评价黑龙江省主栽马铃薯品种及重要育种材料对北方根结线虫的抗性

毛彦芝 李春杰 胡岩峰 华 萃 尤 佳 王鑫鹏 刘喜才 杨耿斌 王从丽,*



评价黑龙江省主栽马铃薯品种及重要育种材料对北方根结线虫的抗性

毛彦芝1李春杰2胡岩峰2华 萃2尤 佳2王鑫鹏2刘喜才1杨耿斌1王从丽2,*

1黑龙江省农业科学院克山分院, 黑龙江克山 161606;2中国科学院东北地理与农业生态研究所 / 黑土区农业生态重点实验室, 黑龙江哈尔滨 150081

根结线虫(spp.)是一种寄主范围广泛, 危害马铃薯的重要的植物寄生线虫。本研究选用黑龙省主栽马铃薯品种和部分育种材料共28份进行温室盆栽试验以明确其对北方根结线虫病害的抗感反应, 随机区组设计, 5次重复。结果表明, 北方根结线虫在这28份材料上都能繁殖, 且繁殖系数(RF)均大于1 (1.53~37.90)。白头翁、会-2和红参的繁殖系数分别为2.41、2.02和1.53, 与青薯3号(36.93)和608 Kennebec (37.9)差异显著(0.05); 线虫在参试的马铃薯植株根上繁殖的卵块数量范围为每克鲜重26.6~217.4个, 根据卵块数量分级, 白头翁(3级)为抗病材料; 植株上的虫瘿指数(Galling Index)范围为1.5~6.8, 根据虫瘿指数评价, 白头翁(1.8)、会-2 (1.5)和红参(2.2)为抗病材料。综合块茎评价结果在参试的28份材料中白头翁是较抗北方根结线虫的材料, 会-2和红参的根部对北方根结线虫具有一定的耐病性, 可作为培育抗病品种资源, 感病材料青薯3号和608 Kennebec可作为筛选材料的感病对照。

马铃薯; 主栽品种及育种材料; 北方根结线虫; 抗性评价

根结线虫(spp)是危害作物最严重的植物寄生线虫, 寄主范围广, 马铃薯是其感病寄主之一。在我国云南、山东、河北、辽宁等地均有报道发生北方根结线虫[1-2,3-4]。其多发区为蔬菜的主产区, 市场对蔬菜的大量需求, 温室大棚的扩增, 受保护地密闭、高温、高湿和复种指数增加因素影响及频繁贸易往来均使线虫病害迅速扩展、发病日趋严重。我国马铃薯种植面积2016年约533万公顷, 现仍有增加的趋势, 而关于根结线虫对马铃薯危害方面的研究鲜有报道。

真实评价作物对根结线虫的抗性是筛选抗性品种和开展育种工作的重要前提, 欧洲一些国家开展此项研究较早, 但是不同的作物抗性评价方法各不相同。1978年Taylor和Sasser[5]建立了虫瘿指数和卵块指数5级评价方法, 普遍应用于作物对根结线虫的抗性评价研究。1982年Hadisoeganda[6]等提出这种评价方法不能真实反应线虫的繁殖力, 又将繁殖系数(RF=Pf/Pi, 其中Pf是最终每株根上卵密度, Pi为最初接种线虫卵量)作为一项评价参数。2003年Vito等[7]通过调查卵块指数和虫瘿指数对野生马铃薯和栽培马铃薯进行了抗性筛选, 卵块指数和虫瘿指数都分为5级, 二者都小于等于2时被认为是抗性材料。2014年García[8]等用28份野生马铃薯资源材料, 进行了对花生根结线虫抗性评价, 分别从每克根卵块数量、每克根虫瘿数量、土壤中2龄幼虫的数量和每个卵块的卵量进行评价, 通过差异显著性分析, 得到1份相对较抗的材料。Bridge和Page[9]用插图的形式将植株根部的虫瘿指数分成0~10级, 能更真实反应植株根部对根结线虫的抗感性。马铃薯是根茎类作物, 块茎一旦感染线虫成为线虫的主要传播媒介, 随着马铃薯的调运四处传播, 所以不但要评价植株根部对根结线虫的抗感情况, 也要评价块茎对植株的抗感情况。本文根据马铃薯作物的自身特点, 完善了前人的马铃薯对根结线虫的抗性评价方法, 对参试的马铃薯材料进行了综合评价。

