赤霉病對陜西省主栽小麥品種品質的影響

王 震，李金秀，張 彬，李金榜

(南陽市農業科學院，河南南陽 473008)

小麥赤霉病(Fusarium head blight,FHB)是由禾谷鐮刀菌引起的一種世界范圍內廣泛流行的小麥病害。小麥赤霉病的發生和流行，受越冬菌量、氣候條件、品種抗性和栽培管理等因素的影響，田間濕度與降雨量是赤霉病流行的限制性因素[1]。自20世紀80年代以來，由于灌溉技術的發展、全球氣候變暖、耕作制度以及耕作方式的改變，小麥赤霉病流行頻率不斷增加，發病面積不斷擴大，已經嚴重威脅到我國小麥的安全生產[2]。2012年以來，赤霉病在黃淮麥區南片不斷加重，對小麥生產造成了嚴重危害，已發展成為黃淮麥區南片小麥生產的常發性病害[3]，抗赤霉病品種的篩選與創育已成為黃淮麥區南片亟待解決的重大問題。

研究表明，赤霉病的發生不僅造成小麥不同程度的減產，并會降低小麥磨粉、烘焙、面條制作等加工品質[4]。在我國，禾谷鐮刀菌是導致赤霉病產生的主要病原菌，脫氧雪腐鐮刀菌烯醇(Deoxynivalenol,DON)是禾谷鐮刀菌產生的一種主要毒素，人和其他動物攝入被 DON 毒素污染的谷物及其制品后，會產生厭食、嘔吐、腹瀉、發燒、站立不穩和反應遲鈍等急性中毒癥狀[5]，我國食品中DON毒素限量值為1 mg·kg-1[6]。培育和利用抗DON毒素積累的品種是減輕DON毒素危害最為經濟、有效、安全的措施[7]。

隨著國民經濟的發展和人民生活水平的提高，優質小麥的需求量越來越大，但國內外有關赤霉病對小麥品質指標影響的研究還不多。本研究擬通過噴霧及單小花滴注接種，田間彌霧保濕，對10個陜西省主栽小麥品種進行赤霉病抗性鑒定，對小麥DON毒素水平和部分品質指標進行測定，旨在了解陜西省主栽小麥品種的赤霉病抗性及赤霉病對小麥DON毒素水平和品質的影響，為小麥病害防控及抗性育種提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

10個陜西省小麥主栽品種(具體名稱見表1)由西北農林科技大學農學院提供，分別于2015年10月15日和2016年10月18日種植于具有保濕功能的赤霉病抗性鑒定圃中，以未接種處理為對照。試驗點年平均氣溫16.7℃，降水量938.5 mm。鑒定圃土壤為黃褐土，前茬作物為玉米，可耕層土壤全氮1.20 g·kg-1，堿解氮45.01 mg·kg-1，速效磷23.34 mg·kg-1，速效鉀113.62 mg·kg-1，有機質16.48 g·kg-1。每個材料種2行，行長1.4 m，行距0.3 m。利用含有3個禾谷鐮刀菌(Fg16-2、Fg16-5、Fg11-26)和1個亞洲鐮刀菌(F301)的混合分生孢子液(5×105·mL-1)對供試品種進行人工接種鑒定，菌株由河南省農業科學院小麥研究所提供。

1.2 赤霉病抗性鑒定

1.2.1 接種方法

分別采用噴霧接種和單小花滴注接種。噴霧接種于揚花期用孢子懸浮液對各種植行進行噴霧接種，接種后保濕一周；單小花滴注接種在小麥揚花初期，將20 μL孢子懸浮液注入麥穗中部的一個小花內，并進行標記，每份材料至少接種20穗，穗部接種后，噴霧保濕一周，單小花滴注鑒定的試驗區未進行噴霧接種。

1.2.2 鑒定評價方法

以蘇麥3號(抗病)、揚麥158(中抗)、鄭麥0943(感病)為對照品種，當病情發展基本穩定時，逐品種記錄病情。噴霧接種每行調查50個麥穗，單小花滴注接種分別調查接種穗，病情指數、平均嚴重度和抗性評價按《小麥抗赤霉病評價技術規范》(NY/T 1443.4-2007)調查。

