甘蔗新亲本材料的黑穗病抗性鉴定与评价

胡鑫，夏红明，杨丽华，吴转娣，赵培方，赵俊，昝逢刚，刘家勇，赵丽萍，覃伟，赵勇，姚丽，陈学宽，吴才文

（1.云南省农业科学院甘蔗研究所/云南甘蔗遗传改良重点试验室，云南开远 661699；2.云南省玉溪市元江县经济作物工作站，云南元江 653300）

0 引言

甘蔗黑穗病是由甘蔗鞭黑粉菌（Ustilago scitaminea）引起的一类重要甘蔗病害，目前该病害已在我国大陆蔗区广泛流行。甘蔗感染黑穗病会降低蔗茎产量和蔗糖分，从而导致严重的经济损失，因此防治甘蔗黑穗病是我国甘蔗产业健康、稳定发展的重要课题[1-3]。由于一般的化学或物理方法难以防治黑穗病，通常认为培育抗黑穗病甘蔗品种是预防黑穗病最为经济有效的途径[4]。

近年来，我国主要甘蔗育种单位均高度重视选育抗黑穗病品种，已经获得一些抗黑穗病优良的甘蔗亲本材料。沈万宽等[5]对17 个引进品种进行黑穗病抗性鉴定，筛选出‘Q200B’、‘Q124’、‘Q171’等8 个抗性优良的甘蔗材料。夏红明等[6]对48 份甘蔗新品种(系)、中间材料及引进品种进行甘蔗黑穗病抗性评价，鉴定出41份高抗及抗病的材料。陈双等[7]对34个国内外优异甘蔗材料进行抗黑穗病鉴定试验，筛选出3份高抗和6份抗病材料。对这些甘蔗优异亲本材料的黑穗病抗性评价，可为下一步培育抗黑穗病品种奠定良好的基础。

本试验对云南省农业科学院甘蔗研究所近年来创制的甘蔗新材料进行黑穗病抗性评价，旨在从中筛选优良抗病材料，为进一步开展抗黑穗病品种培育提供新的亲本。

1 材料和方法

1.1 试验材料

参试甘蔗材料见表1，共计60 个，包括54个自育新材料和6 个对照品种，均来自云南省农业科学院甘蔗研究所。对照品种包括‘Q171’（高抗）、‘Nco376’（抗）、‘Q117’（感）、‘F134’（抗生理小种1、感生理小种2）、‘Nco310’（感生理小种1、抗生理小种2）[8]和‘新台糖22 号’（生产对照）[9]。源混合冬孢子于2018 年6 月至12月采自云南省玉溪市元江哈尼族彝族傣族自治县，黑穗鞭子采后于室温自然风干4～5 d，用毛笔轻轻刮下鞭子上的冬孢子，充分混匀后分装于小滤纸袋中，保存于4℃冰箱中备用。试验基地位于云南省玉溪市元江哈尼族彝族傣族自治县郊黑穗病高发蔗区，用地面积为0.1 hm2。

1.2 试验方法

1.2.1 人工浸渍接种试验区

每个参试材料取6 棵健康甘蔗种茎，砍成4 芽段，合计72 芽，分成3 捆，共3 重复。接种前首先检测孢子萌芽率（大于90%），然后对参试材料进行人工浸渍接种，孢子悬浮液浓度5×106个/mL，接种浸泡10 min。浸泡后取出材料用塑料袋保湿，置25℃～28℃的室内，24 h后播种于大田。试验设计采用随机区组设计，行长3.0 m，行距1.0 m，小区面积3.0 m2（单行区），种植后盖薄膜。

1.2.2 自然感病试验区

每个参试材料取6棵健康甘蔗，砍成4芽段，合72计芽，分成3捆，共3重复。不接种孢子，直接播种于大田。试验设计与人工浸渍接种试验区相同。

1.3 试验数据收集

调查3次，第一次待苗长齐后，调查基本苗数，并调查黑穗病发病株数。第二次待分蘖结束后，调查总茎数，并调查黑穗病发病株数。第三次在甘蔗成熟初期调查黑穗病发病株数。以上每次调查发现病株，记载后将病株平地割除，以免重复记载发病株数。调查结束后，根据各参试材料累计发病株数及总株数，计算发病株数占总株数的百分比。按照农业部“九五”攻关项目病害规定，对材料的抗病性做出判定。农业部“九五”攻关项目病害规定的统一具体分级标准为：发病率0～3%为1 级，高抗（HR）；发病率4%～6%为2 级，抗（R）；发病率7%～9%为3 级，抗（R）；发病率10%～12%为4 级，中抗（MR）；发病率13%～25%为5 级，中感（MS）；发病率26%～35%为6 级，感（S）；发病率36%～50%为7 级，感（S）；发病率51%～75%为8 级，高感（HS）；发病率76%～100%为9级，高感（HS）。