根结线虫病是一大防治难题, 一旦发生危害很难根除。目前选用抗病品种是最经济有效的防治策略, 但关于中国的马铃薯种质资源对根结线虫的抗感情况还未见有报道。黑龙江省是我国重要的马铃薯育种和种薯生产基地,每年向全国各地供应大量种薯。探明马铃薯材料对北方根结线虫的抗感反应, 对于引导调种有很大的指导意义。本研究通过选择黑龙江省的主栽品种和重要的育种材料温室接种北方根结线虫, 明确这些品种及材料对北方根结线虫的抗性情况, 以期为不同地区调种提供指导依据, 同时也为抗病育种提供有价值的资源, 该研究结果将对我国马铃薯产业的发展具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 供试根结线虫

北方根结线虫由沈阳农业大学段玉玺老师提供, 并经特异性分子标记进一步得到验证。经单卵块繁殖后接种到番茄品种中蔬4号在温室中大量繁殖, 温度控制在(23~28)℃, 光照16 h[10]。

1.2 供试马铃薯材料及培养

马铃薯品种及育种材料由黑龙江省农业科学院克山分院国家马铃薯品种资源库提供, 包括花525、早大白、东农303、威106、尤金、红参、克新17、抗疫1号、金红洋芋、凉薯14、青891、鲁引、克新18、会-2、沙杂15、克新1号、Epoka、兴佳2号、中薯5号、克新13、Amsel、608 Kennebec、白头翁、威05、贵州红、青薯3号、汪西和Spinnatisecta。

扩繁脱毒试管苗用MS培养基, 在(25±2)℃的温度和40~60 µmol m–2s–1的光照生长室中。

1.3 马铃薯试管苗移栽培养

试管苗在生长室内培养到6~7片叶时, 放到温室内适应性培养2 d, 用清水洗净试管苗上的琼脂, 移栽到装有灭菌沙土(V沙∶V土= 2∶1)的营养钵(8 cm × 12 cm)中。每钵1株苗, 每份材料移栽5盆, 共145盆, 置于控温(23~28)℃的温室内。第一周用黑色遮阳网视天气情况避光培养, 一周后去掉遮阳网正常培养, 16 h光照, 8 h黑暗。根据马铃薯长势的需要每周浇2~3次水, 每2周喷施营养液一次, 温室中培养5周后接种。

1.4 根结线虫接种方法

参照Hussey等[11]线虫接种方法, 略有改进。将洗净的番茄根放入10%的次氯酸钠(NaClO)溶液中, 用力振荡3~4 min。然后将根及溶液一起倒入从上到下依次为20、170和500目的筛子上, 用高压水枪冲洗。收集500目筛子上的卵到烧杯中, 制成卵悬液, 用磁力搅拌器将卵悬液混合均匀, 在显微镜下调查卵的浓度, 重复3次取平均值。每株接5000个卵。用1 mL微量移液器的枪头在距马铃薯根1 cm周围均匀打5 cm深3个孔, 将卵悬液均匀接入每个孔中, 然后覆盖灭菌的沙土。

1.5 调查方法

1.5.1 根表卵块 接种6周后, 剪掉地上部分植株, 留3.0~3.5 cm主茎, 将植株的根部和块茎在自来水下洗净泥沙, 用吸水纸吸干表面明水, 装入拉链袋中带回试验室。放入75 mg L–1亮蓝染色30 min[12], 吸干表面明水后, 称根鲜重, 参照Nyczepir等[13]方法略有改进, 计算卵块数量级别。0级, 没有卵块; 1级, 1~2个卵块; 2级, 3~10个卵块; 3级, 11~30个卵块; 4级, 31~100个卵块; 5级: ≥100个卵块。卵块0~3级为抗病(resistance, R), ≥4级为感病(susceptible, S)。

