張彬 李金秀 王震 石利朝 李金榜

關(guān)鍵詞：小麥品種；赤霉病；抗性評(píng)價(jià)；農(nóng)藝性狀

小麥赤霉病是由禾谷鐮刀菌Fusariurn gra-mznearurn引起的一種世界性小麥病害，長(zhǎng)江中下游麥區(qū)是我國(guó)小麥赤霉病的多發(fā)區(qū)和重發(fā)區(qū)。近年來(lái)，隨著氣候變暖、耕作制度的變化及抗多菌靈病原種群的擴(kuò)展等原因，該病的發(fā)生區(qū)域呈北上擴(kuò)展趨勢(shì)，常年發(fā)病面積已超過(guò)700萬(wàn)hm2，危害程度逐年加重，重發(fā)頻率明顯上升，于2003年、2012年、2015年、2016年、2018年偏重以上流行，給小麥生產(chǎn)造成了嚴(yán)重影響。其中，2012年小麥赤霉病發(fā)生面積最大，危害最重，造成小麥產(chǎn)量損失超過(guò)200萬(wàn)t。小麥赤霉病的發(fā)生不僅導(dǎo)致小麥大面積減產(chǎn)，還會(huì)導(dǎo)致小麥品質(zhì)下降，其病原菌產(chǎn)生的脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（deoxynivalenol，DON）毒素及其他次生代謝物，干擾核糖體肽基轉(zhuǎn)移酶的活性，抑制核糖體循環(huán)和蛋白質(zhì)合成，引起嘔吐、頭暈和免疫功能障礙等癥狀，使小麥籽粒加工的面粉商品性喪失，給小麥生產(chǎn)安全和食品安全帶來(lái)很大的隱患；甚至病麥籽粒用于飼料也會(huì)對(duì)畜禽引起明顯的毒害。而農(nóng)業(yè)措施控制小麥赤霉病的發(fā)生收效甚微，并且隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度的不斷提升，通過(guò)改變耕作制度和栽培措施的方式降低赤霉病危害的空間也越來(lái)越??；化學(xué)防治要投入人力、物力和財(cái)力，降低小麥生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益；并且由于防治小麥赤霉病的藥劑作用位點(diǎn)單一，病原菌靶點(diǎn)基因容易發(fā)生突變，降低了藥劑與病原菌之間的親和性，病原菌極易產(chǎn)生抗藥性，造成“超級(jí)病菌”的產(chǎn)生。此外，長(zhǎng)期進(jìn)行化學(xué)防治不可避免地對(duì)生態(tài)環(huán)境造成污染。當(dāng)前，我國(guó)小麥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展面臨提高產(chǎn)量和品質(zhì)，保護(hù)環(huán)境和降低生產(chǎn)成本等諸多挑戰(zhàn)；因此，提高小麥產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力，對(duì)確保國(guó)家糧食安全意義重大。研究與實(shí)踐證明，使用抗病品種是控制小麥赤霉病最有效、經(jīng)濟(jì)且綠色環(huán)保的防控措施，而攜帶有抗赤霉病基因的抗源材料是選育抗病品種的物質(zhì)基礎(chǔ)。

我國(guó)小麥遺傳資源豐富，被認(rèn)定為普通小麥的變異中心，為抗赤霉病育種提供了種質(zhì)資源條件。我國(guó)自20世紀(jì)40年代開(kāi)始進(jìn)行小麥赤霉病抗性改良工作，并選育出了以‘蘇麥3號(hào)’為代表的抗赤霉病小麥品種。但是，小麥對(duì)赤霉病的抗性屬于數(shù)量性狀遺傳，受遺傳因素和環(huán)境的雙重影響，抗病性復(fù)雜。選育的抗赤霉病小麥品種多有高稈、晚熟、易倒伏、穗粒少、千粒重低等不良農(nóng)藝性狀。導(dǎo)致大面積栽培品種至今仍未能取得豐產(chǎn)性與抗赤霉病性相結(jié)合的新突破。挖掘?qū)Τ嗝共∮锌剐郧肄r(nóng)藝性狀良好的種質(zhì)資源是選育抗赤霉病品種的首要工作。本研究利用人工接種鑒定的方法，對(duì)54個(gè)黃淮南部小麥新品種（系）進(jìn)行赤霉病抗性鑒定，并對(duì)其農(nóng)藝性狀進(jìn)行分析，以期挖掘出抗病性強(qiáng)、綜合農(nóng)藝性狀好的小麥品種（系），為抗病育種和赤霉病的綠色防控提供種質(zhì)資源。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

