甘蔗生長(zhǎng)中后期品種(系)對(duì)螟蟲(chóng)抗性穩(wěn)定性分析

林兆里，傅華英，高三基，許莉萍，徐金漢

(1福建農(nóng)林大學(xué)國(guó)家甘蔗產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)中心，福建福州350002；2福建農(nóng)林大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，福建福州350002；3農(nóng)業(yè)部福建甘蔗生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建福州350002)

甘蔗生長(zhǎng)中后期品種(系)對(duì)螟蟲(chóng)抗性穩(wěn)定性分析

林兆里1,3，傅華英1,3，高三基1,3，許莉萍1,3，徐金漢2,3*

(1福建農(nóng)林大學(xué)國(guó)家甘蔗產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)中心，福建福州350002；2福建農(nóng)林大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，福建福州350002；3農(nóng)業(yè)部福建甘蔗生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建福州350002)

以螟蛀節(jié)率為甘蔗生長(zhǎng)中后期抗螟性指標(biāo)，應(yīng)用AMMI模型對(duì)19個(gè)甘蔗品種(系)在3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的螟蟲(chóng)抗性進(jìn)行穩(wěn)定性分析。結(jié)果表明：甘蔗品種(系)對(duì)螟蟲(chóng)的抗性存在顯著的環(huán)境效應(yīng)、基因型效應(yīng)和環(huán)境與基因型的互作效應(yīng)，其中以環(huán)境對(duì)總體的變異影響最大。綜合甘蔗品種(系)對(duì)螟蟲(chóng)的抗性水平和穩(wěn)定性，粵糖60號(hào)和粵甘42號(hào)在供試品種(系)中屬于對(duì)螟蟲(chóng)抗性較高且穩(wěn)定的品種，柳城03-1137在供試品種(系)中屬于對(duì)螟蟲(chóng)高感且穩(wěn)定的品種。

甘蔗；生長(zhǎng)中后期；抗螟性；穩(wěn)定性

0 引言

植物抗蟲(chóng)性是在一定環(huán)境條件下植物與害蟲(chóng)相互作用的表現(xiàn)[1-2]，因此植物的抗蟲(chóng)性并非一成不變的。植物的抗蟲(chóng)性常因氣候、栽培、生物和人為等因素直接或間接的作用，影響害蟲(chóng)或通過(guò)植物影響害蟲(chóng)的發(fā)生為害[1]。在對(duì)害蟲(chóng)的影響方面，環(huán)境條件的變化會(huì)導(dǎo)致害蟲(chóng)的種群密度出現(xiàn)波動(dòng)，害蟲(chóng)種群密度的高低會(huì)直接影響作物抗蟲(chóng)性等級(jí)的劃分。在對(duì)作物的影響方面，環(huán)境條件會(huì)影響作物的生育期，進(jìn)而影響作物的形態(tài)特征、生理生化狀況的變

化，影響作物抗蟲(chóng)性的強(qiáng)弱[3]。抗螟性甘蔗品種的推廣與利用已成為螟蟲(chóng)綜合防控的重要組成部分。而抗螟性品種的推廣與利用不僅應(yīng)考慮抗螟性水平高低，還應(yīng)注意抗螟性穩(wěn)定性。任大方等[4]研究認(rèn)為應(yīng)根據(jù)不同的栽培條件和不同的地理環(huán)境具體分析甘蔗品種抗螟性的具體表現(xiàn)。為了準(zhǔn)確鑒定和評(píng)價(jià)甘蔗品種的抗螟性水平，進(jìn)行抗螟性的環(huán)境效應(yīng)、基因型效應(yīng)以及基因型和環(huán)境間的互作效應(yīng)研究是非常有必要的。

