芹菜叶斑病抗性杂种优势及亲子相关分析

吴锋 高国训 王武台 王钦 王勇 耿以工

摘    要：以对叶斑病具有抗感差异的4个芹菜CMS不育系和6个自交系以及利用它们杂交配制获得的17个杂种F1为试材，对其叶斑病田间发病情况进行实地调查，计算相应病情指数和相对抗病性指数，分析芹菜叶斑病抗性杂种优势与亲子相关性。结果表明：芹菜对叶斑病抗性存在一定的杂种优势，其中超中优势表现多一些，超亲优势相对较少。F1抗病性与高亲和双亲均值存在显著相关，母本对F1的影响力强于父本。

关键词：芹菜;叶斑病;抗病性;杂种优势;相关性

中图分类号：S476             文献标识码：A             DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2021.11.007

Heterosis and Parent-offspring Correlation Analysis of Resistance to Early Blight of Celery

WU Feng1， GAO Guoxun1， WANG Wutai1，WANG Qin2，3，WANG Yong4 ，GENG Yigong5

（1. Vegetable Research Institute， Tianjin Academy of Agricultural Sciences， Tianjin 300384; 2. Tianjin Kerenel Vegetable Research Institute， Tianjin 300384; 3. Plant Protection Institute of Tianjin Academy of Agricultural Sciences， Tianjin Vegetable Genetics and Breeding Enterprise Key Laboratory，Tianjin 300384， Tianjin Agricultural Dedelopment Service Center，Tianjin， 300061 ，China）

Abstract：Seventeen celery hybrids were obtained by crossing four CMS lines and six inbred lines with different resistance to early blight of celery （Cercospora apii Fres.）. Field investigation was carried out on the incidence of early blight. The disease index and relative resistance index were calculated to analyze the heterosis and parent-offspring correlation of disease resistance in celery. The results showed that there was a certain heterosis of resistance to early blight， in which the over mid-parent heterosis was more than the over better-parent. The RRI of F1 is significantly correlated with that of  better-parents and mid-parents， and the influence on F1 of the female was stronger than the male.

Key words： celery; early blight（Cercospora apii Fres.）; resistance; heterosis; correlation

芹菜葉斑病最早由德国人Fresenius于1863年首次发现[1]，随后在意大利、法国、奥地利、波兰以及美国、加拿大等欧美各国相继开始蔓延，并且逐年加重[2-4]。我国在20世纪七八十年代之前，芹菜叶斑病发生并不十分严重，随着九十年代芹菜种植规模不断扩大，种植模式不断增多，叶斑病逐渐成为我国很多地区芹菜生产的一种主要病害。一般情况下，叶斑病可以造成芹菜产量损失10%～21%，严重发病地块可达50%以上[5]，美国甚至出现叶斑病导致芹菜绝收的案例[6]。目前国内外进行芹菜叶斑病防治主要依靠施用各种杀菌剂[7-8]。据Lacy等[9]报道，美国佛罗里达州为了防治芹菜叶斑病，在3个月芹菜生长季一般要喷施20～40次杀菌剂，这不仅显著提高了芹菜生产成本[6]，还增加了农药残留的安全隐患。

人们早已认识到，选育抗病品种是农作物病害防治所有手段中最为经济、有效、环保的。美国在芹菜抗病育种方面，长期处于世界领先地位，他们在芹菜黄化病、斑枯病育种等方面已经有了较为深入的研究，但对芹菜叶斑病抗病育种研究相对不足[10-11]。本研究经过几年反复试验，研究总结了一套高效实用的芹菜叶斑病抗性鉴定方法[12]，对相关育种材料进行了抗性鉴定，筛选出了抗病资源，利用系统选育和CMS雄性不育转育技术，创制出许多新型育种材料[13]，并通过杂交组配获得了一批对叶斑病抗感性存在差异的杂交一代。本研究在此基础上对相关亲本与子代材料叶斑病抗性表现进行了杂种优势与遗传相关分析，旨在为进一步叶斑病抗病育种提供材料和理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

