MN品系皮燕麥對E型麥二叉蚜的抗性評價

劉月英,郭建國,袁偉寧,張新瑞,賀春貴,趙桂琴,張宗文

(1.甘肅省農業科學院植物保護研究所，甘肅蘭州 730070；2.農業部天水作物有害生物科學觀測實驗站，甘肅天水 741200；3.甘肅農業大學草業學院，甘肅蘭州 730070；4.中國農業科學院作物科學研究所，北京100081)

燕麥(Avenasativa)是世界麥類作物品種改良的先鋒種質和籽實圈窩種草，植株具有抗旱、耐脊和抗寒、耐鹽等特性，是我國糧改飼戰略中開墾西北撂荒地、緩解耕地競爭壓力、實現農牧交錯帶脆弱生態區營養體農業可持續發展的糧飼兼用作物；籽粒富含水溶性膳食纖維和β-葡聚糖，曾是“世界十大健康食物”唯一上榜谷類作物。全球北緯35～60°的40多個國家廣泛種植燕麥，中國常年種植面積約100萬hm2，主要分布于華北的冀、晉、蒙、西北六盤山麓的陜、甘、寧和云、貴、川的高寒山區[1]。

近年來，隨著全球氣候變暖[2]和干旱年份頻繁出現[3]，麥二叉蚜種群發育速率逐漸加快，世代重疊為害和介體傳播病毒造成的危害日益嚴重，已成為優質燕麥穩產、高產的限制因素。研究發現，麥二叉蚜具有多種生物型，單基因抗性品種推廣應用是生物型分化的內在原因[4-5]，有性生殖是生物型變異的重要途徑[6-7]，表型可塑性強是生物型結構組成復雜和毒性快速變異的外在因素[8-9]。目前國際上已檢測出11種生物型[10]，國內僅北京地區檢測到CHN-I型[11],而甘肅麥二叉蚜流行生物型為E型(待發表中)。

優良抗蟲品種能顯著降低害蟲種群的數量，減輕作物受害程度，開發和利用燕麥抗蚜品種已成為麥蚜可持續治理的關鍵措施之一。目前，優良的燕麥抗蚜種質資源極為匱乏，有關燕麥抗蚜性鑒定、評價研究較少[12-14]，急需加大對優良抗蚜種質資源的挖掘。因此，本研究在麥二叉蚜生物型鑒定及前期田間抗蚜性鑒定的基礎上，結合苗期室內接蟲鑒定的方法，對來自美國的12份MN系列皮燕麥種質開展抗E型麥二叉蚜的鑒定和評價，以期為優良抗蚜品種的選育、發掘抗蚜因子及揭示抗蚜機理提供理論基礎與科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗時間和地點

田間抗蚜性鑒定于2014-2016年在農業部天水作物有害生物科學觀測實驗站(東經105°19′，北緯34°46′)進行，試驗地海拔1 271 m，年平均氣溫10.2℃，年降雨量480 mm，無霜期180 d。播前一次性基施尿素75 kg·hm-2、二銨150 kg·hm-2，全生育期灌水4次，田間管理良好，無雜草，不施任何農藥。室內苗期人工接蚜實驗于2017年5月中下旬在甘肅省農業科學院植物保護研究所現代化溫室內進行，光周期15 h光∶9 h暗，白晝和夜晚平均溫度分別為24±1 ℃和18±1 ℃，相對濕度為50%～60%。

1.2 供試材料

MN10253、MN11212、MN08252、MN06203、MN10126、MN09103、MN10209、MN11213、MN08243、MN09255、MN07210和MN08260共12個MN品系皮燕麥，均來自美國，由中國農業科學院作物科學研究所提供。

供試麥二叉蚜來源于農業部天水作物有害生物科學觀測實驗站麥田,本課題組前期利用蚜蟲線粒體DNA細胞色素氧化酶輔酶I(mtDNA CO-I)法鑒定其為E生物型。在1.1中溫室條件下，用感蚜燕麥品種定莜4號繁殖培養3代后，挑選個體一致的4齡無翅成蚜備用。

