新疆昌吉32个紫花苜蓿品种的田间抗病性评价

张岳阳，李芳，梁维维，李彦忠*

（1.兰州大学草地农业教育部工程研究中心，兰州大学农业农村部草牧业创新重点实验室，兰州大学甘肃省西部草业技术创新中心，兰州大学草业科学国家级实验教学示范中心，兰州大学草地农业生态系统国家重点实验室，兰州大学草地农业科技学院，甘肃兰州 730020；2.新疆畜牧科学院草业研究所，新疆 乌鲁木齐 830000）

紫花苜蓿（Medicago sativa，简称为苜蓿）为多年生牧草［1］，产量高、适口性好、营养丰富，且能改良土壤，提高肥力，防风固沙，改善生态环境［2］，故有“牧草之王”的美称［3］。全世界的苜蓿种植面积约3.22×107hm2［4］，2015年我国苜蓿种植面积为471.1万hm2［5］，居各类人工草地之首［4］。苜蓿干草在世界各国，尤其是在美国、加拿大已成为奶牛的一种基本日粮组分［6］。随着社会经济发展，我国饲料粗蛋白供求矛盾十分严重，苜蓿作为补充蛋白质、发展畜牧业的关键牧草，在畜禽营养供给中具有十分重要的影响［7］。

牧草病害是草地畜牧业生产的主要限制因素之一［8］，Gray［9］连续4年在美国怀俄明州等4个州进行了田间试验，确定了苜蓿病害分布特征。美国每年因牧草病害在各类草地上引致的损失平均为其总产值的26%，按1976年价格计算其损失为16亿美元［10］。在我国，随着苜蓿产业的发展壮大，苜蓿病害的发生也日趋严重，尤其叶部病害可导致牧草产量大幅度降低［11］，例如，苜蓿茎点霉叶斑与黑茎病（Phoma medicaginis）发生严重时可使苜蓿干草产量减少40%～50%，种子减产30%［12］；李克梅等［13］2003年调查发现苜蓿锈病（Uromyces stratus）在南疆种子田的发病率高达100%，种子减产约55%。

选育抗病品种是防治苜蓿及其他牧草病害的最有效和最主要的措施［13］。2000年Obert等［14］筛选出了抗苜蓿霜霉病（Peronospora trifoliorum）的抗性品种，袁庆华等［15］以及李春杰等［16］进行了苜蓿对褐斑病（Pseudopeziza medicaginis）、霜霉病的抗性评价，证明了苜蓿各品种间抗病性差异显著。新疆苜蓿的已知病害有20余种，包括苜蓿茎点霉叶斑与黑茎病、白粉病（Leveillula leguminosarum）等［17-19］。目前，新疆苜蓿病害的研究还主要停留在病害种类调查和病原鉴定上［13，17-20］，关于苜蓿抗病品种的筛选研究不足，且相关研究涉及的品种少并主要集中于白粉病、锈病等［21-22］，且暂无对茎点霉叶斑与黑茎病、黄斑病（Leptotrochila medicaginis）的抗病性研究；张荟荟等［23］于2016-2018年在北疆做了25个苜蓿品种生产性能评估，但尚未有研究在新疆对国内外普遍种植的苜蓿品种抗病性与生产性能进行综合评价。新疆是我国苜蓿种植的主产区之一，病害问题已日益引起管理者的重视［3］，病害不仅影响草产量，也影响着草地持久性。本研究首次对新疆苜蓿的茎点霉叶斑与黑茎病、黄斑病进行抗病性评价，且首次对国内外普遍种植品种在新疆的抗病性、产量及越冬率用灰色关联度法进行综合评价，以期筛选出适宜于新疆种植的发病率低、越冬率高、产量高的苜蓿品种。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于新疆呼图壁县国家农业农村部旱生牧草种子基地（44°14′09″N，86°37′41″E），海拔616.0 m，年平均气温为6.7℃，1月和7月平均气温分别为-16.9和25.6℃。全年无霜期170 d，≥10℃积温3881.0℃，年平均降水量167.0 mm，年平均蒸发量为2361.1 mm［23］。该地的前茬作物为苏丹草（Sorghum sudanense）与玉米（Zea mays），原生植被以驼绒藜（Ceratoides arborescens）、琵琶柴（Reaumuria soongorica）及一年生藜科类植物为主。土壤类型为灰棕荒漠土，全氮0.54 g·kg-1、全磷1.01 g·kg-1、全钾21.00 g·kg-1，有机质含量7.00 g·kg-1；碱解氮57.20 mg·kg-1，速效磷14.00 mg·kg-1，速效钾478.00 mg·kg-1，pH 8.8，全盐含量3.20 g·kg-1，土壤轻度盐渍化，地势较为平坦。

