侯曉靜，龍永紅，龍飛，王瑾，許強*

（1.荊門（中國農(nóng)谷）農(nóng)業(yè)科學研究院，湖北 荊門，448000；2.荊門農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，湖北 荊門，448000；3.華中農(nóng)業(yè)大學植物科技學院，湖北 武漢，430070）

十字花科根腫病是由蕓薹根腫菌（Plasmodiophora brassicaeWoron）引起的土傳病害，病菌能夠侵染和危害十字花科植物根部[1]，是一種在全球范圍內(nèi)極具危害的植物病害之一[2]，包括中國在內(nèi)的60 多個國家均有發(fā)生[3]。我國根腫病分布區(qū)域較廣[4]，油菜根腫病主要分布在四川、云南、安徽、湖北等地[5]。一旦受到感染，油菜作物籽粒產(chǎn)量和含油量均會顯著下降[2]。生產(chǎn)應(yīng)用中，根腫病較為常見的防治措施有農(nóng)業(yè)綜合防治，生物、化學農(nóng)藥防治，培育抗病品種等[6～8]。但由于根腫菌對環(huán)境抵抗力強、存活時間長，普通防治措施成本高且無法徹底解決該病的危害[9]。因此，抗病品種培育是防治根腫病最經(jīng)濟、最有效的途徑[10～12]。目前，加拿大在油菜抗根腫病育種方面開展了相關(guān)工作，成功培育出了油菜抗病新品種。我國華中農(nóng)業(yè)大學張椿雨教授團隊利用含多個抗病位點的蕪菁ECD04 和抗病大白菜CR Shinki 為父本分別與優(yōu)良甘藍型油菜常規(guī)品種華雙5 號和波里馬恢復系丙409 進行雜交，成功培育了我國首批抗根腫病甘藍型油菜常規(guī)新品系華雙5R和華油雜62R。

由于蕓薹根腫菌致病力強，且致病型生理小種分化形成多種復雜的群體結(jié)構(gòu)，同一抗病品種對不同的生理小種可能具有不同的抗性反應(yīng)，導致抗病品種在實際生產(chǎn)中的抗性表現(xiàn)及其生產(chǎn)性能表現(xiàn)存在較大的不確定性。因此，綜合評價不同油菜抗根腫病材料在實際生產(chǎn)中的表現(xiàn)尤為重要。因子分析法是一種用來研究存在于同一系統(tǒng)中多個可觀測變量之間相互關(guān)系的多元統(tǒng)計分析方法，基本目的是用少數(shù)幾個因子描述多個指標或因素之間的聯(lián)系[13]。由于其在作物多性狀分析及評價領(lǐng)域應(yīng)用的可行性，目前在作物遺傳育種及種質(zhì)資源評價中已有較多應(yīng)用，主要用于分析作物品種多個數(shù)量性狀復雜的相互關(guān)系[14,15]。本研究嘗試采用因子分析法，對在荊門市根腫病重度發(fā)病田塊種植的16個抗根腫病品種（系）進行綜合性評價和種植效益分析，通過與抗根腫病品種華雙5R和華油雜62R進行比較及綜合評價，篩選出抗根腫病新品系18ZP05、18 苗337、18ZP01 和SHR02，以期為抗病品種在實際生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用提供理論參考，同時為我國油菜抗根腫病育種工作提供寶貴資源。

1 材料與方法

1.1 材料

供試的16個油菜品種（系），系華中農(nóng)業(yè)大學張椿雨教授團隊培育的具有抗根腫病特性的新型甘藍型油菜，均由華中農(nóng)業(yè)大學國家油菜工程技術(shù)中心提供，其中華雙5R和華油雜62R為對照品種。

1.2 實驗設(shè)計

試驗于2018-2019年在荊門市掇刀區(qū)團林鋪鎮(zhèn)馬廟村進行，前茬作物為水稻，由于根腫病發(fā)病嚴重，試驗田塊已連續(xù)三年未種植油菜。田塊致病菌生理小種經(jīng)Williams 鑒別系統(tǒng)鑒定為4 號小種（由華中農(nóng)業(yè)大學國家油菜工程技術(shù)中心鑒定）。

試驗共設(shè)16 個處理，每個處理3 次重復，采用完全隨機設(shè)計，小區(qū)大小為4 m × 3 m，面積12 m2。油菜播種量均為4.5 kg/hm2，人工條播，行距0.3 m，株距0.15 m，定苗后每小區(qū)基本苗均為260株左右。所有小區(qū)施肥、灌水等田間管理措施一致。

