新疆昌吉32個紫花苜蓿品種的田間抗病性評價

張岳陽，李芳，梁維維，李彥忠*

（1.蘭州大學草地農業教育部工程研究中心，蘭州大學農業農村部草牧業創新重點實驗室，蘭州大學甘肅省西部草業技術創新中心，蘭州大學草業科學國家級實驗教學示范中心，蘭州大學草地農業生態系統國家重點實驗室，蘭州大學草地農業科技學院，甘肅蘭州 730020；2.新疆畜牧科學院草業研究所，新疆 烏魯木齊 830000）

紫花苜蓿（Medicago sativa，簡稱為苜蓿）為多年生牧草［1］，產量高、適口性好、營養豐富，且能改良土壤，提高肥力，防風固沙，改善生態環境［2］，故有“牧草之王”的美稱［3］。全世界的苜蓿種植面積約3.22×107hm2［4］，2015年我國苜蓿種植面積為471.1萬hm2［5］，居各類人工草地之首［4］。苜蓿干草在世界各國，尤其是在美國、加拿大已成為奶牛的一種基本日糧組分［6］。隨著社會經濟發展，我國飼料粗蛋白供求矛盾十分嚴重，苜蓿作為補充蛋白質、發展畜牧業的關鍵牧草，在畜禽營養供給中具有十分重要的影響［7］。

牧草病害是草地畜牧業生產的主要限制因素之一［8］，Gray［9］連續4年在美國懷俄明州等4個州進行了田間試驗，確定了苜蓿病害分布特征。美國每年因牧草病害在各類草地上引致的損失平均為其總產值的26%，按1976年價格計算其損失為16億美元［10］。在我國，隨著苜蓿產業的發展壯大，苜蓿病害的發生也日趨嚴重，尤其葉部病害可導致牧草產量大幅度降低［11］，例如，苜蓿莖點霉葉斑與黑莖病（Phoma medicaginis）發生嚴重時可使苜蓿干草產量減少40%～50%，種子減產30%［12］；李克梅等［13］2003年調查發現苜蓿銹病（Uromyces stratus）在南疆種子田的發病率高達100%，種子減產約55%。

選育抗病品種是防治苜蓿及其他牧草病害的最有效和最主要的措施［13］。2000年Obert等［14］篩選出了抗苜蓿霜霉病（Peronospora trifoliorum）的抗性品種，袁慶華等［15］以及李春杰等［16］進行了苜蓿對褐斑病（Pseudopeziza medicaginis）、霜霉病的抗性評價，證明了苜蓿各品種間抗病性差異顯著。新疆苜蓿的已知病害有20余種，包括苜蓿莖點霉葉斑與黑莖病、白粉病（Leveillula leguminosarum）等［17-19］。目前，新疆苜蓿病害的研究還主要停留在病害種類調查和病原鑒定上［13，17-20］，關于苜蓿抗病品種的篩選研究不足，且相關研究涉及的品種少并主要集中于白粉病、銹病等［21-22］，且暫無對莖點霉葉斑與黑莖病、黃斑病（Leptotrochila medicaginis）的抗病性研究；張薈薈等［23］于2016-2018年在北疆做了25個苜蓿品種生產性能評估，但尚未有研究在新疆對國內外普遍種植的苜蓿品種抗病性與生產性能進行綜合評價。新疆是我國苜蓿種植的主產區之一，病害問題已日益引起管理者的重視［3］，病害不僅影響草產量，也影響著草地持久性。本研究首次對新疆苜蓿的莖點霉葉斑與黑莖病、黃斑病進行抗病性評價，且首次對國內外普遍種植品種在新疆的抗病性、產量及越冬率用灰色關聯度法進行綜合評價，以期篩選出適宜于新疆種植的發病率低、越冬率高、產量高的苜蓿品種。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于新疆呼圖壁縣國家農業農村部旱生牧草種子基地（44°14′09″N，86°37′41″E），海拔616.0 m，年平均氣溫為6.7℃，1月和7月平均氣溫分別為-16.9和25.6℃。全年無霜期170 d，≥10℃積溫3881.0℃，年平均降水量167.0 mm，年平均蒸發量為2361.1 mm［23］。該地的前茬作物為蘇丹草（Sorghum sudanense）與玉米（Zea mays），原生植被以駝絨藜（Ceratoides arborescens）、琵琶柴（Reaumuria soongorica）及一年生藜科類植物為主。土壤類型為灰棕荒漠土，全氮0.54 g·kg-1、全磷1.01 g·kg-1、全鉀21.00 g·kg-1，有機質含量7.00 g·kg-1；堿解氮57.20 mg·kg-1，速效磷14.00 mg·kg-1，速效鉀478.00 mg·kg-1，pH 8.8，全鹽含量3.20 g·kg-1，土壤輕度鹽漬化，地勢較為平坦。