供試的54份小麥品種（系）來(lái)自國(guó)家小麥育種重大科研聯(lián)合攻關(guān)成員單位，具體信息見(jiàn)表1。病原菌由河南省作物分子育種研究院提供，禾谷鐮刀菌Fusariurn grarninearum包括3個(gè)黃淮麥區(qū)赤霉病強(qiáng)致病力菌株（Fg18-1、Fg18-2、Fg18-4）；亞洲鐮刀菌Fusariurn asiaticurn包括1個(gè)長(zhǎng)江中下游麥區(qū)赤霉病強(qiáng)致病力菌株（Fa301）。選用‘蘇麥3號(hào)’作為高抗對(duì)照品種；選用適宜在黃淮南部種植且在田間能夠表現(xiàn)出抗病性的‘鄭麥9023’‘鄭麥0943’分別作為中抗、中感對(duì)照品種。

1.2赤霉病抗性鑒定方法

供試材料種植于南陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院具有保濕功能的赤霉病抗性鑒定圃，每份材料播種2行，行長(zhǎng)2m，行距20cm;每隔25個(gè)試驗(yàn)材料種植1組對(duì)照品種。整個(gè)試驗(yàn)地采用人工開(kāi)溝，條播的播種方式。

赤霉病菌培養(yǎng)和田間人工接種方法：將4個(gè)菌株等量混合后接種于PDA培養(yǎng)基上活化，25℃黑暗條件下培養(yǎng)4d，用打孔器打取直徑5mm的菌絲塊備用。玉米粒煮10min，裝入三角瓶中滅菌，然后將3個(gè)菌絲塊放人裝有玉米粒的三角瓶中，25℃培養(yǎng)至玉米粒表面長(zhǎng)滿(mǎn)菌絲。小麥抽穗前分兩次（3月23日和3月31日）將帶病玉米粒均勻撒于鑒定圃，每次接種量為30kg/hm2，接種后噴霧保濕，每天2～4次，每次噴霧3～5min，增大空氣濕度，使麥穗和葉片上有水，地表無(wú)積水。為保證抗性調(diào)查時(shí)，每個(gè)品種處在相同的生育期，需要在試驗(yàn)的過(guò)程中記錄每個(gè)品種的揚(yáng)花期，揚(yáng)花期后28d，分別對(duì)每個(gè)小麥品種進(jìn)行抗性調(diào)查，每份材料隨機(jī)抽取20個(gè)麥穗，記錄發(fā)病情況。

1.3田間種植方法

小麥品種（系）種植于南陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)田，肥力均勻，播種前施復(fù)合肥（N-P-K：15-15-15）750kg/hm2。試驗(yàn)小區(qū)順次排列，不設(shè)重復(fù)，小區(qū)長(zhǎng)100m，寬3.5m，行距20cm，面積350m2。試驗(yàn)田的管理如常規(guī)育種田。

1.4數(shù)據(jù)分析

參考《小麥抗病蟲(chóng)性評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范：小麥抗赤霉病評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》（NY/T 1443.4-2007），計(jì)算病情指數(shù)進(jìn)行抗性劃分。嚴(yán)重度分為4個(gè)等級(jí)，O：感病小穗無(wú)或極少；1：病部占全穗的0.01%～25.00%;2：病部占全穗的25.01%～50.00%；3：病部占全穗的50.01%～75.00%；4：病部占全穗的75.01%～100%?？剐栽u(píng)價(jià)以對(duì)照品種為基準(zhǔn)，劃分為免疫（I）：DI=0；高抗（HR）：0DI鄭麥0943。調(diào)查農(nóng)藝性狀時(shí)，采用對(duì)角線(xiàn)法，隨機(jī)選取3個(gè)1m長(zhǎng)樣段，用于進(jìn)行生育動(dòng)態(tài)調(diào)查；小區(qū)收獲時(shí)測(cè)量實(shí)際產(chǎn)量，再折合成公頃產(chǎn)量。

