美国引进甘蔗材料对梢腐病菌（Fusarium sacchari）的室内抗性评价

古幸灵 李毅杰 周主贵 刘红坚 梁强 段维兴 雷敬超 黄诚华 谭宏伟 刘丽敏 刘平武 林善海

摘  要：为了筛选抗甘蔗梢腐病的优异种质材料，采用室内离体接种方法对70份甘蔗种质材料进行梢腐病抗性鉴定。根据发病程度划分的抗性等级和聚类分析的方法综合评价种质材料的抗性。结果表明，甘蔗分蘖期对梢腐病菌的免疫力较伸长期差。参试的70个种质材料中，高抗材料6个，占8.57%;抗病材料15个，占21.43%;中抗材料13个，占18.57%;中感材料12个，占17.14%;感病材料13个，占18.57%;高感材料11个，占15.71%。在2次不同生育期接种过程中‘HoCP02-263均未發病，很可能是对Fusarium sacchari免疫的材料。系统聚类分析的结果与材料的抗性表现基本一致。甘蔗梢腐病的抗性评价较佳时期为分蘖期。

关键词：甘蔗;梢腐病;甘蔗镰孢菌;抗性评价;聚类分析

中图分类号：S435.661      文献标识码：A

Abstract： In order to screen excellent sugarcane germplasms against pokkah boeng， inoculation in vitro was used for resistance assessment of 70 sugarcane germplasms to pokkah boeng. Pokkah boeng disease resistance of the tested germplasms was comprehensively evaluated based on resistance grading and cluster analysis methods. The results showed that sugarcane at tillering stage was more susceptible to pokkah boeng than at elongation stage. Among the 70 germplasms tested， 6 germplasms were of high resistance， accounted for 8.57%; 15 germplasms were of resistance， accounted for 21.43%; 13 germplasms were of middle resistance， accounted for 18.57%; 12 germplasms were of middle sensitivity， accounted for 17.14%; 13 germplasms were of sensitivity， accounted for 18.57%; 11 germplasms were of high sensitivity， accounted for 15.17%. Germplasm HoCP02-263 did not infected in two inoculation， which was probably immune to Fusarium sacchari. Clustering analysis confirmed the resistance performance of the sugarcane germplasms tested in vitro. Tillering stage should be chosen for resistance evaluation to sugarcane pokkah boeng disease.

Keywords： sugarcane; pokkah boeng; Fusarium sacchari; resistance evaluation; cluster analysis

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2020.12.017

甘蔗是我国重要的糖料作物，产糖量占全国的90%以上[1]。随着蔗糖产业的发展，甘蔗生长过程中发生的病害问题也日益突出，严重影响甘蔗产量，制约甘蔗产业的发展。自1896年在爪哇地区的甘蔗品种上首次发现甘蔗梢腐病（sugarcane pokkah boeng）以来，随着甘蔗品种的推广，该病在所有甘蔗种植的国家和地区均有发生[2-4]。甘蔗梢腐病是一种气传性真菌病害，主要危害甘蔗梢头嫩叶部位，引起叶片褪绿黄化、皱缩扭曲、腐烂，严重的可造成生长点死亡乃至整株死亡，导致产量和糖分下降。甘蔗梢腐病在我国甘蔗种植地区发病率可高达95%，甘蔗糖分降低达5.21%[5-6]。广西发生面积达6.20万hm2，造成实际损失达3万t（广西壮族自治区植保总站提供数据）。甘蔗属于粗管理、低利润的经济作物，随着地租、人工及农资等方面种植成本的不断上涨，蔗农对病虫害的防控意识更加淡薄，而且过多使用化学药剂造成的“3R”问题至今仍难以解决。因此，筛选高抗种质资源和选育高抗优良新品种对实施“减肥减药，提质增效”具有重要的意义。