1.2 试验地建植

于2018年5月4日采用条播的方式在试验地播种了32个苜蓿品种，每品种4个小区，每小区20 m2（5 m×4 m），行宽0.2 m，播种量22.71 kg·hm-2，小区间距0.5 m，所有品种的每个小区随机排列。苜蓿生长期间的后期管理主要为不定期浇水与喷施苜草净除草剂，未施肥，未喷杀菌剂和杀虫剂，每年刈割3～4次。

1.3 供试紫花苜蓿品种

供试的32个苜蓿品种收集于2018年3月，其中11个品种是我国的育成品种，其余21个品种为进口品种，由美国和加拿大育成（表1）。

表1 供试紫花苜蓿品种、来源、千粒重及播种量Table 1 Alfalfa varieties，seeds sour ces，thousand-gr ain-weight and sowing rate

1.4 测定指标

1.4.1 发病率 分别在2018年9月和2019年9月，采用对角线法［24］调查试验地病害，根据不同症状类型确定病害种类，同时采集标本，随后，在室内对病原进行镜检，采用分子生物学方法［25］鉴定菌种，根据形态学和分子生物学鉴定结果对田间调查的数据进行校准［24］。发病情况调查采用定点调查，选取每小区预设的50 cm内（第10行2.0～2.5 m）的5株苜蓿，调查其发病种类及其地上病害的发病率［25］。采取5点取样法在每个小区挖取5个植株根部，观察根表皮及中柱是否发病，统计发病率［25］。

1.4.2 病情指数 在调查发病率时，根据李彦忠等［25］的病情分级标准将茎叶部与根部病害分为0～4共5个等级，其中茎叶部病害分级标准为：0级：无病斑；1级：病斑占茎叶面积0%～25%；2级：病斑占茎叶面积25%～50%；3级：病斑占茎叶面积50%～75%；4级：病斑占茎叶面积75%～100%。根部病害分级标准为：0级：无病斑；1级：病斑占皮层（中柱）面积0%～25%；2级：病斑占皮层（中柱）面积25%～50%；3级：病斑占皮层（中柱）面积50%～75%；4级：病斑占皮层（中柱）面积75%～100%。记录调查的每个小区每一植株上每种病害的严重度级别，计算此小区的病情指数［25］。

1.4.3 抗病性 根据官方种子认证机构协会（Association of Official Seed Certifying Agencies，AOSCA）［26］和全国紫花苜蓿品种评审委员会（National Alfalfa Variety Review Board，NAVRB）报告的规定，按其对各品种各病害进行抗性分级（表2）［27］，并将每个苜蓿品种在2018与2019年两年中对各病害抗性较低的抗性级别作为该品种的抗性级别，统计每一品种对各病害不同抗性的分布频率［27］。

表2 病害抗性评级标准Table 2 The standar d of disease r esistance levels

1.4.4 越冬率 在播种当年越冬前（2018年9月）和次年越冬后（2019年4月），统计每个小区内50 cm行长上的存活植株数，计算越冬率［27］。

1.4.5 草产量 分别在2018年9、10月与2019年6、7、8月刈割苜蓿，每小区地面刈割后称得每小区鲜草产量，并在每小区随机称取一定重量的鲜草，烘箱中105℃杀青30 min后于75℃恒温烘至恒重，测干草产量，计算鲜/干比，并换算总干草产量。

1.4.6 空气温湿度测定 于2019年1月在试验地中间位置设立testo温湿度测量仪（型号：testo 174H；产地：德国），检测记录试验地空气温度及湿度变化，并分析试验地温湿度最大值、最小值及平均值。