1.5.2 虫瘿指数 参照Bridge等[9]和Wang等[14]的方法略有改动调查根部的虫癭指数, 0级, 无根结; 1级, <10%的根系有根结; 2级, 11%~20%的根系有根结; 3级, 21%~30%的根系有根结; 4级, 31%~40%的根系有根结; 5级, 41%~50%的根系有根结; 6级, 51%~60%的根系有根结; 7级, 61%~70%的根系有根结; 8级, 71%~80%的根系有根结; 9级, 81%~100%根系受侵染, 有可见根; 10级, 100%根系受侵染, 没有根, 植株死亡。0~3级为抗病(R), ≥4级为感病(S)。

1.5.3 根部卵量 5株根系为一次重复, 按照1.4的方法提取卵, 在显微镜下计数卵量, 计算每株马铃薯平均根表卵量。参照Mwaura等[15]的方法计算线虫的繁殖系数(reproduction factor, RF), RF=Pf/Pi (Pf每株根上卵量, Pi为最初的接种量), 当RF≥1时为感病(S), 当RF<1时为抗病(R)。

1.6 块茎评价方法

将块茎收获后用自来水洗净放入拉链袋, 随机选取根部调查为抗病材料的3个块茎, 用解剖刀从块茎的脐部到顶部将块茎均匀分为两部分, 再用切片器在每半块茎上切取(1.0±0.2) mm的薄片, 将6个薄片放入50 mL的三角瓶中, 用10%的次氯酸钠漂洗, 0.35%酸性品红染色, 镜检, 参照Bybd等[16]的方法。块茎上有雌虫为感病, 无雌虫为抗病。

1.7 统计方法

用软件SPSS17对数据进行单因素方差分析, 新复极差法(Duncan’s)进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 马铃薯根系对北方根结线虫的反应

通过调查马铃薯根系卵块数量、虫瘿指数及繁殖系数,可以看出28份马铃薯品种及种质资源材料对根结线虫的反应明显不同(表1)。参考卵块和虫瘿指数, 白头翁属于抗病材料, 但繁殖系数为2.41, 繁殖系数评价其品种属于感病材料。会-2和红参在虫瘿指数参数上属于抗病材料, 但其他2项指标指示其为感病材料。

马铃薯植株根表单株卵块数量为26.6~217.4个。白头翁(26.6个)、会-2 (35.7个)、红参(43.7个)、兴佳2号(49.5个)、克新17 (56.1个)和克新18 (60.7个)的根卵块数量与尤金(182.1个)、Epoka (189.6个)、克新13 (217.4个)、608 Kennebec (198.4个)、Amsel (171.2个)和东农303 (170.1个) 6份材料根上卵块数量差异显著(0.05)。

根部虫瘿指数为1.5~6.8, 在筛选的28份马铃薯材料中, 虫瘿指数为0~3的有4份材料, 分别为白头翁(1.8)、会-2 (1.5)、红参(2.2)和兴佳2号(2.6), 它们的虫瘿指数显著低于Amsel (6.6)、608 Kennebec (6.8)、东农303 (6.8)和其他材料(表2.1) (0.05)。

北方根结线虫在28份参试材料上的繁殖系数都大于1, 说明北方根结线虫都能在这些材料上繁殖。繁殖系数低于2的有1份材料, 即红参(RF=1.5), 占总样品的3.6%; 繁殖系数在2~10之间的有13份材料, 占所有材料的46.4%; 繁殖系数在11~20之间的有9份材料, 占32.1%; 繁殖系数在21~30之间的有3份材料, 占10.7%; 繁殖系数在31~40之间的有2份材料, 即青薯3号和608 Kennebec, 占7.1%。结果表明如果参试的材料在北方根结线虫发生地种植, 将会导致根结线虫密度的增加。

马铃薯抗病和感病根部亮蓝染色显示(图1), 白头翁和红参显示卵块(蓝色)数量少和虫瘿较小; Epoka根部卵块数量较多、卵块较大且集中在根尖; 608 Kennebec和青薯3这两份材料的根部虫瘿很大, 卵块和虫瘿布满整个根系, 青薯3号是繁殖系数最大的材料。