1.3 DON毒素含量及品質分析

收獲后將病粒剝出，按籽粒、穎殼、穗軸分別研磨，過20目篩后，使用RIDASCREEN DON ELISA試劑盒檢測DON毒素含量[8-9]，3次重復。品質分析的種子經過清理，用法國肖邦公司CD-1仿工業試驗磨粉機制粉，出粉率控制在70%，-5 ℃儲存備用。容重采用瑞典Perten公司DA7200型近紅外分析儀測定；蛋白質含量采用半微量凱氏定氮法(GB/5009.5-2003)測定；濕面筋含量按手洗法(GB/T14608-1993)測定；沉降值采用AACC56-61機械振蕩法測定；吸水率、面團穩定時間利用德國Brabender公司生產的810104型電子粉質儀(Farinograph)，按AACC54-21方法測定；最大拉伸阻力、延伸性、拉伸面積利用德國Brabender公司拉伸儀(Extensograph)，按AACC54-10方法測定。

1.4 數據分析

數據取兩年的平均值，相關性分析、差異性檢驗采用SPSS 13.0，DON毒素含量使用RIDA SOFT Win(Z9999)軟件進行分析，GGE biplot數據處理軟件作雙標圖分析赤霉病對中抗及中感品種品質指標的影響。

2 結果與分析

2.1 供試小麥品種的赤霉病抗性

兩年鑒定結果(表1)顯示，抗病對照蘇麥3號的病情指數為0.03，平均嚴重度1.6；中抗對照揚麥158的病情指數為0.27，平均嚴重度2.6；感病對照鄭麥0943的病情指數為0.47，平均嚴重度3.6。未接種小麥成長狀況良好，均未發病。在噴霧接種條件下，篩選出中抗品種1個(西農511)，其千粒重下降了2.84%；中感品種5個，其千粒重下降了1.49%～8.20%；感病品種4個，其千粒重下降了12.13%～46.92%。在單小花滴注接種條件下，篩選出中抗品種3個，中感品種2個，感病品種5個，其千粒重分別下降了1.38%～12.25%、2.66%(西農3517)和9.51%(西農979)、5.56%～27.36%。參試品種接種條件下千粒重與對照的差異均顯著。相關分析表明，病情指數與千粒重顯著負相關(R=-0.621*)。

2.2 不同接種條件下發病小麥籽粒、穎殼、穗軸中的DON含量

由表2可知，除蘇麥3號外，同一品種噴霧接種下麥穗中的DON含量均高于單小花滴注接種。噴霧接種條件下， 5個中感品種籽粒、穎殼、穗軸中的DON毒素含量平均值分別為21.67、45.35和62.81 mg·kg-1，分別比中抗品種西農511升高了48.12%、86.39%和11.86%；4個感病品種籽粒、穎殼、穗軸中的DON毒素含量平均值分別為40.82、71.98和112.58 mg·kg-1，分別比中抗品種升高了179.02%、195.85%和100.50%。單小花滴注條件下，3個中抗品種籽粒、穎殼、穗軸中的DON毒素含量平均值分別為15.50、32.44和14.59 mg·kg-1，2個中感品種籽粒、穎殼、穗軸中的DON毒素含量平均值分別為19.98、33.80和16.41 mg·kg-1，分別比中抗品種平均值升高了28.90%、4.19%和14.47%；5個感病品種籽粒、穎殼、穗軸中的DON毒素含量平均值分別為23.95、50.13和22.54 mg·kg-1，分別比中抗品種平均值升高了54.52%、54.53%和54.49%，差異均達顯著水平(P<0.05)。差異性分析表明，西農511和西農3517在噴霧條件下籽粒中DON毒素含量與揚麥158差異不顯著，西農511、西農2000、西農979和西農889在單小花滴注條件下籽粒中DON毒素含量與揚麥158差異不顯著。相關性分析表明，噴霧接種條件下，病情指數與籽粒、穎殼中的DON毒素含量呈極顯著正相關，相關系數分別為0.998**和0.790**；穗軸中DON毒素含量與病情指數無顯著相關性。單小花滴注條件下，平均嚴重度與籽粒、穎殼、穗軸中的DON毒素含量呈極顯著正相關，相關系數為0.929**、0.955**和0.969**。

表1 2015-2017年陜西省小麥主栽品種赤霉病抗性鑒定結果Table 1 FHB resistance evaluation of wheat cultivars of Shaanxi province in 2015-2017

R:抗病; MR:中抗; MS:中感; S:感病。同一品種數據后不同小寫字母表示差異達5%顯著水平。

R:Resistant; MR:Moderately resistant; MS:Moderately susceptible; S:Susceptible. Values followed by different lowercase letters in same cultivar mean significant difference at 5% level.

