种植区环境对燕麦种质成株期白粉病抗性的影响

孙浩洋，赵桂琴，柴继宽，曾 亮，焦润安，金小雯，宫文龙，黎 蓉

(甘肃农业大学草业学院，草业生态系统教育部重点实验室，甘肃省草业工程实验室，中-美草地畜牧业可持续发展研究中心，甘肃 兰州 730070)

燕麦(Avenasativa)是我国北方地区重要的一年生禾本科粮饲兼用作物[1]，具有营养价值高、生物量大、生长速度快以及抗逆性强等优良特性[2]，近年来种植面积不断扩大。由于种植水平的不断提高和水肥条件的改善，以及气候变暖[3-4]，燕麦在大面积集约化生产中较易发生白粉病、黑穗病、锈病和叶斑病等病害[5]。

由禾本科布氏白粉菌(Blumeriagraminis)引起的燕麦白粉病为世界范围的气传真菌性病害。据国家现代农业(燕麦荞麦) 产业技术体系调查，甘肃省燕麦主产区白粉病的发病株率为45%～100%， 病情指数高达78[6]。白粉菌主要侵染燕麦叶片，影响光合作用[7-8]，导致植株矮小，不抽穗或穗短；还影响燕麦灌浆，形成空粒、瘪粒，千粒质量下降[9]，减产最高可达39%[10]。因此，防治白粉病已成为燕麦生产区的主要问题。在所有防治手段中，筛选和使用抗性品种是最直接、最根本的方法。目前，燕麦资源白粉病抗性的研究已有报道，郭斌等[11]对128份燕麦材料进行了白粉病抗性的田间鉴定，发现高抗材料2个，中抗材料8个；赵峰等[12]从213份燕麦种质中筛选出高抗白粉病材料12份、中抗材料18份。研究都是在同一个试验点开展，只是年份不同。二者试验中有6份材料是相同的，但是抗性鉴定的结果却大有不同。如白燕2号在2009～2011年表现为中抗，2012～2014年表现为高感；白燕9号和青永久149均在2009～2011年表现极感，2012～2014年表现中感，出现这种现象的原因是同一地点不同年份的温度、湿度等环境条件差异较大。环境条件成为影响鉴定结果的主要因素，何美敬等[13]通过对116份花生材料进行连续2年的田间抗性评价，发现一些材料在不同温度、湿度等条件下对花生果腐病的抗性差异较大。周勇等[14]通过在7个不同环境下对502份白皮小麦进行穗发芽抗性鉴定和评价，发现仅有7份材料具有在多个环境下稳定的抗性。黄凌洪等[15]选取5个不同生态试点采用分批播种法对稻瘟病进行抗性研究也得出类似的结果。因此，要评价某一材料的抗病性，需在不同环境下进行检验，筛选抗性稳定的材料用于生产，才能有效控制病害蔓延。

近年来随着毒性增强、毒谱更广的病菌小种不断出现，一部分作物已逐渐丧失垂直抗性基因，水平抗性基因逐渐表现出一定的优势，而成株抗性对病原菌生理小种的选择压力小，往往具备广谱且持久的抗病性[16]，利用成株抗性是未来实现品种兼抗和持久抗性的最佳选择[17]。因此，分别在甘肃二阴地区和半干旱区设置鉴定圃，调查燕麦种质资源在田间自然感病条件下对白粉病的成株期抗性，研究种植区环境对燕麦资源成株期白粉病抗性的影响，为筛选高抗稳定的燕麦抗白粉病种质提供参考。

