橡胶树种质资源对白粉病和炭疽病的田间抗病性评价

李裴春　李增平　梁晓宇　马展　林春花　贺军军　李文秀　张华林　张宇　罗萍

摘  要：白粉病和炭疽病是我國橡胶树的主要病害，严重影响胶乳产量，给天然橡胶产业带来了很大的经济损失。挖掘培育抗病性种质资源是最经济、有效的防治措施。本研究通过分析2018、2019、2021年白粉病和炭疽病田间自然发病数据，评价192份橡胶树种质的抗病性，旨在为橡胶树抗病育种提供数据支撑。结果表明，白粉病2019年发病严重，种质群体的病情指数平均值达34.37，最大值为94.07;2018年和2021年则发病较轻，病情指数平均值分别为10.68和9.70。炭疽病2021年发病严重，种质群体的病情指数平均值达29.12，最大值为65.31;2018年和2019年则发病较轻，病情指数平均值分别为18.64和18.15。利用重病年数据鉴定出白粉病高抗品种24个、中抗品种9个，炭疽病抗性品种35个。这33份和35份抗性种质在3 a内对白粉病和炭疽病均达到抗性水平，分别占供试种质的22%和19%。利用隶属函数和聚类分析对这些候选抗病种质进行抗性水平排序，对白粉病抗性排名前10的种质隶属函数平均值为0.86～1.00，标准偏差值为0.003～0.073。在白粉病抗性聚类树遗传距离2.5处，排序第1的‘湛试5025’单独聚为一类，排序前2～6位的种质聚为一类，与其他类区分明显;对炭疽病抗性排名前10的种质隶属函数平均值为0.83～0.90，标准偏差值为0.020～0.102。在炭疽病抗性聚类树遗传距离2.5处，排序前5的种质单独聚集为一类，与其他类区分明显。初步筛选出抗白粉病优异的种质‘湛试5025’‘湛试12-3’‘湛试5005’‘天任31-45’‘湛试5026’，筛选出抗炭疽病优异的种质‘湛试477-6’‘湛试366-2’‘湛试485-114’‘湛试41-3’‘RO42’。本研究建立的抗性鉴定、隶属函数和聚类分析相结合的分析方法为橡胶树种质抗病性综合评价提供了重要的技术参考。

关键词：橡胶树;种质资源;白粉病;炭疽病;抗性评价中图分类号：S794.01      文献标识码：A

Evaluation of Field Resistance of Rubber Tree Germplasms to Powdery Mildew and Anthracnose

LI PeichunLI ZengpingLIANG XiaoyuMA ZhanLIN ChunhuaHE JunjunLI WenxiuZHANG HualinZHANG YuLUO Ping

1. School of Plant Protection， Hainan University， Haikou， Hainan 570228， China; 2. Zhanjiang Experiment Station， Chinese Aca­demy of Tropical Agricultural Sciences， Zhanjiang， Guangdong 524091， China