平均嚴(yán)重度（S）=∑（各病級(jí)值×相應(yīng)級(jí)別的總穗數(shù)）／總調(diào)查麥穗數(shù)；

病情指數(shù)（DI）=∑（各病級(jí)值×相應(yīng)級(jí)別的穗數(shù)）／（總調(diào)查麥穗數(shù)×最高病級(jí)數(shù)）×100；

葉面積=0.76×長(zhǎng)×寬；

粒密度=穗粒數(shù)／穗長(zhǎng)。

2結(jié)果與分析

2.1赤霉病抗性鑒定

連續(xù)2年，采用人工接種的方法對(duì)供試的54個(gè)小麥品種（系）進(jìn)行赤霉病抗性鑒定，結(jié)果表明（表1），不同品種（系）間抗性存在明顯的差異；未發(fā)現(xiàn)有免疫或高抗赤霉病的品種（系）。‘宛1390’和‘宛麥988’等41個(gè)品種（系）為高感赤霉病品種，占總數(shù)的75.93%；中感赤霉病品種4個(gè)，分別為‘華麥2801’‘漯麥47’‘皖宿1209’和‘周麥48’，占總數(shù)的7.41%；中抗赤霉病品種9個(gè)，分別是‘華皖麥24’‘宛1204’‘皖墾麥1708’‘皖宿1232’‘徐麥17252’‘徐麥DH9’‘兆豐36’‘中科166’和‘中科1878’，占總數(shù)的16.67%。此外，分別對(duì)2019年-2020年和2020年-2021年的鑒定結(jié)果進(jìn)行分析，2019年-2020年，41個(gè)高感品種（系），4個(gè)中感品種（系），9個(gè)中抗品種（系）；2020年-2021年，38個(gè)高感品種（系），5個(gè)中感品種（系），11個(gè)中抗品種（系）；2個(gè)年度的鑒定結(jié)果相同的品種（系）50個(gè)，鑒定結(jié)果有差異的品種（系）為4個(gè)，分別占總數(shù)的92.59%和7.41%，說(shuō)明此種鑒定方法準(zhǔn)確度較高。

2.2農(nóng)藝性狀變異性分析

由表2可知，抗病組品種（系）農(nóng)藝性狀的變異性小于感病組品種（系），感病組品種（系）的農(nóng)藝性狀變異幅度更大?？共〗M品種（系）的變異系數(shù)為2.11%～29.76%，均值為9.42%，感病組品種（系）的變異系數(shù)為3.19%～27.65%，均值為10.27%。穗下節(jié)長(zhǎng)和旗葉面積的變異性較大，抗病組品種（系）二者的變異系數(shù)分別為29.76%、12.97%，變異范圍為5.0～16.1cm、22.0～32.3cm2；感病組品種（系）二者的變異系數(shù)分別為27.65%、18.34%，變異范圍為4.0～15.0cm、18.0～40.cm2。產(chǎn)量和穗粒數(shù)的變異性較小，抗病組品種（系）二者的變異系數(shù)分別2.11%、3.62%，變異范圍為6488.6～6911.4kg/hm2，32.0～35.7個(gè)／穗，感病組品種（系）二者的變異系數(shù)分別為3.19%、4.34%，變異范圍為6360.0～7333.5kg/hm2．30.9～36.7個(gè)／穗?？共〗M品種（系）和感病組品種（系）的株高、最高分蘗、有效穗、千粒重、穗長(zhǎng)、穗密度的變異系數(shù)均在5.00%～10.00%之間；其中，抗病組品種（系）的株高為89.9cm，大于感病組品種（系）的株高，抗病組品種（系）的穗密度為3.0個(gè)/cm，小于感病組品種（系）的穗密度。