1 材料和方法

1.1 供试材料

供试燕麦材料共计28份(表1)，其中国内材料20份，国外材料8份，均由甘肃农业大学草业学院提供。

1.2 试验方法

1.2.1 鉴定圃 试验设立在甘肃二阴地区和半干旱区，二阴地区选择甘肃省定西市通渭县华家岭镇老站村，海拔2 242 m，年均气温3.4℃，无霜期80 d，年均降水量500 mm，日照时数2 100～2 430 h，≥0℃的积温为2 530℃。于2017年4月上旬进行田间播种。半干旱区鉴定圃设在甘肃农业大学兰州牧草试验站(下称牧草站)，海拔1 473.64 m，年均气温11℃。日照时数2 352～2 769 h，无霜期180 d，降水量400 mm，主要集中在7～9月(图1)。于2017年3月下旬播种。

鉴定圃均采用单行条播方式种植，行长1.5 m，行距30 cm，播种量为225 kg/hm2，4次重复，供试材料按编号随机排列，鉴定圃四周设保护区。

1.2.2 病情调查 在燕麦白粉病发病盛期(孕穗期)进行病情调查，每份材料随机调查100片叶，按GB/T 17980.22-2000《农药田间药效试验准则(一)杀菌剂防治禾谷类白粉病》分级标准(表2)[18]逐叶记载发病的严重度并计算病情指数。

式中：DI为病情指数；i为病级数(1～n)；Xi为病情是i级的单元数；Si为病情是i级的严重度值。

表1 供试燕麦材料

表2 燕麦白粉病分级标准[18]

图1 试验区2017年降雨、温度、相对湿度分布Fig.1 Distribution of rainfall,temperature and relative humidity in the test area in 2017

1.2.3 病情分级和抗性评价标准 燕麦成株期白粉病病情分级标准，及以病情指数为基础，采用相对抗性评价方法(表3)[19-22]。

相对抗病指数=1- (所测品种病情指数/发病最重品种病情指数)

表3 燕麦白粉病的抗性评价标准

1.3 数据处理

试验数据采用Excel 2016进行数据录入及处理，采用Origin Pro 2018绘图。

2 结果与分析

2.1 供试材料在二阴地区的抗病性分析

从表4中28份燕麦种质资源中无免疫材料；709、4641、4663、99AS207、坝燕6号、青永久25、青永久316、青永久321、青永久479和青永久49等10份材料表现高抗，病情指数在0.11～3.11，相对抗病指数均大于0.88；其中4641、99AS207的相对抗病指数最高，达0.99。另外4607、DA92-3F4、QO245-7、Rigdon、青永久016、青永久164、青永久252、青永久260、青永久420、青永久9以及青永久98等11份材料表现中抗，病情指数为3.56～11.22，占供试材料的39.29%。中感材料有3份，为199、青永久163和青永久304，病情指数在11.56～16.89，占10.71%。表现高感的有4份，占供试材料的14.29%，病情指数介于18.22～26.00，其中，加拿大的材料4628的病情指数最高，伽利略次之，分别为26.00和23.61。

2.2 供试材料在半干旱区的白粉病抗性

种植在半干旱区的28份燕麦种质资源中也无免疫材料(表5)。199、4628、4641、99AS207、QO245-7、伽利略、青永久307与青永久420共8份表现高抗，病情指数在2.67～8.56，相对病情指数均高于0.86；其中，4641病情指数最低，为2.67，相对抗病指数为0.96。4607、4663、DA92-3F4、Rigdon、坝燕6号、白燕7号、青永久163、青永久252、青永久304、青永久321、青永久9和青永久98共12份材料表现中抗。中感材料有2个，为青永久25和青永久479。表现高感的材料6份，均来源于青海，其中青永久49的病情指数最高，为61.00。高抗、中抗、中感以及高感材料分别占供试材料的28.57%、42.86%、7.14%和21.43%。