1.3 研究方法

1.3.1 田間抗蚜性鑒定

2014年4月10日、2015年4月9日和2016年4月7日通過人工開畦、等行距穴播方式將材料種植于長寬10 m×6 m、株行距30 cm×20 cm、單粒20穴的鑒定圃，每隔5份材料播種高感對照定莜4號1行， 鑒定圃四周種植1 m保護行。重復4次，重復間各材料隨機排列。待三葉期單穴人工接種10頭E型麥二叉蚜，罩網，灌漿前期模糊識別法[15]調查單株麥二叉蚜數量，計算蚜害比值；參照小麥抗蚜蟲評價技術規范[16]評定抗蚜級別(表1)。

1.3.2 溫室抗生性評價

于溫室將MN系列皮燕麥種在直徑6 cm的營養缽中，每品系36～45盆，設3個重復，每盆3～5粒種子，所用土壤為復配土(沙∶腐殖質∶黑壤土的體積比1∶3∶3)，待麥苗長至2～3葉期時，每盆保留長勢一致的燕麥苗1株，將擴繁后的4齡麥二叉蚜接到待測燕麥植株上，待其產仔蚜后去除成蚜和其他若蚜，保證每株麥苗上有初產1齡若蚜(出生12 h內)1頭。接蚜后用直徑為5 cm、高20 cm、一端蒙紗布的玻璃管將麥苗罩住，于每日上午8:30和下午14:30各觀察1次，記錄若蚜發育進度和存活情況；進入成蚜期后，每日2次記錄單頭蚜蟲產仔起始時間及產仔數量，并觀察翅型分化情況，直至成蚜全部死亡；最后計算產蚜前期及總產蚜量、成蚜壽命及有翅蚜率。

表1 蚜害級別和抗性評價標準Table 1 Aphid damaging grade and evaluation standards for resistance to adult aphids

1.4 數據統計與分析

采用Birch[17]的方法組建麥二叉蚜種群生命表；參照王金福[18]I=N2/N1(N1為當代的種群數量，N2為下一代的種群數量)的方法計算種群趨勢指數(I)；試驗數據均采用統計軟件SPSS 16.0進行數據處理，應用Duncan's新復極差檢驗法進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 田間抗性鑒定結果

由表2可知，MN09103和MN10126上連續3年的蚜害比值均介于0.6～0.9之間，表現低抗，其余品系不同年度間蚜害比值差異較大。就3年平均蚜害比值而言，MN08243、MN08252、MN10253和MN11212上的蚜害比值介于0.45～0.57之間，表現中抗；MN06203、MN09103和MN10126上的蚜害比值為0.72～0.74，表現低抗；MN07210、MN10209和MN11213上的蚜害比值為0.94～1.06，表現為低感；MN08260和MN09255上的蚜害比值分別為1.30和1.26，表現中感；12個MN品系皮燕麥中無免疫種質。

2.2 E型麥二叉蚜若蚜在MN品系皮燕麥上的發育歷期和存活率

E型麥二叉蚜若蚜在田間表現為中抗的MN08243和MN11212及低抗的MN10126和MN09103上的平均發育歷期分別為7.27 d和7.04 d、7.08 d和7.01 d，顯著長于中感品系MN09255上的發育歷期(6.69 d )，若蚜在MN08252、MN10253、MN06203、MN07210、MN10209和MN11213以及中感品系MN08260上的平均發育歷期介于6.70～6.92 d之間，與MN09255差異不顯著。E型麥二叉蚜在12個MN品系皮燕麥上的死亡率介于3.75%～5.44%之間，在品系間差異均不顯著(表3)。

表2 E型麥二叉蚜在MN系列皮燕麥上的蚜害比值Table 2 Ratio of each aphid damaging grade to biotype E of Schizaphis graminum on MN hulled oat lines

平均蚜害比值數據為2014-2016年3年的平均值±標準誤。同列數據后不同小寫字母表示品系間差異顯著(P<0.05)。下同。

Average ratio of aphids with each damaging grade in table are mean±SE of three years from 2014 to 2016. Data followed by different small letters in same column are significantly different at 0.05 level. The same in other tables.

