芝麻種質資源抗青枯病鑒定

李信申,饒建輝,肖運萍,魏林根,汪瑞清,黃瑞榮,黃 蓉,胡建坤,華菊玲*

(1.江西省農業科學院 植物保護研究所,江西 南昌 330200; 2.江西省撫州市農業科學研究所,江西 撫州 344000;3.江西省農業科學院 土壤肥料與資源環境研究所,江西 南昌 330200)

芝麻(Sesamumindicum)屬胡麻科(Pedaliaceae)胡麻屬(SesamumLinn.)一年生草本植物,是世界上最古老的油料作物之一,因其種子含油量高且含有豐富的抗氧化物質而被譽為“油料作物皇后”[1]。芝麻青枯病(Sesame bacterial wilt)是由青枯雷爾氏菌(Ralstoniasolanacearum)侵染引起的土傳病害,一旦條件適宜,極易暴發成災,尤以南方紅壤旱地芝麻發病嚴重。大多數田塊芝麻青枯病發病率在10%～20%,嚴重田塊可達50%～70%或更高[2],帶來嚴重損失。青枯雷爾氏菌寄主范圍廣泛,可侵染54個科的450余種植物[3]。青枯雷爾氏菌還能在無寄主植物的條件下于土壤中長期存活[4],因此對芝麻青枯病的防治十分困難。利用抗病品種是防治芝麻青枯病的有效途徑。但至今未見芝麻青枯病抗性鑒定的研究報道。我們采用自然病圃和傷根灌注接種兩種方法鑒定分析了29份芝麻品種資源對芝麻青枯病的抗性,以期為芝麻抗病品種選育和青枯病的防控提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試種質

從中國油料研究所、江西省農業科學院、江西其他科研單位、廣東、河南等地共收集芝麻種質29份(表1),其中品種20個,單株9份。

1.2 供試菌株

供試菌株系由江西省農業科學院植物保護研究所從芝麻青枯病常年重發區采集病株分離純化獲得的強致病力菌株JSjx02(小種1,生化變種Ⅲ)；采用甘油法于-80 ℃保存該菌株。試驗前將該菌株轉接至NA培養基,在28 ℃下活化培養2次后,配成1×108CFU/mL的菌懸液備用。

1.3 鑒定方法

1.3.1 自然病圃鑒定 自然病圃建于芝麻傳統種植區,為連續種植芝麻感病品種(中芝13)3年,且上年度田間病株率達86.16%的田塊。每個品種3個重復,每重復30株。播種密度為15萬株/hm2；在試驗期間適時澆水以保持土壤濕度近飽和狀態。

1.3.2 人工接種鑒定 于芝麻初花期,采用傷根灌注法[2,5](簡稱灌根法)接種。每個品種重復3次,每個重復接種20株苗。接種后保濕12 h,之后適時澆水以保持土壤濕度近飽和狀態。

1.4 調查分級標準及數據統計

在芝麻終花期調查所有病株的發病程度,記錄病株率、病情指數。病害分級參照江西省地方標準DB36/T 879─2015：0級，全株無癥狀;1級，1～2片葉片萎蔫;3級，植株的1/3以下葉片萎蔫;5級，植株的1/3～2/3葉片萎蔫;7級，植株的2/3以上葉片萎蔫;9級，植株全部葉片萎蔫或整株枯死。

病情指數(DI)=[∑(病級值×該病級的病株數)×100]/(病級最高值×調查總株數)。

芝麻品種群體抗病性劃分標準:高抗(HR),病情指數=0;抗(R),0<病情指數≤11.11;中抗(MR),11.11<病情指數≤33.33;中感(MS),33.33<病情指數≤55.56;感(S),55.56<病情指數≤77.78;高感(HS),病情指數>77.78。

采用卡方距離法計算不同接種方法鑒定結果的相似系數,用離差平方和方法[6]進行聚類分析。

2 結果與分析

2.1 芝麻種質資源抗性鑒定結果

29份供試材料抗性鑒定結果(表1)表明,不同品種(株系)間發病率和病情指數均存在較大差異。根據品種群體抗病性劃分標準(表2),在自然病圃鑒定中,中抗品種4份,占13.79%;中感品種(株系)7份,占24.14%;感病品種(株系)13份,占44.83%;高感品種(株系)5份,占17.24%。在灌根接種鑒定中,中抗品種4份,占13.79%;中感品種(株系)6份,占20.69%;感病品種(株系)12份,占41.38%;高感品種(株系)7份,占24.14%。在兩種方法鑒定結果中,均未出現高抗和抗性品種。金黃麻、鄱陽黑芝麻、贛芝5號、豫芝11等4個品種表現為中抗。