Powdery mildew and anthracnose are the main diseases of rubber trees in China， which seriously affect the yield of latex and cause great economic losses to natural rubber industry. It is the most economical and effective measures to cultivate resistant germplasm resources. According to the field statistics of natural incidence of powdery mildew and anthracnose in 2018， 2019 and 2021， the disease resistance of 192 germplasms of rubber trees was identified， providing supportive data for resistance breeding of rubber trees. The results showed that powdery mildew was severe in 2019， with a mean disease index of 34.37 and a maximum disease index of 94.07 for the germplasm population， while it was less severe in 2018 and 2021， with mean disease indices of 10.68 and 9.70， respectively. Anthracnose was severe in 2021， with a mean disease index of 29.12 and a maximum disease index of 65.31 for the germplasm population， while it was less severe in 2018 and 2019， with mean disease indices of 18.64 and 18.15， respectively. The data of severe disease years were used to identify 24 highly-resistant varieties and 9 moderately-resistant varieties against powdery mildew and 35 resistant varieties against anthracnose. The germplasms reached resistance levels to powdery mildew and anthracnose in the three years， accounting for 22% and 19% of the germplasms tested. Membership function analysis and cluster analysis were used to rank the resistance levels of the candidate germplasms. The mean value of the membership function of the top 10 germplasms ranked for powdery mildew resistance ranged from 0.86 to 1.00， with standard deviation values ranging from 0.003 to 0.073. At the genetic distance 2.5 of the powdery mildew resistant clustering tree， ‘Zhanshi 5025’ in the first rank was clustered into a separate class. The germplasms from the second to sixth rank were clustered into a class， which was significantly distinguished from other classes. The mean value of the membership function of the top 10 germplasms ranked for anthracnose resistance ranged from 0.83 to 0.90， with standard deviation values ranging from 0.020 to 0.102. At the genetic distance 2.5 of the anthracnose resistance clustering tree， the germplasms from the first to fifth rank were clustered into a separate class， which was remarkably distinguished from other classes. ‘Zhanshi 5025’ ‘Zhanshi 12-3’ ‘Zhanshi 5005’ ‘Tianren 31-45’ and ‘Zhanshi 5026’ showed excellent resistance to powdery mildew. ‘Zhanshi 477-6’ ‘Zhanshi 366-2’ ‘Zhanshi 485-114’ ‘Zhanshi 41-3’ and ‘RO42’ showed excellent resistance to anthracnose. The resistance identification method combined with membership function and cluster analysis would provide an important technical reference for comprehensive evaluation of germplasm resistance.

rubber tree; germplasm resources; powdery mildew; anthracnose; resistance evaluation

10.3969/j.issn.1000-2561.2022.06.013

橡胶树（）原产于亚马逊河流域，是一种典型的热带树种，其生产的天然橡胶是一种重要的工业原料，现已广泛栽培于我国海南、云南和广东等省份。白粉病和炭疽病是我国橡胶树的主要病害，严重影响了胶乳的产量和品质。橡胶树白粉病由粉孢菌（Steinmann）侵染引起，主要为害橡胶树的嫩叶、嫩芽、嫩梢和花序，导致新抽嫩叶脱落，推迟开割时间，造成胶乳减产。2008年，云南西双版纳地区由于橡胶树抽叶不整齐，嫩叶期又出现持续低温阴雨天气，导致白粉病特大流行，70%以上橡胶树严重落叶，当年预估损失达4亿～5亿元。橡胶树炭疽病主要由胶孢炭疽菌（）和尖孢炭疽菌（）引起，为害胶苗、幼树和开割胶树，侵染嫩叶、叶柄、嫩梢和果实等多个部位，引起嫩叶脱落、嫩梢回枯和果实腐烂，严重时引起胶树重复落叶和嫩梢回枯，导致开割时间推迟。1996年仅海南垦区炭疽病发病面积就达73万m，损失干胶1.5万t。

选育抗性品种是防治橡胶树白粉病和炭疽病最经济、有效的方法，橡胶树种质的抗病性评价是品种选育的前提。自20世纪60年代起，国内外的研究人员就开展了橡胶树对白粉病和炭疽病的抗性鉴定。白粉病抗性鉴定主要利用病情指数法评价田间病害严重程度，同时结合人工接种法测定白粉菌在植株叶片的扩展速度。目前无论是野生种质还是生产中的推广种质，绝大部分种质均对白粉病敏感，小部分种质如‘RRIC52’‘红山67-15’‘热研11-9’‘湛试8-67-8’‘热研6-881’‘热研4-308’‘AC/S/12-42/276’‘RO/1044/07’等對白粉病表现出抗性。炭疽病抗性鉴定方法同样包括田间自然条件下进行病害调查，利用病情指数评价抗性，同时部分结合室内人工接种方法，测定病情指数、炭疽菌的扩展速度、产孢速率以及产孢量等指标，综合评价橡胶树对炭疽病的抗性，其中‘IAN873’‘云研77-2’‘保亭933’‘南强1-97’‘IAC507’‘IAC505’‘RRIM937’‘大丰95’等种质鉴定为抗炭疽病种质。

