江蘇省主推及新育成小麥品種抗赤霉病評價及毒素積累分析

曹淑琳，楊紅福，冷蘇鳳，疏 燕，鄧淵鈺，孫海燕，張愛香，張亞妮，李 偉，陳懷谷,4

(1.江蘇省農業科學院植物保護研究所，江蘇南京 210014； 2.江蘇丘陵地區鎮江農業科學研究所，江蘇鎮江 212000；3.江蘇省種子管理站，江蘇南京 210036； 4.江蘇省糧食作物現代產業技術協同創新中心，揚州大學，江蘇揚州 225009)

小麥赤霉病(Fusarium head blight，FHB)是由禾谷鐮刀菌(Fusariumgraminearum)和亞洲鐮刀菌(Fusariumasiaticum)引起的小麥病害，主要發生于溫暖潮濕的地區[1]。包括江蘇省在內的長江中下游冬麥區是我國小麥赤霉病的多發區和重發區[2]。小麥赤霉病一般年份可造成減產5%～15%，大流行年份減產20%～50%，甚至絕收[3]。2012年全國小麥赤霉病的發生面積達到9.9×106hm2，2015年、2016年、2018年相繼偏重以上流行發生[4]。除了造成嚴重的產量和經濟損失，病原菌產生的脫氧雪腐鐮刀菌烯醇(deoxynivalenol, DON)等毒素嚴重威脅我國糧食安全和人畜健康，DON積累抗性已成為培育赤霉病抗性品種培育關注的焦點之一[5-7]。

目前，小麥赤霉病的防治主要依賴化學殺菌劑，但長期、大量施用藥物造成的抗藥性上升、生態環境污染、防治效果不理想等問題日益突出。選育和種植抗病品種是防治小麥赤霉病最經濟、安全的措施。抗赤霉病品種的鑒定和篩選是小麥育種的重要基礎工作，也是小麥品種審定和推廣的重要依據[8]。全面了解主推及新育成品種的抗性可為小麥赤霉病的綜合防治提供依據。

小麥對赤霉病的抗性主要包括抗初侵染(Type Ⅰ)、抗擴展(Type Ⅱ)、抗毒素積累(Type Ⅲ)、抗籽粒感染(Type Ⅳ)、抗減產(Type Ⅴ)五種類型。目前對于小麥品種Type Ⅰ、Type Ⅱ抗性類型的研究較多[9]。朱靖環等[10]從不同省市345個小麥育成品種(系)中篩選出抗赤霉材料51個。胡文靜等[11]選取長江中下游廣泛種植的75份改良品種和18份地方品種，進行赤霉病抗性鑒定，篩選到67個達到中感及以上水平的小麥品種。李 強等[12]對531份陜西新育成小麥品種(系)進行抗赤霉病鑒定和抗病性分析，發現中抗及以上水平僅33份，占6.22%。張 煜等[13]從762個黃淮南部麥區小麥品種(系)中篩選出10個中抗赤霉病品種。徐 飛等[14]針對河南省的106個小麥品種(系)進行抗赤霉病評價，未發現抗病和中抗材料。許 娟等[15]鑒定了安徽省128個小麥主推品種的抗赤霉情況，發現中抗品種占26%。雖然目前還沒有能準確評價抗毒素積累(Type Ⅲ)的統一方法，但研究表明，DON含量與病小穗數、病穗率、病粒率呈顯著正相關，因此抗性評價中TypeⅢ類型一般用小麥籽粒中DON含量來衡量[9,16]。陳懷谷等[7]發現，望水白和繁60096的穗組織中DON毒素含量低于蘇麥3號、延崗坊主和翻山小麥。常 蕾等[17]發現，淮南小麥品系籽粒中DON含量明顯低于淮北小麥品系。徐 飛等[18]2020年對黃淮冬麥區主栽小麥品種的赤霉病抗性情況進行了綜合評價，并對其抗性相關指標進行了相關性分析。從以上研究可以看出，小麥赤霉病抗性材料主要集中在長江中下游麥區，特別是江蘇、安徽的淮南片區。繼續擴大篩選范圍，全面評價現有主推及新育成小麥品種的抗赤霉病水平，對品種合理布局和抗病性育種具有重要指導意義。