表3 E型麥二叉蚜若蚜在MN品系皮燕麥上的發育歷期與死亡率Table 3 Developmental duration and mortality of biotype E of Schizaphis graminum feeding on MN hulled oat lines

2.3 E型麥二叉蚜成蚜在MN品系皮燕麥上的壽命及繁殖力

E型麥二叉蚜在MN10253上的產蚜前期為1.59 d，顯著長于其他MN品系皮燕麥上麥二叉蚜的產蚜前期；在MN08252上產蚜前期也較長，為1.21 d；在MN09255上的產蚜前期最短，僅0.79 d；在其余9個品系上，麥二叉蚜產蚜前期為0.84～1.16 d，無顯著差異。

在MN08260、MN10209和MN11213上，E型麥二叉蚜的產蚜量最高，均大于21頭，在MN09255、MN07210和MN09103上麥二叉蚜的產蚜量也相對較高，平均為17.42～19.62頭，在MN11212、MN08252、MN08243、MN10126、MN06203上，麥二叉蚜的產蚜量較低，平均在14.46～15.62頭左右，在MN10253上，麥二叉蚜的產蚜量則顯著低于在其他MN品系上，僅9.11頭。

在MN10253上的成蚜壽命平均為11.47 d，顯著短于除MN11212、MN10126外的其他MN品系上的成蚜壽命，而在MN10209、MN09255和MN08260上，麥二叉蚜成蚜存活時間則較長，平均超過20 d，其余6個品系上麥二叉蚜成蚜平均壽命為17.04～19.24 d，無顯著差異(表4)。

2.4 E型麥二叉蚜在MN品系皮燕麥上的種群趨勢指數

E型麥二叉蚜在12個MN品系皮燕麥上的種群趨勢指數差異程度不同，在MN10209、MN11213和MN08260上，麥二叉蚜種群趨勢指數均大于20，顯著高于在其他品系上；在MN09255(18.79)、MN07210(16.72)、MN09103(16.75)上種群趨勢指數次之，在MN10126、MN06203、MN11212、MN08252、MN08243上麥二叉蚜種群趨勢指數在13.86～15.04之間；在MN10253上麥二叉蚜種群趨勢指數則最低，僅8.73，顯著低于在其他品系上(表5)。

表4 E型麥二叉蚜成蚜在MN品系皮燕麥上的壽命及繁殖力Table 4 Adult longevity and fecundity of biotype E of Schizaphis graminum on MN hulled oat lines

2.5 E型麥二叉蚜在MN品系皮燕麥上的實驗種群生命表

在實驗種群生命表中，內稟增長率作為一個綜合性指標，該指標同時考慮了種群的出生率、死亡率、年齡組配、生殖力和發育速率等因素，能敏感地反映出環境的細微變化，是描述種群增殖能力的一個重要指數，也是抗生性鑒定中的重要指標[19]。從表6可以看出，MN品系皮燕麥上麥二叉蚜的內稟增長率rm均大于0，說明種群數量呈上升趨勢。麥二叉蚜供試燕麥品系上的內稟增長率rm依次為MN09255> MN08260、 MN10209、MN07210、MN11213> MN06203、MN10126>MN09103、MN08243、MN08252> MN11212> MN10253，其中，在MN10253上的內稟增長率最小，顯著低于其他品系，其凈增殖率R0最低，種群加倍時間Dt顯著長于其他品系，最不利于麥二叉蚜種群的增殖，說明MN10253的抗生性表現最為突出；MN11212次之。

表5 E型麥二叉蚜在MN品系皮燕麥上的種群趨勢指數Table 5 Population growth index of biotype E of Schizaphis graminum on MN hulled oat lines

表6 E型麥二叉蚜在MN品系皮燕麥上的實驗種群生命表Table 6 Life table parameters of experimental population of biotype E of Schizaphis graminum on MN hulled oat lines

2.6 E型麥二叉蚜在MN品系皮燕麥上的有翅蚜率

有翅蚜出現是蚜蟲主動適應生存環境，遷飛和尋找適宜寄主的一種生存對策[20]。在MN08243、MN10253和MN11212上的有翅蚜率介于76.39%～78.26%之間，顯著高于在MN06203、MN10126、MN07210、MN10209、MN08260、MN09255上；在MN08252、MN06203、MN09103、MN10126、MN07210、MN10209、MN11213、MN08260、MN09255上的有翅蚜率介于46.15%～62.51%之間，相互間無顯著差異(表7)。

表7 MN品系皮燕麥上E型麥二叉蚜的有翅蚜率Table 7 Wing proportion of biotype E of Schizaphis graminum on MN hulled oat lines