甘蔗梢腐病病原菌为镰刀菌（Fusarium），前人已经对镰刀菌进行了大量研究，现已明确的甘蔗梢腐病病原至少有7种，分别为F. sacchari、F. verticillioides、F. proliferarum、F. subglutinans、F. andiyazi、F. incarnatum和F. oxysporum[7-10]。Meng等[11]从广西扶绥县采集的94份甘蔗梢腐病样本中，分离出69个甘蔗镰孢菌（F. sacchari）菌株，证明F. sacchari是引起广西扶绥县甘蔗梢腐病的主要病原。课题组前期的研究也表明F. sacchari是我国甘蔗梢腐病菌的优势种[12]。我国对甘蔗梢腐病的抗性研究较少，主要集中在田间的抗性评价[13-15]。王泽平等[14]建立了甘蔗梢腐病田间抗性评价体系，研究出不同甘蔗种植区域、不同品种（系）以及不同种植时期存在感抗梢腐病的差异性。抗病育种的重要环节是抗病性鉴定评价，甘蔗对梢腐病的抗性鉴定可分为自然接种法和人工接种法，人工接种法又包括滴心接种法、注射接种法、剪叶接种法和喷雾接种法等[16-18]。王泽平等[17]利用自然接种法对广西蔗区主要栽种的13个推广品种进行田间抗性评价，发现2个中抗梢腐病品种、9个抗梢腐病品种、2个高抗梢腐病品种。在利用人工接种法进行抗病性鉴定方面，王泽平等[18-19]采用注射接种法对18份甘蔗种质进行梢腐病抗性鉴定试验，结果发现‘GT37和‘GT21为感梢腐病种质，‘Q202和‘YT94-128为抗梢腐病种质。目前，广西主要推广种植的甘蔗品种为‘ROC22，而‘柳城05-136‘桂糖42‘桂糖46等在推广过程中不同程度地遭受到梢腐病的危害。甘蔗黑穗病、梢腐病和花叶病是甘蔗主要的3种病害，也是甘蔗新品种登记需要测试抗病性的3种病害。引进国外优良种质资源，可拓宽我国甘蔗的遗传基础，对推动优良亲本的创制及突破性新品种的选育具有重要意义[20]。引进的种质资源在我国种植表现优良的还可直接进行推广种植[21-22]，但在选育和杂交利用前有必要对我国主要甘蔗种质进行抗性评价，以明确其在使用过程中的风险性。李毅杰等[23]对从美国引进的部分甘蔗品种进行黑穗病抗性鉴定，筛选出一批抗黑穗病品种。在此基础上，课题组进一步开展从美国引进甘蔗材料的梢腐病抗性鉴定，以期筛选出抗梢腐病品种。本研究采用离体叶片法对广西农业科学院甘蔗研究所从美国引进的甘蔗种质材料进行梢腐病抗性鉴定及综合评价，以期筛选出抗梢腐病的甘蔗优异材料，为筛选抗病种质资源、甘蔗新品种选育和推广提供科学依据。

1  材料与方法

1.1  材料

试验选用从美国引进的60个甘蔗种质材料，广西当地主栽品种‘ROC22‘GT37‘GT42‘GT46‘LC05-136，黑穗病抗性鉴别寄主‘F134‘NCO310‘NCO376‘Ya71-374，及从巴西引进的高效固氮品种‘B8，共70份种质材料作为研究材料，其中在田间‘GT37和‘LC05-136表现为高感，‘GT46为感病，‘ROC22‘GT42‘F134‘NCO310‘NCO376和‘Ya71-374为抗病。蔗种剥叶砍种后于2019年4月10日种植于广西农业科学院甘蔗研究所温室大棚内。根据课题组前期对全国主产区甘蔗梢腐病病原的筛选结果，甘蔗镰孢菌（F. sacchari）为主要的病原菌，通过致病力比较，选择致病力较强的菌株PB6-3为接种病原。

