33 份燕麥種質田間抗蚜性和抗大麥黃矮病毒評價

王 軍，趙桂琴，柴繼寬，郭建國，焦潤安

（1. 甘肅農業大學草業學院 / 草業生態系統教育部重點實驗室 / 甘肅省草業工程實驗室 / 中-美草地畜牧業可持續發展研究中心，甘肅 蘭州 730070；2. 甘肅省農業科學院植物保護研究所，甘肅 蘭州 730070）

燕麥(Avena sativa)具有抗旱、耐瘠、適應性強等特點，廣泛種植于我國華北和西北地區，是重要的雜糧和飼草料作物[1-3]。作為糧飼兼用型作物，具有極高的營養和飼用價值[4]。甘肅省作為我國燕麥的主要種植地區，其種植面積約為 5.3 萬hm2，生產規模還在不斷擴大[5-6]。病蟲害是影響其產業發展的重要限制因素，常見的燕麥病害有銹病、白粉病、紅葉病、黑穗病、葉斑病等，燕麥紅葉病的病原是大麥黃矮病毒(barley yellow dwarf virus)，簡稱BYDV，由麥二叉蚜(Schizaphis graminum)、禾谷縊管蚜(Rhopolosiphum padi)、麥長管蚜(Macrosiphum aveane)及麥無網長管蚜(Metopolophium dirhodum)等傳播，能引起燕麥莖、葉發紅發紫、光合作用減弱、植株矮化、分蘗減少乃至小穗不孕等[7]。

近年來，由于全球氣候變暖和干旱年份頻繁出現，加之西北農牧交錯帶受各種因素制約，燕麥品種更新換代步伐緩慢，老品種抗病性退化嚴重。蚜蟲及其傳播的紅葉病成為燕麥生產上的常發性主要病蟲害，嚴重影響燕麥的產量和品質[8]，其中紅葉病造成燕麥產量損失30%～50%[9-10]。篩選抗病蟲品種是一條行之有效的防治BYDV 的途徑。前人在麥類作物種質資源對蚜蟲和BYDV 抗性篩選及鑒定方面做了很多探索，張偉等[11]、Liu 等[12]、吳麒洋[13]、Zhou 等[14]分別在不同麥區開展了抗蚜小麥種質資源篩選調查；張華偉等[15]、段敏等[16]、高凱[17]評價了不同小麥(Triticum aestivum)材料對BYDV 的抗性水平，對高抗種質進行了篩選。當前燕麥產區蚜蟲發生嚴重[18-20]燕麥生產受到由蚜蟲傳播的BYDV 感染的影響，常規的防治策略是在加強預測預報的基礎上，以農業防治為基礎，藥劑防治為輔助，開發抗病品種為重點，實行綜合防治。由于BYDV 流行涉及寄主-病毒-介體蚜蟲-環境等多種因素，加之病毒病防治藥劑缺乏，并且使用化學試劑不僅對病毒害的控制作用較差，還會造成環境、土壤的嚴重污染，篩選、培育和推廣種植BYDV 耐受性或抗性品種是防治BYDV 最有效、經濟、環保、安全的方法。篩選抗蟲及抗病的燕麥種質資源是非常重要的，但目前關于燕麥資源對蚜蟲和BYDV 抗性方面的報道較少，劉剛等[21]僅對種植在甘肅天祝縣的26 份燕麥資源進行田間抗蚜性評價，篩選出4 個抗性較強的種質。蚜蟲數量與紅葉病發生之間的相關性、抗蚜燕麥品種是否也抗BYDV，這類資源是否豐富等，均需要進一步探索研究。因此，基于利用作物抗病蟲性防治所展現的良好前景，加強作物抗病蟲性研究，收集、鑒定和篩選抗病蟲資源，研究其抗病蟲機制，通過各種途徑轉導和累積抗性基因，培育抗病蟲品種，對于病蟲蟲害綜合防治和農業的可持續發展具有重要的理論意義和實踐意義。

本研究擬通過對自然感染條件下蚜蟲數量和BYDV 病害嚴重度的調查，評價燕麥種質資源的抗蚜性和BYDV 抗性，篩選抗性強的燕麥種質，為分析抗病品種的抗病機理、篩選抗病基因提供材料基礎；并探討抗蚜性和BYDV 抗性二者之間的關系，分析蚜蟲和BYDV 發生規律與氣候條件的關系，為燕麥紅葉病的監控與預測、推廣種植提供依據。