1.3 樣品分析與調(diào)查分級標準

1.3.1 樣品分析 油菜成熟后，通過對小區(qū)進行單收單打測定菜籽產(chǎn)量；油菜籽含油量、硫苷（硫代葡萄糖苷）含量采用近紅外檢測技術(shù)測定。

1.3.2 調(diào)查分級標準 根腫病調(diào)查標準采用0～4級，分級標準如下：0為根部無病；1級為須根末梢上有少量且較小根瘤；2 級為側(cè)根上有根瘤出現(xiàn)；3 級為須根及側(cè)根根瘤大且主根末梢有小的根瘤；4 級為主根全部腫大，根上根腫部分開始龜裂腐爛、植株出現(xiàn)萎焉癥狀或已死亡。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

所有數(shù)據(jù)采用SPSS22.0 統(tǒng)計軟件進行因子分析。

1.4.1 因子分析 （1）數(shù)據(jù)標準化處理：為使所有結(jié)果量綱一致，因子分析前，采用隸屬函數(shù)法對原始數(shù)據(jù)進行均衡歸一化（標準化）處理。其中正相關(guān)指標（產(chǎn)量、含油量）依據(jù)公式（1）計算；負相關(guān)指標（硫苷含量、發(fā)病率、病情指數(shù)）依據(jù)公式（2）計算。

式中，Xin和X'n分別指第n個品種中第i項指標原始數(shù)據(jù)的隸屬函數(shù)值；Uin為第n個品種第i項指標的原始測定結(jié)果；Uimin和Uimax分別指樣品組中第i 項指標的最小值和最大值。

（2）主成分分析：數(shù)據(jù)經(jīng)標準化后進行主成分分析，根據(jù)主分量累計貢獻率≥85%的原則，確定主成分（公因子）個數(shù)，得出主成分的分值Fjn；依據(jù)公式（3），將各公因子的特征值貢獻率作為權(quán)數(shù)進行加權(quán)求和，可得出不同抗根腫病油菜品種評價綜合得分。

式中，Dn是主成分分析法所得各品種指標的綜合得分；Fjn為第n個樣品第j個特征值大于1 的主成分得分；m為特征根大于1的主成分個數(shù)；Ej為第j個主成分的貢獻率。

1.4.2 病情指數(shù)計算及抗性類型劃分 發(fā)病率及病情指數(shù)分別依據(jù)公式（4）和（5）計算。

抗性類型依據(jù)病情指數(shù)（ID）劃分[2]：ID 為0（免疫）；0＜ID≤5，高抗（HR）；5＜ID≤15，抗?。≧）；15＜ID≤30，中抗（MR）；30＜ID≤50，感?。⊿）；ID＞50，高感（HS）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同抗根腫病油菜品種（系）田間抗性表現(xiàn)及品質(zhì)指標結(jié)果

2.1.1 不同油菜品種（系）田間抗性表現(xiàn) 由表1

表1 不同油菜品種（系）抗病性鑒定結(jié)果Table 1 Identification results of disease resistance of different rapeseed lines

可以看出，不同抗根腫病油菜品種（系）中，表現(xiàn)高抗、抗病、中抗、感病和高感的分別有5、2、3、3、3個，分別占供試材料的31.25%、12.5%、18.75%、18.75%、18.75%，病情指數(shù)分別為0.26～3.55、11.49～11.79、22.48～29.41、36.16～46.59、70.27～86.91。

2.1.2 不同油菜品種（系）抗病性及品質(zhì)指標變異程度 從變異程度來看，發(fā)病率和病情指數(shù)變異系數(shù)較大，均接近100%，說明同一區(qū)域不同油菜品種（系）間抗病性存在較大差異；含油量變異程度較小，低于10%（表2），說明不同品種（系）間含油量差異不顯著。

表2 不同油菜品種（系）品質(zhì)指標測定結(jié)果Table 2 Determination results of quality indexes of different rapeseed lines

2.1.3 不同油菜品種（系）抗病性及性狀指標分析 根據(jù)表3 可知，不同品種（系）間抗病性差異顯著，高抗品系18 苗331、18 苗336、18 苗337、SHR01以及華雙5R 的抗病性顯著高于其他材料（P＜0.05）。不同品種（系）菜籽產(chǎn)量差異顯著，且與抗病性呈現(xiàn)不同趨勢，高抗品種（系）華雙5R、18 苗331、18 苗336 產(chǎn)量顯著低于中抗品系18ZP05（P＜0.05）；高感品系18 苗335、18 苗338 和華919 菜籽產(chǎn)量嚴重下降且顯著低于其他材料（P＜0.05）。

表3 不同油菜品種（系）抗性及性狀指標分析Table 3 Analysis of resistance and character index of different rapeseed lines

