芝麻抗棒孢叶斑病种质资源评价及利用分析

贾 敏, 倪云霞,3*, 刘新涛, 赵 辉, 张春艳,何碧珀, 赵世魁, 刘红彦,3*

(1.河南省农业科学院植物保护研究所, 郑州 450002; 2.河南省农作物病虫害防治重点实验室, 郑州 450002; 3.河南省特色油料作物基因组学重点实验室(河南省农业科学院芝麻研究中心), 郑州 450002)

芝麻棒孢叶斑病是由山扁豆生棒孢Corynesporacassiicola引起的叶部病害,在我国芝麻种植主产区发生普遍,发病率达50%～80%[1]。棒孢叶斑病的发生会导致芝麻籽粒秕,千粒重减少,含油量降低,甚至蒴果提前炸裂[2]。山扁豆生棒孢寄主广泛,分生孢子可借风、雨在田间传播,在潮湿环境下易萌发,从而反复侵染寄主。目前,生产上主要采用化学方法防治芝麻棒孢叶斑病,防治效果低,还易诱发病原菌产生抗药性,不能从根源解决该病害对芝麻生产的威胁。棒孢叶斑病发展迅速,除受到湿度和气候的影响外,还与品种的抗病性密切相关。因此,种植抗病品种是防治芝麻棒孢叶斑病最为安全、经济、有效的措施。

聚类分析是基于数量统计的一种性状分类研究方法,已有不少研究将聚类分析引入植物抗病性评价[3-4]。通过聚类分析,可以将抗性表型数据进行科学分类,从中筛选出具有相同抗性遗传背景的品种和资源[5]。周红英等[6]对52份芝麻种质资源茎点枯病的病株率和病情指数进行聚类分析,其中15份抗病、35份感病。近年来,国内学者对棒孢病病原菌生物学特性[7]、致病机理[8]和化学防治[9]等做了初步研究,但关于芝麻品种对棒孢叶斑病抗性的研究尚未见报道,且缺乏完善的抗性评价方法,生产上缺乏优良的抗病资源。因此,为明确芝麻种质资源对棒孢叶斑病的抗性水平,本试验选取174份芝麻种质资源进行田间抗性鉴定,为芝麻品种资源在抗病育种和生产中的应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试芝麻品种:共174份种质资源,包含推广品种42份(表1中所列编号1～42为推广品种)。种质资源由河南省农业科学院芝麻研究中心以及国家特色油料产业技术体系芝麻综合试验站提供。

供试病原菌:山扁豆生棒孢Corynesporacassiicola,菌株SF1-1(GenBank登录号: MT228952),分离自河南省芝麻主产区平舆县,由河南省农业科学院植物保护研究所生物防治研究室保存。

试验田设在河南省农业科学院现代农业科技试验示范基地,位于河南省新乡市平原新区,灌溉排水条件良好,肥力均匀中等,前茬作物为小麦,每份芝麻品种资源种植3行,行长3 m,行距0.5 m,种植60 d后进行接菌处理。

1.2 方法

1.2.1病原菌孢子悬浮液制备及接种

将病原菌转接至新鲜PDA培养基上,28℃黑暗培养7 d,待菌丝生长至完全覆盖培养基,加入适量无菌水,采用尼龙纱布过滤,除去残余培养基和菌丝,收集分生孢子,制备病原菌孢子悬浮液,利用血球计数板将孢子悬浮液浓度调至1×106个/mL,在芝麻成株期(种植60 d左右)喷雾接菌,接菌后喷雾保湿48 h,保持田间湿度。

1.2.2棒孢叶斑病病害调查

目前尚无芝麻上棒孢叶斑病病害分级标准,因此,借鉴其他作物棒孢叶斑病病害分级标准[10-11]进行调整。于芝麻棒孢叶斑病发病盛期调查芝麻整株叶片病害程度,每行调查15株,并详细记录不同病害级别的病株数。病害分级标准如下。

0级:叶片无病斑;1级:病斑面积占叶面积比例≤5%;2级:5%<病斑面积占叶面积比例≤10%;3级:10%<病斑面积占叶面积比例≤25%;4级:25%<病斑面积占叶面积比例≤50%;5级:病斑面积占叶面积比例>50%。病情指数[12]计算公式如下:

病情指数(DI)=

1.3 数据处理及分析

采用Excel和SPSS 20.0进行数据统计及方差分析。

2 结果与分析

2.1 芝麻棒孢叶斑病病情指数聚类分析及抗性评价标准制定

芝麻种质资源棒孢叶斑病发病程度调查结果见表1,采用OriginPro(2021版)进行聚类分析,通过平均聚类法可将174份芝麻品种病情指数从低到高聚为5个类群(图1),第I类群病情指数(14.67±2.31)～(37.33±4.62),第Ⅱ类群病情指数为(40.00±0)～(46.67±9.24),第Ⅲ类群病情指数为(49.33±10.07)～(72.00±6.93),第Ⅳ类群病情指数为(73.33±10.07)～(86.67±6.11),第Ⅴ类群病情指数为(89.33±12.22)～(100±0)。依据聚类结果,同时结合文献[11]确立棒孢叶斑病抗性评价标准(表2)。