1 材料和方法

1.1 供試材料

供試燕麥種質材料共計33 份，具體信息如表1所列。

1.2 試驗方法

1.2.1 田間鑒定圃的設置與播種

試驗于2015-2017 年在甘肅省農業科學院植物保護研究所甘谷試驗站(105°19′ E，34°46′ N)進行，該地海拔1 271 m，年平均氣溫9.5～10.9 °C，年降水量480 mm 左右，無霜期180 d 左右。燕麥于2015 年3 月27 日、2016 年4 月1 日 和2017 年4 月7 日采用人工開畦、等行距條播方式種植。鑒定圃畦埂寬50 cm，畦寬250 cm，畦長50 m，距畦埂125 cm 處順畦種1 行保護行，在保護行兩側20 cm處橫向種植鑒定材料，行長100 cm，行距33 cm，單行播種100 粒。鑒定圃四周設100 cm 寬保護區，鑒定材料隨機編號后排列其中。于播前一次性施入尿素75 kg·hm-2、二銨150 kg·hm-2，全生育期灌水4 次，人工除草兩次。

1.2.2 抗蟲性鑒定

于燕麥灌漿期，即2015 年6 月12 日、2016 年6 月15 日和2017 年6 月20 日，采用模糊識別法和目測法[22-23]，一次性調查田間蚜蟲數量，每個材料選擇3 個點，每點記錄10 株燕麥上的蚜蟲(無翅成蚜)數量。計算蚜量比值后參照NY/T1443.7-2007《農業行業標準.小麥抗蚜蟲評價技術規范》[24]評定抗蚜級別。計算公式為：

式中：I/ˉI為蚜量比值；max(RS1···4) 為供鑒材料3 次重復蚜害級別最高值。 a ve(M1+M2+···+Mn)為33 份材料蚜害級別眾數的平均值。

表 1 供試燕麥種質及材料目錄Table 1 List and sources of oat cultivars

1.2.3 BYDV 抗性鑒定

BYDV 病情調查在蚜蟲調查時間之后兩周進行，每個材料隨機調查50 株，參照NY/T1443.6-2007《農業行業標準.小麥抗黃矮病評價技術規范》[25]評定嚴重度分級，計算平均嚴重度。計算公式為：

式中： Sˉ 為平均嚴重度，i 為病級數 (1-n)，Xi為病情為i 級單元數，Si為病情為i 級的嚴重度值。

1.2.4 相關性分析

對各燕麥材料的感病性與感蟲性關系進行Perason 線性相關性分析，分別計算2015、2016 和2017 各年度蚜量比值與平均嚴重度的相關系數。

1.3 數據分析

采用SPSS 19.0 軟件中Person 線性相關分析法對各材料的感病性與感蟲性的相關關系及顯著性進行分析。用Duncan 方法進行多重比較，差異顯著性判斷標準為P＜0.05。利用SigmaPlot 12.5 軟件作散點圖。

2 結果與分析

2.1 不同燕麥種質的抗蚜性

經調查，危害燕麥的蚜蟲主要是麥二叉蚜、麥長管蚜和禾谷縊管蚜，其中麥二叉蚜為優勢種。試驗田的蚜蟲為這3 種蚜蟲的自然混合種群。

根據蚜量比值鑒定33 個燕麥材料的抗蚜分級：2015 年中等程度發生，2016 和2017 年田間蚜蟲和BYDV 自然發生率均較重(表2)。2015 年鑒定的33 個燕麥材料中，MN08252、寧莜1 號、MN10253 和青永久260 的蚜量比值分別為0.224、0.239、0.242 和0.273，根據評價標準判定為高抗；中抗9 個，分別為鈴鐺麥、青永久420、青永久119、白燕1 號、堵吉、農大360、重穗莜麥、定莜4 號、冀張莜4 號和遠雜1 號；低抗種質6 個；低感8 個；中感3 個，分別為青永久163、花晚6 號和花早二號；燕科2 號、白燕11 號和Jim 蚜量比值分別為1.578、1.602 和1.821，表現高感。其中Jim 的蚜量比值除與燕科2 號和白燕11 號差異不顯著外，顯著高于其他各品種(P＜0.05)。

