芝麻抗棒孢葉斑病種質資源評價及利用分析

賈 敏, 倪云霞,3*, 劉新濤, 趙 輝, 張春艷,何碧珀, 趙世魁, 劉紅彥,3*

(1.河南省農業科學院植物保護研究所, 鄭州 450002; 2.河南省農作物病蟲害防治重點實驗室, 鄭州 450002; 3.河南省特色油料作物基因組學重點實驗室(河南省農業科學院芝麻研究中心), 鄭州 450002)

芝麻棒孢葉斑病是由山扁豆生棒孢Corynesporacassiicola引起的葉部病害,在我國芝麻種植主產區發生普遍,發病率達50%～80%[1]。棒孢葉斑病的發生會導致芝麻籽粒秕,千粒重減少,含油量降低,甚至蒴果提前炸裂[2]。山扁豆生棒孢寄主廣泛,分生孢子可借風、雨在田間傳播,在潮濕環境下易萌發,從而反復侵染寄主。目前,生產上主要采用化學方法防治芝麻棒孢葉斑病,防治效果低,還易誘發病原菌產生抗藥性,不能從根源解決該病害對芝麻生產的威脅。棒孢葉斑病發展迅速,除受到濕度和氣候的影響外,還與品種的抗病性密切相關。因此,種植抗病品種是防治芝麻棒孢葉斑病最為安全、經濟、有效的措施。

聚類分析是基于數量統計的一種性狀分類研究方法,已有不少研究將聚類分析引入植物抗病性評價[3-4]。通過聚類分析,可以將抗性表型數據進行科學分類,從中篩選出具有相同抗性遺傳背景的品種和資源[5]。周紅英等[6]對52份芝麻種質資源莖點枯病的病株率和病情指數進行聚類分析,其中15份抗病、35份感病。近年來,國內學者對棒孢病病原菌生物學特性[7]、致病機理[8]和化學防治[9]等做了初步研究,但關于芝麻品種對棒孢葉斑病抗性的研究尚未見報道,且缺乏完善的抗性評價方法,生產上缺乏優良的抗病資源。因此,為明確芝麻種質資源對棒孢葉斑病的抗性水平,本試驗選取174份芝麻種質資源進行田間抗性鑒定,為芝麻品種資源在抗病育種和生產中的應用提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料

供試芝麻品種:共174份種質資源,包含推廣品種42份(表1中所列編號1～42為推廣品種)。種質資源由河南省農業科學院芝麻研究中心以及國家特色油料產業技術體系芝麻綜合試驗站提供。

供試病原菌:山扁豆生棒孢Corynesporacassiicola,菌株SF1-1(GenBank登錄號: MT228952),分離自河南省芝麻主產區平輿縣,由河南省農業科學院植物保護研究所生物防治研究室保存。

試驗田設在河南省農業科學院現代農業科技試驗示范基地,位于河南省新鄉市平原新區,灌溉排水條件良好,肥力均勻中等,前茬作物為小麥,每份芝麻品種資源種植3行,行長3 m,行距0.5 m,種植60 d后進行接菌處理。

1.2 方法

1.2.1病原菌孢子懸浮液制備及接種

將病原菌轉接至新鮮PDA培養基上,28℃黑暗培養7 d,待菌絲生長至完全覆蓋培養基,加入適量無菌水,采用尼龍紗布過濾,除去殘余培養基和菌絲,收集分生孢子,制備病原菌孢子懸浮液,利用血球計數板將孢子懸浮液濃度調至1×106個/mL,在芝麻成株期(種植60 d左右)噴霧接菌,接菌后噴霧保濕48 h,保持田間濕度。

1.2.2棒孢葉斑病病害調查

目前尚無芝麻上棒孢葉斑病病害分級標準,因此,借鑒其他作物棒孢葉斑病病害分級標準[10-11]進行調整。于芝麻棒孢葉斑病發病盛期調查芝麻整株葉片病害程度,每行調查15株,并詳細記錄不同病害級別的病株數。病害分級標準如下。

0級:葉片無病斑;1級:病斑面積占葉面積比例≤5%;2級:5%<病斑面積占葉面積比例≤10%;3級:10%<病斑面積占葉面積比例≤25%;4級:25%<病斑面積占葉面積比例≤50%;5級:病斑面積占葉面積比例>50%。病情指數[12]計算公式如下:

病情指數(DI)=

1.3 數據處理及分析

采用Excel和SPSS 20.0進行數據統計及方差分析。

2 結果與分析

2.1 芝麻棒孢葉斑病病情指數聚類分析及抗性評價標準制定

芝麻種質資源棒孢葉斑病發病程度調查結果見表1,采用OriginPro(2021版)進行聚類分析,通過平均聚類法可將174份芝麻品種病情指數從低到高聚為5個類群(圖1),第I類群病情指數(14.67±2.31)～(37.33±4.62),第Ⅱ類群病情指數為(40.00±0)～(46.67±9.24),第Ⅲ類群病情指數為(49.33±10.07)～(72.00±6.93),第Ⅳ類群病情指數為(73.33±10.07)～(86.67±6.11),第Ⅴ類群病情指數為(89.33±12.22)～(100±0)。依據聚類結果,同時結合文獻[11]確立棒孢葉斑病抗性評價標準(表2)。

