甘蔗主要亲本自然条件下抗甘蔗花叶病测定

杨荣仲，周会，肖祎，吕达，廖红香，陈道德，刘昔辉，雷敬超，林垠孚

（1.广西农业科学院甘蔗研究所/农业部广西甘蔗生物技术与遗传改良重点实验室/广西甘蔗遗传改良重点实验室/中国农业科学院甘蔗研究中心，南宁 530007；2.蔗糖产业省部共建协同创新中心，南宁 530004；3.四川省植物工程研究院,四川资中 641200）

0 引言

甘蔗花叶病是国内甘蔗生产的重要病害，也是国内甘蔗新品种登记注册要求测试的甘蔗病害。甘蔗花叶病发生将明显影响甘蔗产量和糖产量[1-4]，而推广应用抗病品种是最有效的措施；然而由于病原易于变异，一旦一个抗病品种大面积推广，其抗性又很容易丧失[5]。因此，了解甘蔗近年常用亲本的抗性表现将有助于甘蔗杂交组合亲本的选配，提高甘蔗抗病育种效率。

甘蔗花叶病主要由甘蔗花叶病毒、高粱花叶病毒和甘蔗线条花叶病毒等引起。国内外在甘蔗花叶病对甘蔗的影响[1-4]、甘蔗病原物进化[5]、病原鉴定与检测[6-7]、人工接种抗性鉴定和防治策略[8-13]等方面做了大量的研究，发现花叶病可引起10%～40%的产量损失，糖分下降；突变、负选择作用以及遗传漂变是驱动甘蔗花叶病毒进化的主要作用力；并筛选出了许多抗甘蔗花叶病的亲本、创新育种材料和新品系，为甘蔗花叶病抗病育种提供了有力的支持。然而由于甘蔗花叶病病原种类多，不同地区或不同来源的分离物可能表现出很高程度的遗传多样性[5]，进行人工接种鉴定时，受接种病原物分离类型数量及环境的影响[14]，抗性鉴定结果与实际田间抗性表现存在一定的差异。为了解近年甘蔗常用亲本花叶病抗性表现，选择在花叶病高发病生态区的四川省植物工程研究院资中县试验基地[15]进行了3年的田间自然抗性测定。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

根据广西农业科学院甘蔗研究所海南杂交基地2014—2016 年杂交季甘蔗亲本的使用频率，确定了102份甘蔗参试亲本（详见表5），其中，国外亲本14 份，主要来自美国、澳大利亚等国家；国内亲本88份，其中，桂糖亲本54份、粤糖及崖城亲本15份，台糖亲本7份、福农亲本4份、国内其它育种机构亲本8份。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计与处理

试验在四川省植物工程研究院资中县明心寺试验基地实施，试验蔗种取自广西农业科学院甘蔗研究所海南杂交基地，2017年2月16日双芽段直播（地膜+拱膜），每个亲本种植一行，行长5.57 m，行宽1.20 m；受霜冻蔗种数量不足的影响，2018年设一次重复新植试验，于2018 年2月28日种植盖地膜，单行区，行长2.78 m，行宽1.20 m；2019 年设立3 次重复新植试验，于2019 年3 月3 日种植盖地膜，单行区，行长4 m，行宽1.20 m。下种量按20 芽/m 计。2017 年新植试验收获后保留2 年宿根，2018 年新植试验收获后不留宿根，田间管理按当地正常大田生产管理实施。

1.2.2 数据收集与分析

调查新植蔗出苗、分蘖和宿根蔗发株，成熟期调查小区甘蔗有效茎、10 株甘蔗的株高、茎径和锤度，霜冻发生1个月后调查甘蔗霜冻危害情况[16]，计算甘蔗的蔗产量和锤重[17]。