2016 年無高抗材料；中抗6 個(甘引1 號、青永久420、農大360、品4 號、青永久355 和鈴鐺麥)；其中青永久420 的蚜量比值除與鈴鐺麥和青永久335 之間無顯著差異外(P ＞ 0.05)，顯著低于其他各品種(P＜0.05)。低抗9 個；低感8 個；中感7 個(燕科2 號、遠雜1號、白燕3 號、品23 號、MN11213、 花 晚6 號 和MN08252)； Jim、 白 燕15 號和定莜4 號的蚜量比值分別為1.573、1.642和1.945，表現高感，其中定莜4 號的蚜量比值顯著高于其他各品種(P＜0.05)。

2017 年也無高抗材料，中抗種質10 個(鈴鐺麥、青永久119、白燕1 號、堵吉、品4 號、白燕2 號、遠雜1 號、青永久163、白燕3 號和白燕15 號)，低抗15 個，低感5 個，中感3 個(冀張莜4 號、定莜4 號和Jim)，其中Jim 與定莜4 號的蚜量比值相對其他各品種高，無高感材料。

33 份參試材料中有8 份材料在2015-2017 年3 年間均對蚜蟲表現抗性，包括鈴鐺麥、青永久420、青永久119、白燕1 號、農大360、MN10253、寧莜1 號和重穗莜麥，占供試材料的24.24%。而Jim、花晚6 號和MN11213 這3 份材料在3 年間均一致表現感蚜，占供試材料的9.09%。

2.2 33 份燕麥材料三年的蚜量比值頻度分析

對2015-2017 年的蚜量比值進行頻度分析，發現33 份燕麥種質蚜量比值均存在較大的變異(圖1)，變異系數分別為52.91%、38.33%、35.12%，2017 年的變異系數最小(35.12%)。2015 年蚜量比值變幅為0.22～1.82；2016、2017 年變幅分別為0.38～1.95 和0.32～1.31。

2.3 燕麥資源的BYDV 抗性

根據病害平均嚴重度對33 個燕麥材料的BYDV 抗性進行分級(表3)。2015 年白燕15 號和白燕2 號病害平均嚴重度分別為1.501 和1.841，均表現抗病；鈴鐺麥、堵吉、農大360、冀張莜4 號、青永久119、青永久260、青永久420、科燕1 號、青永久355、寧莜1 號、MN10253、白燕3 號、青永久9、MN08252、青永久163、甘引1 號、白燕1 號、99AS1131 和MN11213 共19 份材料，病害平均嚴重度為2.021～2.993，表現中抗；遠雜1 號、品4 號、重穗莜麥、燕科2 號、白燕11 號、品23 號、花早二號、青永久164、花晚6 號、隴燕2 號、Jim 和定莜4 號12 份材料的病害平均嚴重度為3.041～3.543，表現感病。

表 2 2015-2017 年供試材料的蚜量比值與抗蚜性Table 2 Aphid number ratio and resistance to aphids of the tested cultivars from 2015 to 2017

圖 1 2015-2017 年不同燕麥材料蚜量比值的頻度分析Figure 1 Frequency analysis of the aphid number ratios of different oat cultivars from 2015 to 2017

2016 年堵吉的病害平均嚴重度為0.679，顯著低于其他材料(P＜0.05)，表現高抗；鈴鐺麥、農大360、冀張莜4 號等22 份材料，病害平均嚴重度在1.001～1.982，表現抗病；青永久9、隴燕2 號、白燕1 號、99AS1131、花晚6 號和MN08252共6 份材料的病害平均嚴重度為2.003～2.462，表現中抗；定莜4 號和Jim 的病害平均嚴重度分別為3.142 和3.622，表現感病；MN11213 和白燕15 號的病害平均嚴重度分別為4.181 和4.656，均顯著高于其他材料(P＜0.05)，表現高感。

2017 年遠雜1 號表現抗病(病害平均嚴重度為1.782)，病害嚴重度顯著低于其他材料(P＜0.05)；鈴鐺麥、堵吉、農大360 等11 份材料表現中抗(病害平均嚴重度2.289～2.959)；冀張莜4 號、白燕2 號、MN10253 等17 份材料表現感病；白燕15 號、定莜4 號、Jim 和隴燕2 號病害平均嚴重度分別為4.037、4.106、4.211 和4.232，表現高感。

2015-2017 年3 年間，33 份參試材料中有10 份材料均對BYDV 表現抗性，包括鈴鐺麥、堵吉、農大360、青永久119、青永久260、青永久420、科燕1 號、青永久355、寧莜1 號、青永久9，占供試材料的30.3%。而定莜4 號和Jim 在3 年間均一致表現感病，占供試材料的6.06%。

