河北省小麥主栽品種對莖基腐病抗性鑒定及評價指標相關性分析

吳玉星 韓森 王亞嬌 張巧麗 高建海 栗秋生 孔令曉

關鍵詞：小麥品種；莖基腐病；假禾谷鐮刀菌；抗性評價

由假禾谷鐮刀菌引起的小麥莖基腐病也稱小麥冠腐病（Fusariumcrown rot，FCR），是小麥生產中重要的土傳病害，可導致小麥根莖基部變褐腐爛，是小麥生產重要的限制因素之一。該病在澳大利亞、美國、加拿大等國家均有發生，正常年份造成產量損失約10%，大流行年份可達35%。并且由于全球氣候變暖、耕作制度的變革、缺乏高效持久藥劑等因素，病害發生呈逐漸加重趨勢。該病自2012年在我國首次報道以來，發病面積和嚴重度急劇增加，河北省發病嚴重地塊白穗率達到20%～50%。

抗性品種應用是病害管理的重要環節，但對于小麥莖基腐病，生產上鮮有免疫或高抗的小麥品種，感病或高感品種占80%以上。穩定、高效的抗性鑒定方法是抗性育種和基因挖掘的基本前提，而抗性評價指標的選擇可影響評價的準確性，田間抗性評價易受環境因子和作物生長發育狀態影響，而溫室評價方法存在與田間抗性水平相關性并不顯著的現象，因此，用多種抗性評價方法和指標進行綜合評價，有利于篩選優質抗性資源。通過苗期及成株期抗性評價，先后篩選出了‘Surico’‘CSCR6’‘EGAWylie'翻山小麥“寧麥9號’等表現中抗的種質材料。研究者在對黃淮麥區236份小麥品種（系）的抗性評價中，發現多數材料在苗期感病或高度感病；篩選出‘矮抗58’和‘鄭麥7698’可分別作為感病和中抗對照品種，苗期和成株期抗性水平無顯著相關性。金京京等對我國670份小麥品種（系）進行溫室苗期抗性鑒定，發現感病材料（病情指數>30）所占百分比達到84%，且包含多個近年來小麥生產中的主推品種；發掘獲得15份抗病表現穩定、抗性水平與抗病對照‘Sunco’相仿的材料，病情指數在10.9～19.4之間，其株高、抽穗期等農藝性狀表現出較為豐富的變異，可為小麥抗莖基腐病品種選育提供種質資源。

河北省小麥種植面積和產量在全國均名列前茅，雖然已有研究者對國內外多個小麥品種進行了室內及田間抗性鑒定，但對于河北省主栽品種，還缺乏系統性和多年的抗病性評價研究。因此，本研究針對適合河北省種植的主栽品種，通過室內離體、溫室苗期及田間抗性評價相結合，明確這些主栽品種的抗性水平，從中篩選抗性品種，為小麥抗莖基腐病品種選育和品種布局提供技術支撐。

1材料與方法

1.1供試小麥品種和來源

河北省主栽品種20個（表1），由河北省農林科學院糧油作物研究所、旱作農業研究所、石家莊市農業科學院、滄州市農業科學院等單位提供，‘Sunco’為中抗對照，‘國麥301’為感病對照。

1.2供試菌株及接種體準備

供試假禾谷鐮刀菌菌株2035由河北省農林科學院植物保護研究所分離保存。苗期抗性鑒定采用分生孢子懸浮液浸種法接種，濃度為1×105個/mL；成株期抗性鑒定采用谷粒法接種；分生孢子及谷粒接種物培養方法按參考文獻進行。