花叶病调查：2017年6月下旬调查花叶病田间自然发病率；2018年5 月初开始调查宿根蔗花叶病田间自然发病率，半月一次，共调查4 次，新植蔗6 月上旬调查1 次；2019 年宿根蔗5 月、6 月各调查1 次，新植蔗6 月中旬调查1次。并在2019年6月调查第二年宿根蔗亲本花叶病的发病症状。

根据花叶病田间自然发病率确定参试亲本的抗性等级[18]。方差分解时对甘蔗花叶病发病率进行反正弦转换，用R软件的asreml、agricolae和psych程序包进行数据计算，并计算广义遗传力[17]。

2 结果与分析

2.1 发病症状

分析2019年6月第二年宿根蔗花叶病发病症状发现，试验亲本有长条纹线条花叶病、褪绿花叶病和短条纹花叶病3种发病症状类型，同时也出现了短条纹花叶病+长条纹线条花叶病、褪绿花叶病+长条纹线条花叶病2 种混合类型。按参试亲本，长条纹线条花叶病、褪绿花叶病和短条纹花叶病发病症状的百分率分别为48.04%、14.71%和4.90%，短条纹花叶病+长条纹线条花叶病、褪绿花叶病+长条纹线条花叶病混合类型分别为1.96%和14.71%。结果表明甘蔗花叶病发病症状以长条纹线条花叶病为主，其次是褪绿花叶病和褪绿花叶病+长条纹线条花叶病混合类型，短条纹花叶病和短条纹花叶病+长条纹线条花叶病相对较少。没有发现短条纹花叶病+褪绿花叶病混合类型和同一亲本出现3种发病症状的混合类型。

2.2 相关分析

用2017 年新植和2018 年宿根6 月最后一次调查数据与其他农艺性状进行相关分析发现（表1），甘蔗花叶病的发病率与甘蔗株高、有效茎数、蔗产量和冻后的绿叶百分率存在极显著的负相关，与甘蔗茎径存在显著正相关，而与甘蔗锤度、茎长冻损率和宿根发株率等性状不存在显著相关。表明在甘蔗亲本自然群体中，随着田间甘蔗花叶病发病率的升高，甘蔗株高、有效茎数和蔗产量都将明显下降，用冻后绿叶百分率所表示的甘蔗耐寒性也将随之降低。进一步对甘蔗不同叶位的绿叶百分率进行相关分析发现（数据未列出），甘蔗花叶病发病率的上升，主要表现在对相对较老的叶片（+4 至+7 叶）绿叶百分率有显著的影响，他们之间存在极显著的负相关；而对上部较嫩的叶片（+1至+3叶）几乎没影响，他们之间呈现负相关，但相关不显著。

2.3 不同调查时期、不同年度花叶病发病差异

分析所有甘蔗花叶病发病率数据发现（表2），病害发生率在不同调查时期和不同年度有所不同。2018年调查的数据表明，在田间自然条件下甘蔗花叶病最早发生在5 月初，有6.86%的参试亲本发病，亲本的平均发病率很低，为0.41%；随着甘蔗生长发育，花叶病的发病率逐渐升高，到6 月中旬高达89.22%的参试亲本发病，亲本的平均发病率升至17.81%。表明甘蔗花叶病将随着甘蔗生长发育其发病率将逐渐升高，到6月份将处于相对较高的发病水平。

表2 不同调查时期花叶病发病率Table 2 The incidence of sugarcane mosaic disease at different survey stage

比较不同年度6 月份最后一次调查的花叶病发病率数据，发现不同年度发病率有所不同。2018 年的发病率相对较低为17.81%，89.22%的亲本发病；2017 年居中为24.55%，96.08%的亲本发病；2019 年的发病率最高为39.83%，所有测试亲本发病。表明亲本的花叶病发病率在年度间存在差异，亲本抗性评价时选用发病率较高年份的数据可能更有利于筛选抗病亲本。