1.5 数据分析

采用SPSS 17.0软件对所测数据进行统计分析，用平均值和标准误表示测定结果，用Duncan法进行多重比较；采用Excel 2010制图。按灰色系统理论［27］，将32个苜蓿品种看作一个灰色系统，并将其对各病害的抗性指数（对病害的抗性指数=1-发病率，即健康植株的比例）、越冬率、产量3个指标看为该系统中的3个因素，分析各元素关联度及权重，根据各指标权重构建供试苜蓿综合评价模型，选出发病率低、越冬率高、产量高的品种。

2 结果与分析

2.1 病害种类

在试验地共发现5种病害，分别为苜蓿白粉病（L.leguminosarum&Erysiphe pisi）、苜蓿匍柄霉叶斑病（Stemphylium botryosum）、苜蓿茎点霉叶斑与黑茎病、苜蓿尾孢叶斑病（Cercospora medicaginis）、苜蓿黄斑病。苜蓿白粉病的田间症状为被侵染叶片褪绿，出现絮状的白色霉层，继而出现黄色、褐色和黑色颗粒物（图1A），成熟的闭囊壳为黄褐色至黑褐色，球形或近球形，外壁细胞呈不规则的多角形（图1B），子囊倒棒形或卵圆形，内含有4～6个子囊孢子（图1C），子囊孢子单胞、卵圆形或椭圆形（图1B），分生孢子无色，桶形至圆柱形（图1D）。苜蓿匍柄霉叶斑病田间症状为叶片出现大斑，边缘整齐，黑色，病斑上有稀疏黑色霉层（图1E），分生孢子呈淡黄褐色，具横隔与纵隔，分隔处为深黄褐色（图1F）。苜蓿茎点霉叶斑与黑茎病的田间症状为茎部自下而上出现褐色或黑色不规则变色（图1G），分生孢子器圆形，埋生，产生大量孢子（图1H）。苜蓿尾孢叶斑病田间症状为叶片上首先出现小褐斑，后扩大为灰色大斑，边缘淡黄色水渍状（图1I），分生孢子无色透明，圆柱状至针状，基部较宽向上渐窄（图1J）。苜蓿黄斑病田间症状为叶片出现淡黄色大斑，病斑受叶脉限制呈扇形，且病斑上有小黑点（图1K），分生孢子梗无色，有隔，自基部有不规则分枝，分生孢子为单胞，光滑，无色，长椭圆形至柱形（图1L）。

图1 病害症状与病原菌形态Fig.1 The symptoms of diseases and morphological characteristics of pathogen

其中，苜蓿茎点霉叶斑与黑茎病、苜蓿白粉病、苜蓿黄斑病3种病害发病普遍，其余2种病害发病率低，故对苜蓿匍柄霉叶斑病与苜蓿尾孢叶斑病未进行后续研究。

2.2 发病率

2018年苜蓿茎点霉叶斑与黑茎病、苜蓿白粉病和2019年茎点霉叶斑与黑茎病的发病率在各品种间存在显著差异（P<0.05）（表3）。在不同品种发生病害时，茎点霉叶斑与黑茎病的植株发病率为3.57%～97.08%，苜蓿白粉病为7.14%～100.00%，苜蓿黄斑病为0.00%～57.14%。2018年茎点霉叶斑与黑茎病的植株发病率在3.57%～71.13%之间，其中甘农9号的发病率最高；2019年茎点霉叶斑与黑茎病的植株发病率在13.57%～97.08%之间，其中WL 343HQ、龙威3010和WL 319发病率较高，均到90%以上。苜蓿白粉病2018年植株发病率在7.14%～61.79%之间，阿尔冈金发病率最高；2019年苜蓿白粉病发病率不存在显著差异（P>0.05），发病普遍，发病率在50.00%～100.00%之间，发病率在90%以上的品种有21个，占供试品种总数的65.63%。苜蓿黄斑病各品种间发病率无显著差异（P>0.05），且发病率较低，2018年植株发病率在11.90%～57.14%之间，2019年植株发病率在0.00%～25.20%之间。