1.4 数据分析

应用Excel 2007和IBM SPSS Statistics 21分析软件[10]对数据进行统计分析。

2 结果和分析

图1 人工接种和自然感病的黑穗病发病分布情况Fig.1 Distribution of smut reaction in dipping inoculation and natural condition

2.1 自然感病和人工接种的发病情况分析

参试材料自然发病及人工接种黑穗病发病率分布如图1 和表1 所示，在大田生产条件下，大部分参试品种黑穗病发病率分布范围为0.77%～7.11%，而在人工接种试验条件下，大部分参试品种黑穗病发病率分布范围为15.08%～41.58%。在大田生产条件下，参试品种平均发病率为4.94%，而在人工接种条件下，参试品种平均发病率为29.76%，是自然发病率的6 倍以上，比自然感病率增加了24.82个百分点（绝对值），两者间具有极显著差异（P＜0.01）。两者间的相关系数为0.474，效应值为1.50，说明两者之间具有很大的相关性。

表1 参试材料自然发病及人工接种黑穗病发病率测定Table 1 Smut incidence in dipping inoculatedtrait and natural condition

续表1 Continued Table 1

2.2 不同生长期黑穗病发病率分析

参试材料根据接种后黑穗病发病情况分为3类：抗病（黑穗病发病率为0～15.00%）、中等（黑穗病发病率为15.01～30.00%）和高感（黑穗病发病率为30.01～100%）。如图2 所示，在出苗期，只有高感材料与抗病材料之间的黑穗病发病率有显著性差异；在分蘖期，抗病材料、中等材料的黑穗病发病率均与高感材料的黑穗病发病率有明显的差异，但是抗病材料与中等材料之间的黑穗病发病率无显著性差异；在成熟期，不同类型材料之间的黑穗病发病率均有显著性差异。

2.3 参试材料抗病性评价

按照农业部“九五”攻关项目病害规定，60个参试材料的黑穗病抗性鉴定结果如表2。具体分析如下，抗性水平达HR 的材料有‘云蔗14-1006’、‘Q171’、‘云瑞11-254’和‘云瑞17-32’四个，占参试材料的6.67%，抗性水平为R 的材料有‘云蔗15-505’、‘云瑞16-42’、‘云蔗12-1573’、‘云瑞15-52’和‘云瑞17-82’五个，占参试材料的8.33%，抗性水平 为MR 的 材 料 有‘云 蔗12-1220’、‘云 蔗12-1197’、‘云蔗13-1098’、‘云蔗13-1211’和‘云瑞11-252’五个，占参试材料的8.33%；抗性水平为MS的材料有12 个，占参试材料的20.00%，抗性水平为S 的材料有27 个，占参试材料的45.00%，抗性水平为HS 的材料有7个，占参试材料的11.67%。其中对照品种‘Q171’、‘Q117’、‘NCo310’、‘NCo376’、‘F134’及‘新台糖22号’的抗性水平依次为HR、S、S、S、S、MS。

图2 不同生长期甘蔗黑穗病发病率分析Fig.2 Analysis of smut incidence in different growth stages

表2 参试材料对人工接种黑穗病菌的抗性评价Table 2 Evaluation of smut resistance in the tested materials

2.4 参试材料抗病性聚类分析

对参试材料的平均感病率进行聚类分析（如图3），聚类分析采用平均Euclidean 距离法分类。从图3 中可以看出，当聚类距离为5时，60个参试材料的抗病性可分为4 种类型。对比表2可知，第一类发病较轻，有25个材料，包括全部的高抗、抗、中抗材料和大部分的中感材料，对应评级为1～5级。第二类发病为中等，有26 个材料，主要包括大部分感病材料和一个中感材料‘云蔗13-1078’，对应评级5～7级。第三类发病较重，有7 个材料，主要包括两个感病材料（‘云瑞16-58’、‘云瑞11-259’）和5 个高感材料，对应评级7～8 级。第四类发病最重，只包括‘云瑞09-150’和‘云瑞17-129’两个高感材料对应评级9级。

