基因型和环境对不同生育期花椰菜霜霉病的影响

黄 雷，李光庆，姚雪琴，刘春晴，谢祝捷，*，耿春女

(1.上海应用技术大学 生态技术与工程学院，上海201418； 2.上海市农业科学院 园艺研究所，上海201106)

花椰菜是以花球为食用产品的芸薹属甘蓝种(Brassicaoleraceavar.botrytis)变种蔬菜作物，已在全国广泛种植。霜霉病作为典型的气候性病害[1]，是花椰菜的主要病害之一[2-4]。花椰菜霜霉病菌(Peronosporaparasitica)是一种常见的专性寄生真菌，危害花椰菜的整个生长阶段。长江流域和东南沿海秋冬季多雨，温度和湿度[5]利于病原菌的繁殖，霜霉病发病率较高。生产中长期使用杀菌剂可能引起病原菌的变异从而产生耐药性[6]，同时药剂残留也会影响人类健康和生态环境，培育高抗霜霉病的花椰菜品种是解决花椰菜霜霉病的有效途径，研究花椰菜霜霉病的发病情况及其与环境的互作关系有助于防治病害。

国内外关于花椰菜生长、生理指标与环境效应互作的研究已有大量报道。杨加付等[7]研究6个花椰菜品种的亲本和F1代营养生长期、结球期和成熟期的农艺性状与环境互作效应，发现不同品种花椰菜和F1代的农艺性状受遗传效应影响最大，同时也受到遗传效应与环境互作的影响。谢祝捷等[8]研究了栽培地点、栽培年份以及二者与环境互作对11个基因型青花菜花球4-甲基亚磺酰丁基硫苷含量的影响，发现基因型对青花菜硫苷含量影响极显著，栽培地点、环境和基因型互作对青花菜硫苷含量影响显著。Wheeler等[9]研究了夏季CO2浓度、温度和二者互作对花椰菜生长与产量的影响，发现花椰菜花球产量受CO2浓度影响最为显著，其次是温度和二者互作效应。目前，花椰菜霜霉病不同发育时期的基因型、环境及基因型与环境互作效应的研究尚未见相关报道。本文在田间对4个花椰菜育种材料进行霜霉病菌的接种鉴定，分析基因型、环境，以及基因型与环境互作效应对花椰菜不同发育时期霜霉病发病情况的影响，同时综合分析了不同霜霉病抗性花椰菜品种病情指数与气象因子的相关性，探讨了花椰菜霜霉病的田间发病规律，为花椰菜霜霉病防治提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试的4个中熟花椰菜品种由上海市农业科学院园艺研究所花菜课题组提供。4个中熟花椰菜自交系材料是从长江流域和华东地区引种的花椰菜品种厦美80天、雪园80天、830-F(荷兰雪球)和黄80天(温州80天)自交分离获得，从定植到收获均为80 d左右。其中，厦美80天为高感霜霉病品种，雪园80天和830-F为耐霜霉病品种，黄80天为抗霜霉病品种。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

温度设置2个梯度：常温(8～16 ℃)、高温(13～21 ℃)，湿度设置2个梯度：常湿(80%～90%)、高湿(90%～100%)。共设置4个处理，即常温常湿、常温高湿、高温常湿和高温高湿，分为4个种植区。高温处理种植区全封闭，完全覆盖塑料薄膜(夜间覆盖双层薄膜保温)；常温处理种植区只覆顶膜，侧面不完全覆盖塑料薄膜；高湿处理要求湿度保持在90%～100%(利用加湿器加湿)；常湿处理需维持植株基本生长水分(平均2周浇水1次)并保持通风。4个种植区分别放置温湿度仪进行实时监测。

1.2.2 菌液的制备与接种

病原菌采自上海市农业科学院庄行综合试验站大棚内花椰菜植株的新鲜病叶，用清水将病叶表面附着的霉层和杂质冲洗干净，再用超纯水冲洗，置于20 ℃黑暗条件下保湿(湿度95%～100%，病叶置于培养皿中，用湿润的吸水纸或滤纸附于叶片正背面)24 h，用湿润的干净棉球将上述产生的新生孢子囊剥落于灭菌的超纯水中。利用血球计数板将新生孢子囊按倍数稀释成孢子悬浮液，接种浓度为1×105mL-1，接种量为每叶片1 000 μL。

供试材料播种20 d后，选择长势一致的幼苗于2018年9月中旬定植于上海市庄行综合试验站，10月中旬对花椰菜成株进行接种。参照Branca等[10]的方法，喷雾接种后暗保湿处理24 h(温度为12～25 ℃，相对湿度为75%～100%)，之后常规培养，在调查前1 d再进行暗保湿培养。