1.2  方法

1.2.1  菌种活化  从保存于?80 ℃的梢腐病菌PB6-3菌液中吸取50 μL菌液于50 mL（含100 g/mL氨苄青霉素）马铃薯葡萄糖水培养基（PDW）中，30 ℃下，以220 r/min摇菌2 d，待菌丝长出后进行二次活化，于4 ℃冰箱保存备用。

1.2.2  菌落培养  从活化的PB6-3菌液中吸取20 μL菌液滴加到马铃薯葡萄糖琼脂培养基（PDA）表面，采用涂布法，将沾有少量酒精的三角涂布器在酒精灯火焰上引燃，待酒精燃尽后冷却8～10 s，然后用涂布器将菌液均匀地涂布在培养皿表面，用封口膜封口，于28 ℃恒温培养箱中倒置培养3 d。接种前用打孔器将平板打成9 mm的菌饼。

1.2.3  人工接种  离体叶片接种法与活体接种法具有正相关关系，且鉴定结果与品种的实际抗病水平一致，并具有较为简便、快速的效果[24-25]。因此，参照孙洁莹等[26]的离体叶片接种方法，分别于2019年6月14日（分蘖期）和10月2日（伸长期），剪取不同甘蔗种质材料+2～+3健康叶片于室内进行针刺接种，每个材料3个重复，每个重复3张叶片。先用75%酒精将甘蔗叶片擦净，将每张叶片剪成13 cm左右片段，叶片两端用酒精进行消毒防止伤口感染，在叶脉中间一侧进行针刺处理，将长有菌丝的一面菌饼覆盖在伤口处，每片叶接种1块菌饼，处理好的甘蔗叶片放置于培养皿中，培养皿中放一张湿润滤纸对叶片进行保湿，室温下培养（湿度80%～90%），观察病斑发展情況。

1.2.4  病情调查和抗性评价  分别在接种后第3、5、7、9天观察和测量病斑的长度，沿着叶脉方向测量黄色晕圈的长度。参照孙洁莹等[26]的方法并略作修改，根据病斑长度划分梢腐病发病等级和抗性等级（表1）。

1.3  数据处理

采用系统聚类分析方法[将病斑长度进行标准化转化，聚类距离采用卡方聚类，聚类方法采用非加权类平均法（unweighted pair-group method with arithmetic means， UPGMA）进行系统聚类]分析测试甘蔗种质材料对梢腐病菌F. sacchari的抗性差异。根据病斑长度，利用Excel 2007软件及DPS 7.05分析软件对数据进行统计分析。

2  结果与分析

2.1  不同生长期人工接种致病力测定

分蘖期接种第3天，只有4个种质材料开始发病。第5天有38个种质材料表现发病症状，占所有材料的54.29%，发病最重的是‘CP73-351，黄色晕圈达64.7 mm。接种第7天仅3个材料没有发病，分别为‘CP85-1308‘CP00-1748和‘HoCP02- 263，其余材料均有不同程度的发病，发病最重的是‘CP73-351，黄色晕圈达114.0 mm。接种第9天只有2个材料没有发病，分别是‘CP85- 1308和‘HoCP02-263，部分材料的病斑已侵染整张叶片（图1，表2）。

伸长期接种第3天，所有材料均无发病症状。接种第5天有14个材料表现出发病症状，占所有材料的20.00%，黄色晕圈均小于10 mm。接种第7天有21个材料没有发病，其余材料都有不同程度的发病，发病最重的是‘HoCP02-618，黄色晕圈达65.3 mm。接种第9天只有7个材料没有发病，分别为‘HoCP02-263‘CP72-1210‘NCO376‘CP96-1602‘B8‘CP51-21和‘CP82-1592，其余材料都有不同程度的发病，发病最重的是‘HoCP02-618，黄色晕圈达94.00 mm（表2）。对比分蘖期接种情况，伸长期所有材料的发病程度减轻。‘HoCP02-263在两次接种过程中均未发病，该种质很可能是对F. sacchari免疫的材料。