3 討 論

通過對E型麥二叉蚜在供試材料上的發育歷期、若蚜死亡率、成蚜壽命、產蚜前期、產蚜量、有翅蚜比率等抗生性指標的測定，發現以單一參數為指標，12個MN品系皮燕麥對E型麥二叉蚜的抗性排序及品系間差異程度不盡相同，這說明不同品系有不同的抗性機制，與前人研究結果相似[21-22]。總體來說，在表型抗性較高的皮燕麥上，麥二叉蚜的平均發育歷期及產蚜前期較長，有翅蚜比率較高，而產蚜量及種群趨勢指數和內稟增長率都相對較低，對麥二叉蚜的生殖力及種群的增殖表現出了明顯的抑制作用，以MN10253表現最為突出，麥二叉蚜在MN10253上的總產蚜量、種群趨勢指數、內稟增長率都顯著低于其他MN品系皮燕麥，產蚜前期則顯著長于其他MN品系皮燕麥。再次證明胡想順等[22]觀點：在抗蚜性研究中，應該以植物抗性三機制為理論基礎,不僅僅考慮綜合參數，也應該注重單一參數，可以將由單一抗性參數篩選出的抗性材料， 通過雜交手段組合在一起選育綜合性狀好的抗蚜品種。

供試MN品系上麥二叉蚜若蚜的死亡率都較低，均不超過5.5%，且不同品系間無顯著差異，這說明不同MN品系皮燕麥對E型麥二叉蚜若蚜的存活影響不大。仵均祥等[21]在不同小麥品種對麥蚜主要生命參數影響的研究中也發現，不同小麥品種上若蚜各齡期死亡率均很低，認為小麥品種的抗生性并不能造成若蚜個體直接死亡，而是通過影響其生命活動的其他方面發揮抗蟲作用。本研究中，在表型中抗品系MN10253上，E型麥二叉蚜的體型普遍偏小、體重較輕，可能是影響成蚜的壽命、產蚜前期、產蚜數量的重要原因。

一般認為，抗生性是作物利用自身含有有毒化學物質或者昆蟲取食刺激傷口部位產生化學或組織變化而抵抗害蟲取食的一種內在屬性，是抗蟲性科學鑒定評價非選擇性實驗的關鍵環節。國內外已就大麥、小麥、玉米、高粱等禾谷類作物抗蚜機制進行了廣泛研究[23-29]，而對燕麥抗蚜性研究較少報道。郭建國等[30]研究發現，表型中抗品系MN10253的葉片表面、表型中抗品系MN08252的葉肉組織和木質部及表型低感品系MN11213的韌皮部組織可能存在E型麥二叉蚜的抗蚜因子，表型低抗品系MN06203則對E型麥二叉蚜具有較強的機械抗性。植物的抗蚜機理十分復雜，是植物與蚜蟲長期協同進化的結果，植物可以通過減少營養含量及產生次生物質干擾昆蟲的正常生理代謝等手段來遏制害蟲的的大發生，并且不同抗性會隨作物生長變化表現出一種時間序列行為[31-33]，引起E型麥二叉蚜生殖延遲、生殖力下降的具體原因還有待做進一步的研究。

綜合不同MN品系各項抗生性指標，尤其產蚜量和內稟增長率的測試結果，中抗品系MN10253的抗生性最強，中抗品系MN11212、MN08243和MN08252次之，低抗品系MN09103再次之，以中感品系MN09255和MN08260的抗生性最差，與田間抗蚜性鑒定結果基本一致。這說明抗生性機制在燕麥品種抗蚜性中確實起著關鍵性作用。可利用產蚜量或內稟增長率這一抗性參數，以本研究中MN10253等抗生性強的品系及MN09255或MN08260感蚜性強的品系為參照，作為判斷燕麥抗蚜性的依據，應用于燕麥抗麥二叉蚜鑒定或抗蚜育種中。

麥二叉蚜是一種具有生物型分化的世界性害蟲，本試驗僅研究了E生物型在MN系列皮燕麥上的抗性差異，還難以全面反映MN系列皮燕麥對該類害蟲抗性的穩定性和差異性，因此，有關MN系列皮燕麥對不同麥二叉蚜生物型的抗性評價還需要做進一步的補充研究。