2.3中抗赤霉病品種（系）的農(nóng)藝性狀

由表3可知，9個(gè)被評(píng)價(jià)為抗性的小麥品種（系）的各農(nóng)藝性狀間有不同程度差異，穗下節(jié)長(zhǎng)、旗葉面積、穗密度的差異較大。‘皖宿1232’穗下節(jié)長(zhǎng)顯著小于其他品種，‘皖宿1232’和‘徐麥17252’旗葉面積顯著小于其他品種，‘華皖麥24’‘皖蘇1232’‘徐麥17252’穗密度顯著低于其他品種。株高、最高分蘗、有效穗、千粒重、穗粒數(shù)、穗數(shù)、產(chǎn)量間的差異性較小。但是，這9個(gè)中抗品種（系）的株高均偏高，平均值為89.9cm，無(wú)矮稈品種（系）；其中，‘宛1204’和‘徐麥17252’的株高相對(duì)較矮，分別為83.3cm和80.5cm，與其他品種（系）差異顯著，但二者間差異不顯著。綜合以上分析，這9個(gè)抗性品種（系）農(nóng)藝性狀間有差異，可以依據(jù)育種目標(biāo)的不同，選取與改良目標(biāo)相關(guān)且農(nóng)藝性狀較好的親本，分別作為抗赤霉病種質(zhì)資源進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用。

3結(jié)論與討論

赤霉病抗性鑒定是小麥抗赤霉病育種中的重要環(huán)節(jié)，小麥抗赤霉病育種的根本就是篩選對(duì)赤霉病具有抗性的種質(zhì)資源，在育種中通過(guò)將不同抗性水平的基因聚合提高對(duì)赤霉病的總體抗性。但是，由于多數(shù)數(shù)量性狀位點(diǎn)（quantitative trait locus，QTL）效應(yīng)較小，并且赤霉病的抗性表型易受環(huán)境因素的影響，正是這種表型鑒定的不穩(wěn)定性和復(fù)雜性限制了小麥赤霉病抗源的利用和抗性新品種的選育。因此，為小麥抗赤霉病育種創(chuàng)造一個(gè)穩(wěn)定的，選擇壓力一致的病害發(fā)生環(huán)境，并利于大田操作的試驗(yàn)條件，對(duì)親本資源和雜交后代的抗病性進(jìn)行精準(zhǔn)鑒定是抗赤霉病育種的重要工作，也是挖掘抗原、選育抗病小麥品種的重要技術(shù)手段。目前，赤霉病抗性鑒定比較成熟的鑒定方法有田間自然誘發(fā)鑒定和人工接種鑒定，后者可較全面、客觀地反映待測(cè)品種的抗性類(lèi)型和水平，與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際較吻合，適合大規(guī)模地對(duì)試驗(yàn)材料進(jìn)行抗病性鑒定。為減少環(huán)境因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，本試驗(yàn)利用田間彌霧保濕裝置，以人工接種的方法對(duì)小麥新品種進(jìn)行赤霉病抗性鑒定試驗(yàn)，其接種量和環(huán)境等因素均勻一致，抗性選擇壓力一致，重復(fù)性較高，是比較準(zhǔn)確可靠的方法，對(duì)指導(dǎo)抗病育種具有重要意義。本研究中，2個(gè)試驗(yàn)?zāi)甓乳g，50個(gè)試驗(yàn)材料的鑒定結(jié)果一致，占總數(shù)的92.59%，說(shuō)明試驗(yàn)采用的鑒定方法重復(fù)性較好，準(zhǔn)確率較高。此外，還可以通過(guò)分子標(biāo)記輔助選擇，較快獲得攜帶有抗性基因的育種材料，并在整個(gè)育種過(guò)程中對(duì)抗性基因進(jìn)行跟蹤，大幅度提高育種效率。