2.2  不同甘蔗种质材料的抗性评价

综合2个时期4次发病的调查结果，很多甘蔗种质材料在伸长期发病较轻，部分已知品种的发病程度与生产不符，于是选择分蘖期的接种结果进行种质材料的抗性评价。在分蘖期4次调查结果当中，第3天和第5天时很多材料尚未发病或发病较轻，与生产上的表现不符，而到第9天时部分材料的病斑已完全覆盖整张叶片，无法根据病斑对甘蔗材料的抗性进行鉴定评价。因此，本研究以分蘖期接种第7天的数据进行抗性分析（表3，图2）。供试的70个甘蔗种质材料中，抗性水平为HR的材料6个，占8.57%;抗性水平为R的材料15个，占21.43%;抗性水平为MR的材料13个，占18.57%;抗性水平为MS的材料12个，占17.14%;抗性水平为S的材料13个，占18.57%;抗性水平为HS的材料11个，占15.71%。

2.3  聚类分析

以病斑长度为对象进行系统聚类分析，聚类分析结果表明，供试材料的梢腐病抗性表现具有丰富的多样性（图3）。当阈值为0.38时，供试的70份种质材料分为六大类：第1类包括5个材料，分别为‘CP85-1308‘CP00-1748‘HoCP02-263‘CP72-2114和‘CP88-1834表现为高抗;第2类包括‘CP88-1762等18个种质，表现为抗病;第3类包括‘CP64-144等17个种质，表现为中抗;第4类包括‘CP70-1572等13个种质，表现为中感;第5类包括‘CP72-356‘CP96-1602和‘ROC22共3个种质，表现为感病;第6类包括‘CP00-1301等14个种质，表现为高感。从聚类的分支情况来看，分为两大分支，其中抗性较高的第1、2、3类形成一个群体，而较为感病的第4、5、6类单独形成一个分支，说明了聚类的结果与抗性等级水平划分的结果较为吻合。第2类群与第1类群形成一个分支，在抗性上更接近第1类，而离第3类群相对较远;第5类与第4类在一个分支遗传关系上较为相近，而离第6类群较远。由于试验重复之间发病程度存在一定的差异，造成聚类分析与根据病斑长度划分标准所得的结果有些出入，但2种方法的结果基本一致。

3  讨论

前人对从国外引进的甘蔗种质资源抗病性评价方面做了大量的工作，但主要集中在黑穗病[23]、花叶病[27]和锈病[28]等病害，而梢腐病方面的抗性评价未见相关报道。甘蔗梢腐病是由多种镰刀菌引起的一类真菌病害，目前已报道可引起甘蔗梢腐病的镰刀菌至少有7种，不同的国家和蔗区的种群结构及优势种均不同。马来西亚已报道3个种，分别为F. sacchari、F. proliferatum和F. subglutinans，以F. sacchari为主[29-30]。伊朗有3个种，分别为F. verticillioides、F. proliferatum和F. subglutinans，以F. verticillioides为主[7-8]。南非有3个种，分别为F. sacchari、F. proliferatum和F. andiyazi，以F. sacchari为主[31]。菲律宾有5个种，分别为F. sacchari、F. proliferatum、F. incarnatum、F. verticillioides和F. subglutinans，以F. sacchari为主[10]。目前，我国已报道了5个种（F. sacchari、F. verticillioides、F. proliferatum、F. andiyazi和F. oxysporum）[9， 11， 32-33]，但有关优势种尚存在争议。Lin等[33]采用ITS引物对101个甘蔗梢腐病菌株进行检测，只检测到F. verticillioides和F. proliferatum 2个种，并认为这2个种是我國甘蔗梢腐病的主要病原。实际上，单一的ITS位点不能用于区分藤仓镰刀菌复合种（Gibberella fujikuroi complex species， GFSC）以及尖孢镰刀菌复合种（F. oxysporum complex species， FOCS）[34]，所以该鉴定结果的精准性有待考究。而Meng等[11]以及课题组前期的研究结果均表明F. sacchari是甘蔗梢腐病菌的优势种[12]。因此，本研究选用F. sacchari作为接种病原开展甘蔗梢腐病的抗性评价。