1.2 試驗地建植

于2018年5月4日采用條播的方式在試驗地播種了32個苜蓿品種，每品種4個小區，每小區20 m2（5 m×4 m），行寬0.2 m，播種量22.71 kg·hm-2，小區間距0.5 m，所有品種的每個小區隨機排列。苜蓿生長期間的后期管理主要為不定期澆水與噴施苜草凈除草劑，未施肥，未噴殺菌劑和殺蟲劑，每年刈割3～4次。

1.3 供試紫花苜蓿品種

供試的32個苜蓿品種收集于2018年3月，其中11個品種是我國的育成品種，其余21個品種為進口品種，由美國和加拿大育成（表1）。

表1 供試紫花苜蓿品種、來源、千粒重及播種量Table 1 Alfalfa varieties，seeds sour ces，thousand-gr ain-weight and sowing rate

1.4 測定指標

1.4.1 發病率 分別在2018年9月和2019年9月，采用對角線法［24］調查試驗地病害，根據不同癥狀類型確定病害種類，同時采集標本，隨后，在室內對病原進行鏡檢，采用分子生物學方法［25］鑒定菌種，根據形態學和分子生物學鑒定結果對田間調查的數據進行校準［24］。發病情況調查采用定點調查，選取每小區預設的50 cm內（第10行2.0～2.5 m）的5株苜蓿，調查其發病種類及其地上病害的發病率［25］。采取5點取樣法在每個小區挖取5個植株根部，觀察根表皮及中柱是否發病，統計發病率［25］。

1.4.2 病情指數 在調查發病率時，根據李彥忠等［25］的病情分級標準將莖葉部與根部病害分為0～4共5個等級，其中莖葉部病害分級標準為：0級：無病斑；1級：病斑占莖葉面積0%～25%；2級：病斑占莖葉面積25%～50%；3級：病斑占莖葉面積50%～75%；4級：病斑占莖葉面積75%～100%。根部病害分級標準為：0級：無病斑；1級：病斑占皮層（中柱）面積0%～25%；2級：病斑占皮層（中柱）面積25%～50%；3級：病斑占皮層（中柱）面積50%～75%；4級：病斑占皮層（中柱）面積75%～100%。記錄調查的每個小區每一植株上每種病害的嚴重度級別，計算此小區的病情指數［25］。

1.4.3 抗病性 根據官方種子認證機構協會（Association of Official Seed Certifying Agencies，AOSCA）［26］和全國紫花苜蓿品種評審委員會（National Alfalfa Variety Review Board，NAVRB）報告的規定，按其對各品種各病害進行抗性分級（表2）［27］，并將每個苜蓿品種在2018與2019年兩年中對各病害抗性較低的抗性級別作為該品種的抗性級別，統計每一品種對各病害不同抗性的分布頻率［27］。

表2 病害抗性評級標準Table 2 The standar d of disease r esistance levels

1.4.4 越冬率 在播種當年越冬前（2018年9月）和次年越冬后（2019年4月），統計每個小區內50 cm行長上的存活植株數，計算越冬率［27］。

1.4.5 草產量 分別在2018年9、10月與2019年6、7、8月刈割苜蓿，每小區地面刈割后稱得每小區鮮草產量，并在每小區隨機稱取一定重量的鮮草，烘箱中105℃殺青30 min后于75℃恒溫烘至恒重，測干草產量，計算鮮/干比，并換算總干草產量。

1.4.6 空氣溫濕度測定 于2019年1月在試驗地中間位置設立testo溫濕度測量儀（型號：testo 174H；產地：德國），檢測記錄試驗地空氣溫度及濕度變化，并分析試驗地溫濕度最大值、最小值及平均值。