表2 陜西省小麥主栽品種麥穗組織中DON毒素含量Table 2 DON concentration of wheat spike tissue in the cultivars of Shaanxi province mg·kg-1

同列數據后不同小寫字母表示差異達5%顯著水平。

Values followed by different lowercase letters in same column mean significant difference at 5% level.

2.3 不同接種條件下赤霉病對小麥不同品質指標的影響

噴霧接種條件下，病情指數與容重呈顯著負相關(R=-0.760*)，與蛋白質(干基)含量呈顯著正相關(R=0.663*)。千粒重與容重呈極顯著正相關(R=0.766**)，與蛋白質(干基)含量、穩定時間呈顯著負相關(R=-0.650*,R=-0.670*)，與沉降值呈極顯著負相關(R=-0.800**)。中抗品種西農511的沉降值、吸水率、穩定時間、最大拉伸阻力和延展性與未接種條件下差異不顯著。西農511容重、蛋白質(干基)含量、濕面筋含量和拉伸面積分別下降了4.34%、5.29%、5.90%和16.83%。5個中感品種中，除西農3517的吸水率、拉伸面積、西農2000的容重和西農889的吸水率外，其余指標均顯著下降。5個中感品種的蛋白質(干基)含量、濕面筋含量、沉降值、穩定時間和延展性分別下降了11.78%～18.37%、15.48%～27.35%、38.33%～60.27%、22.58%～87.84%和5.71%～31.76%。除西農2000和西農889外，中感品種容重下降了5.71%～31.76%。4個感病品種中，除小偃22蛋白質(干基)含量、沉降值和拉伸面積、西農538拉伸面積外，其余被測指標均顯著下降，容重、濕面筋含量、穩定時間和延展性分別下降1.86%～4.51%、2.18%～32.98%、6.67%～54.17%和3.70%～45.57%。

在單小花滴注接種條件下，平均嚴重度、千粒重與各項品質指標無顯著相關性。赤霉病使小麥容重、蛋白質(干基)含量、濕面筋含量、沉降值、穩定時間、延展性和拉伸面積均不同程度下降。西農3517和西農2000的延展性與未接種條件下差異不顯著。3個中抗品種的容重、蛋白質(干基)含量、濕面筋含量、沉降值、穩定時間和拉伸面積分別下降1.27%～4.82%、9.36%～12.30%、9.51%～25.59%、10.00%～46.20%、8.06%～47.83%和21.15%～61.39%，2個中感品種的上述指標分別下降1.62%～2.91%、13.92%～14.76%、19.81%～22.58%、48.49%～59.86%、56.84%～63.41%和27.78%～61.39%，5個感病品種的上述指標分別下降1.24%～3.10%、7.52%～17.53%、9.37%～28.53%、15.67%～54.37%、4.28%～83.33%、5.00%～50.44%和8.91%～43.94%，差異均達顯著水平。

表3 2015-2017年赤霉病對陜西省主栽品種品質的影響Table 3 Effect of FHB on quality of wheat cultivars of Shaanxi province in 2015-2017

相同品種同列數據后不同字母表示處理間差異顯著。

Values followed by different lowercase letters in same column and cultivar mean significant difference at 5% level.

2.4 中抗及中感品種的品質變化

選取中抗和中感品種，對受赤霉病影響下降較明顯的容重、蛋白質(干基)含量、濕面筋含量、沉降值、穩定時間、延展性和拉伸面積作雙標圖，品種與被測指標間的位置越近，該指標含量越高[10-11]。由圖1可知，赤霉病對不同中抗、中感品種各個品質指標的影響程度不盡相同。噴霧接種條件下，西農3517的容重、穩定時間、延展性和拉伸面積最高，西農889的蛋白質(干基)含量、濕面筋含量和沉降值最高。單小花接種條件下，西農3517的容重、蛋白質(干基)含量、延展性和拉伸面積最高，西農889的穩定時間、濕面筋含量和沉降值最高。雙標圖中順時針方向兩個指標到中心點連線夾角的余玄即為它們的相關系數[10-11]。結合相關性分析可知，中抗和中感品種蛋白質(干基)含量與濕面筋含量、沉降值極顯著正相關(P<0.01)，與穩定時間、延展性顯著正相關(P<0.05)；濕面筋含量與沉降值呈顯著正相關；沉降值與穩定時間、延展性極顯著正相關；穩定時間與延展性極顯著正相關；延展性與拉伸面積顯著正相關。7項指標中，除容重外各項指標關系密切。以不同指標為頂點畫多邊形，多邊形相鄰兩點間連線的垂直線是兩個指標優化后的臨界值(等值線)，所有垂直線的交點就是所有指標的最佳平衡點[11]。在不同接種條件下，西農3517、西農899和西農511離最佳平衡點較近，是中抗及中感品種中品質指標綜合表現最優的品種(圖1)。