2.4 33 份燕麥材料病害嚴重度的頻度分析

33 份燕麥種質2015-2017 年的病害嚴重度均存在較大變異，變異系數分別為19.84%、46.51%和19.30% (圖2)，2017 年的變異系數最小(19.30%)。2015、2016、2017 年病害嚴重度變幅分別為1.50～3.54、0.68～4.66 和1.78～4.23。

2.5 燕麥田蚜蟲危害和BYDV 發生的相關性

2015 年田間蚜量比值和BYDV 病害嚴重度之間存在顯著線性關系，相關系數為0.456 0 (圖3)。由離群值可知，離群材料為白燕15 號，具有較高的蚜量比值(I /=0.978) ，但病害嚴重度(S ˉ=1.501)低。其他一些材料如MN08252、MN10253、寧莜1 號、青永久260 和堵吉的蚜量比值較低，表現抗蚜，同時也表現較強的抗BYDV 能力；定莜4 號、重穗莜麥和遠雜1 號，抗蚜性較強，但易感BYDV；科燕1 號、甘引1 號、青永久355、白燕15 號和青永久9 等材料對BYDV 表現出較強的抗性；還有一些高感蚜蟲材料如Jim、白燕11 號、燕科2 號，病害嚴重度值亦較高，易感BYDV。

2016 年田間蚜量比值和BYDV 病害嚴重度也存在顯著線性關系，相關系數為0.632 7。離群材料為白燕15 號和MN11213，蚜量比值( I/)分別1.642 和1.478，病害嚴重度()分別為4.656 和4.181，極易被蚜蟲和BYDV 感染。其他材料如鈴鐺麥、青永久420、青永久355、甘引1 號和品4 號蚜量比值較低，中抗蚜蟲，同時這病害嚴重度值也較低，抗BYDV；白燕15 號、白燕1 號、白燕2 號和青永久163 等材料表現中抗蚜蟲，但卻易感BYDV；還有一些表現中感蚜蟲的材料如Jim、定莜4 號、冀張莜4 號，同時病害嚴重度值亦較高，既感蟲又感病。

2017 年田間蚜量比值和BYDV 病害嚴重度相關系數為0.550 3。具有較低蚜量比值(I /=0.511)和較高病害嚴重度(=4.037)的品種依然是白燕15 號。遠雜1 號蚜量比值(I /=0.467)和病害嚴重度(=1.782)均較低，中抗蚜蟲，也抗BYDV。除離群材料外，鈴鐺麥、青永久119、堵吉和品4 號等的蚜量比值較低，中抗蚜蟲，其病害嚴重度值也較低，中抗BYDV；一些中感蚜蟲的材料如MN08252、遠雜1 號、白燕3 號、品23 號，對BYDV 表現出較強的抗性；而另外一些高感蚜蟲材料如定莜4 號、Jim、白燕15 號的病害嚴重度值亦較高。

3 討論與結論

種質資源的抗性鑒定對抗病育種具有非常重要的意義，客觀評價其成株期的抗、感水平可拓寬抗病種質基礎，有利于培育抗病品種，從而減少化學農藥的大量使用，為病害綠色防控和生態環境保護提供技術支撐。本研究發現，3 年中兼抗蚜蟲和BYDV 的材料有5 份(鈴鐺麥、青永久119、青永久420、農大360 和寧莜1 號)，且均為中抗或低抗，占供試33 份材料的15.15%。其中，鈴鐺麥、青永久119 和青永久420 均是引自青海的燕麥材料，經過多年的生產實踐已經證明在甘肅、青海等地具有較強的抗病性[9]。農大360 引自內蒙古農業大學，趙永峰等[26]通過品種比較試驗發現農大360 較為抗旱，且抗倒伏性強；而寧莜1 號是寧夏回族自治區固原市農業科學研究所于1992 年從內蒙古自治區農業科學院引進，通過系統選育而成，具有優質、早熟、高產、穩產、抗旱性強、適應性廣等特點[27]。既感蚜又感BYDV 的燕麥材料僅有Jim 1 份，占供試材料的3.03%。

圖 2 2015-2017 年不同燕麥材料病害嚴重度的頻度分析Figure 2 Frequency analysis of the average severity levels of different oat cultivars from 2015 to 2017

圖 3 2015-2017 年不同燕麥材料蚜量比值和病害平均嚴重度的相關性Figure 3 Correlation between aphid number ratio and average disease severity level from 2015 to 2017