1.5 數據分析

采用SPSS 17.0軟件對所測數據進行統計分析，用平均值和標準誤表示測定結果，用Duncan法進行多重比較；采用Excel 2010制圖。按灰色系統理論［27］，將32個苜蓿品種看作一個灰色系統，并將其對各病害的抗性指數（對病害的抗性指數=1-發病率，即健康植株的比例）、越冬率、產量3個指標看為該系統中的3個因素，分析各元素關聯度及權重，根據各指標權重構建供試苜蓿綜合評價模型，選出發病率低、越冬率高、產量高的品種。

2 結果與分析

2.1 病害種類

在試驗地共發現5種病害，分別為苜蓿白粉病（L.leguminosarum&Erysiphe pisi）、苜蓿匍柄霉葉斑病（Stemphylium botryosum）、苜蓿莖點霉葉斑與黑莖病、苜蓿尾孢葉斑病（Cercospora medicaginis）、苜蓿黃斑病。苜蓿白粉病的田間癥狀為被侵染葉片褪綠，出現絮狀的白色霉層，繼而出現黃色、褐色和黑色顆粒物（圖1A），成熟的閉囊殼為黃褐色至黑褐色，球形或近球形，外壁細胞呈不規則的多角形（圖1B），子囊倒棒形或卵圓形，內含有4～6個子囊孢子（圖1C），子囊孢子單胞、卵圓形或橢圓形（圖1B），分生孢子無色，桶形至圓柱形（圖1D）。苜蓿匍柄霉葉斑病田間癥狀為葉片出現大斑，邊緣整齊，黑色，病斑上有稀疏黑色霉層（圖1E），分生孢子呈淡黃褐色，具橫隔與縱隔，分隔處為深黃褐色（圖1F）。苜蓿莖點霉葉斑與黑莖病的田間癥狀為莖部自下而上出現褐色或黑色不規則變色（圖1G），分生孢子器圓形，埋生，產生大量孢子（圖1H）。苜蓿尾孢葉斑病田間癥狀為葉片上首先出現小褐斑，后擴大為灰色大斑，邊緣淡黃色水漬狀（圖1I），分生孢子無色透明，圓柱狀至針狀，基部較寬向上漸窄（圖1J）。苜蓿黃斑病田間癥狀為葉片出現淡黃色大斑，病斑受葉脈限制呈扇形，且病斑上有小黑點（圖1K），分生孢子梗無色，有隔，自基部有不規則分枝，分生孢子為單胞，光滑，無色，長橢圓形至柱形（圖1L）。

圖1 病害癥狀與病原菌形態Fig.1 The symptoms of diseases and morphological characteristics of pathogen

其中，苜蓿莖點霉葉斑與黑莖病、苜蓿白粉病、苜蓿黃斑病3種病害發病普遍，其余2種病害發病率低，故對苜蓿匍柄霉葉斑病與苜蓿尾孢葉斑病未進行后續研究。

2.2 發病率

2018年苜蓿莖點霉葉斑與黑莖病、苜蓿白粉病和2019年莖點霉葉斑與黑莖病的發病率在各品種間存在顯著差異（P<0.05）（表3）。在不同品種發生病害時，莖點霉葉斑與黑莖病的植株發病率為3.57%～97.08%，苜蓿白粉病為7.14%～100.00%，苜蓿黃斑病為0.00%～57.14%。2018年莖點霉葉斑與黑莖病的植株發病率在3.57%～71.13%之間，其中甘農9號的發病率最高；2019年莖點霉葉斑與黑莖病的植株發病率在13.57%～97.08%之間，其中WL 343HQ、龍威3010和WL 319發病率較高，均到90%以上。苜蓿白粉病2018年植株發病率在7.14%～61.79%之間，阿爾岡金發病率最高；2019年苜蓿白粉病發病率不存在顯著差異（P>0.05），發病普遍，發病率在50.00%～100.00%之間，發病率在90%以上的品種有21個，占供試品種總數的65.63%。苜蓿黃斑病各品種間發病率無顯著差異（P>0.05），且發病率較低，2018年植株發病率在11.90%～57.14%之間，2019年植株發病率在0.00%～25.20%之間。