1.3苗期鑒定方法

鑒定方法見參考文獻，取不同品種小麥種子，放入鋪有濕濾紙的直徑60mm無菌培養皿內催芽，選取出芽一致的種子在1×105個/mL假禾谷鐮刀菌孢子懸浮液中浸泡1min，然后播種于直徑15cm的營養缽中，每盆25～30粒，3次重復，土壤按滅菌土：營養土=1：1混合，溫度22～25℃，光暗各12h交替培養，35d后調查病害嚴重度，按第一葉鞘褐變長度進行嚴重度分級。同時采用qPCR方法測定小麥莖基部組織中病原菌DNA的含量。將所調查不同品種小麥幼苗從營養缽中取出，每品種取10株，3次重復，用無菌水洗凈，濾紙吸干水分，剪取小麥第一葉以下莖基部組織，稱取約0.2g，采用高效植物基因組DNA提取試劑盒（天根）提取小麥組織的DNA，將DNA濃度調至50ng/uL，以Tri3（引物：5'-CAAGTTTGATCCAGGGTAATCC-3，/5 r_GCT_GTTTCTCTTAGTCTTCCTCA-3）基因為檢測基因，測定小麥莖基部組織中假禾谷鐮刀菌DNA含量。PCR反應體系參照TaKaRa TB GreenPremix Ex Taq說明書，反應程序為95℃預變性5min；95℃變性30s，60℃退火并延伸30s，72℃延伸45s，延伸階段采集信號，40個循環。

1.4田間成株期鑒定方法

田間成株期鑒定于2021年和2022年在河北省保定市河北省農林科學院植物保護研究所試驗田完成。每品種播種1行，行長1m，行距30cm，每行播種100粒，3次重復。接種和調查方法參照紀莉景等的方法，分級方法按下列標準：0級：無變褐癥狀；1級：第一莖節褐變面積25%以下；2級：第一莖節褐變面積25%～50%;3級：第一莖節褐變面積51%～75%;4級：第一莖節占75%以上或褐變到第二、三莖節并未引起枯白穗；5級：小麥植株枯白穗。

1.5數據統計

按以下公式計算白穗率和病情指數。

白穗率一白穗數／調查總穗數×100%;

病情指數（DI）=∑（病株數×各級代表值）／（調查總株數×最高級代表值）×100。

苗期抗病類型參考金京京等‘93的方法，劃分為4個級別：DI≤10，抗病；1030，高感。

成株期抗病類型以中抗品種‘Sunco’和感病品種‘國麥301’劃分：DI=0，免疫；抗中感，DI≥DI國麥301，高感。

DI為病情指數；式中比較方式為方差分析結果，“=”為無顯著差異，“<”或“>”表示有顯著差異，a=0.05。

數據分析采用SPSS 26.0軟件，Duncan氏新復極差法對各品種間苗期和成株期病情指數、白穗率分別進行差異顯著性分析，Pearson法對各品種苗期和成株期的病情指數、白穗率及苗期莖基部病原菌DNA含量等抗性評價指標進行相關分析。

2結果與分析

2.1溫室苗期抗性鑒定

溫室苗期抗性鑒定結果表明，河北省主栽品種病情指數9.79～45.56，中抗品種‘Sunco’苗期病情指數21.25，表現為中感。病情指數在10以下的品種1個，‘衡0628’發病最輕，病情指數9.79；病情指數10～20的品種有6個：‘山農22’‘藁優5766’‘中麥1062’‘冀麥325’‘輪選987’‘石麥15’，表現為中抗；病情指數20～30（不含20）的品種有8個：‘石4366’‘石農086’‘良星66’‘滄麥119’‘師欒02-1’‘觀35’‘衡4399’‘冀麥585’，表現為中感；‘邢麥13’‘國麥301’‘冀麥418’‘河農6331’‘邯麥19’等5個品種病情指數超過30，表現為高感。

苗期小麥莖基部組織中假禾谷鐮刀菌DNA含量測定結果表明，病情指數最低的‘衡0628’其DNA含量為25.53ng/g;6個中抗品種病原菌DNA含量為32.82～69.14ng/g;8個中感品種病原菌DNA含量為82.85～194.37ng/g；5個高感品種病原菌DNA含量為218.55～432.32ng/g，小麥莖基腐病原菌DNA含量變化趨勢與苗期病害嚴重度一致（圖1），