馬春森等[28]指出麥蚜對環境溫度尤其是高溫的變化十分敏感，氣候變暖對麥蚜的繁殖具有顯著影響。肖志強等[29]通過對小麥蚜蟲發生情況和相應氣象資料對比分析，發現麥蚜發生與溫度的關系密切，顯著影響蚜蟲的生長發育、生殖和分布。本研究也發現，除作物自身的抗蟲/病機制以外，燕麥材料的抗蟲性和抗BYDV 能力還與蚜蟲的發生規律、田間溫濕度等環境因素密切相關。盡管本研究在同一地點開展了3 年，但是由于3 年間溫度和降水量變化不同，同一品種的抗性會出現年際間差異[30]。2015 年甘谷縣年平均氣溫為12.1 ℃，年總降水量為377.7 mm[31]；2016 年年平均氣溫為12.6 ℃ (燕麥生長期間4 月-7 月平均氣溫為19.7 ℃)，年總降水量為437.38 mm (4 月- 7 月總降水量為179.3 mm)[32]。年際間溫度和降水差異也是導致抗蟲/病性出現變化的原因之一。如白燕15 號、遠雜1 號和定莜4 號的抗蚜性評價結果在3 年間差異較大，極不穩定。白燕15 號在2015-2017 年蚜量比值分別為0.978、1.642、0.511，表現低感、高感、中抗蚜蟲；遠雜1 號蚜量比值分別為0.656、1.356、0.467，表現低抗、中感和中抗蚜蟲；定莜4 號蚜量比值分別為0.490、1.945、1.268，表現中抗、高感和中感蚜蟲。BYDV 由蚜蟲傳播，蚜蟲的發生情況很大程度上影響BYDV 的發病嚴重度，蚜蟲的年際變異也會影響BYDV 的年際變異。因此，在連續3 年的BYDV 抗性鑒定中，不同種質資源的病害嚴重度存在較大變異。白燕15 號、遠雜1 號和隴燕2 號等材料，其BYDV 抗性評價結果差異較大。白燕15 號在2015、2016 和2017 年病害嚴重度分別為1.501、4.656、4.037，表現抗病、高感、高感；遠雜1 號病害嚴重度分別為3.500、1.421、1.782，表現感病、抗病、抗病；隴燕2 號的分別為3.543、2.404、4.232，表現感病、中抗和高感。

植物與病蟲的相互作用是一個極其復雜的生物學過程，植物的抗病性與抗蟲性不僅是作物抵御病蟲侵害的一種可遺傳特性，而且是與作物種類、品種及生育期等因素密切相關的一種生物學性狀。BYDV 是由多種蚜蟲傳播的混合株系，不同種類蚜蟲傳播的病毒株系不同，不同株系的病毒致病力也有一定的差異[33-34]。Liu 等[35]在田間條件下研究了小麥、BYDV 和介體蚜蟲三方的相互作用，發現小麥產量與蚜蟲和病毒的互作、品種的抗性關系密切，蚜蟲和BYDV 傳播往往在田間呈相互促進關系。胡想順等[30]研究發現，小麥BYDV發生普遍率和嚴重度與有蚜株率顯著相關。小麥品種對BYDV 的抗性與麥二叉蚜和禾谷縊管蚜的傳毒力呈線性正相關[36]。本研究中，自然情況下田間蚜量比值與BYDV 病害嚴重度顯著相關，抗蚜材料也抗BYDV，由于蚜蟲少，從而降低了傳毒幾率。通過對2015-2017 年燕麥田間蚜蟲危害和BYDV 發生的相關性分析，發現白燕15 號均作為離群材料，易被蚜蟲和BYDV 感染。

本研究中的33 份參試材料在2015-2017 年均不同程度感染了蚜蟲，有8 份材料對蚜蟲表現抗性，包括鈴鐺麥、青永久420、青永久119、白燕1 號、農大360、MN10253、寧莜1 號和重穗莜麥，占供試材料的24.24%。而Jim、花晚6 號和MN11213 在3 年間均一致表現感蚜，占供試材料的9.09%。對BYDV 抗性而言，有10 份表現抗性，包括鈴鐺麥、堵吉、農大360、青永久119、青永久260、青永久420、科燕1 號、青永久355、寧莜1 號、青永久9，占供試材料的30.3%。定莜4 號和Jim 均表現感病，占供試材料的6.06%。兼抗蚜蟲和BYDV 的材料有5 份，分別為鈴鐺麥、青永久119、青永久420、農大360 和寧莜1 號，占供試材料的15.15%，是可利用的兼抗蚜蟲和BYDV 種質資源。