1.2.3 霜霉病病害调查与环境因子测定

分别在营养生长期(30 d)、结球期(50 d)和采收期(80 d)调查记录花椰菜霜霉病发病率、病情指数，每个处理调查15株单株。利用温湿度仪和日照计记录日均湿度、日均温度、日照时数、积温、昼夜温差等气象因子数据。

病害分级标准：0级，无病症；1级，叶片上有轻微病症，无孢子囊；3级，叶片出现较严重病症，无孢子囊；5级，叶片出现较严重病症，有少量孢子；7级，叶片出现严重病症，有大量孢子；9级，叶片密生孢子，叶片枯死(图1)。

发病率(%)=(发病株数/调查总株数)×100。

病情指数=∑(Di×Dd)/(Mi×Md)×100。

式中，Di为各级病情的发病叶数，Dd为各级病情的级值，Mi为调查的叶片总数，Md为病情严重度的最高级值。根据病情指数范围对不同植株或品种的霜霉病抗感病型进行分类[11]：0为免疫，0～11为高抗，11～33为抗病，33～55耐病，55～77为感病，77以上为高感。

1.3 数据分析

采用SPSS 11.0软件对原始数据进行统计分析，采用Excel 2013进行作图。

2 结果与分析

2.1 不同发育时期花椰菜霜霉病的发病率与病情指数

表1为常温常湿条件下不同花椰菜品种营养生长期、结球期、采收期的发病率，厦美80天作为高感病材料，发病率依次为86.67%、91.67%、98.28%；雪园80天的发病率依次为56.67%、71.67%、73.33%；830-F的发病率依次为53.33%、68.33%、71.67%；黄80天的发病率依次为1.67%、3.33%、6.67%。

不同花椰菜品种在不同环境处理条件的发病情况见图2。4个花椰菜品种在不同环境的田间发病情况与霜霉病抗性表现一致，且霜霉病病情指数的发展趋势基本一致。雪园80天和830-F同为耐病品种，二者的霜霉病病情指数相接近；高感品种厦美80天的病情指数最高，在不同环境下差异显著(P<0.05)，且显著(P<0.05)大于雪园80天、830-F和黄80天的病情指数；抗病品种黄80天病情指数显著(P<0.05)小于厦美80天、雪园80天、830-F，且不同环境处理间无显著差异(P>0.05)。高感品种厦美80天、耐病品种雪园80天和830-F均在常温高湿环境下病情指数最高，发病情况最严重，远远大于常温常湿(对照组)环境下的病情指数，且高温常湿条件下的病情指数要低于高温高湿环境，说明高湿环境下的霜霉病病情指数大于常湿环境。3个品种花椰菜在高温常湿、高温高湿条件下的病情指数分别小于常温常湿、常温高湿环境条件下的病情指数，其中830-F在营养生长期除外，可能是因为830-F早期发育较好，耐低温(8～16 ℃)，导致常温常湿条件病情指数偏小，说明高温环境条件下的霜霉病病情指数小于常温环境。结果表明，温度、湿度对高感病、耐病品种花椰菜霜霉病的发生有影响。

从左到右叶片的病情等级依次为0、1、3、5、7、9。Disease classifications of downy mildew leaves from left to right were 0， 1， 3， 5， 7， 9.图1 花椰菜结球期霜霉病病害分级Fig.1 Disease classification of downy mildew of cauliflower at heading period stage

表1 不同基因型花椰菜在3个发育时期的发病率

T1为常温常湿；T2为高温常湿；T3为常温高湿；T4为高温高湿。T1 was normal temperature and normal humidity; T2 was high temperature and normal humidity; T3 was normal temperature and high humidity; T4 was high temperature and high humidity.图2 不同生育期花椰菜品种在不同环境条件下的霜霉病病情指数Fig.2 Disease index of downy mildew of cauliflower varieties under different environmental conditions during different growth stages

2.2 不同发育时期花椰菜基因型、环境、基因型与环境的互作效应

为进一步了解基因型与环境的互作效应，在3个生长时期分别对厦美80天、雪园80天和830-F的病情指数进行基因型、环境、基因型与环境互作效应分析，结果见表2。对花椰菜霜霉病抗性的贡献率依次为基因型>环境>基因型与环境互作，变异幅度分别为77.52%～87.04%、12.33%～19.94%、0.63%～2.54%。3个花椰菜品种在3个发育时期不同程度地受到基因型、环境和基因型与环境互作效应的影响，其中基因型的变异幅度最大，表明基因型差异是总变异的主要因素，并且各个发育时期的霜霉病受基因型作用均达到了极显著水平，表明花椰菜的霜霉病抗性受基因型影响最大。环境、基因型与环境互作效应对霜霉病的影响也均达到了极显著水平，但变异幅度相比基因型较小。结果表明，不同发育时期的花椰菜霜霉病抗性主要来源于基因型，环境效应次之，基因型与环境的互作效应最小。