我国橡胶树栽培区种植的橡胶品系丰富，除了从国外引种外，国内也选育了众多优良品系，对这些品系的抗病性鉴定是一项重要的基础工作。本研究中由中国热带农业科学院湛江实验站提供的192份橡胶树种质资源中绝大部分种质的抗病性仍不清楚，且目前依据标准评价田间抗病性的方法存在局限性，方法也较为单一，易受病害发生程度的影响，导致田间抗病性评价进度慢、不准确。因此本研究通过田间定期调查橡胶树白粉病和炭疽病发病情况，结合隶属函数和聚类分析综合评价了192份橡胶种质的白粉病和炭疽病抗性，快速发掘优异的抗性种质资源，以期为抗病性评价方法提供技术参考，并为选育橡胶树抗病品种提供理论依据。

材料与方法

材料

供试的192份橡胶树种质见表1，由中国热带农业科学院湛江实验站提供，其中编号为69～134号种质于2015年种植于湛江市麻章区湖秀新村橡胶树选育种基地（21°09′43′′N，110°16′28′′E），

其余种质在2016年种植。该基地位于雷州半岛东北部，属于热带北缘季风气候，雨季来临较迟，雨量集中，旱季明显，夏秋期间台风频繁。2—3月平均气温在17.2～20.1℃之间，最低气温为9.4～12.9℃，平均降雨量为43.8～58.0 mm，此段时间内白粉病和炭疽病易流行，适宜进行病害调查。基地内不同种质按照株行距为3 m×3 m种植，每个重复每份种质种植3株，重复3次。

 方法

1.2.1  病害调查  在2018、2019、2021年（69～134号种质种植后的3、4、6 a，其余种质种植后的2、3、5 a）的2—3月于白粉病和炭疽病暴发高峰期对供试橡胶树进行病害调查，每株橡胶树随机选取5蓬叶，每蓬叶从下往上取5复叶的中心小叶，共得到25张叶片，每份种质共调查225张叶片，逐叶观察白粉病和炭疽病的病斑，记录发病等级。

1.2.2  病害分级标准及病情指数  橡胶树叶片白粉病的分级标准参照《橡胶树白粉病测报技术规程》。橡胶树叶片炭疽病的分级标准参照农业行业标准NY/T 3197—2018《热带作物种质资源抗病虫鉴定技术规程  橡胶树炭疽病》。

病情指数按如下公式计算：

病情指数（DI）=Σ（各病级代表值各级病叶数）/调查总叶片数最高病级代表值×100

1.2.3  抗病类型分级标准  对橡胶树炭疽病和白粉病的抗病性评价标准参照农业行业标准NY/T 3197—2018《热带作物种质资源抗病虫鉴定技术规程  橡胶树炭疽病》和肖倩莼等的方法。

 数据处理

1.3.1  隶属函数分析  参照李国花等的隶属函数分析方法，以白粉病和炭疽病3 a的病情指数为数据进行抗病性评价，计算公式如下：

R（X）=1-X-X/X-X

式中：X表示种质的病情指数，表示所有病情指数中的最小值，表示所有病情指数中的最大值，（X）表示种质的抗病性隶属函数值。根据上述公式先分别计算出各种质3 a的抗病性隶属函数值，然后取其算术平均数作为平均隶属函数值进行排序。

1.3.2  聚类分析  参照郭俊强等的聚类分析方法，利用SPSS 20软件对橡胶树种质3 a的病情指数进行聚类分析，采用系统聚类，选择Pearson最远邻元素的方法进行聚类分析。

 结果与分析

 橡胶树种质白粉病和炭疽病发生情况

在2018、2019、2021年调查了192份橡胶树种质白粉病和炭疽病的发病情况，获得了186份种质3 a的病情指数。白粉病2019年发病严重，种质群体的病情指数中位数为33.83，平均值达34.37，最大值为94.07;2018年和2021年则发病较轻，病情指数平均值分别为10.68和9.70。炭疽病2021年发病严重，种质群体的病情指数中位数为27.82，平均值达29.12，最大值为65.31;2018年和2021年则发病较轻，病情指数平均值分别为18.64和18.15（表2）。