小麥是江蘇省第二大糧食作物，常年播種面積穩定在200×104hm2以上[19]。小麥赤霉病多次大規模爆發對江蘇小麥生產造成嚴重影響[20]。江蘇省內分為淮北和淮南兩大生態類型地區，分別屬于黃淮麥區和長江中下游麥區。兩地區的氣候條件差異較大，造成小麥品種類型繁多、抗性差異較大。為全面了解江蘇小麥品種抗赤霉病的現狀，本研究于2018-2020年對江蘇省現有主推及新育成的280個小麥品種進行赤霉病抗性鑒定，并檢測部分品種的DON積累情況，以期為小麥品種的科學推廣、合理布局和抗赤霉病新品種的選育提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試菌種：F0301、F0609、F0980和F1312，由江蘇省農業科學院植物保護研究所小麥病害防控團隊分離保存，已在前期試驗中鑒定為強致病力菌株。

供試小麥品種：2017-2018年度(簡稱：2018年)，193份；2018-2019年度(簡稱：2019年)，103份；2019-2020年度(簡稱：2020年)，93份；合計389份材料，有280個不同品種。

以上供試品種包括江蘇省主要栽培品種以及江蘇省種子管理站每年篩選的“江蘇好品種(展示品種)”。以蘇麥3號、揚麥158、淮麥20和矮抗58分別作為抗病對照(CK1)、中抗對照(CK2)、中感對照(CK3)和感病對照(CK4)。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計

2018、2019和2020年進行人工接種鑒定和自然發病鑒定。人工接種鑒定在江蘇省農業科學院植物保護研究所的病圃內進行，每個品種種植1行，行長1 m，行距25 cm，每行均勻播種50粒，四周設置保護行。病圃土壤為黃棕壤，前茬為大豆，肥力中等。自然發病鑒定在鎮江市農科院行香試驗基地進行，每品種種植2行，行長1 m，每行播50粒種子。播種時間和田間管理均與大田生產一致。

1.2.2 抗病性鑒定

人工接種抗病性鑒定采用單花滴注法[16]。接種前，將4個強致病力菌株的分生孢子液，按等比例混合，分生孢子液濃度為105個·mL-1。每個小麥品種的揚花初期，將分生孢子液滴注到麥穗中部的1個小花中，每品種接20穗，接種后噴霧保濕1周。接種25 d后(小麥黃熟前)調查病情，根據每個接種穗的病情級別，計算各品種的嚴重度[∑ (各級病穗數×相應級別)/總穗數]。病情嚴重度分級標準：1級，接種小穗發病，穗軸不發病；2級，穗軸發病，但發病小穗數不足全穗的1/4；3級，發病小穗數占全穗的1/4～1/2；4級，發病小穗數占全穗的1/2以上。

抗性評價標準：抗(R)，嚴重度≤蘇麥3號的嚴重度+標準差；中抗(MR)，蘇麥3號的嚴重度+標準差<嚴重度≤揚麥158的嚴重度+標準差；中感，揚麥158的嚴重度+標準差<嚴重度≤淮麥20的嚴重度+標準差；感(S)，嚴重度>淮麥20的嚴重度+標準差。

自然發病鑒定：于小麥黃熟前每個品種隨機選取150穗，調查發病情況，記錄每穗的赤霉病嚴重度，計算病穗率、病情指數。嚴重度分級標準：1級，發病小穗數不足全穗的1/4；2級，發病小穗數占全穗的1/4～1/2；3級，發病小穗數占全穗的1/2～3/4；4級，發病小穗數占全穗的3/4以上。