表5 牧草站燕麦种质资源白粉病抗性鉴定

2.3 燕麦种质白粉病抗性稳定性

燕麦白粉病田间发生和流行主要与气温、相对湿度和降水量密切相关，华家岭和牧草站的气候条件存在明显差异(图1)，结合2个试点抗性评价结果可以看出，种植区环境对燕麦种质白粉病抗性有显著影响且以温度为主要因素，主要表现为温度较高的半干旱区平均病情指数高于相对湿度及降雨量较高的二阴地区(20.33 vs.8.09)，发病较为严重。同时，同一燕麦材料在不同种植环境下的白粉病抗性也存在显著差异，主要体现在两试点的相对抗病指数差异，其中709、4628、白燕7号、伽利略、青永久016、青永久163、青永久260、青永久307、青永久316、青永久479和青永久49的相对抗病指数变化幅度均超过50%，表现不稳定；4628在牧草站的病情指数为4.67，在华家岭为26.00，差异最大，相对抗病指数变化超过92.00%，抗性极不稳定，受环境影响很大。4641和99AS207无论是在半干旱地区还是二阴地区，均表现为高抗白粉病，相对抗病指数均大于0.95，抗性稳定。28份燕麦材料中，4607、Rigdon、DA92-3F4、青永久252、青永久9以及青永久98在两地的抗性评价中均表现为中抗，且抗性稳定，不易受环境因素的影响(见图2)。

3 讨论

与人工接种相比，利用田间自然感病对各燕麦材料进行抗性评价，更能客观反映生产中品种对当地病原群体的抗性类型[11]。然而田间抗性评价易受环境条件等诸多因素的影响，仅凭一地的田间评价结果很难全面反映品种的抗性水平及其稳定性[23]。因此，试验选取牧草站和华家岭2个气候环境不同的试点进行抗性评价。由于白粉病属于典型气传病害，为减少供试材料在田间环境下因传播菌量不同造成的发病程度差异，采用相对抗病指数来判定其抗病性类型[24]，该方法已广泛应用于小麦[25]、马铃薯[26]、草地早熟禾[27]等植物的大田抗病性评价。种植在不同环境下的燕麦材料对白粉病抗性差异很大，其中相对抗病指数变化最大的是4628(在华家岭为0，在牧草站为0.92)、其次是青永久49，伽利略、709、白燕7号；而4607、4641、99AS207、Rigdon、DA92-3F4、青永久252、青永久9以及青永久98在2个试验点中的相对抗病指数差异较小，说明这些材料的抗性较为稳定，其中4641、99AS207表现为稳定高抗，4607、Rigdon、DA92-3F4、青永久252、青永久9、青永久98等6个材料表现为稳定中抗。28份材料中未发现免疫材料。

图2 2个试验地燕麦材料的相对抗病指数Fig.2 Comparison of relative disease resistance indices between the two experimental points

植物发病是病原菌、植物和环境三者相互作用的结果。气候变化对病原物直接作用或影响寄主从而间接作用于病原物[28]。在某一范围内，温度升高或降水量发生变化时可以通过改变病原菌的生命周期状态、病原菌越冬、越夏数量和存活数量、病原菌的传播扩散能力等影响病害的发生流行。Jahn等研究表明温度升高，降雨量减少时，小麦、大麦和甜菜白粉病发生严重[29]。白粉菌的最适温度范围为15～20℃，当温度低于10℃时发病较为缓慢，而超过25℃时会受到明显抑制[30]。张蕾等[31]研究表明小麦白粉病发生程度与最低温度、相对湿度、降水量、降雨日数呈正相关。刘伟等[32]通过Burkard定容式孢子捕捉器对田间空气中小麦白粉病菌分生孢子的检测，也发现白粉菌分生孢子浓度与温度显著相关。才旦卓玛等[33]研究发现不同地区的小麦白粉菌在不同温度下其潜育期、敏感性、温度抑制中值以及温度终止阈值存在极显著差异。相对湿度也是影响白粉病发生的重要因素[34]。在一定范围内，相对湿度与病害程度成正比，但湿度过大不利于分生孢子的形成和传播，反而抑制病情发展[35]。王海燕[36]研究报道一定湿度与温度条件下，平均相对湿度对小麦白粉菌侵染机率的直接影响比平均温度直接影响大。土壤水分与湿度密切相关，李艳茹[37]通过测定不同白粉病抗性的小麦品种的土壤含水量发现，土壤含水量比较高的小麦品种白粉病抗性较差。降水量与空气湿度密切相关，适量的降水会加重小麦白粉病发生，但连续降水则不利于分生孢子的形成和传播，并会冲刷掉小麦叶表面的分生孢子，不利于病害的发生与流行[38]。叶玉等[39]通过监测不同食用玫瑰的白粉病田间发病情况发现，发病严重度随降雨量呈现先上升后下降的趋势，雨季高峰的到来开始降低至病症消失。通过甘肃省兰州市气象局提供的2017年气象数据发现(图1)，在燕麦生育期4～9月间，华家岭的平均温度为11.86℃，低于牧草站(20.59℃)，平均湿度为72.97%，高于牧草站(46.17%)，降雨量为476.70 mm，远高于牧草站(299.60 mm)。因此，虽然牧草站在燕麦生育期的平均湿度及降雨量低于华家岭，但由于其平均温度处于白粉菌繁殖的最适温度范围内，而且华家岭连续降雨可能会冲刷叶片表面的白粉病菌，因此牧草站种植的燕麦其白粉病病情指数显著高于华家岭。