2.2田間成株期抗性鑒定

中抗品種‘Sunco’ 2021年和2022年鑒定的病情指數分別為33.03和37.93，白穗率分別為0.53%和7.87%。品種‘冀麥585’‘衡4399’‘石麥15’‘觀35’‘藁優5766’等5個品種201年病情指數27.26～36.82，白穗率為2.31%～5.92%;2022年病情指數為21.75～53.34，白穗率為0～18.30%，2年的病情指數和白穗率與中抗品種‘Sunco’無顯著差異，田間接種鑒定為中抗小麥莖基腐病。‘河農6331’‘衡0628’‘山農22’‘邯麥19’‘邢麥13’‘中麥1062，等6個品種2年最高病情指數和白穗率與感病品種‘國麥301’相當，鑒定為感病品種，其中，‘邯麥19’品種在2年的鑒定中病情指數和白穗率最高，2021年病情指數達到79.44，顯著高于對照品種‘國麥301’的59.41。‘滄麥119’‘石農086’‘師欒02-1’‘冀麥325’‘冀麥418’‘良星66’‘輪選987’‘石4366’等8個品種病情指數和白穗率高于中抗品種‘Sun-CO’，低于感病品種‘國麥301’，抗性鑒定為中感品種。

2.3抗性指標相關性分析

通過分析苗期鑒定病情指數與小麥莖基部組織中假禾谷鐮刀菌DNA含量，發現苗期小麥莖基部組織中病原菌DNA含量與苗期病情指數有極強的相關性，相關系數為0.960。通過分析田間成株期和苗期病情指數相關性，2021年和2022年成株期與苗期病情指數相關系數分別為0.439和0.267，相關性不顯著。2021年和2022年的田間成株期抗病性鑒定結果顯示，病害病情指數與白穗率之間存在顯著相關性，2年的相關系數分別為0.666和0.753，年度間病情指數相關系數為0.664，白穗率相關系數為0.828，相關性顯著。因此，本研究綜合2年的田間接種病情指數和白穗率來評價品種抗病性。

3結論與討論

本研究通過對20個河北省主栽品種室內苗期抗性鑒定和2年田間成株期接種抗性鑒定發現，‘衡0628，苗期發病最輕，表現為抗病；‘山農22'藁優5766’‘中麥1062’‘冀麥325’‘輪選987’‘石麥15’苗期表現中抗。‘冀麥585’‘衡4399’‘石麥15’‘觀35’‘藁優5766’等5個品種成株期表現為中抗，苗期和成株期中抗以上品種分別占供試品種的35%和25%，其余為感病品種。與前人多項抗病性鑒定結果相比，無論苗期或成株期鑒定，感病品種均占大多數，趨勢一致。但與徐飛等的研究結果感病品種占50%有差異，可能是由于供試品種差異造成。本研究與徐飛等的鑒定品種中包含同一個品種‘觀35’，且都表現為中抗，進一步驗證了本研究抗病性鑒定結果。在澳大利亞，已經有利用莖基部褐變程度與白穗率相結合評價小麥品種資源對莖基腐病抗性水平的報道，本研究同樣利用病情指數和白穗率相結合的方法評價品種抗病性，且2年的鑒定結果都表明病情指數與白穗率之間存在明顯的相關性；與部分報道的病情指數與白穗率之間無明顯相關性有所不同，原因可能是由于病情指數計算方法差異，本研究將白穗換算為病級統計人病情指數，因此可能增加病情指數與白穗率間的相關性。

多項研究表明，溫室苗期抗病性鑒定結果與結合莖基部褐化和白穗率綜合評價成株期田間抗病性鑒定結果有良好的相關性；而同樣有研究結果顯示，兩者相關性不顯著，本研究溫室苗期鑒定結果與2年田間鑒定結果都無明顯相關性，可能與不同生育期抗病基因作用不同相關。‘石麥15’和‘藁優5766’兩個品種無論在苗期或成株期均表現中抗，說明2個品種的抗性水平較高，且抗性穩定，可以在小麥莖基腐病風險較高的地區廣泛應用，對病害的流行和蔓延起到抑制作用。

小麥莖基腐病嚴重度有不同的評估方法，Knight等證明小麥莖基部褐斑程度與病原菌生物量具有相關性，并且都可以作為反映寄主抗性的指標。本研究在室內抗病性鑒定中，利用病害嚴重度分級與小麥莖基部病原菌DNA含量相結合的方法評價苗期抗性，并證明二者存在顯著相關性，避免因病害分級或其他因素造成莖基部變褐癥狀引起的試驗誤差，更能反映苗期抗性鑒定的準確性。