病穗率=感病穗數/總調查穗數×100%；

病情指數(DI)=∑(各病級穗數×相應病級數)/(總調查穗數×最高病級數)×100。

1.2.3 DON含量的測定

成熟期每個品種隨機收集20穗，小型脫粒機脫粒；使用FOSS旋風式樣品磨(CT293)研磨成面粉。稱取2.5 g面粉于50 mL離心管中，加入4倍于樣品的乙腈水溶液(乙腈∶水=84∶16)，浸泡4 h，每隔30 min震蕩一次；3 500 r·min-1離心6 min，吸取4 mL上清液過Bond Elut Mycotoxin凈化柱，自然過濾；吸取2 mL濾液轉移到15 mL離心管中，氮氣緩慢吹干后加入0.5 mL甲醇水(甲醇∶水=20∶80)；過0.22 μm有機微孔濾膜，收集進樣瓶并進行液相色譜測定。數據處理參考陳懷谷等[7]方法。

2 結果與分析

2.1 江蘇省主推小麥品種赤霉病抗性分析

2018年鑒定小麥品種193個，篩選到抗病品種10個，占5.18%；中抗品種40個，占20.73%；中感品種65個，占33.68%；感病品種78個，占 40.41%；中抗及以上水平品種占總鑒定品種的 25.91%(圖1)。2019年鑒定小麥品種103份，篩選到中抗品種32個，占31.07%；中感品種41個，占 39.81%；感病品種30個，占29.13%；無抗性品種(圖1)。2020年鑒定小麥品種93份，篩選到抗病品種13個，占13.98%；中抗品種59個，占63.44%；中感品種12個，占12.9%；感病品種9個，占 13.98%；中抗及以上水平的品種比例達77.4%(圖1)。結果表明，江蘇省近幾年主推品種對赤霉病的抗性總體表現較好，但品種間抗性存在明顯差異；2018年與2019年供試品種中抗性比例比較接近，2020年中抗及以上水平品種比例上升2～3倍，這可能與各年供試品種不盡相同和2020年氣候條件不利于赤霉病發生有關。

2.2 不同麥區品種對赤霉病的抗性分析

根據品種特性和適宜種植區域，江蘇省小麥品種分為淮北品種和淮南品種。2018年193份材料中，淮北品種138個，發現感病品種78個，占56.52%，中感品種56個，占40.58%，中抗品種僅4個，占2.9%，無抗病品種，中感及感病品種比例達97.1%；淮南品種55個，發現中感品種9個，占16.36%，中抗品種36個，占65.46%，達到抗性水平的品種有10個，占18.18%，無感病品種(圖2)。

R：抗；MR：中抗；MS：中感；S：感。下同。

2019年103份材料中，淮北品種70個，發現感病品種30個，占42.86%，中感品種33個，占47.14%，中抗品種7個，占10%，無抗性品種，中感及感病品種比例達90%；淮南品種33個，中感品種8個，占24.24%，中抗品種25個，占 75.76%，無感病和抗性品種(圖2)。

2020年93份材料中，淮北品種62個，發現感病品種9個，占14.52%，中感品種12個，占19.35%，中抗品種40個，占 64.52%，抗性品種1個，占 1.61%；淮南品種31個，發現中抗品種19個，抗性品種12個，分別占61.29%和38.71%，無感病和中感品種(圖2)。

從三年鑒定結果來看，淮南小麥品種對赤霉病的抗性整體高于淮北品種。

圖2 不同片區小麥品種對赤霉病的抗性水平分布

2.3 不同年份赤霉病抗性鑒定結果分析

對84份江蘇主推及展示品種進行了連續2年或3年的抗性鑒定，其中淮南品種26個，淮北品種58個。淮南品種抗性水平穩定在中抗級以上水平的有寧麥26、寧麥13、揚麥25、揚麥27、揚麥20、揚麥28、蘇麥11、鎮麥10號、隆麥28、華麥8號等17個，淮北品種中僅有徐農029和西農511表現為中抗(表1)。這說明淮南小麥品種抗赤霉病率明顯較淮北小麥品種高。