表3 供试紫花苜蓿品种各病害发病率及抗性级别Table 3 Disease rate and resistance levels of the tested alfalfa varieties

续表Continued Table

2.3 抗性级别

2018年共发现27个苜蓿茎点霉叶斑与黑茎病高抗品种，4个抗性品种，1个中抗品种，未发现感病品种，2019年，共发现19个品种表现为高抗，7个品种表现为抗性，3个品种表现为中抗，此外，WL319对苜蓿茎点霉叶斑与黑茎病表现为低抗，WL 343HQ与龙威3010对苜蓿茎点霉叶斑与黑茎病表现为感病（表3）。2018年，甘农9号、WL 319、阿尔冈金、陇东苜蓿和SR4030共5个苜蓿品种对苜蓿白粉病表现为抗性，其余品种均表现为高抗；2019年，共有1个苜蓿品种对苜蓿白粉病表现为抗性，8个品种表现为中抗，5个品种表现为低抗，18个品种表现为感病。2018与2019年两年中无苜蓿品种对苜蓿黄斑病表现为感病，此外，中苜3号、甘农4号及冲击波3个品种在2018年表现为抗性，其余品种均表现为高抗。

根据抗性级别的频率分布，对苜蓿茎点霉叶斑与黑茎病，32个苜蓿品种的抗性分布频率为高抗品种17个（占比53.13%），抗性品种8个（25.00%），中抗品种4个（12.50%），低抗品种1个（3.13%），感病品种2个（6.25%）；对于苜蓿白粉病，32个品种的抗性分布频率为抗性品种1个（3.13%），中抗品种8个（25.00%），低抗品种5个（15.63%），感病品种18个（56.25%），无高抗品种；供试品种对苜蓿黄斑病抗性分布频率为高抗品种29个（90.63%），抗性品种3个（9.38%），无中抗、低抗及感病品种（表4）。

表4 供试紫花苜蓿品种抗病级别的频率分布Table 4 Fr equency distr ibution of r esistance levels of the tested alfalfa var ieties

2.4 病情指数

2018年，苜蓿茎点霉叶斑与黑茎病的病情指数范围为3.57～82.50，其中病情指数>50的品种有8个，占全部苜蓿品种的25%，病情指数<25的品种有10个，占全部苜蓿品种的31.25%，病情指数在25～50之间的品种有14个，占全部品种的43.75%；2019年，苜蓿茎点霉叶斑与黑茎病的病情指数范围为3.57～68.75，其中耐盐之星的病情指数最高，陇东苜蓿的病情指数最低（表5）。苜蓿白粉病发病程度较重，两年的病情指数范围为8.33～87.50，2018年，阿尔冈金的白粉病病情指数最高，为87.50，WL 354HQ的病情指数最低，为8.33；2019年，中苜3号的白粉病病情指数最高，为85.71，甘农5号的病情指数最低，为33.33。苜蓿黄斑病2018年发病程度较重，病情指数为18.75～91.67，其中病情指数>75的品种有6个，占全部苜蓿品种的18.75%，病情指数<40的品种有6个，占全部品种的18.75%，其余20个苜蓿品种的病情指数在40～75之间，占全部品种的62.50%；2019年苜蓿黄斑病病情指数范围为0.00～25.00，病情指数在20以上的品种只有2个，整体发病程度较轻。

表5 供试紫花苜蓿品种各病害植株病情指数Table 5 Disease indexes of the tested alfalfa varieties

2.5 试验地温湿度变化及越冬率

试验地最高气温为42.70℃，最低气温为-30.00℃，年平均气温为8.82℃；试验地空气湿度最高为99.90%，最低为8.40%，年平均湿度为66.11%（表6）。

表6 试验地温湿度Table 6 Temperature and humidity of the test field

32个苜蓿品种的越冬率差异不显著（P>0.05），越冬率的变幅在80.47%～100.00%之间，越冬率在95%以上的品种有8个，分别为WL 354HQ、北极熊、甘农9号、耐盐之星、阿尔冈金、WL 363HQ、甘农4号和冲击波，占总品种数的25%；越冬率在85%以下的有5个品种，大多数品种的越冬率在85%～95%之间，占总品种的59.38%（图2）。