2.3 花椰菜霜霉病病情指数与气象因子的相关性分析

因黄80天受环境影响不显著，只分析厦美80天、雪园80天和830-F的病情指数与气象因子的相关性。由表3可以看出，3个品种花椰菜的霜霉病均与日均湿度、昼夜温差呈极显著正相关，与日均温度、积温呈极显著负相关，而与日照时数无显著相关性。厦美80天和雪园80天霜霉病病情指数与日均温度的相关系数均高于与日均湿度的相关系数，厦美80天霜霉病病情指数与积温的相关系数大于与日均湿度的相关系数；雪园80天霜霉病病情指数与日均湿度的相关系数大于与积温的相关系数；830-F霜霉病病情指数与日均湿度的相关系数大于其他气象因子。说明830-F受湿度影响大于厦美80天和雪园80天，厦美80天和雪园80天受温度影响大于湿度。

表2 基因型、环境、基因型与环境互作对不同发育时期花椰菜病情指数的影响

表3 不同基因型花椰菜病情指数与气象因子的相关性分析

3 结论与讨论

本研究表明，不同花椰菜品种的霜霉病抗病性存在一定差异，其中高感、耐病品种与抗性品种之间病情指数差异显著(P<0.05)，同时高感品种与耐病品种之间病情指数差异显著(P<0.05)。耐病与高感品种花椰菜在营养生长期就会出现较严重病害，可能与长江流域10月份温度较高有利于花椰菜霜霉病病原菌的侵入有关。Achar[12]的研究也表明，较高的温度有利于霜霉病菌侵染花椰菜。与常湿环境(80%～90%)相比，高湿环境(90%～100%)更利于霜霉病病原菌侵染；Sangeetha等[13]研究也表明，湿度高更利于大白菜霜霉病菌的侵染和繁殖。结球期是霜霉病发病的高峰期，病情指数骤升，植株的成熟叶片全部受到侵染，部分叶片枯萎脱落，落在植株周围的病叶继而感染花球底部。采收期处于霜霉病发病后期，植株成熟叶片完全脱落，同时伴随多种并发病，导致花球发育不完整，影响实际产量。高感病、耐病品种在高温常湿条件下的病情指数最低，可能是因为高温(13～21 ℃)达到了植株的最适生长点，促使植株发育，使得其部分叶片的蜡质层形成，从而抵御了部分病原菌的侵染[14]。黄80天抗性材料受环境和发育时期影响不显著(P>0.05)，说明其抗霜霉病遗传力较高，抗病性状较稳定，可以作为选育高抗植株的优良亲本。

基因型效应在花椰菜霜霉病性状控制上占主导地位，这与Lucas等[15]发现基因型是影响甘蓝型油菜霜霉病抗性的主要因素的结果一致。环境和环境与基因型互作效应对花椰菜霜霉病抗性的影响较小，说明选择抗性高的基因型能够有效避免由环境变化引发的霜霉病害。结球期，环境与基因型互作效应对花椰菜霜霉病抗性的影响大于营养生长期和采收期，说明在结球期控制环境影响降低霜霉病的病发更为有效。

大田作物生产中，温度、湿度等非可控环境因子在不同地区变化较大，对病害的影响存在差异。相关性分析结果表明，日均温度变低时，花椰菜霜霉病的病情指数升高，当湿度较高时，花椰菜霜霉病的病害指数也升高，说明低温高湿环境更利于霜霉病产生，这与陈海平等[16]的研究结果一致，其研究表明，冬季低温多雨天气青花菜霜霉病易发生。花椰菜霜霉病的病情指数随昼夜温差的升高而增加，这与Mohammed等[17]发现昼夜温差较大会提高芥菜和甘蓝型油菜霜霉病病情指数的结论相符合。

湿度和温度是影响花椰菜霜霉病病发的重要环境因素，温度和湿度对不同基因型花椰菜的影响存在差异，厦美80天和雪园80天受温度影响大于湿度，830-F受湿度影响大于温度。

长江流域的秋冬季昼夜温差较大，基于本文研究结果，建议在花椰菜种植前期即营养生长期前采取夜间保温措施，提高田间积温，控制昼夜温差，降低湿度，可以有效控制霜霉病。本文对花椰菜霜霉病的田间发病特征进行了研究，初步确定了花椰菜霜霉病的发病规律，但不同地区的环境与品种存在差异，本研究的发病规律适用于种植在长江流域的中熟品种，对不同纬度地区、不同熟期的花椰菜品种具有一定的局限性。后续研究一方面需加强培育和种植具有高抗病性的花椰菜品种，另一方面，目前长江流域同时具有优良品质和抗病性的秋种中熟花椰菜品种较少，还未大面积推广种植，需加强田间的病害防治管理，控制温湿度等环境条件来预防霜霉病的发生。