AMMI模型(Additive Main Effects and Multiplicative Interaction Mode)是目前分析作物品種區(qū)域試驗(yàn)中數(shù)據(jù)處理應(yīng)用非常廣泛的一類模型，將主成分分析和方差分析將結(jié)合，不僅能夠進(jìn)行交互作用的顯著性分析，還能對(duì)交互作用進(jìn)一步分解[5]。AMMI模型現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于研究基因型和環(huán)境的互作效應(yīng)[6-9]。作物的抗蟲(chóng)性也存在基因型和環(huán)境的互作，因此吳碧球等[10]和吳元奇等[11]引入AMMI模型分別對(duì)水稻抗褐飛虱、抗蟲(chóng)棉抗棉鈴蟲(chóng)進(jìn)行環(huán)境與基因型互作、抗蟲(chóng)性穩(wěn)定性分析，分析結(jié)果也較為理想。為篩選適應(yīng)性廣，抗螟性穩(wěn)定的甘蔗品種，本研究在3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，采用螟蟲(chóng)田間自然侵染的方式，對(duì)19個(gè)甘蔗品種(系)的抗螟性進(jìn)行鑒定，采用AMMI模型分析其抗螟性同環(huán)境、基因間的互作關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上評(píng)價(jià)供試甘蔗品種(系)對(duì)螟蟲(chóng)的抗性穩(wěn)定性。

1 材料和方法

1.1 材料

供試甘蔗品種(系)：國(guó)家甘蔗產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系第3、4輪集成示范品種(系)，柳城03-1137、柳城05-136、云蔗99-596、云蔗01-1413、云蔗03-258、云蔗05-49、福農(nóng)07-0335、福農(nóng)07-1110、福農(nóng)38號(hào)、福農(nóng)40號(hào)、粵甘24號(hào)、粵甘39號(hào)、粵甘42號(hào)、粵糖60號(hào)、桂糖29號(hào)、桂糖30號(hào)、桂糖31號(hào)、桂糖32號(hào)，共18個(gè)甘蔗品種(系)和生產(chǎn)對(duì)照種ROC22。供試甘蔗品種(系)分別由廣西省柳城縣甘蔗研究中心、云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所、福建農(nóng)林大學(xué)甘蔗綜合研究所、廣州甘蔗糖業(yè)研究所和廣西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所提供。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地選擇有代表性的3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)：①?gòu)V東省湛江市遂溪縣甘蔗產(chǎn)業(yè)技術(shù)遂溪綜合試驗(yàn)站，地處我國(guó)甘蔗主產(chǎn)蔗區(qū)之一的粵西蔗區(qū)，土壤類型為砂壤土，屬亞熱帶氣候；②廣西省來(lái)賓市興賓區(qū)甘蔗產(chǎn)業(yè)技術(shù)來(lái)賓綜合試驗(yàn)站，地處我國(guó)甘蔗主產(chǎn)區(qū)之一的桂中南蔗區(qū)，土壤類型為紅壤土，屬亞熱帶氣候；③福建省漳州市長(zhǎng)泰縣甘蔗產(chǎn)業(yè)技術(shù)漳州綜合試驗(yàn)站，土壤類型為紅壤土，屬南亞熱帶氣候。

1.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試甘蔗品種(系)于2013年1～2月進(jìn)行新植，田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)、栽培管理參照國(guó)家甘蔗品種區(qū)域試驗(yàn)實(shí)施方案進(jìn)行。

通過(guò)螟蟲(chóng)田間自然侵染，于甘蔗收獲季，調(diào)查各試驗(yàn)點(diǎn)甘蔗品種(系)的螟蟲(chóng)為害情況。每個(gè)供試甘蔗品種(系)共調(diào)查3個(gè)小區(qū)，每小區(qū)隨機(jī)調(diào)查1點(diǎn)，每點(diǎn)連續(xù)調(diào)查10株蔗莖總節(jié)間數(shù)及螟蛀節(jié)數(shù)，統(tǒng)計(jì)在甘蔗生長(zhǎng)中后期植株螟蛀節(jié)率。

螟蛀節(jié)率(%)=螟蛀節(jié)數(shù)/總節(jié)間數(shù)×100%。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

利用DPS(Data Processing System) 7.05 統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