小麥對(duì)赤霉病的抗性是一種受多基因控制的數(shù)量型可遺傳抗性，各抗性基因間以加性效應(yīng)為主，抗性遺傳符合加性一顯性模型，雜交后代中分離出豐產(chǎn)性和抗病性相結(jié)合的個(gè)體數(shù)量少，頻率低。迄今為止，以‘蘇麥3號(hào)’及其衍生后代為代表的具有赤霉病抗性的種質(zhì)資源，普遍有不良的農(nóng)藝性狀，直接用于抗赤霉病育種實(shí)踐中存在困難；并且由于少數(shù)幾個(gè)抗源材料的過(guò)度使用，導(dǎo)致育種親本材料的遺傳背景愈發(fā)狹窄，抗性改良進(jìn)程緩慢，在很大程度上不能滿(mǎn)足生產(chǎn)上對(duì)抗性品種的要求。有研究表明，赤霉病抗性存在“超親優(yōu)勢(shì)”，選用綜合農(nóng)藝性狀和豐產(chǎn)性好，且不高感赤霉病的親本，后代選擇豐產(chǎn)性和抗病性兼顧，可以選育出抗赤霉病的豐產(chǎn)品種。如已成功選育出的中抗赤霉病豐產(chǎn)性小麥品種，‘揚(yáng)麥4號(hào)’‘揚(yáng)麥5號(hào)’‘揚(yáng)麥158’‘寧麥9號(hào)’和‘寧麥16’等，用高感品種‘阿夫’與中感品種‘臺(tái)灣小麥’雜交，選育出的抗病品種‘蘇麥3號(hào)’，被國(guó)內(nèi)外認(rèn)為是最好的赤霉病抗源。劉宗鎮(zhèn)等認(rèn)為，中感品種中普遍存在抗赤霉病的超親現(xiàn)象，但是，高感品種中不可能有超親現(xiàn)象。因此，在配制雜交組合時(shí)，需要充分了解種質(zhì)資源的遺傳背景，對(duì)親本進(jìn)行準(zhǔn)確的赤霉病抗性鑒定，使用的親本應(yīng)具有較好的綜合農(nóng)藝性狀，非高感赤霉病，充分發(fā)揮“超親優(yōu)勢(shì)”，把不同的微效抗性基因聚合，提高后代品種（系）的抗性水平，實(shí)現(xiàn)豐產(chǎn)性和抗赤性的結(jié)合。本研究中，未鑒定到高抗品種（系），高感品種比例較高，說(shuō)明抗赤霉病品種仍比較匱乏。

此外，有研究表明，小麥株高、穎殼張開(kāi)程度、穗部蠟質(zhì)程度、花期長(zhǎng)短、穗密度等植株形態(tài)與赤霉病抗性有相關(guān)性，這種形態(tài)抗性機(jī)制可以使小麥在染病敏感期，最大程度降低病原菌侵染的機(jī)會(huì)，表現(xiàn)出一種病害的逃避機(jī)制，有研究表明，小麥株高與赤霉病敏感性存在負(fù)相關(guān)性，株高較高的小麥穗部濕度低，并且遠(yuǎn)離病原菌主要來(lái)源的土壤表面；穗密度小的小麥穗部的小環(huán)境濕度低，不利于病原菌的侵染，這些形態(tài)特征抑制了病原菌的侵入。本研究結(jié)果與這些報(bào)道相似，抗病組品種（系）的平均穗密度比感病組品種小；抗病的9個(gè)小麥品種（系），有6個(gè)株高均在90cm以上。

由于本研究只進(jìn)行了表型鑒定，對(duì)部分植株形態(tài)和農(nóng)藝性狀作了調(diào)查，還需要進(jìn)一步檢測(cè)9個(gè)抗病品種（系）所含有的抗赤霉病基因，利用基因組技術(shù)進(jìn)行抗赤霉病基因的聚合，從而培育對(duì)赤霉病具有較高抗性水平的小麥品種，以便于建立農(nóng)業(yè)投入安全無(wú)害、生產(chǎn)過(guò)程環(huán)境友好的農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展技術(shù)體系，服務(wù)于小麥產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，確保國(guó)家的糧食安全。