  橡胶树种质的白粉病和炭疽病抗性鉴定

首先利用重病年数据进行抗性鉴定，以2019年数据鉴定白粉病抗性，以2021年数据鉴定炭疽病抗性。结果见表3和图1，白粉病高抗品种24个，中抗品种9个，共占比22%;炭疽病高抗品种0个，抗性品种35个，共占比19%。同时利用轻病年数据进行抗性鉴定，上述33个抗白粉病品种和35个抗炭疽病品种均再次鉴定为抗性品种。因此，選择这些抗病初筛品种作为候选种质进行下一步评价和筛选。

  隶属函数法评价橡胶树候选种质抗性水平

隶属函数法是基于模糊数学的原理，利用隶属函数值的大小进行综合评估种质抗性，均值越大抗病性越强。利用隶属函数法分析候选种质3 a病情指数的隶属函数值，计算均值并进行排序（表4）。白粉病抗性排名前10的种质隶属函数平均值为0.86～1.00，标准偏差值为0.003～ 0.073。‘湛试5025’排名最靠前，表明其抗白粉病能力最强，与按病情指数法进行抗病排序的结果一致。其他种质的隶属函数法与病情指数法排序结果相差较大。

炭疽病抗性排名前10的种质隶属函数平均值介于0.83～0.90之间，标准偏差值介于0.020～ 0.102之间。‘湛试477-6’排名最靠前，表明其抗炭疽病能力最强。另外，炭疽病抗性种质的隶属函数法与病情指数法排序结果相差较大（表5）。

 橡胶树候选种质抗病性聚类分析

聚类分析通过分析数据之间的相似性，将相似程度高的聚为一类，并对不同抗性水平的种质进行分类。根据橡胶树候选种质3 a的病情指数分别对白粉病和炭疽病抗性进行聚类分析。在白粉病抗性聚类树遗传距离2.5处，‘湛试5025’单独聚集为一类，隶属函数法排序前2～6位的种质聚集为一类，与其他类区分明显（图2）。在炭疽病抗性聚类树遗传距离2.5处，隶属函数法排序前5的种质单独聚集为一类，与其他类区分明显（图3）。

 讨论

植物抗病性评价方法有很多，按照不同的要求可以在群体水平、个体水平乃至组织和细胞水平进行评价，这些方法按场所又可以分为田间评价和室内评价。其中自然发病条件下的田间鉴定是最基本的评价方法，尤其是在病害高发区进行多年的连续鉴定，如橡胶、水稻、玉米、柑橘和大豆等作物的田间抗性鉴定能够较全面地反映植物的抗病类型和水平，较好地代表各品种在生产中的实际表现。本文利用田间自然鉴定的方法研究了192份橡胶树种质对白粉病和炭疽病的抗性，大部分种质表现出感病，有22%的种质表现白粉病抗性，19%的种质表现炭疽病抗性。目前橡胶树白粉病和炭疽病的病害分级和抗病评价均有成熟的鉴定标准，但田间抗病评价仍存在不少问题：（1）依据标准评价抗性的方法存在局限性。由于每年病害发生的严重程度不同，依据标准划分会引起种质抗感数量的显著变化，导致不同年份的调查结果差异较大;（2）依据标准评价抗性水平的方法过于单一，因病情指数受到病害发生程度的影响，抗性水平易变动，不利于筛选稳定的抗性品种。其他作物田间抗性评价也面临类似问题，甘蔗品种对梢腐病的田间抗性评价多采用病情指数法，但该方法不能消除年度间气候因素、调查人员主观因素和病害严重度划分标准等造成的误差，导致同一鉴定材料抗性水平波动较大。邸垫平等利用病情指数法连续2 a对玉米粗缩病进行田间抗性鉴定，方差分析显示2019年和2020年的抗性鉴定结果差异极显著，不同年份鉴定结果存在较大差异。本研究中白粉病和炭疽病分别在2019年和2021年发病最为严重，而其他年份发病均较轻，此时依据标准则会导致大部分种质均被鉴定为抗病种质。另外，不同年份抗性水平变动大，如‘湛试32702’在2018年和2021年高抗白粉病，而在2019年高感白粉病;‘湛试32733’在2018年抗炭疽病，而在2019年和2021年感炭疽病，最终造成评价结果不可靠。