2.2 马铃薯块茎对北方根结线虫的反应

由表1可初步确定白头翁是较抗北方根结线虫的材料, 会-2、红参、克新17、克新18和兴佳2号对北方根结线虫也有一定的忍耐性, 会-2没有结块茎, 白头翁、克新18和兴佳2号的块茎中无雌虫, 红参和克新17的块茎中有雌虫, 表2可见对于有一定抗性的材料, 要综合评价和分析块茎的抗感情况才能得出准确的结果。

3 讨论

黑龙江省是我国重要的马铃薯种薯培育和生产基地, 2014年马铃薯播种面积26.7万公顷, 仅原种生产近0.8亿粒, 主要调往福建、广东、广西、山东、辽宁等地[17]。我国的西南地区也是重要的马铃薯生产基地, 2010—2012年, 云南省每年马铃薯种植面积约48.58万公顷[18]。山东省是中原地区马铃薯种植面积最大的省份之一, 2012年种植马铃薯11.14万公顷[19]。河北省2015年马铃薯种植面积20万公顷, 秦军红等[20]提出由于水资源紧缺河北省有种植马铃薯代替种植小麦的发展趋势。但是在云南、山东、河北等地根结线虫的发生非常普遍, 特别是蔬菜作物每年造成的损失非常严重[21,2-3]。目前国内马铃薯对根结线虫的抗感反应没有明确的评价标准, 也没有鉴定方法。本研究参照其他作物对北方根结线虫的抗感性评价方法, 评价了黑龙江省的马铃薯主栽品种和部分核心育种资源对北方根结线虫的抗感反应, 此研究对培育抗病品种和种薯调运有重要的指导意义。

研究发现白头翁较抗北方根结线虫, 白头翁材料是50年代初从引入我国马铃薯育种材料中筛选出的重要育种材料, 块茎较抗晚疫病, 抗癌肿病, 高抗环腐病, 至今仍是重要的杂交亲本[22]; 目前以白头翁为亲本已育出马铃薯品种6个, 分别为东农303、克新4号、克新5号、郑薯2号、泰山1号和北薯1号[23], 所以用该材料作亲本有可能培育出新的抗北方根结线虫的品种。试验选用的28份材料, 根结线虫繁殖系数均大于1, 但材料间差异较大, 因而为了满足生产的需求, 有必要继续开展马铃薯材料对北方根结线虫的抗性筛选, 为培育抗病品种提供有价值的材料。

该研究选用的试验材料为马铃薯脱毒试管苗, 目前我国保存的马铃薯种质资源主要是以试管苗的形式保存, 通过本试验也证明以马铃薯试管苗为试验材料, 在温室内可以进行马铃薯对根结线虫抗感反应的筛选。本次试验试管苗在温室内共生长12周, 用8 cm×12 cm的一次性营养钵种植, 从试验结果看可以成功评价马铃薯植株对根结线虫的抗感性, 但是块茎的质量较小(0.9~3.9 g), 个别品种刚形成块茎。在今后的试验中将适当改进, 选用较大的营养钵评价块茎的抗感性。

A: 白头翁; B: 红参; C: 兴佳2号; D: Epoka; E:青薯3号; F: 608 Kennebec; G: 608 Kennebec根部放大; H: 白头翁根部放大。

A: Baitouweng; B: Hongshen; C: Xingjia 2; D: Epoka; E: Qingshu 3; F: 608 Kennebec; G: enlarged 608 Kennebec; H: enlarged Baitouweng.

从本试验中发现, 只评价马铃薯植株对根结线虫的抗感评价结果不够准确, 根据植株的评价结果初步确定参试材料红参和克新17为较抗的材料, 但其块茎已经被侵染。所以马铃薯材料对根结线虫的抗感要结合植株根系和块茎评价, 此外应深入评价参数与马铃薯后期产量和品质的关系或相关性, 以便建立一套马铃薯对根结线虫抗感反应的综合评价系统。

表2 马铃薯块茎内北方根结线虫数量

[1] 周银丽, 杨伟, 余光海, 王鸿, 胡先奇. 中国云南省石榴根结线虫的种类初报. 华中农业大学学报, 2005, 24: 351–354 Zhou Y L, Yang W, Yu G H, Wang H, Hu X Q. A preliminary report on the species of pomegranate root knot nematodes in Yunnan province, China., 2005, 24: 351–354 (in Chinese with English abstract)