图2 不同苜蓿品种的越冬率Fig.2 Percentage of sur vival of differ ent alfalfa var ieties

2.6 草产量

2019年第2茬各品种的草产量存在显著差异（P<0.05），2018年全年、2019年第1茬与第3茬、5茬总和的草产量均无显著差异（P>0.05）（表7）。2018年苜蓿草产量的变幅在3.65～6.48 t·hm-2之间，第1茬草产量最高的品种为甘农5号，为6.48 t·hm-2，第2茬草产量最高的品种为甘农9号，为5.20 t·hm-2。2019年苜蓿草产量的变幅为3.20～8.43 t·hm-2，2019年第1茬草产量最高的品种为甘农6号，为8.43 t·hm-2；第2茬草产量在6 t·hm-2以上的品种有3个，为北极熊、龙威3010和阿迪娜，草产量在5 t·hm-2以下的有3个品种，分别为敖汉苜蓿、公农5号和陇东苜蓿，大部分品种草产量为5～6 t·hm-2，有26个品种，占总品种数的81.25%；2019年第3茬苜蓿产量最高的品种为龙威3010，为5.03 t·hm-2，产量最低的品种为陇东苜蓿，草产量为3.20 t·hm-2。5茬苜蓿总产量的范围为22.48～29.52 t·hm-2，产量最高的品种为龙威3010，其总产量显著高于耐盐之星、公农5号、陇东苜蓿和WL 168HQ（P<0.05）。

表7 不同苜蓿品种的草产量Table 7 Yield of different alfalfa varieties（t·hm-2）

2.7 综合特性

按灰色系统理论，构建苜蓿品种综合评价模型：ψ=0.2258ζ1+0.1644ζ2+0.1671ζ3+0.2146ζ4+0.2282ζ5（ζ1为草产量关联系数，ζ2为抗苜蓿茎点霉叶斑与黑茎病的关联系数，ζ3为抗苜蓿白粉病的关联系数，ζ4为抗苜蓿黄斑病的关联系数，ζ5为越冬率关联系数）。根据综合评价模型，32个紫花苜蓿品种中，综合评价较好的5个品种为皇冠、WL 363HQ、中苜3号、敖汉苜蓿和旱地，综合评分较差的5个品种为耐盐之星、WL 343HQ、冲击波、雷霆和陇东苜蓿（表8）。

表8 供试紫花苜蓿品种的综合评价得分及其排序Table 8 Compr ehensive evaluation scor e and r anking of the tested alfalfa var ieties

3 讨论与结论

目前我国已报道27种苜蓿茎叶病害［18］，其中新疆已报道的有24种［13］，本次研究共调查到5种病害，其中苜蓿茎点霉叶斑与黑茎病、苜蓿白粉病与苜蓿黄斑病3种病害发病普遍，并未发现在新疆报道较多的苜蓿锈病、苜蓿霜霉病等病害［13］。试验地苜蓿根部无明显病害症状，室内分离出的病原菌种类少，分离率低，故未进行后续试验。新疆苜蓿病害的研究还主要停留在病害种类调查和病原鉴定上［13，17-20］，对苜蓿抗病品种的筛选研究主要集中于白粉病、锈病等［21-22］，对茎点霉叶斑与黑茎病与黄斑病的抗病性研究尚属空白。在我国，苜蓿茎点霉叶斑与黑茎病是最普遍、危害最严重的茎叶真菌病害之一［28］，该病害在新疆发现于伊宁及阿勒泰地区［19］，近年来在新疆地区鲜有报道，本次调查发现，32个苜蓿品种间茎点霉叶斑与黑茎病的发病率存在显著差异（P<0.05），其中17个品种表现为高抗，其中55.82%为国外品种，41.18%为国内品种，2个品种表现为感病，为WL 343HQ与龙威3010，全部为国外品种；苜蓿白粉病一直以来是新疆苜蓿上发生的主要病害，在新疆对抗白粉病品种的筛选试验较多［21-22］，孟季蒙等［22］发现新牧1号与驯鹿对白粉病、锈病的抗病性较强，李科等［21］在新疆的引种试验发现对白粉病、锈病与烂根病抗病性强的品种有阿尔冈金、新牧1号等。在本次调查中，32个品种中对苜蓿白粉病表现为抗性的品种为前景，对苜蓿白粉病最易感病的品种为陇东苜蓿和SR4030。此外，本次调查发现阿尔冈金对白粉病表现为低抗，与李科等［21］的阿尔冈金对白粉病抗性研究结果存在差异。苜蓿黄斑病于2014年在新疆首次发现［29］，王慧［30］就新疆苜蓿黄斑病病原生物学特性及杀菌剂对病原菌的室内毒力做了研究。而在新疆，针对抗黄斑病苜蓿品种的筛选方面仍属空白。本次调查中，各品种间苜蓿黄斑病发病率无显著差异（P>0.05），且发病率较低，在0.00%～57.14%之间，冲击波、甘农4号与中苜3号为抗性品种，其他品种均为高抗品种。