表3 供試紫花苜蓿品種各病害發病率及抗性級別Table 3 Disease rate and resistance levels of the tested alfalfa varieties

續表Continued Table

2.3 抗性級別

2018年共發現27個苜蓿莖點霉葉斑與黑莖病高抗品種，4個抗性品種，1個中抗品種，未發現感病品種，2019年，共發現19個品種表現為高抗，7個品種表現為抗性，3個品種表現為中抗，此外，WL319對苜蓿莖點霉葉斑與黑莖病表現為低抗，WL 343HQ與龍威3010對苜蓿莖點霉葉斑與黑莖病表現為感病（表3）。2018年，甘農9號、WL 319、阿爾岡金、隴東苜蓿和SR4030共5個苜蓿品種對苜蓿白粉病表現為抗性，其余品種均表現為高抗；2019年，共有1個苜蓿品種對苜蓿白粉病表現為抗性，8個品種表現為中抗，5個品種表現為低抗，18個品種表現為感病。2018與2019年兩年中無苜蓿品種對苜蓿黃斑病表現為感病，此外，中苜3號、甘農4號及沖擊波3個品種在2018年表現為抗性，其余品種均表現為高抗。

根據抗性級別的頻率分布，對苜蓿莖點霉葉斑與黑莖病，32個苜蓿品種的抗性分布頻率為高抗品種17個（占比53.13%），抗性品種8個（25.00%），中抗品種4個（12.50%），低抗品種1個（3.13%），感病品種2個（6.25%）；對于苜蓿白粉病，32個品種的抗性分布頻率為抗性品種1個（3.13%），中抗品種8個（25.00%），低抗品種5個（15.63%），感病品種18個（56.25%），無高抗品種；供試品種對苜蓿黃斑病抗性分布頻率為高抗品種29個（90.63%），抗性品種3個（9.38%），無中抗、低抗及感病品種（表4）。

表4 供試紫花苜蓿品種抗病級別的頻率分布Table 4 Fr equency distr ibution of r esistance levels of the tested alfalfa var ieties

2.4 病情指數

2018年，苜蓿莖點霉葉斑與黑莖病的病情指數范圍為3.57～82.50，其中病情指數>50的品種有8個，占全部苜蓿品種的25%，病情指數<25的品種有10個，占全部苜蓿品種的31.25%，病情指數在25～50之間的品種有14個，占全部品種的43.75%；2019年，苜蓿莖點霉葉斑與黑莖病的病情指數范圍為3.57～68.75，其中耐鹽之星的病情指數最高，隴東苜蓿的病情指數最低（表5）。苜蓿白粉病發病程度較重，兩年的病情指數范圍為8.33～87.50，2018年，阿爾岡金的白粉病病情指數最高，為87.50，WL 354HQ的病情指數最低，為8.33；2019年，中苜3號的白粉病病情指數最高，為85.71，甘農5號的病情指數最低，為33.33。苜蓿黃斑病2018年發病程度較重，病情指數為18.75～91.67，其中病情指數>75的品種有6個，占全部苜蓿品種的18.75%，病情指數<40的品種有6個，占全部品種的18.75%，其余20個苜蓿品種的病情指數在40～75之間，占全部品種的62.50%；2019年苜蓿黃斑病病情指數范圍為0.00～25.00，病情指數在20以上的品種只有2個，整體發病程度較輕。

表5 供試紫花苜蓿品種各病害植株病情指數Table 5 Disease indexes of the tested alfalfa varieties

2.5 試驗地溫濕度變化及越冬率

試驗地最高氣溫為42.70℃，最低氣溫為-30.00℃，年平均氣溫為8.82℃；試驗地空氣濕度最高為99.90%，最低為8.40%，年平均濕度為66.11%（表6）。

表6 試驗地溫濕度Table 6 Temperature and humidity of the test field

32個苜蓿品種的越冬率差異不顯著（P>0.05），越冬率的變幅在80.47%～100.00%之間，越冬率在95%以上的品種有8個，分別為WL 354HQ、北極熊、甘農9號、耐鹽之星、阿爾岡金、WL 363HQ、甘農4號和沖擊波，占總品種數的25%；越冬率在85%以下的有5個品種，大多數品種的越冬率在85%～95%之間，占總品種的59.38%（圖2）。