以天津市农科院蔬菜研究所选育的A1等4个胞质型雄性不育系（CMS，cytoplasmic male sterility）和B1等6个自交系，及以她们为亲本杂交配制获得的17个F1组合为参试材料，以高感品种‘Sabrosa为对照。

1.2 试验方法

1.2.1 芹菜材料的准备 将所有参试芹菜育种材料同时播种在装有消毒营养土的105孔穴盘内，按照常规育苗方法进行培育，60 d后，芹菜穴盘苗长出4片真叶和发达根系。将芹菜穴盘苗定植到塑料防雨棚内的栽培畦，株行距为15 cm×20 cm。每个参试材料设3次重复，每次重复24株。

1.2.2 接种与培养 预先从感病芹菜植株上摘取发病严重、病症特点典型的病叶，取分生孢子制备浓度为1×106个·mL-1的叶斑病尾孢菌悬浮液。定植20 d以后，采用制备好的孢子悬浮液，对所有参试芹菜植株，均匀喷雾进行接种。接菌后根据天气条件变化，随时监控棚内空气温度和湿度情况，利用膜上遮阳、棚体四周放风来调控棚内空气温度，使之保持在20～35 ℃之间;利用浇水和喷雾来增加棚内湿度，使相对湿度RH保持在80%以上，以利于芹菜叶斑病发病。

1.2.3 病情调查 采用高国训等[12]的方法对所有试材的叶斑病发病情况进行量化调查和统计。

1.2.4 抗病性评价标准 根据病情分级调查结果计算病情指数。病情指数（DI）=∑（各级病叶数×对应级数值）/（调查总叶数×最高病级数）×100。以病情指数为依据，对参试芹菜材料的叶斑病抗性进行如下分级评价：免疫（I）： DI=0;高抗（HR）：075。同时计算参试芹菜材料的相对抗病性指数，相对抗病性指数（RRI）= ln（X/100- X）-ln（Y/100-Y），式中X 为高感对照‘SabrosaDI的值，Y 为参试材料的DI值[14]。

2 结果与分析

2.1 亲本材料叶斑病抗性鉴定结果

表1列出参试的10个亲本系的DI和RRI值，并标明每个亲本系对叶斑病的抗性水平，从表中数据可见，在10个亲本中，有2个母本为抗病（R）材料，1个母本和1个父本为中抗（MR）材料，1个母本和4个父本为感病（S）材料， 1个父本为高感（HS）材料，这表明亲本材料缺乏高抗基因型，抗病和中抗材料占40.0%，感病材料占50.0%，高感材料占10.0%。亲本间的抗病性能差异非常明显。

2.2 芹菜叶斑病抗性杂种优势分析

表2列出了17个芹菜杂交组合F1及其高亲和亲中RRI值，由表中数据可以看出，芹菜进行杂交组配，其后代群体叶斑病抗性是可以表现出杂种优势的，而且超中优势和超亲优势都存在，但不是所有组合都能表现出明显的优势，在本试验观测的17个组合中，有9个表现出正向超中优势，5个表现出正向超亲优势，分别占总组合数的52.9%，29.4%。进一步分析发现，叶斑病抗性的杂种优势表现与选用亲本的抗性水平关系不大，双亲抗性较高时，其F1可以表现出较强的杂种优势，如A2×B6的超中优势和超亲优势分别达到17.78%，10.77%;双亲抗性较低时，其F1同样也能表现出明显的杂种优势，如A3×B5的超中优势和超亲优势分别达到27.80%，5.28%，只是抗性低的亲本进行组配，其F1绝对抗病能力基本仍处于较低水平。在17个杂种一代中，杂种优势表现最高的是A2×B4，超中优势和超亲优势分别达到34.96%，14.38%，其母本DI和RRI分别为22.22，5.743，表现为抗病，其父本DI和RRI分别为62.22，3.991，表现为感病（见表1）。