隶属函数是基于模糊数学原理用于表征模糊集合的数学工具，已广泛应用于种质的抗逆性评价。通过评价方法首先求出各品种不同抗性指标的具体隶属值，然后将指定品种抗性指标隶属值累加求平均，最后根据其平均值的大小确定各品种的抗性强弱。该方法弥补了单一指标带来的偏差，使评价的结果更接近实际。基于隶属函数的原理，类比抗逆性评价方法，植物的抗病性评价同样可以运用该方法，目前该方法也成功应用于烟草和番茄的抗病种质鉴定。本研究中针对利用病情指数法筛选出的候选抗病种质，依据3 a病情指数计算的隶属函数值进行排序，排名越靠前则代表其抗病性越强。由于不同年份发病程度的差异，单一利用病情指数法评价轻病年数据与实际相差较大，因此运用重病年数据依据抗性鉴定标准进行评价，再利用隶属函数法综合分析3 a发病数据，扩大了数据分析范围，使评估结果更为准确，所以隶属函数法和病情指数法的排序结果相差较大。

聚类分析是一种根据对象间的相关程度进行类别聚合的多元统计分析方法，可以衡量不同数据源的相似性，把数据源分类到不同的簇中，该方法以直观、简明的优点被广泛应用于种质资源的遗传多样性分析。最近，郭俊强等将抗霜霉病的葡萄品种进行聚类分析，进一步验证了其田间自然鉴定结果。本研究基于橡胶树候选种质3 a病情指数进行聚类分析，不同种质之间3 a的病情指数越相似、数据越稳定，其在聚类树中的位置越相近，就可归为一个类别。聚类分析中，橡胶树抗白粉病和炭疽病的隶属函数值排名前5的种质大多聚为一类，与其他种质区分明显。

本研究针对以上不足之处并结合其他方法的优点对橡胶树抗病评价方法进行了优化。首先，综合分析了不同年份的发病数据，以多年的病情指数来评价种质间抗病性的大小，扩大了可利用数据范围，避免了仅用单一年份的鉴定结果来代表种质间抗病性强弱的片面性;其次在执行原有鉴定标准的基础上，结合隶属函数和聚类分析2个数学统计分析工具对供试种质3 a病情指数进行综合评价，进一步明确了供试种质的抗性水平，加快了田间大量种质资源的抗性评价进度。并且本研究结果中隶属函数法分析数据偏差小，且能与聚类分析结果相互印证，抗病评价更加全面。同时本研究中供试种质中小部分种质为推广品种，如‘93-114’‘GT1’‘IAN873’和‘PR107’等，这些种质对白粉病和炭疽病的抗性已被鉴定，且本研究中的鉴定结果与前人基本一致，余卓桐等将‘GT1’和‘IAN873’分别鉴定为中感和中抗白粉病，而本研究中将其鉴定为高感和中抗白粉病;蔡志英等、肖倩莼将‘GT1’‘IAN873’和‘PR107’分别鉴定为中感、抗和感炭疽病，本研究鉴定结果与其一致，进一步论证了优化后评价方法的可靠性，可以用于今后橡胶树种质资源的抗性评价和新品种的选育。

本研究通过抗性鉴定、隶属函数和聚类分析相结合的评价方法，初步筛选出抗白粉病的优异种质‘湛试5025’‘湛试12-3’‘湛试5005’‘天任31-45’‘湛试5026’，筛选出抗炭疽病的优异种质‘湛试477-6’‘湛试366-2’‘湛试485-114’‘湛试41-3’‘RO42’。本研究未鉴定出既抗炭疽病又抗白粉病的双抗种质，且这2种抗病种质之间的亲本存在明显差异，说明白粉病和炭疽病的抗性机制存在显著差异。当然橡胶树的田间抗性评价受生长季节的限制，条件不易控制，难以在短期内多次重复验证。因此这些潜在的抗病品种将通过室内鉴定方法继续进行抗性评价，才能够得到更加全面和稳定的结果。

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