豫南地區主栽小麥品種苗期赤霉病抗性比較

劉書含，陳頤輝，王亞麗、3，王付娟*

(1.信陽農林學院 農學院，河南 信陽 464000；2.信陽農林學院 生物與制藥工程學院，河南 信陽 464000；3.河南科技學院 農學院，河南 新鄉 453003)

小麥是最重要的糧食作物之一。全球約有半數左右的人口以小麥為主食，因此提高小麥生產質量對世界，尤其對我國的糧食安全至關重要[1]。河南是農業大省，其主要糧食作物以小麥為主。信陽位于河南南部，主要糧食作物以水稻為主，小麥種植產量不高。因此提高信陽種植小麥的品質對于該地區飲食結構的改善有著極其重要的意義。

小麥赤霉病主要是由禾谷鐮刀菌引起的小麥真菌病害，又稱麥穗枯、爛麥頭、紅麥頭。該病害對小麥的高產和優質帶來嚴重威脅。劉娜[2]發現，該病害對穗的影響最嚴重，會使穗部腐爛。若小麥種子帶菌或泥土被病殘體侵染則會導致苗腐。濕度較大時，病斑處能觀察到粉紅色膠狀霉層，后期穗部成黑色，產生密集的藍黑色小顆粒(病菌子囊殼)[3]。小麥抽穗揚花期，遇到高溫多雨的天氣，或者空氣濕度較大，小麥赤霉病致病菌的生長繁殖快，則該病害發生概率較大[4]。

信陽地區位于長江中下游，氣候溫暖潮濕，為小麥赤霉病的發生提供了適宜的環境，小麥抽穗揚花期若遇連續陰雨，且氣溫偏高，田間濕度高，利于病菌侵染，增加了發生病害的可能性。在豫南地區，小麥揚花灌漿期間氣溫往往高達23℃，連陰雨不斷，且地勢較低，排水不良，導致小麥赤霉病迅速傳播，病害面積持續擴大。王振營等[5]研究發現，小麥赤霉病在豫南地區流行區域呈擴大趨勢，已成為小麥高產優質生產中的最短板。不僅如此，食用染病小麥還會影響人類的健康[6]。

目前，小麥赤霉病抗性改良進程較慢，難以滿足生產上對抗性品種的要求[7]。究其原因，除抗病小麥種質資源有限、抗源遺傳基礎狹窄和抗源農藝性狀較差外，小麥赤霉病抗性的遺傳機制復雜，其鑒定受環境影響較大，抗赤霉病小麥品種育種難度較高也是重要原因之一[8]。盡管藥物防治有一定效果，但選育抗赤霉病小麥新品種仍是克服小麥赤霉病的根本途徑[9]。已有研究發現，SOD活性和POD活性與農作物脅迫密切相關，而SOD活性和POD活性變化能作為抗性評價的指標。目前，小麥赤霉病的抗性已有大量研究，這些研究較多針對小麥穗期，對不同小麥品種苗期抗赤霉病的研究仍然較少，且效果并不明顯[10]。本研究選用6個信陽地區主栽小麥品種進行試驗，在禾谷鐮刀菌脅迫下測定其苗期SOD和POD 的變化，比較其苗期抗性，為選育小麥抗赤霉病品種提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗小麥品種豫農035、鄭麥379、新麥288、西農979、魯農116、優麥2號均由市場購買，室內培養所用的小麥品種由實驗基地收獲的小麥品種所得，實驗中用到的禾谷鐮刀菌由大田采集并提純而得。

1.2 試驗方法

1.2.1 田間抗性鑒定 2017年10月～11月將豫農035、鄭麥379、新麥288、西農979、魯農116、優麥2號六個小麥品種種植在信陽農林學院校園基地，使其自然條件下生長。于小麥抽穗揚花期觀察小麥赤霉病發病情況，并對發病情況進行統計。

本次調查采用隨機抽樣調查法，每個品種隨機選取30株，調查時，統計并記錄每份鑒定材料群體的發病狀況，根據表1記載每份材料的病情級別。

表1 根據發生程度進行等級劃分

根據公式計算小麥病穗率和病情指數。

病穗率=(發病穗數/總穗數)×100%

病情指數=∑(各級病穗數×相對級數值)/(調查總穗數×最高級值)×100[11]