表1 174份芝麻种质资源棒孢叶斑病发病程度及抗病性评价

图1 基于病情指数对174份芝麻种质资源抗棒孢叶斑病的聚类分析

表2 芝麻抗棒孢叶斑病等级划分标准

2.2 芝麻种质资源抗棒孢叶斑病评价

田间接菌处理174份芝麻种质资源中没有发现免疫和高抗品种,抗病品种32个,占供试品种总数的18.39%;中抗品种17个,占供试品种总数的9.77%;中感品种69个,占供试品种总数的39.66%;感病品种30个,占供试品种总数的17.24%;高感品种26个,占供试品种总数的14.94%(表1,图2)。推广品种是前期研究筛选出的抗逆、高产芝麻品种,在芝麻棒孢叶斑病抗性鉴定中,推广品种表现出良好抗性,其中病情指数最低的为‘河南1号’,病情指数为14.67±2.31,病情指数最高达到100,包括‘晋芝3号’‘冀黑芝2号’和‘冀9014’;芝麻推广品种中表现为抗病的有28个,占推广品种总数的66.67%;表现为中抗的有7个,占推广品种总数的16.67%;表现为中感的有4个,占推广品种总数的9.52%;表现为高感的有3个,占推广品种总数的7.14%。

图2 174份芝麻种质资源对棒孢叶斑病的抗病类型占比

2.3 芝麻抗棒孢叶斑病种质资源的利用与分析

河南、湖北、安徽、江西是我国芝麻种植主产区,根据芝麻品种的选育单位和来源,推广品种资源可分为华东、华中、华北3组,其中对棒孢叶斑病表现抗病的品种多集中在华中地区,比如,‘河南1号’‘郑芝13’‘豫芝4号’等。从地理来源上来看,对芝麻棒孢叶斑病表现抗病的品种多集中在华中地区,可能是因为我国芝麻育种单位主要集中在华中地区,并且重视抗病资源的利用。

目前我国芝麻育种仍然是以常规杂交育种技术为主,分析推广品种中亲本系谱可知,性状差异较大的亲本杂交可以实现优势互补。‘豫芝4号’以其植株抗逆、耐渍、蒴果多、抗病性强等优点,在杂交育种中往往作为骨干亲本引入,在棒孢叶斑病调查中,‘豫芝4号’病情指数为(25.33±2.31),对棒孢叶斑病表现为抗病。以‘豫芝4号’为亲本,又先后育成了‘漯芝15’‘漯芝18’‘周芝13’‘鄂芝7号’等优良品种(图3),这些品种继承了‘豫芝4号’的优势,对棒孢叶斑病均表现出良好抗性,可作为重要的栽培品种推广种植。

图3 抗病品种‘豫芝4号’及其育成品种的系谱

3 结论与讨论

优质抗源的筛选和鉴定是抗病育种的关键,但是关于芝麻棒孢叶斑病抗性种质筛选的研究很少。河南省地处暖温带与亚热带的过渡带,具有适宜芝麻生长的良好气候条件,是芝麻种植的主要产区[13],也是芝麻棒孢叶斑病常发区、重发区,因此,在河南省芝麻产区开展芝麻抗棒孢叶斑病性鉴定具有一定的代表性,对芝麻抗病育种研究具有重要意义。

作物生物学性状的聚类分析被广泛应用于种质资源评价工作[14-15]。张鹏等[16]对186份国内外芝麻资源进行表型性状的聚类分析,将其划分为7个类群。江诗洋等[17]采用聚类分析确定了茎点枯病抗感分界线。目前,国内外均未见芝麻棒孢叶斑病抗性分级标准的报道,本试验利用病情指数进行聚类,同时参照其他作物叶斑病抗性评价标准,确定了芝麻棒孢叶斑病抗性分级范围,对174份芝麻种质资源进行了抗病性评价,其中抗病品种32个,中抗品种17,中感品种69个,感病品种30个,高感品种26个。芝麻推广品种中抗病品种所占比例较高,这是长期人工选择的结果,但是并未筛选到免疫和高抗品种,因此还需要从国内外广泛收集、鉴定芝麻种质资源,加快筛选高抗种质,用于芝麻推广品种的抗性改良,进一步提高芝麻推广品种的抗性水平,为有效控制芝麻棒孢叶斑病危害创造条件。

此外,本研究发现,父本或母本具有高抗叶斑病的基因资源,其杂交后代衍生品种表现出良好抗性,如 ‘豫芝4号’和‘郑芝13’作为优势亲本,两者均表现出良好的棒孢叶斑病抗性,其杂交后代‘周芝13’对棒孢叶斑病同样表现为抗性,且平均产量达1 606.7 kg/hm2,比亲本‘豫芝4号’增产9.3%。其他以‘豫芝4号’做亲本衍生的后代,如‘鄂芝7号’‘漯芝15’‘漯芝18’‘皖芝1号’‘豫芝11’等均对棒孢叶斑病表现抗病表型。目前,已有其他农作物抗性品种研究结果表明,品种的抗性与双亲的抗性具有密切关系[18-19]。刘红艳等[20]对中国芝麻品种的系谱分析表明,不同地理来源、不同性状的亲本组配有助于促进优势互补,改进优化品种性状。本研究中筛选出的抗性种质多表现为抗病,虽然没有达到高抗,但是可以作为优势亲本引入育种工作,其中‘河南1号’‘漯芝22’‘鄂芝4号’等可作为选育抗病品种的重要基础材料。通过对芝麻棒孢叶斑病抗病种质资源评价,分析系谱关系,发掘抗病基因并加以利用,有助于增加我国芝麻推广品种的遗传多样性,促进抗病、抗逆、高产的芝麻品种选育进程。