1.3.1 AMMI模型

在螟蛀節(jié)率穩(wěn)定性分析中所采用的AMMI模型[6,9,12]如下：

式中yij為j環(huán)境中i基因型的螟蛀節(jié)率，μ代表總體平均值，αi是基因型的平均偏差(基因型主效應(yīng))，βj為環(huán)境的平均偏差(環(huán)境主效應(yīng))，λn為第n個(gè)交互效應(yīng)主成分分析軸(Interaction Principal Component Axis, IPCA)的特征值，γin為第n個(gè)主成分的基因型主成分得分，δjn是第n個(gè)主成分的環(huán)境主成分得分，N是主成分因子軸的總個(gè)數(shù)，θij為殘差。

1.3.2 穩(wěn)定性參數(shù)

特定基因型在IPCA的k維空間中圖標(biāo)離原點(diǎn)的歐式距離公式[9]：

k=1，2，……m

式中Di為品種穩(wěn)定性參數(shù)，m為顯著的IPCA個(gè)數(shù)，Di為第i個(gè)基因型在第m個(gè)IPCA上的得分。式中的Di距離的大小是衡量第i個(gè)基因型的相對(duì)穩(wěn)定性，基因型Di值越小越穩(wěn)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 甘蔗不同品種(系)和不同地點(diǎn)對(duì)螟蟲(chóng)抗性差異

甘蔗品種(系)對(duì)螟蟲(chóng)抗性的變異分析結(jié)果見(jiàn)表1。3個(gè)試驗(yàn)地點(diǎn)中，以遂溪試驗(yàn)點(diǎn)的平均螟蛀節(jié)率最高，達(dá)到22.85%；其次為廣西來(lái)賓試驗(yàn)點(diǎn)和福建漳州試驗(yàn)點(diǎn)，分別為5.49%和3.72%。3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)間的螟蛀節(jié)率差異達(dá)到了極顯著水平，說(shuō)明不同試驗(yàn)點(diǎn)(環(huán)境)對(duì)螟蟲(chóng)的發(fā)生為害有極顯著影響作用。從各個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)甘蔗品種(系)的抗螟性指標(biāo)變異系數(shù)可以看出，廣西來(lái)賓試驗(yàn)點(diǎn)和福建漳州試驗(yàn)點(diǎn)的甘蔗品種(系)間螟蛀節(jié)率較低，但變異系數(shù)較高，分別達(dá)到了69.86%和52.82%，具有較為豐富的變異度；廣東湛江試驗(yàn)點(diǎn)的螟蟲(chóng)為害率在3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)中最高，但變異系數(shù)最低，只有16.11%，說(shuō)明在進(jìn)行甘蔗品種對(duì)螟蟲(chóng)抗性鑒定時(shí)，并非蟲(chóng)口密度越高越好，過(guò)高的蟲(chóng)源壓力會(huì)影響甘蔗品種(系)對(duì)螟蟲(chóng)的抗性差異。由表2中方差分析可知，3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的螟蟲(chóng)為害率均值在甘蔗品種(系)間存在極顯著差異，說(shuō)明不同基因型甘蔗存在對(duì)螟蟲(chóng)抗性差異。

2.2 AMMI模型分析

表1 不同甘蔗品種(系)對(duì)螟蟲(chóng)的抗性變異分析

表2 甘蔗不同品種(系)對(duì)螟蟲(chóng)抗性的多重比較

由表3可知，螟蛀節(jié)率在不同的基因型和環(huán)境間均達(dá)到極顯著水平，在基因型和環(huán)境間互作也存在極顯著的互作效應(yīng)。其中環(huán)境即試驗(yàn)點(diǎn)間的變異平方和占整個(gè)處理的總平方和的88.02%，基因型即品種(系)間的變異平方和占5.99%，環(huán)境和基因型間的交互作用的變異平方和占5.99%，以環(huán)境所占的比例最高，說(shuō)明環(huán)境的變異在主體變異中起主導(dǎo)作用，供試甘蔗品種(系)間的螟蛀節(jié)率差異較大，主要是由環(huán)境因素所引起的。環(huán)境和基因的交互作用效應(yīng)顯著，說(shuō)明基因型和環(huán)境互作影響甘蔗品種(系)

對(duì)螟蟲(chóng)抗性表達(dá)。利用AMMI模型對(duì)基因型和環(huán)境互作進(jìn)一步分析。甘蔗品種(系)對(duì)螟蟲(chóng)抗性顯著的IPCA值的平方和占交互作用平方和的74.70%，說(shuō)明IPCA1能夠解釋大部分的交互作用。