27個品種連續三年的抗性結果表明，2018年和2019年兩年鑒定結果較為相似，但2020年鑒定的抗性水平偏高(表1)，這與2020年四、五月份氣候條件不利于赤霉病發生、田間赤霉病發病程度很輕有關。此外，個別品種如鎮麥13、鎮麥10號等，重復鑒定結果年度間差異較大，一方面可能因為品種對環境因素敏感，大規模接種出現誤差造成的，故需要更多年重復鑒定結果來確認個別品種的抗病性情況。

2.4 “江蘇省好品種”抗性評價

在389份小麥材料中，包含 “江蘇省好品種”146個，共81個品種(表2)。2018年參試的38個好品種中，中抗及以上水平有18個，包括16個淮南品種(占淮南品種的88.9%)和2個淮北品種(瑞華麥520、徐農029)，感病品種全部為淮北品種(占淮北品種的47.4%)。2019年參試的50個品種中，中抗及以上水平品種23個，其中22個(占淮南品種的 95.7%)為淮南品種，淮北品種僅徐農029表現為中抗，14個感病品種都為淮北品種(占淮北品種的56.0%)。2020年接種圃赤霉病偏輕發生，參試的58個好品種中，中抗及以上水平品種55個，占 94.8%，淮南品種全部表現為中抗及中抗以上水平。說明淮南好品種對小麥赤霉病具有較好的抗性，而淮北好品種有一半左右為感病品種，僅徐農029(中抗)表現較好。

表1 連續兩年或三年重復試驗的江蘇省主推及新育成小麥品種的抗赤霉病鑒定結果(單花滴注)Table 1 Resistance level of major wheat cultivars to wheat scab in Jiangsu province by repeated tests for two or three years(single spike inoculation)

(續表1 Continued table 1)

表2 江蘇省好品種(展示品種)抗性評價、自然發病及DON含量Table 2 Resistant, naturally infection and DON levels of Jiangsu display varieties

(續表2 Continued table 2)

2.5 不同小麥品種自然發病情況及DON積累水平

2018年、2019年和2020年分別選取180、55、58個小麥品種進行自然發病調查及籽粒DON含量測定。結果發現，2018年180個品種(淮南55個和淮北138個)中，病穗率在10%以上的品種有100個，淮南品種6個，其余94個都為淮北品種；2019年55個品種(淮南30個和淮北25個)中，病穗率在10%以上的品種有13個，全部為淮北品種，近70%的淮南品種病穗率為0；2020年58個品種(淮南31個和淮北27個)中，病穗率在10%以上的品種有3個，全部為淮北品種。2018年籽粒DON含量在1 mg·kg-1以上的有123個品種，包括15個淮南品種(27%)和108個淮北品種(78%)；2019年DON含量在1 mg·kg-1以上的有7個品種，全部為淮北品種；2020年DON含量在1 mg·kg-1以上的有31個品種，包括4個淮南品種(12.9%)4個和27個淮北品種(100%)。說明淮北品種的赤霉病自然發病情況較淮南品種嚴重，DON積累量較高。

2018年和2019年自然發病病穗率大于10%的品種中，接種鑒定結果為中感及感病的分別占91%(91個)、100%(13個)。病穗率與病指較高的品種，自然條件下DON積累量較高。但個別品種如億麥9號、揚麥20、淮麥33、西農979等病穗率大于10%，但籽粒的DON含量較低(0.05 mg·kg-1以下)。

2.6 病情指數與DON積累量相關性分析

為明確自然發病嚴重程度與毒素積累量之間的關系，對2018年至2020年展示品種的病情指數與籽粒中DON毒素含量進行相關性分析，結果表明，小麥品種的病情指數與DON含量呈顯著正相關，三年相關系數分別為0.44(P<0.01，2018年)、0.73(P<0.01，2019年)和0.57(P<0.01，2020年)(圖3)。

圖3 2018年至2020年好品種病情指數與DON積累量相關性分析

3 討 論

本試驗結果表明，江蘇省主要栽培品種中沒有對赤霉病穩定免疫的小麥品種；2018年193個品種中，篩選到中抗及以上水平品種50個，其中92%為淮南品種；2019年103個品種中，中抗及以上水平品種33個，其中75.76%為淮南品種；2020年93個品種中，中抗及以上水平72個。與河南、陜西以及黃淮南片麥區的抗赤霉病鑒定結果[11-13]相比較，江蘇省目前主要推廣和新育成小麥品種抗赤霉病水平相對較好，中抗及以上水平的小麥品種占比較高，且主要集中在江蘇淮南麥區。