2.3 亲子间相关性分析

表3是以相对抗病性指数（RRI）为依据进行亲子间相关性和回归分析的结果。从表中数据可见，芹菜F1叶斑病抗性与母本的相关性大于父本，但相关程度没有达到显著性差异水平，F1抗病性与高值亲本和双亲均值的相关性则呈现显著正相关，说明在选配亲本时，应该同时注重双亲的抗病能力，最好将抗病性更好的材料设计为母本，这样配制的F1的抗性一般较高。

3 结论与讨论

本试验利用对芹菜叶斑病具有不同抗感性的亲本材料配制杂交组合，获得17个F1，通过对F1及其亲本叶斑病田间表现进行实地调查与统计分析，证明芹菜杂种一代对叶斑病抗性可以表现出一定的杂种优势，其中超中优势表现多一些，超亲优势相对较少。在本试验中，F1抗病性与其相应高亲值和双亲均值存在显著相关，母本对F1的影响力强于父本，但没有达到显著水平。根据这样的试验结果，我们在以后的抗病育种工作中选配亲本时，应该同时考虑父母双亲的抗病能力，特别是母本的抗病能力应该更强些，这样的组配设计出现具有抗病优势的F1几率应该更高。

芹菜进行杂种优势育种的历史很短，而利用雄性不育系是目前芹菜实现杂种优势育种的唯一技术途径[15]。我们的前期试验已经证明，芹菜叶斑病抗性能够通过多代回交方式，从一个自交系逐步转育到相应雄性不育系，抗性水平保持基本不变[13]。为了提高育种效率，我们一方面利用广泛收集的芹菜抗性资源进行整理与创新，培育优异的抗病自交系，另一方面利用现有不育系材料进行回交转育，创新获得具有不同农艺性狀的抗病不育系，进而以这些抗病不育系为母本进行杂交组配，希望获得抗病优势明显的优良杂种一代。

参考文献：

[1] FRESENIUS G. Beitr?ge zur mykologie[M]. Frankfurt a M： Bei H. L. Br?nner， 1863： 91-92.

[2] GALLOWAY BT. Celery leaf blight[J]， Botanical Gazette，1887，12（3）： 66-67.

[3] KLOTZ L J. A study of the celery early blight fungus， Cercospora apii fres[D]. Michigan： Michigan Agricultural College， 1921.

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[5] 周桂珍， 王兰芳. 芹菜叶斑病的发生与综合防治[J]. 福建农业科技， 2006（3）： 50-51.

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[10] QUIROS C F. Celery[M]//Kalloo G， Bergh B O. Genetic improvement of vegetable crops， Oxford， New York： Pergaman Press， 1993.

[11] EPSTEIN L. Celery genetics and breeding for disease resistance[EB/OL]. （2021-08-16）[2021-10-20]. http：//calcelery.com/wp-content/uploads/Epstein-A-20141.pdf.

[12] 天津市农业科学院. 一种芹菜叶斑病抗性鉴定方法： 中国， CN202110252727.9[P]. 2021-03-08.

[13] 高国训， 吴锋， 王武台， 等. 芹菜育种材料叶斑病抗性田间鉴定[J]. 天津农业科学， 2021， 27（7）： 20-23.

[14] 曾士迈， 王沛有， 张万义. 相对抗病性指数——小麦抗锈性定量鉴定方法改进之一[J]. 植物病理学报， 1981， 11（3）： 7-12.

[15] BRUZNICAN S， DE CLERCQ H， EECKHAUT T， et al. Celery and celeriac： a critical view on present and future breeding[J]. Frontiers in Plant Science， 2019， 10： 1699.

收稿日期：2021-09-15

基金项目：天津市科技支撑重点项目（18YFZCNC01220）;天津市蔬菜現代农业产业技术体系创新团队芹菜育种专项;蔬菜种质创新国家重点实验室项目;天津市农科院芹菜产业科技服务站项目

作者简介：吴锋（1979—），男，湖北鄂州人，副研究员，主要从事芹菜遗传育种方面研究。

通讯作者简介：高国训（1967—），男，天津人，研究员，主要从事芹菜遗传育种方面研究。