鑒定結果發現,江西芝麻主栽品種對芝麻青枯病的抗病性優于外來品種及選育株系。在9個江西芝麻主栽品種中,3個表現中抗,6個表現中感,沒有出現感和高感品種。

2.2 兩種方法鑒定結果比較

對自然病圃鑒定結果和傷根灌注接種鑒定結果進行比對,僅豐城灰芝麻、09-451、09-51047等3個品種在兩種鑒定方法中表現的抗性水平不一致；采用卡方距離法對兩種接種方法鑒定結果的相似性進行分析，結果表明自然病圃鑒定和人工接種鑒定結果的相似系數較高(r=0.9981**)。

聚類分析結果(圖1、圖2)也顯示,兩種方法對上述29份材料的鑒定結果均可聚類為5個組。在自然病圃鑒定中,第Ⅰ組2個品種,第Ⅱ組1個品種,第Ⅲ組6個品種,第Ⅳ組5個品種,第Ⅴ組15個品種，該組可再分為A、B、C 三個亞組,品種數量分別為5、4和6個。在灌根接種鑒定中,第Ⅰ組2個品種,第Ⅱ組1個品種,第Ⅲ組7個品種,第Ⅳ組4個品種,第Ⅴ組15個品種，該組可再分為A、B、C三個亞組,品種數量分別為5、3和7個。說明灌根接種鑒定能真實反映芝麻品種對青枯病的抗性水平。

3 討論

青枯雷爾氏菌與相應寄主植物經歷了長期共同進化的過程,植物抗病性和青枯菌的寄主專化性、致病性(力)等均存在廣泛的遺傳多樣性[7]。現有研究表明,花生對青枯病的抗性水平高,高抗品種超過120個,在二倍體野生花生中也發現了20多份抗青枯病材料。花生對青枯病的抗性在遺傳上受顯性寡基因控制,因而具有良好的穩定性[8]；例如珍珠豆型花生的抗性受2對主效基因控制,抗病性易在后代品種間轉移,中國油料研究所已從中成功地獲得了抗青枯病品系[9]。在模式植物擬南芥中也發現了抗青枯病材料；Ho等進行雜交分析后認為,擬南芥抗青枯病材料N913對青枯菌株Ps95的抗性為單一顯性位點[10]。而Deslandes等研究發現擬南芥位于第5條染色體上的隱性單基因RRSI控制青枯病抗性[11]。茄科植物受青枯病危害最重,涉及的作物種類最多,目前發現的青枯病抗性種質較少而且抗性水平不高[12]。Danesh等研究報道番茄中至今沒有發現由顯性寡基因控制的青枯病抗性,已有抗性種質的抗性多表現為數量遺傳特性,如在番茄材料P109的第6、7、10染色體上存在與青枯病抗性相關的數量性狀位點[13]。在抗病育種中應用最為廣泛的普通煙草品種T.I.448雖然具有高水平的抗性,但其抗性亦由以加性遺傳為主的多基因控制,雜交后代的抗性往往差異較大[14-15]。在馬鈴薯四倍體栽培種中至今尚未發現對青枯病免疫或高抗的資源[16]；馬鈴薯二倍體近緣栽培種和二倍體野生種雖存在抗病性資源,但遺傳穩定性差,與四倍體栽培種的原生質融合株系抗性分離表現為從感病(S)到抗病(R)[17]。

表1 芝麻種質資源對芝麻青枯病的抗性鑒定結果

表2 芝麻種質資源對青枯病的抗性評價結果

由于全球范圍內所有的油用芝麻品種均來源于芝麻屬中唯一的一個栽培種[18],遺傳基礎狹窄[19-20],所以至今未發現青枯病免疫抗源。青枯雷爾氏菌侵染寄主植物,還存在無癥狀侵染(symptomless invasiveness)和有癥狀侵染(symptom invasiveness)[21]。具有無癥狀侵染特性的植物,由于受病菌侵染的壓力選擇,容易出現抗病品種,如花生等;具有有癥狀侵染特性的植物,青枯病發生流行速度快,不容易找到抗病品種,如生姜、茄子等[12]。前期研究表明芝麻植株不存在無癥狀侵染現象[5],并且田間病害流行速度快。這進一步加劇了芝麻青枯病抗性資源的匱乏。因此,本研究篩選出的4個中抗芝麻品種,不僅在芝麻生產上具有重要的現實意義,更是珍貴的抗性遺傳分析資源,有待于進行深入研究。

圖1 采用2種方法進行抗性鑒定的聚類分析結果

作物青枯病的人工接種方法主要有菌懸液浸種法、浸根法、傷根灌注法(灌根法)、針刺法、剪葉法等,不同作物因自身的生長特性、栽培方式等不同,適用的接種方法有所不同。例如：番茄適合采用浸根法接種[22]；花生以浸種法接種為宜[23]；馬鈴薯以傷根灌注法接種較好[24]；木麻黃以盆栽幼苗傷根接種及褐梗小枝室內水培接種為最佳[25]。本研究結果表明,采用傷根灌注法接種鑒定,能真實可靠地反映芝麻種質資源對青枯病的抗性水平,接種時間以芝麻初花期為最佳。

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