3 讨论

本试验采用人工浸渍接种法与田间自然感病法相结合，评价供试材料对甘蔗黑穗病的抗性水平。试验表明这两种方法之间有很强的关联性，说明了人工浸渍接种方法评价品种黑穗病抗性可在很大程度上反映品种在大田自然生产上的抗病表现。一些自然发病率较高的品种，如‘云蔗11-3208’和‘云瑞11-103’的黑穗病发病级别为4 级，‘云瑞13-165’、‘云瑞16-26’和‘云瑞17-133’的黑穗病发病级别为5 级，‘云瑞09-150’的黑穗病发病级别为7级，它们在抗性鉴定中均评价为感或者高感。然而在大田生产条件下，大部分参试品种自然发病率较低，而通过人工浸渍接种方法可以显著提高品种的黑穗病发病率，因此采用传统人工浸渍接种方法可以有效地对品种进行黑穗病抗性鉴定。

图3 参试材料黑穗病发病率的聚类分析Fig.3 Clustering analysis based on the smut incidence of tested genotypes

黑穗病发病率的高低是品种（寄主）、病原小种（寄生物）和环境这几种因素综合作用的结果。因此需要在抗性鉴定试验中加入标准对照种，以其作为参照进行差异显著性分析和聚类分析。标准对照种的抗性表现是多年多点鉴定的结果,一定程度上可以衡量人工接种试验结果的客观性和有效性。本试验参试品种‘Nco310’和‘F134’是中国台湾地区甘蔗黑粉菌生理小种的鉴别寄主[11]，在本试验中‘Nco310’和‘F134’均为感病，说明接种源混合冬孢子同时具有小种1 和小种2。‘Nco376’对小种1 及小种2 免疫，但是本试验中‘Nco376’抗性鉴定为感病，这可能表明源混合冬孢子中具有新的小种或者小种变异。该结果与沈万宽等[8,12]和陈健文等[13]的研究结果基本一致。‘Q171’为高抗，‘Q117’为感病品种，该试验结果与沈万宽等[5]和夏红明等[6]研究结果一致。生产对照种‘新台糖22 号’抗病性表现为中感，这一结果与该品种在大田生产的表现相符合，也与前人的研究结果基本一致[14-15]。从对照品种的抗性评价来看，本试验鉴定结果比较合理、可靠。本试验还通过系统聚类法对参试材料进行分析，其分级结果与国家“九五”攻关分级法的抗性结果基本一致。这是因为这两种评价方法都是采用最终累计茎感染率来确定抗性反应类型。一般来看，“九五”攻关分级法简单、直接，而系统聚类分析方法可以基于不同重复、不同生长期的累计茎感染率更好地把参试材料进行分类，同类别材料的抗性表现差异更小。

4 结论

该试验对近年来云南省农科院甘蔗所自育的云蔗系列和云瑞系列新材料进行抗黑穗病鉴定，从抗病性评价上来看，54 个参试材料（不包括对照）中有13个对黑穗病抗性评价为中抗（MR）及以上，占总体24.07%，抗性水平为中感（MS）及以下的材料有41 个，占总体75.93%，反映出参试材料黑穗病的抗性水平普遍较差，表明开展甘蔗黑穗病抗病育种的重要性和紧迫性。近年来，我国甘蔗黑穗病病情愈发严重，已成为我国蔗区的三大病害之一，因此要求育种家在关注品种的产量、糖分等农艺性状的同时，还要加强抗黑穗病品种的选育力度。本研究对54 个自育甘蔗新材料的黑穗病抗性进行鉴定与评价，筛选出‘云蔗14-1006’、‘云瑞11-254’和‘云瑞17-32’三个高抗黑穗病材料，为进一步开展抗黑穗病品种培育提供了新的亲本，为今后杂交组合配制及抗病品种（系）选育提供了科学依据。