由于白粉菌变异速度较快，在不同的生态条件下可能存在不同致病力的生理小种，这也可能是导致同一燕麦材料在不同种植区白粉病抗性表现不同的原因。Carver等[40]对燕麦白粉菌生理小种及其致病力研究较多，其选择6个具有不同白粉病抗性的燕麦品种对燕麦白粉菌的2个生理小种进行了毒力鉴定，研究表明生理小种2和生理小种4的致病力差异显著。Okoń和Ociepa[41]利用8个具有不同白粉病抗性的燕麦品种对不同年份、不同地区采集的20个白粉菌株进行致病力的测定发现这些白粉菌菌株具有不同的致病力。国内对于燕麦白粉菌的生理小种及其致病力研究较少，仅有孙道旺等[42]人对云南省燕麦白粉菌进行了致病力测定，对于甜瓜白粉病[43]、南瓜白粉病[44]、小麦白粉病[45]等植物的白粉病生理小种研究较多。王婉琳[46]利用36个小麦单基因系鉴别寄主对采自东北和四川地区的80个白粉菌单孢菌株进行毒力及其频率分析，表明东北地区小麦白粉菌的毒力频率随时间不断变化，且不同年份、地区的小麦白粉菌毒力结构存在差异。吕元佐等[47]研究发现引起甜瓜白粉病的单囊壳白粉菌(P.xanthii)，其不同生理小种的发病时期温度不同，不同地区、不同年份的优势小种不同，并且存在不同生理小种在不同年份交替发生且并存的现象，说明白粉病的发生存在显著的时间性和地区性[41]。因此，试验中同一燕麦材料在2个试验点表现出的白粉病抗性差异除与所处的环境有关外，是否还与2个试验点的白粉菌生理小种不同有关还需进一步研究。

植物的抗病性不仅与病原菌有关，还与植物所处的环境有关。王文平[48]研究发现在亚高温、高湿环境下番茄热激蛋白表达上调，导致番茄对叶斑病的抗性减弱。李元等[49]发现太阳辐射通过改变植物形态防御结构对植物体内或表面的病菌生命活动与侵染力产生影响，间接改变植物抗病性。朱昳[50]和李旭升等[51]研究发现，不同海拔高度及生育期也会影响水稻对稻瘟病的抗性。

4 结论

(1)以种植区温度为主要影响因素的环境条件对燕麦成株期白粉病抗性有显著影响。

(2)28份燕麦种质资源在半干旱区和二阴地区均未发现对白粉病免疫的材料。

(3)供试材料中，在不同种植区下表现稳定的高抗材料为4641、99AS207；稳定的中抗材料为4607、Rigdon、DA92-3F4、青永久252、青永久9、青永久98等6份；有5份材料具有抗病性但是不稳定，其余材料在两地均感白粉病。