越冬问题也是长期困扰苜蓿生产的问题，在我国北方高纬度、高海拔地区，由于低温、干旱等原因造成苜蓿越冬率低，且容易发生冻害和死亡现象［31］，从而造成苜蓿的大面积减产［32］。越冬问题已成为制约北方苜蓿草地成功建植和可持续利用的关键问题，如敖汉苜蓿在原产地赤峰市敖汉旗播种当年出现了不能安全越冬的现象［33］，显著影响了苜蓿产量［34］。试验地位于新疆呼图壁县，试验地温度最高为42.70℃，最低为-30.00℃，平均温度为8.82℃。越冬死亡的主要原因为温度过低引起的冻害。而本次调查中，32个品种的越冬率表现良好，均在80%以上，其中22个品种的越冬率在90%以上，与赵国伟等［35］在新疆进行的苜蓿越冬性研究结果基本一致，其主要原因为试验地采取滴灌的浇水方式进行冬灌，增加了土壤含水量，有效提高了苜蓿的越冬率［33］。

草产量是衡量苜蓿生产性能和经济价值的最重要的指标［36-37］。随着我国农业结构的调整，苜蓿的种植面积越来越大，对苜蓿生产性能的追求也越来越高［38］，苜蓿病害也逐渐成为影响苜蓿产量、品质的要素［39］。研究发现，叶面病原菌造成的苜蓿平均产量损失约为15%，在个别试验中，产量下降高达52%［40］。褐斑病与苜蓿花叶病（alfalfa mosaic virus，AMV）可使苜蓿产量分别降低40%和37%～66%，根病可使单位面积的苜蓿株数减少84%［41］。Hwang等［42］在温室试验中发现苜蓿病株与健康植株相比叶的粗蛋白含量减少了22%，且发病率与光合效率之间呈负相关关系。本研究表明，32个苜蓿品种的总草产量的变幅为22.48～29.52 t·hm-2，其中产量最高的品种为龙威3010，显著高于耐盐之星、公农5号、陇东苜蓿和WL 168HQ（P<0.05）。

本研究目的为对新疆苜蓿品种的抗病性进行评价。在病害评价中，形态学、生理学、发病率等所有指标都从不同的方面反映出植物对于病害的响应［27］，如果对苜蓿材料采用单一指标评价，不能充分体现其综合表现［43］。因此本研究整合抗病性、越冬率和产量3个指标，构建综合评价模型，所采用的灰色关联度分析法，克服了依靠单一性状评价的弊端，可全面地反映紫花苜蓿各品种在病害情况下表现的优劣［27］。根据综合评价模型，32个紫花苜蓿品种中，综合评价最好的品种为皇冠，与李科等［21］的研究一致，此外WL363HQ、中苜3号、敖汉苜蓿和旱地4个品种综合评价较高，适宜在新疆推广种植。阿尔冈金评分排名16，表现一般，与孟季蒙等［22］在新疆的引种筛选研究一致。评分较差的5个品种为耐盐之星、WL 343HQ、冲击波、雷霆和陇东苜蓿，不适宜在新疆大规模种植。