小麥品種抗病性類型劃分標準為：免疫(I)0、抗病(R)0.1～10.0、中抗(MR)10.1～25.0、中感(MS)25.1～50.0、感病(S)：50.0～70.0、高感(HS):70.1～100.0。

1.2.2 禾谷鐮刀菌培養和孢子懸浮液制備 2018年3月將從感染赤霉病的小麥病穗上分離的致病菌接種在PDA培養基，轉至CMC產孢培養基上培養，28℃振蕩培養3d，紫外光、日光交替照射12h振蕩培養5 d產孢。用滅過菌的兩層紗布濾掉菌絲，用無菌水清洗3次，得到孢子懸浮液，血球板計數，制作不同濃度的孢子懸浮液(102個/mL，104個/mL)。

1.2.3 致病菌脅迫下小麥苗期的POD、SOD活性測定 選取小麥品種豫農035、鄭麥379、新麥288、西農979、魯農116、優麥2號籽粒飽滿的種子各100粒，浸泡于75%的酒精中消毒30 s，倒掉酒精，加入無菌水將種子沖洗4次，置于培養皿中，放入人工光照恒溫培養箱內(溫度25℃)進行發芽處理5 d。選擇發芽一致的種子，將其轉移到盛有相同質量蛭石的花盆中，每盆轉移13棵種苗，每天早晚定時澆灌等量的霍格蘭氏營養液，同時澆灌不同的孢子濃度(102個/mL、104個/mL)的禾谷鐮刀菌孢子懸浮液，培養至四葉期，選取長勢一致的幼苗葉片，洗凈自然風干。進行SOD、POD指標的測定，比較小麥苗期不同濃度禾谷鐮刀菌孢子懸浮液處理后的SOD、POD變化和不同小麥品種苗期指標變化[12]。

2 結果與分析

2.1 大田條件下不同小麥品種赤霉病抗性分析

如表2所示，大田種植條件下，6個小麥品種豫農035、鄭麥379、新麥288、西農979、魯農116、優麥2號均感染小麥赤霉病，無完全免疫材料。其中西農979平均病情指數為3%，相對較為抗病；優麥2號和魯農116平均病情指數為4%和5%，抗病效果也較好；豫農035、鄭麥379、新麥288的平均病情指數12%、13%、11%，抗病效果中等。因此豫農035、鄭麥379、新麥288的抗病類型為中抗，魯農116、西農979和優麥2號為高抗。各材料的抗病程度存在差異。

表2 大田不同小麥品種抗赤霉病調查結果

對大田數據進行方差分析和多重比較(表3)，高抗和中抗兩個類型的品種均達0.05顯著水平。表明不同小麥品種在自然條件下抗赤霉病效果存在真實的遺傳差異[12]。

表3 大田不同小麥品種抗赤霉病方差分析結果

2.2 致病菌脅迫下不同小麥品種幼苗葉片SOD活力分析

如表4所示，不同品種小麥幼苗葉片經過不同濃度禾谷鐮刀菌孢子懸浮液處理后，其SOD活力在波長為560 nm條件下發生不同程度的變化。

表4 小麥幼苗葉片經過禾谷鐮刀菌孢子懸浮液處理后SOD活力測定結果 單位：u/g

注：表中所有測定值均為3次平行測定的平均值，A、B、C分別表示禾谷鐮刀菌孢子懸浮液的孢子濃度0個/mL、102個/mL、104個/mL。

根據表4計算各品種小麥幼苗葉片SOD活力變化率。如圖1所示，不同實驗材料的SOD活性，隨著孢子懸浮液濃度增加而增加，增加程度呈現一定差異。孢子懸浮液濃度為102個/mL時，所有品種SOD活性增率都較小，差異均不大。孢子懸浮液濃度為104個/mL時，優麥2號、魯農116、西農979 苗期SOD活力變化均較小，說明其受禾谷鐮刀菌孢子懸浮液影響較小。新麥288和鄭麥379活力變化較大，說明其受禾谷鐮刀菌孢子懸浮液影響較大。豫農035 苗期SOD活力變化最大，說明其受禾谷鐮刀菌孢子懸浮液影響最大。