2.2 不同抗根腫油菜品種（系）的綜合評價

2.2.1 KMO 檢驗和巴特利球度檢驗 對標準化后的數(shù)據(jù)進行KMO檢驗和巴特利球度檢驗，由檢驗結(jié)果可知（表4），KMO 統(tǒng)計值為0.619，大于0.5，巴特利球形檢驗的卡方統(tǒng)計值為94.005（P＜0.001），兩項統(tǒng)計指標的檢驗結(jié)果表明本研究適合進行因子分析。

表4 KMO檢驗和巴特利球度檢驗結(jié)果Table 4 KMO test and Bartley sphericity test results

2.2.2 主成分的確定及旋轉(zhuǎn)因子載荷矩陣分析由表5 可知，2 個公因子（F1、F2）對樣本方差的累計貢獻率為86.637%，具有充分的代表性，表明可以用這2 個公因子代表原來5 個評價指標因子，對16個抗病油菜品種（系）品質(zhì)進行分析和評價。

表5 16個油菜品種（系）的旋轉(zhuǎn)因子載荷矩陣分析Table 5 Analysis of rotation factor loading matrix of 16 rapeseed lines

可以看出，第1 主成分（F1）貢獻率達56.685%，具有較高載荷的指標有病情指數(shù)、發(fā)病率、產(chǎn)量。發(fā)病率和病情指數(shù)是作物抗病性能最直觀的體現(xiàn)，也是影響作物產(chǎn)量的關(guān)鍵性因子。產(chǎn)量和抗病性能的高低影響作物的經(jīng)濟效益。因此將第1主成分命名為經(jīng)濟指標因子。第2 主成分（F2）貢獻率為29.951%，其中硫苷含量和含油量貢獻較高。硫苷與含油量是油菜重要的品質(zhì)性狀，低硫苷含量與高含油量已成為油菜育種與生產(chǎn)的目標之一[16]。因此將第2主成分命名為品質(zhì)指標因子。

2.2.3 不同油菜品種（系）各因子得分及綜合評價 利用SPSS統(tǒng)計軟件計算主成分各因子的得分，并且根據(jù)式（3）計算各品種綜合得分，具體結(jié)果見表6。可以看出，在本試驗中，綜合得分排名靠前的品種（系）依次為18ZP01、18ZP05、18 苗337、18 苗336、SHR02。其中，18ZP01 和18ZP05 在品質(zhì)指標因子中排名前二，說明其在高含油量和低硫苷含量上具有較高優(yōu)勢。18 苗337、18 苗336 和SHR02 在經(jīng)濟指標因子中排名分別為第1、3和5，說明其在根腫病病區(qū)豐產(chǎn)性表現(xiàn)較好。

表6 16個油菜品種（系）各主成分因子得分及綜合得分與排名Table 6 Principal component and comprehensive scores and orders of 16 rapeseed lines

不同抗病品系在2個公因子上的得分排序也各不相同。以經(jīng)濟指標因子（F1）排序，18 苗337、SHR01、18苗336、18苗331、SHR02排名靠前。以品質(zhì)指標因子（F2）排序，18ZP05、18ZP01、SHR06、18ZP02、華919排名靠前。

2.3 不同油菜品種（系）綜合評價的檢驗

種植效益的高低在一定程度上反映了農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)的高低，可以間接反映抗病品種的實際應(yīng)用價值。因此，本研究參考當?shù)?020年度菜籽收購價格行情（表7），計算不同品種（系）油菜籽收益，以效益來檢驗綜合評價結(jié)果的準確性。

表7 荊門市2020年油菜籽收購價格Table 7 Rapeseed purchasing price in 2020 of Jingmen City

由圖1 可以看出，綜合得分排名靠前的18ZP01、18ZP05、18苗337、18苗336和SHR02，其種植效益也較高，排名分別為第4、1、3、6 和5。其中，華油雜62R 雖然綜合得分中等，但由于其較為穩(wěn)定的豐產(chǎn)性，因此效益排名較綜合得分有一定程度上升。種植收益排名靠后的品種（系）為華雙5R、SHR07、18 苗335、18 苗338 以及華919。效益趨勢與因子分析綜合得分趨勢基本吻合，說明因子分析的結(jié)果與客觀實際接近，評價結(jié)果可靠有效。

圖1 不同油菜品種（系）種植效益比較Fig.1 Comparison of planting benefits with different rapeseed lines