进一步分析3 年试验6 月份花叶病发病率数据，发现不仅亲本间发病率存在显著差异，年度间也存在显著差异。按随机模型分解方差，亲本和年度的方差占比分别为10.32%和22.70%，表明甘蔗花叶病发病率的年度变异比亲本更大，如果用发病率直接评价甘蔗亲本抗性，需用多年试验数据才能获得更为稳定的评价结果。用抗性等级分解方差，亲本和年度的方差占比与发病率有所不同，亲本方差占比略有提高为11.38%，而年度方差占比则明显下降，为9.73%。因此，用抗性等级评价甘蔗亲本的抗性表现，不同年度的结果将会更稳定一些。

2.4 新植蔗与宿根蔗的发病差异

分析2018 年和2019 年同期调查的新植与宿根花叶病发病率表明（表3），新植蔗的花叶病发病率，不论是平均发病率还是小区发病率都明显低于宿根蔗。如果调查时间相对较早且在发病相对较轻的年份，如2018 年，新植蔗与宿根蔗的平均发病率差异相对较小，而小区发病率的差异明显较大，由新植约六分之一提高到了宿根的近四分之三；如果调查相对较迟且在发病较重的年份，如2019年，新植蔗与宿根蔗的平均发病率差异明显较大，两者相差达35.05 个百分点；且宿根蔗约99%的小区都发病，而新植还有四分之一左右的小区未发病。新植蔗与宿根蔗花叶病发病分析表明，宿根蔗的发病率明显高于新植，且在发病较重的年份新植蔗与宿根蔗的差异更大。

表3 新植蔗与宿根蔗花叶病发病率Table 3 The incidence of sugarcane mosaic disease for plant cane and ratoon

2.5 花叶病发病率广义遗传力

用2019 年新植、宿根6月最后一次调查数据进行方差分解，不论是用发病率还是发病等级，亲本方差和重复方差均存在极显著差异。用固定模型时（表4），亲本和重复方差占比相对较低，分别为4.67%和5.96%，用随机模型时亲本和重复的方差占比明显提高，分别为16.20%和14.25%。计算的广义遗传力表明，固定模型时属遗传力较高的性状，随机模型时属遗传力中等偏高的性状。广义遗传力计算结果表明花叶病发病率是遗传相对较为稳定的性状。

表4 花叶病发病率广义遗传力Table 4 The broad heritability of incidence for sugarcane mosaic disease

2.6 亲本的抗性表现

根据不同时期、不同年度以及新植宿根对甘蔗花叶病发病的影响，分别选取2017—2019年6月份最后一次调查数据以及小区最高发病率对亲本花叶病抗性进行评价。结果表明（表5）不论选用哪种数据评价亲本抗性表现，参试的102份亲本材料中不存在甘蔗花叶病免疫亲本。选用小区最高数据评价亲本抗性时，近四分之三的参试亲本表现为高感花叶病，显然与广西的实际情况有较大差异[5,19]，不宜用于甘蔗亲本花叶病抗性评价。在3年数据和最重年份数据之间，虽然参试亲本的抗性反应存在一定的差异，如发病重的年份高感亲本明显增多，高抗亲本和中抗亲本减少等，但与小区最高数据评价结果相比，总体上两者差异还是相对较小，尤其高抗亲本变化很小。表明不论是用3年数据还用最高年份的数据评价甘蔗亲本的抗性表现，都可筛选获得高抗甘蔗花叶病亲本。

表5 甘蔗亲本花叶病田间抗性Table 5 The resistance of sugarcane parents to mosaic disease

3 年试验6 月份最后一次调查数据评价亲本抗性表明，在参试的102 份甘蔗亲本中，没有免疫甘蔗花叶病亲本；7.84%的参试亲本为高抗甘蔗花叶病，分别为GT03-2309、GT02-761 和ROC26 等8 份亲本；46.08%的参试亲本为抗甘蔗花叶病，分别为GT03-713、LC03-296和GT03-557 等47份亲本；43.14%的参试亲本为感甘蔗花叶病，分别为CP09-4257、FN39和GT04-2679等44份亲本；2.94%的参试亲本为高感甘蔗花叶病，分别为GT04-2724、YT93-373和YG24。