[2] 赵洪海, 袁辉, 武侠, 刘维志. 山东省根结线虫的种类与分布. 莱阳农学院学报, 2003, 20: 243–247Zhao H H, Yuan H, Wu X, Liu W Z. Identification and distribution of root knot nematodes in Shandong province., 2003, 20: 243–247 (in Chinese with English abstract)

[3] 陈书龙, 李秀花, 马娟. 河北省根结线虫发生种类与分布. 华北农学报, 2006, 21(4): 91–94 Chen S L, Li X H, Ma J. Identification and distribution of root knot nematode in Hebei province., 2006, 21(4): 91–94 (in Chinese with English abstract)

[4] 赵磊, 段玉玺, 白春明, 陈立杰, 朱晓峰, 孙晓铭. 辽宁省根结线虫发生种类与分布. 湖北农业科学, 2010, 49: 865–868 Zhao L, Duan Y X, Bai C M, Chen L J, Zhu X F, Sun X M. Identification and distribution of root knot nematode in Liaoning Province., 2010, 49: 865–868 (in Chinese with English abstract)

[5] Taylor A L, Sasser J N. Biology, identification and control of root-knot nematodes (species). Raleigh, North Carolina, USA: Department of Plant Pathology, North Carolina State University, United States Agency for International Development, 1978

[6] Hadisoeganda W W, Sasser J N. Resistance of tomato, bean, southern pea, and garden pea cultivars to root-knot nematodes based on host suitability., 1982, 66: 145–150

[7] Di Vito M, Greco N, Carputo D, Frusciante L. Response of wild and cultivated potato clones to Italian populations of root knot nematodesspp., 2003, 33: 65–72

[8] Garcia L E, Segura D M, Masuelli R W, Sanchezpuerta M V. Evaluating root-knot nematode infection in wild potatoes., 2014, 44: 31–36

[9] Bridge J, Page S L J. Estimation of root-knot nematode infection levels on roots using a rating chart., 1980, 26: 296–298

[10] 李春杰, 胡岩峰, 王从丽. 黑龙江省大庆市大棚蔬菜根结线虫种类和小种的鉴定. 土壤与作物, 2016, (5): 105–109 Li C J, Hu Y F, Wang C L. Identification of species and race the root-knot nematode in the greenhouse from Daqing City in Heilongjiang province., 2016, (5): 105–109

[11] Hussey R S, Barker K R. A comparison of methods of collecting inocula ofspp., including a new technique., 1973, 57: 1025–1028

[12] OmegaCO, Thomason IJ, Robert PA. A nondestructive technique for screening bean germplasm for resistance to., 1988, 72: 970–972

[13] Nyczepir A P, O’Bannon J H, Santo G S. Incidence and distinguishing characteristics ofandin potato from the northwestern United States., 1982, 14: 347

[14] Wang C, Ulloa M, Roberts P A. Identification and mapping of microsatellite markers linked to a root-knot nematode resistance gene () in Acala NemX cotton (L.)., 2006, 112: 770–777

[15] Mwaura P, Niere B, Vidal S. Resistance and tolerance of potato varieties to potato rot nematode () and stem nematode ()., 2015, 166: 257–270

[16] Bybd D W, Kirkpatrick T, Barker K R. An improved technique for clearing and staining plant tissues for detection of nematodes., 1983, 15: 142

[17] 王云龙. 黑龙江省马铃薯产业现状与展望. 中国马铃薯, 2014, 10: 185–188 Wang Y L. Status and prospect of potato industry in Heilongjiang province., 2014, 10: 185–188 (in Chinese with English abstract)

[18] 桑月秋, 杨琼芬, 刘彦和, 卢丽丽, 李文娟, 周俊, 谢开云, 隋启军. 云南省马铃薯种植区域分布和周年生产. 西南农业学报, 2014, 27: 1003–1008 Sang Y Q, Yang Q F, Liu Y H, Lu L L, Li W J, Zhou J, Xie K Y, Sui Q J. Yunnan province potato planting area distribution and annual production., 2014, 27: 1003–1008