3 討論

3.1 因子分析與綜合評價

對16個油菜品種（系）的田間抗病性、產(chǎn)量和品質(zhì)等農(nóng)藝性狀的調(diào)查和測定結(jié)果顯示，油菜各品種（系）間抗病性與田間農(nóng)藝性狀存在不同程度的相關(guān)性和相對獨立性，采用單一或者幾個指標進行評價往往具有片面性及不確定性。因此，提取公因子對所有供試材料進行綜合評價十分必要。目前，此法已在蘋果[17]、甘薯[18]、大蒜[19]等多種種質(zhì)資源評價方面得到了廣泛應(yīng)用。

本研究通過因子分析，將反映16 個油菜品種（系）較為重要的抗病性及農(nóng)藝性狀指標簡化為2個公因子，累計方差貢獻率達86.637%，由此可見2 個公因子既能反映原始數(shù)據(jù)的絕大多數(shù)信息，又剔除了重復的部分，更有利于全面把握各個品種的綜合指標性狀，排名結(jié)果更為客觀合理。此外，通過對各油菜品種（系）菜籽收益進行分析，進一步驗證了綜合評價結(jié)果的準確性。

3.2 不同油菜品種（系）的抗性及田間表現(xiàn)差異

十字花科作物根腫病抗性的鑒定較為常見的方法有人工接種鑒定和田間鑒定。其中，田間鑒定在作物自然生長條件下進行，鑒定結(jié)果更能反映品種田間抗性表現(xiàn)[20]。從本研究來看，華雙5R 與華油雜62R 作為國內(nèi)率先培育出的抗根腫病油菜品種，田間抗性表現(xiàn)優(yōu)越，這與王曉娥[21]、李倩[22]研究結(jié)果一致。值得注意的是，從本團隊2018-2019 年試驗情況來看，華雙5R抗性雖然顯著高于試驗中絕大多數(shù)品種（系），但與同抗性水平或較低抗性水平品種（系）相比，其豐產(chǎn)性還有待進一步提升。這或許是由于油菜對根腫病有一定的抵御和恢復能力，根瘤周圍會萌發(fā)出新的須根促進油菜恢復性生長[8,23]。因此，一些前期表現(xiàn)為抗病或中抗的品種（系），后期發(fā)生恢復性生長情況，產(chǎn)量也隨之增加。楊玉珠等研究表明，油菜不同生育期根腫病發(fā)生程度不同，其中薹期最為嚴重，成熟期發(fā)病率和病情指數(shù)均有所下降[24]。結(jié)合本研究結(jié)果，在根腫菌侵染較為輕微區(qū)域，探索油菜種植良好的栽培管理措施，如在油菜蕾薹期增施肥料，后期保證水分供應(yīng)，促進油菜根腫周圍新須根的生長[8]，可以有效減輕根腫病帶來的危害。

本試驗開展區(qū)域為根腫病重發(fā)區(qū)，從結(jié)果來看，18苗335、18苗338和華919抗性為高感類型，其發(fā)病率較高，菜籽產(chǎn)量及種植效益均受到嚴重影響，說明不適宜進行大面積推廣應(yīng)用。結(jié)合綜合評價及種植效益，具有較高推廣應(yīng)用價值的品種（系）為18ZP05、18 苗337、18ZP01 和SHR02。 其中18ZP05、18ZP01 和SHR02 的根腫病發(fā)病率和病情指數(shù)低于華油雜62R，18 苗337 的抗性表現(xiàn)更好，其發(fā)病率和病情指數(shù)顯著低于華雙5R 和華油雜62R。同時，這些品種（系）均在根腫病重發(fā)區(qū)仍保持了較高的油菜籽產(chǎn)量，品質(zhì)也相對較好。種植效益均高于華雙5R，其中18ZP05 的種植效益要優(yōu)于華油雜62R。但由于根腫菌自身具有致病性分化的特征，即使是同一品種（系）在不同地區(qū)其抗感表現(xiàn)也會不同[21]。因此，若在其他病區(qū)引種，建議先小范圍試種，待確定其抗性表現(xiàn)后再考慮大面積推廣。

4 結(jié)論

本研究對16 個抗根腫病油菜品種（系）的5 個主要指標進行了分析，共提取出2 個特征值大于1的公因子，分別是發(fā)病率、病情指數(shù)和產(chǎn)量組成的公因子1（F1），含油量和硫苷含量組成的公因子2（F2），兩個公因子的累計方差貢獻率為86.637%。經(jīng)綜合評價分析根腫病抗性和農(nóng)藝指標表現(xiàn)，篩選得到18ZP05、18 苗337、18ZP01 和SHR02 4 個材料在根腫病抗性及綜合種植效益表現(xiàn)優(yōu)異，可考慮在當?shù)馗[病發(fā)病區(qū)域進行進一步的種植推廣。本研究的開展，可為抗病品種在實際生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用提供參考，也為我國油菜抗根腫病育種提供了寶貴的資源。