表1 174份芝麻種質資源棒孢葉斑病發病程度及抗病性評價

圖1 基于病情指數對174份芝麻種質資源抗棒孢葉斑病的聚類分析

表2 芝麻抗棒孢葉斑病等級劃分標準

2.2 芝麻種質資源抗棒孢葉斑病評價

田間接菌處理174份芝麻種質資源中沒有發現免疫和高抗品種,抗病品種32個,占供試品種總數的18.39%;中抗品種17個,占供試品種總數的9.77%;中感品種69個,占供試品種總數的39.66%;感病品種30個,占供試品種總數的17.24%;高感品種26個,占供試品種總數的14.94%(表1,圖2)。推廣品種是前期研究篩選出的抗逆、高產芝麻品種,在芝麻棒孢葉斑病抗性鑒定中,推廣品種表現出良好抗性,其中病情指數最低的為‘河南1號’,病情指數為14.67±2.31,病情指數最高達到100,包括‘晉芝3號’‘冀黑芝2號’和‘冀9014’;芝麻推廣品種中表現為抗病的有28個,占推廣品種總數的66.67%;表現為中抗的有7個,占推廣品種總數的16.67%;表現為中感的有4個,占推廣品種總數的9.52%;表現為高感的有3個,占推廣品種總數的7.14%。

圖2 174份芝麻種質資源對棒孢葉斑病的抗病類型占比

2.3 芝麻抗棒孢葉斑病種質資源的利用與分析

河南、湖北、安徽、江西是我國芝麻種植主產區,根據芝麻品種的選育單位和來源,推廣品種資源可分為華東、華中、華北3組,其中對棒孢葉斑病表現抗病的品種多集中在華中地區,比如,‘河南1號’‘鄭芝13’‘豫芝4號’等。從地理來源上來看,對芝麻棒孢葉斑病表現抗病的品種多集中在華中地區,可能是因為我國芝麻育種單位主要集中在華中地區,并且重視抗病資源的利用。

目前我國芝麻育種仍然是以常規雜交育種技術為主,分析推廣品種中親本系譜可知,性狀差異較大的親本雜交可以實現優勢互補?！ブ?號’以其植株抗逆、耐漬、蒴果多、抗病性強等優點,在雜交育種中往往作為骨干親本引入,在棒孢葉斑病調查中,‘豫芝4號’病情指數為(25.33±2.31),對棒孢葉斑病表現為抗病。以‘豫芝4號’為親本,又先后育成了‘漯芝15’‘漯芝18’‘周芝13’‘鄂芝7號’等優良品種(圖3),這些品種繼承了‘豫芝4號’的優勢,對棒孢葉斑病均表現出良好抗性,可作為重要的栽培品種推廣種植。

圖3 抗病品種‘豫芝4號’及其育成品種的系譜

3 結論與討論

優質抗源的篩選和鑒定是抗病育種的關鍵,但是關于芝麻棒孢葉斑病抗性種質篩選的研究很少。河南省地處暖溫帶與亞熱帶的過渡帶,具有適宜芝麻生長的良好氣候條件,是芝麻種植的主要產區[13],也是芝麻棒孢葉斑病常發區、重發區,因此,在河南省芝麻產區開展芝麻抗棒孢葉斑病性鑒定具有一定的代表性,對芝麻抗病育種研究具有重要意義。

作物生物學性狀的聚類分析被廣泛應用于種質資源評價工作[14-15]。張鵬等[16]對186份國內外芝麻資源進行表型性狀的聚類分析,將其劃分為7個類群。江詩洋等[17]采用聚類分析確定了莖點枯病抗感分界線。目前,國內外均未見芝麻棒孢葉斑病抗性分級標準的報道,本試驗利用病情指數進行聚類,同時參照其他作物葉斑病抗性評價標準,確定了芝麻棒孢葉斑病抗性分級范圍,對174份芝麻種質資源進行了抗病性評價,其中抗病品種32個,中抗品種17,中感品種69個,感病品種30個,高感品種26個。芝麻推廣品種中抗病品種所占比例較高,這是長期人工選擇的結果,但是并未篩選到免疫和高抗品種,因此還需要從國內外廣泛收集、鑒定芝麻種質資源,加快篩選高抗種質,用于芝麻推廣品種的抗性改良,進一步提高芝麻推廣品種的抗性水平,為有效控制芝麻棒孢葉斑病危害創造條件。

此外,本研究發現,父本或母本具有高抗葉斑病的基因資源,其雜交后代衍生品種表現出良好抗性,如 ‘豫芝4號’和‘鄭芝13’作為優勢親本,兩者均表現出良好的棒孢葉斑病抗性,其雜交后代‘周芝13’對棒孢葉斑病同樣表現為抗性,且平均產量達1 606.7 kg/hm2,比親本‘豫芝4號’增產9.3%。其他以‘豫芝4號’做親本衍生的后代,如‘鄂芝7號’‘漯芝15’‘漯芝18’‘皖芝1號’‘豫芝11’等均對棒孢葉斑病表現抗病表型。目前,已有其他農作物抗性品種研究結果表明,品種的抗性與雙親的抗性具有密切關系[18-19]。劉紅艷等[20]對中國芝麻品種的系譜分析表明,不同地理來源、不同性狀的親本組配有助于促進優勢互補,改進優化品種性狀。本研究中篩選出的抗性種質多表現為抗病,雖然沒有達到高抗,但是可以作為優勢親本引入育種工作,其中‘河南1號’‘漯芝22’‘鄂芝4號’等可作為選育抗病品種的重要基礎材料。通過對芝麻棒孢葉斑病抗病種質資源評價,分析系譜關系,發掘抗病基因并加以利用,有助于增加我國芝麻推廣品種的遺傳多樣性,促進抗病、抗逆、高產的芝麻品種選育進程。