TW：容重；PC：蛋白質含量；WGC：濕面筋含量；SV：沉淀值；ST：穩定時間；E：延展性；EA：拉伸面積。

TW:Test weight; PC:Protein content; WGC:Wet gluten content; SV:Sedimentation value; ST:Stability time; E:Extensibility; EA:Extension area.

圖1中抗、中感品種與品質指標的相關系數

Fig.1Correlationcoefficientsofqualityindicesofmoderateresistanceandmoderatesusceptibilitycultivars

3 討 論

在黃淮麥區培育和種植抗赤霉病小麥品種是防治赤霉病最為關鍵有效的措施[3]。小麥抗赤霉病育種工作中，田間接種鑒定是中心環節。無論大田還是溫室，采取的多是單小花滴注接種、土表接種(撒病粒)及分生孢子液噴霧接種[2]。小麥赤霉病的5種生理抗性類型包括：抗赤霉病原初侵染、抗赤霉病擴展、抗籽粒侵染、對赤霉病忍耐性和抗脫氧瓜蔞鐮菌醇積累。噴霧接種主要篩選赤霉病原抗初侵染類型，單小花接種主要篩選赤霉病抗擴展類型。本次鑒定的10個陜西省主栽品種中，篩選出1個中抗、5個中感抗侵染類型，3個中抗、2個中感抗擴展類型。陜西省赤霉病抗性品種多于黃淮麥區其他省份，本試驗篩選出的中抗和中感品種中，除西農3517抗源可能來自易變山羊草外，其余均可能源自十倍體長穗偃麥草，其中，西農2000、西農979還攜帶有蘇麥3號的染色體片段[12]。當前在黃淮麥區赤霉病育種中缺乏抗源的大背景下，加強對長穗偃麥草衍生系等近緣材料的利用，可以在一定程度上豐富小麥赤霉病抗性資源。

本試驗DON毒素含量研究表明，病情指數與籽粒、穎殼中的DON毒素含量呈極顯著正相關，平均嚴重度與籽粒、穎殼、穗軸中的DON毒素含量呈極顯著正相關，與徐 飛等[8-9]和Bai等[13]研究結果一致。但在噴霧接種條件下，穗軸部DON毒素含量較籽粒、穎殼部高，且與病情指數無相關性，根據前人研究結果[14]推測，噴霧接種菌量大，禾谷鐮刀菌直接侵染穗軸部分，致使DON毒素水平升高顯著。甄陽光等[15]調查發現，全國11個省份2008-2009年度DON毒素檢出率達95.8%，超標率達17.7%，其中，西北地區超標率達38.1%，華北和華中地區超標率分別為21.0%和20.1%，小麥赤霉病發生后，DON毒素對糧食安全造成的威脅不容忽視，本研究發現，兩種抗性類型的中抗品種中，籽粒DON毒素含量遠高于國家規定的限量(1 mg·kg-1)，因此，在抗赤霉病育種工作中，除了抗侵染和抗擴展類型的選擇，還應加強對抗DON積累類型的重視。

赤霉病對小麥品質的影響前人研究較少，本試驗將病情指數、平均嚴重度同千粒重及品質相關指標結合，發現部分指標間存在顯著相關性。同時發現部分品種病情指數或平均嚴重度較高，但千粒重下降不明顯，原因可能是隨氣候不同，每年赤霉病發病時期不一致，有些年份發病偏晚，導致落黃對鑒定結果產生了影響。本試驗發現，赤霉病會對小麥的容重、吸水率、濕面筋含量、沉降值、延展性和拉伸面積等指標產生影響，降低小麥品質。但不同品種的品質指標變化程度不盡相同，推測可能為基因型導致的差異，具體遺傳機制還需進一步研究。

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