圖1 不同抗性小麥品種苗期SOD活力及增率

2.3 致病菌脅迫下不同小麥品種幼苗葉片POD活力分析

表5顯示，不同品種小麥幼苗葉片經過不同濃度禾谷鐮刀菌孢子懸浮液處理后，其POD活力在波長為470 nm條件下發生不同程度的變化。

表5 小麥幼苗葉片經過禾谷鐮刀菌孢子懸浮液處理后POD活力測定結果 單位：u/g

注：表中所有測定值均為3次平行測定的平均值，A、B、C分別表示禾谷鐮刀菌孢子懸浮液的孢子濃度0個/mL、102個/mL、104個/mL。

根據表5計算各品種小麥幼苗葉片SOD活力變化率。圖2所示，不同試驗材料的POD活性，隨著孢子懸浮液濃度增加而增加，增加程度呈現一定差異。孢子懸浮液濃度為102個/mL和104個/mL時，優麥2號、魯農116、西農979三個品種POD活力均變化較小，說明其受禾谷鐮刀菌孢子懸浮液影響較小。新麥288和鄭麥379兩個品種POD活力變化較大，說明其受禾谷鐮刀菌孢子懸浮液影響較大。豫農035的POD活力變化最大，說明其受禾谷鐮刀菌孢子懸浮液影響最大。

圖2 不同抗性小麥品種苗期POD活力及增率

實驗表明，致病菌脅迫下各品種小麥幼苗葉片的POD和SOD的變化趨勢呈現一致性。

3 討論

3.1 不同小麥品種赤霉病抗性的田間研究

在大田種植的情況下，小麥赤霉病發生于小麥灌漿期。此時，信陽地區恰好處于高溫多雨期，小麥乳熟期至臘熟期，小麥赤霉病快速傳播，大田小麥各品種達到發病高峰期。此后，小麥發病達到穩定期。

不同小麥品種的赤霉病抗性具有差別，其中，魯農116、優麥2號、西農979三個品種對赤霉病抗性較好，均處于高抗水平。新麥288、鄭麥379和豫農035三個品種抗性處于中抗水平。

3.2 不同小麥品種幼苗對赤霉病的抗性比較

SOD和POD是生物體內兩種重要的抗氧化同工酶，脅迫對SOD活性和POD活性具有影響。SOD活性和POD活性變化體現了其受影響程度。通過計算豫南地區不同品種小麥苗期SOD活性和POD活性變化率，能夠反映不同品種小麥苗期對赤霉病的抗性。

生理生化指標測定結果顯示，隨著禾谷鐮刀菌孢子懸浮液濃度的增加，小麥的SOD和POD活力均成上升趨勢，說明禾谷鐮刀菌孢子是小麥苗期的脅迫因素。SOD活性和POD活性變化率大體相一致，西農979、魯農116和優麥2號三個品種的SOD活性和POD活性變化率均處于較低水平，推測其苗期抗性較好。新麥288和鄭麥379兩個品種POD活力變化率較大，推測其苗期抗性較差。豫農035 POD、SOD指標測定變化較大，推測其苗期抗性為6個品種中最弱的。

3.3 不同小麥品種對赤霉病抗性的綜合比較分析

結合田間試驗和生理指標測定，西農979、魯農116和優麥2號三個品種受赤霉病影響較小，抗性相對較好。新麥288和鄭麥379兩個品種受赤霉病影響較大，抗性相對較差。豫農035 受赤霉病影響最大，在6個品種中表現最弱抗性。

本文僅在試驗范圍內測定了病原菌脅迫下試材的部分生理生化指標，并結合大田抗性調查比較了小麥赤霉病抗性的優劣。但小麥赤霉病抗性是一個復雜的問題，牽涉一系列生理生化反應，仍需進一步的研究。