前人对甘蔗梢腐病的接种方法进行了一些研究，主要包括离体伤茎法、射接法、滴心法、离体剪叶法和浸种法[7， 10， 11， 19]。甘蔗梢腐病主要通过气流和雨水传播直接危害甘蔗梢头的幼嫩蔗叶，严重时可危害蔗茎。已有报道F. sacchari可引起甘蔗枯萎病[35]、F. solani可引起甘蔗茎腐病[36]，但尚无甘蔗梢腐病菌可引起甘蔗根部病害或通过蔗茎传导而引起梢腐病的相关报道。因此，浸种法不适用于梢腐病的接种[19]。离体伤茎法采用蔗茎进行室内接种，条件易于控制、发病较好，但获得蔗茎需要较长的种植时间，且目前尚无明确的结论采用哪个生育期的蔗茎，蔗茎采用较嫩的上部或者是较成熟的下部。注射法和滴心法的实施环境主要为大棚，空间较大，没有昂贵的设备，温湿度相对难以保障，课题组也曾探讨过这2种方法，但重现性不稳定（数据未发表）。离体剪叶法与本研究中采用的离体叶片接种法较为相近，均为采集甘蔗叶片，于室内经过表面消毒处理后进行伤口接种病原菌，室内操作更易于控制温湿度。差别在于离体剪叶法采用剪刀沾取孢子液剪伤叶片，而本研究采用针刺叶片创造微伤口，并将菌饼接种于伤口处，避免大伤口容易感染其他微生物。

甘蔗对梢腐病的抗性有形态学抗性[37]、环境因素[38]和分子水平抗性[39-40]。前人的研究表明，甘蔗的生长速度、株型、垂型、脱叶性等特征都影响甘蔗品种的抗病性，对梢腐病抗性较强的甘蔗品种叶片呈狭长直立形、株型紧凑且易脱叶[37]，本研究发现，‘HoCP02-263种质表现出明显的抗病性，对比前人在形态学上对甘蔗抗梢腐病的研究，‘HoCP02-263种质叶片狭窄直立、叶色深绿，符合这一特征。通过不同生育期接种试验对比可以看出，不同甘蔗种质对梢腐病的抗性不同，甘蔗的不同生长时期抗病性也会发生变化。伸长期甘蔗叶片较分蘖期大且叶色更深，大部分材料在接种甘蔗梢腐病菌后，发病时间比分蘖期晚，且发病程度低，‘CP72-1210‘NCO376‘CP96-1602‘B8‘CP51-21和‘CP82-15926个材料明显表现出抗病性增强，这可能与叶片的老嫩程度有关，分蘖期的叶片相对伸长期的叶片嫩，叶片纤维化和木质化程度也相对较低，易于病原菌的入侵，另外还可能与矿质营养元素的吸收及细胞结构有关，其抗性差异机制有待深入研究。

甘蔗品种的抗病性会受到区域性气候、生态环境、栽培方式、病原种群等因素的影响，而甘蔗的同一品种对梢腐病不同病原的抗性也不同[19]。本研究采用人工接种方式鉴定不同种质材料对甘蔗梢腐病的抗性结果表明，广西主栽的甘蔗品种‘ROC22‘LC05-136和‘GT42的抗性水平依次为S、R、MR，这与前人的田间抗性调查结果不同[14-15， 17]。‘GT37在生产上表现较为感病，但在此次研究中表现为中抗。在前人的研究当中，所用的病原菌为F. verticillioide和F. prolifeatum[18]，而本次研究中采用的是F. sacchari，说明不同病原菌对甘蔗的致病力存在明显差异。甘蔗和病原菌在长期的互作进化中会发生变异而丧失抗病性，因此试验筛选出的高抗、中抗种质材料还应进行长期和大面积的田间种植与调查，才能更系统全面地评价甘蔗品种的抗病性。

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