表3 甘蔗品種(系)對(duì)螟蟲(chóng)抗性的AMMI模型分析

2.3 甘蔗品種(系)對(duì)螟蟲(chóng)抗性穩(wěn)定性分析

甘蔗品種(系)在顯著交互效應(yīng)主成分軸上的得分(IPCA)及穩(wěn)定性參數(shù)(Di)見(jiàn)表4。甘蔗品種(系)對(duì)螟蟲(chóng)的抗性穩(wěn)定性由強(qiáng)到弱依次是：粵甘42號(hào)＞ROC22＞粵糖60號(hào)＞柳城03-1137＞桂糖32號(hào)＞福農(nóng)40號(hào)＞福農(nóng)07-0335＞云蔗05-49＞福農(nóng)38號(hào)＞福農(nóng)07-1110＞粵甘24號(hào)＞桂糖30號(hào)＞云蔗01-1413＞桂糖29號(hào)＞桂糖31號(hào)＞柳城05-136＞云蔗99-596＞云蔗03-258＞粵甘39號(hào)。

以Di值作為縱軸，以螟蛀節(jié)率作為橫軸，做雙標(biāo)圖(見(jiàn)圖1)。越靠近縱坐標(biāo)說(shuō)明其品種(系)的螟蛀節(jié)率越低，品種(系)對(duì)螟蟲(chóng)抗性越高，越靠近橫坐標(biāo)說(shuō)明品種(系)對(duì)螟蟲(chóng)的抗性穩(wěn)定性越好。由圖1中所見(jiàn)，A1柳城03-1137在供試甘蔗品種(系)中屬于對(duì)螟蟲(chóng)高感且抗性穩(wěn)定品種，A2粵甘24號(hào)和A3福農(nóng)38號(hào)在供試甘蔗品種(系)中屬于對(duì)螟蟲(chóng)高感且抗性中穩(wěn)品種，A17粵糖60號(hào)和A18粵甘42號(hào)在供試甘蔗品種(系)中屬于對(duì)螟蟲(chóng)高抗且抗性穩(wěn)定品種，A19桂糖30號(hào)在供試甘蔗品種(系)中屬于對(duì)螟蟲(chóng)高抗且抗性中穩(wěn)品種。

表4 各甘蔗品種(系)螟蛀節(jié)率在顯著交互效應(yīng)主成分軸上的得分的穩(wěn)定性參數(shù)

3 結(jié)論與展望

本試驗(yàn)在螟蟲(chóng)田間自然侵染條件下，采用AMMI

模型對(duì)廣西來(lái)賓、福建漳州、廣東湛江3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的19個(gè)甘蔗品種(系)對(duì)螟蟲(chóng)抗性穩(wěn)定性進(jìn)行分析。甘蔗品種(系)對(duì)螟蟲(chóng)的抗性存在極顯著的基因型效應(yīng)、環(huán)境效應(yīng)和二者間的交互效用。其中以環(huán)境效應(yīng)占主導(dǎo)作用，說(shuō)明環(huán)境因素是影響生長(zhǎng)中后期螟蟲(chóng)發(fā)生為害的最主要因素。根據(jù)一個(gè)地點(diǎn)的抗性鑒定結(jié)果評(píng)價(jià)品種的抗性水平，可能會(huì)導(dǎo)致部分品種的評(píng)價(jià)結(jié)果產(chǎn)生較大偏差，因此采用多點(diǎn)的抗性鑒定結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，能夠消除環(huán)境因素的干擾，結(jié)果更為準(zhǔn)確可靠。