圖2 不同苜蓿品種的越冬率Fig.2 Percentage of sur vival of differ ent alfalfa var ieties

2.6 草產量

2019年第2茬各品種的草產量存在顯著差異（P<0.05），2018年全年、2019年第1茬與第3茬、5茬總和的草產量均無顯著差異（P>0.05）（表7）。2018年苜蓿草產量的變幅在3.65～6.48 t·hm-2之間，第1茬草產量最高的品種為甘農5號，為6.48 t·hm-2，第2茬草產量最高的品種為甘農9號，為5.20 t·hm-2。2019年苜蓿草產量的變幅為3.20～8.43 t·hm-2，2019年第1茬草產量最高的品種為甘農6號，為8.43 t·hm-2；第2茬草產量在6 t·hm-2以上的品種有3個，為北極熊、龍威3010和阿迪娜，草產量在5 t·hm-2以下的有3個品種，分別為敖漢苜蓿、公農5號和隴東苜蓿，大部分品種草產量為5～6 t·hm-2，有26個品種，占總品種數的81.25%；2019年第3茬苜蓿產量最高的品種為龍威3010，為5.03 t·hm-2，產量最低的品種為隴東苜蓿，草產量為3.20 t·hm-2。5茬苜蓿總產量的范圍為22.48～29.52 t·hm-2，產量最高的品種為龍威3010，其總產量顯著高于耐鹽之星、公農5號、隴東苜蓿和WL 168HQ（P<0.05）。

表7 不同苜蓿品種的草產量Table 7 Yield of different alfalfa varieties（t·hm-2）

2.7 綜合特性

按灰色系統理論，構建苜蓿品種綜合評價模型：ψ=0.2258ζ1+0.1644ζ2+0.1671ζ3+0.2146ζ4+0.2282ζ5（ζ1為草產量關聯系數，ζ2為抗苜蓿莖點霉葉斑與黑莖病的關聯系數，ζ3為抗苜蓿白粉病的關聯系數，ζ4為抗苜蓿黃斑病的關聯系數，ζ5為越冬率關聯系數）。根據綜合評價模型，32個紫花苜蓿品種中，綜合評價較好的5個品種為皇冠、WL 363HQ、中苜3號、敖漢苜蓿和旱地，綜合評分較差的5個品種為耐鹽之星、WL 343HQ、沖擊波、雷霆和隴東苜蓿（表8）。

表8 供試紫花苜蓿品種的綜合評價得分及其排序Table 8 Compr ehensive evaluation scor e and r anking of the tested alfalfa var ieties

3 討論與結論

目前我國已報道27種苜蓿莖葉病害［18］，其中新疆已報道的有24種［13］，本次研究共調查到5種病害，其中苜蓿莖點霉葉斑與黑莖病、苜蓿白粉病與苜蓿黃斑病3種病害發病普遍，并未發現在新疆報道較多的苜蓿銹病、苜蓿霜霉病等病害［13］。試驗地苜蓿根部無明顯病害癥狀，室內分離出的病原菌種類少，分離率低，故未進行后續試驗。新疆苜蓿病害的研究還主要停留在病害種類調查和病原鑒定上［13，17-20］，對苜蓿抗病品種的篩選研究主要集中于白粉病、銹病等［21-22］，對莖點霉葉斑與黑莖病與黃斑病的抗病性研究尚屬空白。在我國，苜蓿莖點霉葉斑與黑莖病是最普遍、危害最嚴重的莖葉真菌病害之一［28］，該病害在新疆發現于伊寧及阿勒泰地區［19］，近年來在新疆地區鮮有報道，本次調查發現，32個苜蓿品種間莖點霉葉斑與黑莖病的發病率存在顯著差異（P<0.05），其中17個品種表現為高抗，其中55.82%為國外品種，41.18%為國內品種，2個品種表現為感病，為WL 343HQ與龍威3010，全部為國外品種；苜蓿白粉病一直以來是新疆苜蓿上發生的主要病害，在新疆對抗白粉病品種的篩選試驗較多［21-22］，孟季蒙等［22］發現新牧1號與馴鹿對白粉病、銹病的抗病性較強，李科等［21］在新疆的引種試驗發現對白粉病、銹病與爛根病抗病性強的品種有阿爾岡金、新牧1號等。在本次調查中，32個品種中對苜蓿白粉病表現為抗性的品種為前景，對苜蓿白粉病最易感病的品種為隴東苜蓿和SR4030。此外，本次調查發現阿爾岡金對白粉病表現為低抗，與李科等［21］的阿爾岡金對白粉病抗性研究結果存在差異。苜蓿黃斑病于2014年在新疆首次發現［29］，王慧［30］就新疆苜蓿黃斑病病原生物學特性及殺菌劑對病原菌的室內毒力做了研究。而在新疆，針對抗黃斑病苜蓿品種的篩選方面仍屬空白。本次調查中，各品種間苜蓿黃斑病發病率無顯著差異（P>0.05），且發病率較低，在0.00%～57.14%之間，沖擊波、甘農4號與中苜3號為抗性品種，其他品種均為高抗品種。