2018-2019年23個新育成品種中，除明麥133外，11個淮南品種對赤霉病的抗性都在中抗及以上水平，而12個淮北品種都未達到中抗，該片區抗赤霉病育種工作亟待加強。對84個江蘇主推品種連續兩年或三年試驗，篩選到19個抗性水平穩定在中抗的品種，包括寧麥26、寧麥13、揚麥25、揚麥27、揚麥20、揚麥28、蘇麥11、鎮麥10號、隆麥28、華麥8號等17個淮南品種以及徐農029、西農511兩個淮北品種。其中揚麥系列品種的抗性與蔣正寧等[21]的評價結果一致，寧麥13抗性在中抗及以上水平，與呂國鋒等[22]的評價結果一致。本研究中，這18個品種自然發病病穗率均不超過5%，毒素含量也相對較低。說明這些品種兼具有抗侵染和抗毒素積累能力。

通過比較人工接種和自然發病鑒定結果，發現部分人工接種鑒定結果為中抗的小麥品種，其自然發病病穗率及病情指數卻高于中感品種，推測跟環境不同有關。整體來看，大部分(2018年，65%；2019年，90.32%；2020年，80.36%)中抗及以上水平的小麥品種病穗率在5%以下，而感病及中感品種病穗率5%以下的僅占10.71%(2018年)、40.85%(2019年)。自然發病病穗率在10%以上的品種中，絕大部分為人工接種鑒定為中感或感病品種(2018年，91%；2019年，100%)。對展示品種的病情指數與DON含量的相關性分析表明，發現二者呈顯著正相關。2018年180個品種中，DON含量大于1 mg·kg-1品種中 88.62%的病穗率在5%以上，病穗率5%以下的品種中，有 66.67%的DON毒素積累量低于 1 mg·kg-1。

兩年或三年重復試驗鑒定為抗性水平高且穩定、毒素積累量較低的品種有：寧麥26、鎮麥12號、農豐88 、寧麥資126、華麥8號、寧麥13、揚麥20 、揚麥28 、億麥9號、蘇麥11 、揚麥25 、隆麥28 、揚麥29 、資119 、揚麥 27 、華麥1028、鎮麥10號、西農511 、徐農029 共19個品種。一年試驗鑒定為抗赤霉病且DON毒素積累量較低的品種有：揚富麥101 、鎮麥9號、揚麥13 、寧麥24 、鎮麥168、寧28、農麥126 、羅麥10號、鎮麥15 、揚輻麥6號、揚麥10 、揚輻麥8號、揚麥30 、寧麥資 126 、隆墾麥 1 號、揚輻麥 10 號、揚麥 29 共17個品種。

小麥赤霉病抗性鑒定受氣候條件如降雨、溫度、濕度影響較大，2020年小麥揚花初期遇低溫天氣，且降雨量少，赤霉病發生及擴展可能受到影響，這可能是2020年與前兩年相比鑒定結果抗性水平偏高的主要原因。因此，小麥抗病性需要多年、多地試驗才能獲得更加科學的鑒定結果。

國內赤霉病抗性較好的小麥品種基本集中在江蘇、安徽的淮南品種，北方麥區包括河南、山東、陜西主要種植品種對赤霉病的抗性普遍較差，而目前赤霉病的發生不斷向北擴展，黃淮及北方麥區抗赤霉病育種亟待加強。淮南抗病品種遺傳基礎狹窄，大多數品種的親本中包含揚麥158或寧麥9號[11]。國內小麥赤霉病抗源也往往局限于少數幾個親本，如蘇麥3號、望水白、寧7840、海鹽種等材料[10]。同時這些較好的抗源材料農藝性狀普遍較差，抗赤霉病與豐產相結合有待進一步突破。