圖1 螟蛀節(jié)率的AMMI雙標(biāo)圖

不同甘蔗品種(系)對(duì)螟蟲(chóng)的抗性穩(wěn)定性程度是不一樣的，各甘蔗品種(系)的對(duì)螟蟲(chóng)抗性的穩(wěn)定性由強(qiáng)到弱依次是：粵甘42號(hào)＞ROC22＞粵糖60號(hào)＞柳城03-1137＞桂糖32號(hào)＞福農(nóng)40號(hào)＞福農(nóng)07-0335＞云蔗05-49＞福農(nóng)38號(hào)＞福農(nóng)07-1110＞粵甘24號(hào)＞桂糖30號(hào)＞云蔗01-1413＞桂糖29號(hào)＞桂糖31號(hào)＞柳城05-136＞云蔗99-596＞云蔗03-258＞粵甘39號(hào)。通過(guò)分析AMMI模型和雙標(biāo)圖，我們可以較為直觀地看到各甘蔗品種(系)的螟蟲(chóng)的發(fā)生程度及抗螟性穩(wěn)定性，在供試品種(系)中粵糖60號(hào)和粵甘42號(hào)屬于對(duì)螟蟲(chóng)高抗且抗性穩(wěn)定的品種，柳城03-1137屬于對(duì)螟蟲(chóng)高感且抗性穩(wěn)定的品種，桂糖30號(hào)和柳城05-136雖然屬于高抗品種，但抗性穩(wěn)定性較弱。

抗蟲(chóng)性品種鑒定的最終目的是為了在生產(chǎn)中得到應(yīng)用，只有那些在田間自然環(huán)境條件下具有綜合經(jīng)濟(jì)性狀且具有優(yōu)良且穩(wěn)定抗蟲(chóng)性的品種，才能為生產(chǎn)者所接受[13]。具有較高且穩(wěn)定的抗螟性甘蔗品種不僅可以作為抗蟲(chóng)性親本的優(yōu)良材料，而且可作為抗性鑒定的參考對(duì)照種。甘蔗品種的抗螟性表現(xiàn)同環(huán)境間存在復(fù)雜的互作關(guān)系，尚不清楚隨著環(huán)境條件的變化，甘蔗品種的形態(tài)特征、生理生化指標(biāo)中的哪些特征隨之改變，進(jìn)而影響甘蔗對(duì)螟蟲(chóng)抗性的表達(dá)，有待進(jìn)一步研究。

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(本篇責(zé)任編校：李金玉)

The Stability Analysis of Sugarcane Resistance to Borers at the Middle and Late Sugarcane Growth Stages

(Lin Zhao-li1,3, FU Hua-ying1,3, GAO San-ji1,3, XU Li-ping1,3, XU Jin-han2,3)
(1National Research and Development Centre for Sugarcane Industrial Technology, Fujian Agricultural and Forestry University, Fuzhou, Fujian 350002;2College of Plant Protection, Fujian Agricultural and Forestry University, Fuzhou, Fujian 350002;3Key Laboratory of Sugarcane Biology and Genetic Breeding, Fujian Agriculture and Forestry University, Ministry of Agriculture, Fuzhou, Fujian 350002)

The percentage of bored internodes was used as borer resistance index at the middle and late sugarcane growth stages, and the borer resistance stability was analyzed with 19 clones at 3 pilots by AMMI model. The results indicated that environment effect, the genotype effect and the interaction effect had highly significant effects on the resistance of sugarcane clones to borers, and the environmental effect on the overall variation was the largest. Base on the resistance level and stability of the sugarcane clones resistant to borers, the YT60 and YG42 were the most stable borer-resistant varieties among the tested sugarcane clones, and the LC03-1137 was the most stable borer-susceptible among the tested clones.

Sugarcane; The middle and late sugarcane growth stages; Borer resistance; Stability

S566.1

A

1005-9695(2015)05-0011-06

2015-05-26；

2015-10-10

國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)建設(shè)專項(xiàng)資金(CARS-20)，國(guó)家自然科學(xué)基金(No.31271782)

林兆里(1987-)，男，本科，助理實(shí)驗(yàn)師，研究方向：甘蔗病蟲(chóng)害防控

*通訊作者：徐金漢，教授，主要從事昆蟲(chóng)生態(tài)與害蟲(chóng)綜合治理；E-mail：xujinhan@126.com

林兆里，傅華英，高三基，等. 甘蔗生長(zhǎng)中后期品種(系)對(duì)螟蟲(chóng)抗性穩(wěn)定性分析[J]. 甘蔗糖業(yè)，2015(5)：11-16.