越冬問題也是長期困擾苜蓿生產的問題，在我國北方高緯度、高海拔地區，由于低溫、干旱等原因造成苜蓿越冬率低，且容易發生凍害和死亡現象［31］，從而造成苜蓿的大面積減產［32］。越冬問題已成為制約北方苜蓿草地成功建植和可持續利用的關鍵問題，如敖漢苜蓿在原產地赤峰市敖漢旗播種當年出現了不能安全越冬的現象［33］，顯著影響了苜蓿產量［34］。試驗地位于新疆呼圖壁縣，試驗地溫度最高為42.70℃，最低為-30.00℃，平均溫度為8.82℃。越冬死亡的主要原因為溫度過低引起的凍害。而本次調查中，32個品種的越冬率表現良好，均在80%以上，其中22個品種的越冬率在90%以上，與趙國偉等［35］在新疆進行的苜蓿越冬性研究結果基本一致，其主要原因為試驗地采取滴灌的澆水方式進行冬灌，增加了土壤含水量，有效提高了苜蓿的越冬率［33］。

草產量是衡量苜蓿生產性能和經濟價值的最重要的指標［36-37］。隨著我國農業結構的調整，苜蓿的種植面積越來越大，對苜蓿生產性能的追求也越來越高［38］，苜蓿病害也逐漸成為影響苜蓿產量、品質的要素［39］。研究發現，葉面病原菌造成的苜蓿平均產量損失約為15%，在個別試驗中，產量下降高達52%［40］。褐斑病與苜蓿花葉病（alfalfa mosaic virus，AMV）可使苜蓿產量分別降低40%和37%～66%，根病可使單位面積的苜蓿株數減少84%［41］。Hwang等［42］在溫室試驗中發現苜蓿病株與健康植株相比葉的粗蛋白含量減少了22%，且發病率與光合效率之間呈負相關關系。本研究表明，32個苜蓿品種的總草產量的變幅為22.48～29.52 t·hm-2，其中產量最高的品種為龍威3010，顯著高于耐鹽之星、公農5號、隴東苜蓿和WL 168HQ（P<0.05）。

本研究目的為對新疆苜蓿品種的抗病性進行評價。在病害評價中，形態學、生理學、發病率等所有指標都從不同的方面反映出植物對于病害的響應［27］，如果對苜蓿材料采用單一指標評價，不能充分體現其綜合表現［43］。因此本研究整合抗病性、越冬率和產量3個指標，構建綜合評價模型，所采用的灰色關聯度分析法，克服了依靠單一性狀評價的弊端，可全面地反映紫花苜蓿各品種在病害情況下表現的優劣［27］。根據綜合評價模型，32個紫花苜蓿品種中，綜合評價最好的品種為皇冠，與李科等［21］的研究一致，此外WL363HQ、中苜3號、敖漢苜蓿和旱地4個品種綜合評價較高，適宜在新疆推廣種植。阿爾岡金評分排名16，表現一般，與孟季蒙等［22］在新疆的引種篩選研究一致。評分較差的5個品種為耐鹽之星、WL 343HQ、沖擊波、雷霆和隴東苜蓿，不適宜在新疆大規模種植。