3 讨论

3.1 甘蔗抗花叶病育种

102 份亲本测试表明，53.92%的甘蔗亲本为抗甘蔗花叶病，与20 多年前同一生态区的测试结果[15]相比，抗甘蔗花叶病育种取得了明显进步，感花叶病的测试材料从88.9%下降至46.08%，尤其是高感花叶病材料下降更为明显。但是，在甘蔗育种过程中发现，甘蔗花叶病接种测试结果经常与生产实际有一定的出入，给甘蔗花叶病抗性育种选择增加了难度。因此，希望通过在高发病生态区进行多年田间自然测定，以期获得更为可靠的结果；虽然绝大多数亲本测试结果与生产实际表现相一致，但仍有个别亲本出现异常。如ROC22的抗性鉴定结果，不论是田间自然测定，还是接种测定[13]，都是感病或高感品种，然而广西新品种区试数据[19]表明发病率都低于10%，大面积生产中其发病率也较低，说明抗性测试结果与生产实际确实存在差异。因此，进行甘蔗新品种推广应用时，建议采取更为灵活方式对待甘蔗花叶病抗性测试结果，以甘蔗生产的田间表现进行评价更为适宜。

3.2 高发病生态区测试

将102 份测试亲本与李文凤等[11]的人工接种测试材料比较，共有YZ05-51、YT96-86、FN30 等13 份相同的测试材料，比较这些参试材料抗性等级发现，人工接种测试的抗性平均等级较田间自然测定的结果略低，其主要差异来自人工接种测试的免疫材料YZ05-51 和高抗材料FN30、YT96-86 和LC05-129，高发病生态区测试等级较人工接种测试高1 个等级或以上。显然对高抗甘蔗花叶病亲本，高发病生态区的田间自然测试将更为有效。

将102份测试亲本与冯小艳等[7]的检测材料比较，有CZ89-103、GT02-208、GT02-761等20份相同的测试材料，这些材料在海南崖城杂交基地自然条件下，有CZ89-103、GT02-208、GT02-761、GT03-713、ROC26、YT00-236、YT91-976 和YT94-128 八份材料未测到甘蔗花叶病毒、高粱花叶病毒、甘蔗线条花叶病毒和甘蔗杆状病毒4种病毒中的任何一种病毒，其抗性等级应为免疫；而我们的测试表明GT02-761、ROC26 抗性表现最好为高抗，CZ89-103、GT03-713 和YT94-128 表现为抗病，GT02-208、YT00-236 和YT91-976 则为感病，说明用于田间自然抗性测试的试验基地确属甘蔗花叶病高发病生态区，通过3 年测试剔除了人工接种或非高发病生态表现为免疫材料和部分高抗材料。

通过与国内其他研究机构测试结果比较表明，甘蔗花叶病高发病生态区田间自然测试将更有利于筛选高抗花叶病材料；人工接种测试或非高发病生态区自然测试获得的免疫或高抗花叶病材料，可在甘蔗花叶病高发病生态区继续测试，以期获得更为准确的测试结果。

4 结论

试验结果表明甘蔗花叶病发病症状以长条纹线条花叶病为主，其次是褪绿花叶病、褪绿花叶病+长条纹线条花叶病混合类型；花叶病发病率属遗传力中等偏高性状，受到调查时期、年度和植期的影响，随着花叶病发病率的升高，甘蔗株高、有效茎数和蔗产量都将明显下降，耐寒性也将减弱；抗性评价表明102份测试亲本中，GT03-2309、GT02-761 和ROC26 等8 份亲本表现高抗，占7.84%；GT03-713、LC03-296 和GT03-557 等47份亲本表现抗病，占46.08%；CP09-4257、FN39和GT04-2679等44份亲本感病，占43.14%；GT04-2724、YT93-373和YG24高感花叶病，占2.94%。