(qū)2個(gè)，是XXXIV和XXXVII號(hào)小種（表1，表5）。

2.2 云南咖啡銹菌小種的頻率、毒力基因

本研究中，云南咖啡銹菌小種中XXXIV號(hào)為優(yōu)勢小種，占樣本的54.91%，XXXIII、XXXVII、VIII、XLI分別占樣本的15.68%、11.76%、5.88%和3.93%，XLII、New race（v1，2，5，7 or v1，2，5，7，9）、New race（v1，5，7 or v1，5，7，9）、New race（v2，5，6，7）各種1.96%。其中XXXIV、XXXIII、New race（v2，5，6，7）、New race（v1，2，5，7 or v1，2，5，7，9）、New race（v1，5，7 or v1，5，7，9）、XLI和XLII號(hào)小種侵染的咖啡品種為Catimor7963，XXXVII號(hào)小種侵染的咖啡品種為Catimor T5175，VIII號(hào)小種侵染的咖啡品種為S.288（表5）。從51份標(biāo)樣鑒定結(jié)果看，云南咖啡銹菌所包含的毒力基因有v1、v2、v3、v5、v6、v7、v8、v9，與1998年陳振佳[3]報(bào)道增加的毒力基因有v1、v3、v6、v7、v8、v9，而毒力基因v4在本研究中沒有發(fā)現(xiàn)。

3 討論

咖啡銹病是世界上最重要的氣傳真菌病害之一，種植抗銹病品種是控制該病害發(fā)生最為經(jīng)濟(jì)有效的措施[11]。研究并掌握病原菌致病力分化或小種的分化情況是開展咖啡抗病育種的前提和基礎(chǔ)。近幾十年來國外對咖啡銹菌小種分化方面進(jìn)行了大量的研究，其中印度是世界上咖啡銹菌小種多樣性最豐富的國家，1975年為13個(gè)，到1995年開始增加到23個(gè)，至2005年增加到37個(gè)[12]。Capucho等[13]報(bào)道，至2012年巴西咖啡銹菌有17個(gè)小種出現(xiàn)。在坦桑尼亞1975年報(bào)道咖啡銹菌小種有7個(gè)，2006—2007年新增2個(gè)小種，2009年又增加5個(gè)新的小種，2013年出現(xiàn)7個(gè)新的小種[14]。Gichuru等[6]報(bào)道，至2012年肯尼亞共出現(xiàn)12個(gè)小種。關(guān)于我國云南咖啡銹菌小種的相關(guān)研究，目前僅見陳振佳[3]1998年的報(bào)道，云南存在I（v2，5），II（v5），XV（v4，5）和XXIV（v2，4，5）4個(gè)小種。此后，云南咖啡各個(gè)植區(qū)銹菌小種組成和小種變異情況一直未見報(bào)道，從而導(dǎo)致云南咖啡抗銹病育種工作處于被動(dòng)的局面。本研究初步明確了云南咖啡銹菌小種的類型和分布特點(diǎn)，對今后云南咖啡抗銹品種的選育、引進(jìn)和合理布局有一定的指導(dǎo)作用，同時(shí)為本地區(qū)咖啡銹菌毒力基因的變化動(dòng)態(tài)和抗銹基因抗性喪失預(yù)測奠定了基礎(chǔ)。本研究鑒別寄主由國外專家惠贈(zèng)，并且鑒別寄主中的多數(shù)材料需扦插繁育，所以本研究鑒定咖啡銹菌樣本數(shù)量有限。為徹底明確云南各咖啡植區(qū)的銹菌小種類型及變異情況，今后需進(jìn)一步擴(kuò)繁鑒定寄主以對云南咖啡銹菌小種進(jìn)行更為深入監(jiān)測和銹菌群體遺傳多樣性研究。

Catimor類品種是利用HDT（Hibrido de Timor）作為銹病抗源選育的系列品種[14]，XXXIII（v5， 7 or v5， 7， 9）、XXXIV（v2， 5， 7 or v2， 5， 7， 9）、XXXVII（v2， 5， 6， 7， 8， 9）、XXXIX（v2， 4， 5， 6， 7， 8， 9）等生理小種的出現(xiàn)，使Catimor類部分品種先后在印度、巴西、肯尼亞、坦桑尼亞、泰國、印尼、菲律賓、哥倫比亞等咖啡種植國喪失了抗銹性[6，13-15]。我國于1988年引進(jìn)Catimor 7963，1995年鑒定后進(jìn)行推廣種植，目前在云南種植面積達(dá)6.67萬hm2，本次研究發(fā)現(xiàn)在云南侵染Catimor 7963的銹菌小種有XXXIII（v5，7 or v5，7，9）、XXXIV（v2，5，7 or v2，5，7，9）、XLI（v2，5，8）、XLII（v2， 5，7，8 or v2，5，7，8， 9）、New race（v2，5，6，7）、New race（v1，2，5，7 or v1，2，5，7，9）、New race（v1，5，7 or v1，5，7，9）等7個(gè)，標(biāo)志著云南咖啡銹菌群體結(jié)構(gòu)發(fā)生了變異，應(yīng)引起育種和推廣部門的高度重視，進(jìn)一步加快咖啡抗銹病基因的挖掘和抗源材料的篩選利用，提高生產(chǎn)品種抗銹基因的豐富度和抗性的多元化。Várzea等[16]2005年報(bào)道咖啡銹菌新小種產(chǎn)生的機(jī)制可能是銹菌自身的變異，Robinson[17]、Vand?er?plank[18]、Eskes[19]1983年報(bào)道病原菌小種的形成、分布與該地區(qū)栽培品種的抗病基因相關(guān)，新小種是以克服品種抗病性而形成的。本研究發(fā)現(xiàn)在云南侵染Catimor 7963的小種有7個(gè)，這些小種的形成是該品種在種植過程中抗性分化造成的還是病菌在不同生態(tài)環(huán)境條件下自身變異引起的，需進(jìn)一步研究證實(shí)。

本次研究發(fā)現(xiàn)New race （v2，5，6，7）能侵染鑒別寄主63/1（SH5）、32/1（SH2，5）、1343/269（SH6）、7963/ 117（SH5，7or 5，7，9）而不能侵染鑒別寄主H419/ 20（SH5，6，9）和H420/10（SH5，6，7，9）說明該小種含有的毒力基因?yàn)関2，5，6，7不含有毒力基因v9，進(jìn)而推知鑒別寄主7963/117含有的抗病基因應(yīng)該為SH5，7并不含有SH9，關(guān)于該發(fā)現(xiàn)已與CIFC專家進(jìn)行交流，并在今后共同驗(yàn)證。

4 結(jié)論

本研究采用國際通用的19份咖啡銹菌小種鑒定寄主，利用人工接種鑒定的方法，對來自云南咖啡主產(chǎn)區(qū)12縣（市）的51份咖啡銹菌樣本進(jìn)行了鑒定，鑒定出咖啡銹菌小種9個(gè)，分別為VIII（v2，3，5）、XXXIII（v5，7 or v5，7，9）、XXXIV（v2，5， 7 or v2，5，7，9）、XXXVII（v2，5，6，7，9）、New race（v1，2，5，7 or v1，2，5，7，9）、New race（v1，5，7 or v1，5，7，9）、New race（v2，5，6，7）、XLI（v2，5，8）和XLII（v2，5，7，8 or v2，5，7，8，9）號(hào)小種，其中XXXIV為優(yōu)勢小種，占測試樣本的54.91%。這9個(gè)小種均為本地區(qū)首次報(bào)道。

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