[19] 李树超, 吴龙华, 李亚俊, 丁慧媛. 山东省马铃薯产业发展现状及推进对策研究. 中国农学通报, 2015, 31(8): 280–285 Li S C, Wu L H, Li Y J, Ding H Y. Research on development status and counter measures of potato industry in Shandong province., 2015, 31(8): 280–285 (in Chinese with English abstract)

[20] 秦军红, 李文娟, 周俊, 谢开云. 河北省马铃薯替代小麦生产的可能性分析. 华中农业大学学报(社会科学版), 2016, (3): 47–52 Qin J H, Li W J, Zhou J, Xie K Y. Possibility analysis of potato instead of wheat production in Hebei province.(Soc Sci Edn), 2016, (3): 47–52 (in Chinese with English abstract)

[21] 徐兴阳, 罗华元, 饶智, 杨明, 端永明, 杨应明, 孙胜, 周绍松. 昆明植烟土壤根结线虫种群动态研究. 昆明学院学报, 2013, (6): 11–14 Xu X Y, Luo H Y, Rao Z, Yang M, Duan Y M, Yang Y M, Sun S, Zhou S S. Study on population dynamics of root-knot nematodes in tobacco planting soil in Kunming., 2013, (6): 11–14

[22] 刘长臣, 刘喜才, 张丽娟, 孙邦升, 宋继玲. 马铃薯国外引种的探讨和建议. 中国马铃薯, 2010, 24(2): 73–76 Liu C C, Liu X C, Zhang L J, Sun B S, Song J L. Discussion and suggestion on the introduction of potato abroad., 2010, 24(2): 73–76 (in Chinese with English abstract)

[23] 王仁贵, 刘丽华. 中国马铃薯种质资源研究现状. 作物品种资源, 1995, (3): 20–22 Wang R G, Liu L H. Research status of potato germplasm resources in China., 1995, (3): 20–22 (in Chinese)

Resistance Evaluation of Potato Cultivars and Germplasms toin Heilongjiang Province

MAO Yan-Zhi1, LI Chun-Jie2, HU Yan-Feng2, HUA Cui2, YOU Jia2, WANG Xin-Peng2, LIU Xi-Cai1, YANG Geng-Bin1, and WANG Cong-Li2,*

1Keshan branch of Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences, Keshan 161606, China;2Key Laboratory of Mollisols Agroecology, Northeast Institute of Geography and Agroecology, Chinese Academy of Sciences, Harbin 150081, China

Root-knot nematode (spp., RKN) is one of the most economically important plant parasitic nematodes with wide host including potato (). In order to investigate resistance of potato to the northern RKN,, twenty-eight main potato cultivars and breeding materials in Heilongjiang province with a pot experiment was conducted in greenhouse by randomized block design with five replications.could be propagated on all materials with a reproduction factor ranging from 1.53 to 37.90. The reproduction factors of cultivars Baitouweng (2.41), Hui-2 (2.02), and Hongshen (1.53) were significantly different (< 0.05) from those of Qingshu 3 (36.93) and 608 Kennebec (37.90). The egg mass number per gram fresh root ranged from 26.6 (Baitouweng) to 217.4 (Kexin 13). Cultivar Baitouweng was resistant one according to egg mass scale. The galling index ranged from 1.5 to 6.8. Three cultivars including Baitouweng (1.8), Hui-2 (1.5), and Hongshen (2.2) were identified as resistance resources based on galling index (GI). Overall, Baitouweng was confirmed as resistant cultivar, Hui-2 and Hongshen as tolerant ones to root-knot nematode, and the cultivars Qingshu 3 and 608 Kennebec as susceptible control.

Potato; Main cultivars and breeding materials;; Resistance evaluation

10.3724/SP.J.1006.2017.01864

本研究由黑龙江省农业科技创新工程院级科研项目(Q001)和中国科学院百人计划资助。

This study was supported by the Agricultural Science and Technology Innovation Program of Heilongjiang (Q001) and the One Hundred Talent Program of Chinese Academy of Sciences.

王从丽, E-mail: wangcongli@iga.ac.cn, Tel: 0451-86602749

E-mail: kshpotato@1a63.com

2016-12-28; Accepted(接受日期): 2017-07-23; Published online(网络出版日期): 2017-08-02.

http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20170802.2156.004.html