甘蔗優良品種(系)對黑穗病的抗性評價

倉曉燕 夏紅明 李文鳳 王曉燕 單紅麗 王長秘 李 婕 張榮躍 黃應昆

研究簡報

甘蔗優良品種(系)對黑穗病的抗性評價

倉曉燕**夏紅明**李文鳳 王曉燕*單紅麗 王長秘 李 婕 張榮躍 黃應昆*

云南省農業科學院甘蔗研究所/ 云南省甘蔗遺傳改良重點實驗室, 云南開遠 661699

甘蔗黑穗病是嚴重影響中國甘蔗產業發展的系統性真菌病害, 不同的甘蔗品種對甘蔗黑穗病的抗性不一, 篩選和種植抗病品種是防治甘蔗黑穗病最經濟有效的措施。為明確近年中國育成的優良品種(系)對甘蔗黑穗病的抗性, 篩選抗黑穗病優良品種供生產上推廣應用, 本研究選擇云南元江甘蔗黑穗病高發區, 采用人工接種浸漬法, 對中國的100個優良品種(系)進行抗性鑒定評價。結果表明, 100個優良品種(系)中56個表現高抗到中抗, 占56%, 44個表現為中感到高感2, 占44%。研究結果顯示目前大面積種植和主推的閩糖69-421、新臺糖22號、柳城03-182、柳城03-1137、桂糖42號、粵甘26號、桂糖02-351、云蔗09-1601等品種(系)高度感病, 而近年選育的福農15號、福農36號、福農1110、福農07-3206、福農11-2907、閩糖11-610、粵甘39號、粵甘43號、粵甘48號、粵甘49號、粵甘50號、粵糖00-236、贛蔗 02-70、云蔗99-596、云蔗03-258、云蔗04-241、云蔗06-80、云蔗07-2800、云蔗08-2060、云蔗10-2698、云蔗13-1139、云瑞10-701、德蔗09-84、德蔗12-88、桂糖08-1589、中蔗1號等26個優良品種(系)高度抗病。建議低海拔河谷甘蔗黑穗病高發區, 應加大淘汰感病主栽品種和推廣應用抗病優良品種力度, 以達到品種合理布局, 控制甘蔗黑穗病大發生流行, 為甘蔗產業高質量發展提供保障。

甘蔗; 優良品種(系); 黑穗病; 人工接種; 抗性

甘蔗黑穗病是由甘蔗鞭孢堆黑粉菌[(Syd.) M. Piependr., M. Stoll et Oberw.,]引起的一種世界性重要真菌病害[1-3]。此病最初于1877年在南非納塔爾發現[3-4], 隨后在阿根廷、印度、巴西、津巴布韋、路易斯安那、古巴、菲律賓等植蔗國家嚴重流行, 危及制糖工業[3-10]。現今廣泛分布于中國各甘蔗種植區, 嚴重影響甘蔗生產, 并呈日趨加重態勢, 尤其旱地及宿根蔗更為嚴重。感病品種宿根蔗病株率高達50%以上, 嚴重的高達80%～90%, 造成巨大經濟損失[2, 11]。甘蔗黑穗病流行為害已成為現階段嚴重影響我國甘蔗高產、穩產、優質的主要障礙因素之一。因此, 科學、有效防控好甘蔗黑穗病將是我國現代甘蔗產業提質增效和高質量發展的首要任務。

國內外公認, 選育和種植抗病品種是防治甘蔗黑穗病最為經濟有效的途徑。澳大利亞、印度、古巴、美國、巴西等都曾發生過甘蔗黑穗病流行, 給甘蔗生產造成了嚴重損失。通過加強抗病育種工作, 培育和選種抗病品種, 甘蔗黑穗病才得到了有效控制[3,11-13]。目前, 中國蔗區甘蔗黑穗病發生越來越普遍, 危害損失越來越嚴重。要解決這一問題, 最有效的途徑就是加強抗病育種工作, 培育和篩選出抗黑穗病的優良甘蔗新品種, 供蔗農選擇種植, 使品種推廣做到合理布局, 才能從根本上控制甘蔗黑穗病發生流行。

本研究選擇云南元江甘蔗黑穗病高發區, 采用人工接種浸漬法, 于2018年和2019年對中國育成的100個甘蔗優良品種(系)進行抗甘蔗黑穗病鑒定與評價, 以期明確甘蔗優良品種(系)對甘蔗黑穗病的抗性, 為生產用種選擇和有效防控甘蔗黑穗病提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料為中國育成甘蔗優良品種(系) 100個(表1), 感病對照品種閩糖69-421、新臺糖22號、臺糖134 (感小種2、抗小種1)、NCO310 (感小種1、抗小種2)4個, 抗病對照品種粵糖93-159、新臺糖20號、新臺糖10號(免疫小種1及小種2)、NCO376 (免疫小種1及小種2)4個[6,14]。

1.2 菌源采集與處理

分別于2017年和2018年的5月從云南元江蔗區感病品種新臺糖22號采集黑穗病鞭子, 自然風干收集黑穗病菌孢子裝于紙袋中, 涼干后密封于塑料袋內, 于0℃下貯存備用。接種前, 把黑穗病菌孢子置于1%瓊脂糖培養基內, 在28℃的恒溫箱內培養1 d后, 用光學顯微鏡檢查病菌孢子發芽情況, 計算孢子活力(3個視野平均值), 孢子活力在90%以上可用于接種。以75 g孢子兌水1 kg, 配成5×106個mL-1(在60倍顯微鏡下, 一個視野有40個孢子)孢子的懸浮液。配孢子液時, 加入0.02%稀鹽酸混合以破壞表面離子膜[15]。

1.3 材料準備

各供試材料選取10條生長正常的上部蔗莖, 砍取30個雙芽莖段供接種。

1.4 接種

采用浸漬法, 將30個雙芽莖段裝入網袋浸入配好的孢子懸浮液中10 min, 取出后裝入塑料袋內, 于15～28℃下保濕24 h。

1.5 種植

接種材料分別于2018年和2019年的3月種植于云南省元江縣甘蔗站試驗示范基地, 地塊土質、肥力、灌溉、管理均一致。田間管理按當地常規進行。

1.6 試驗設計

采用隨機區組設計, 設3次重復, 單行區, 行長5.0 m,行距1.0 m, 每行(區)每品種種植20個芽。

1.7 病情調查

分別在6月、7月和8月各調查一次病情。每次調查記載每小區總株數和病株數, 并將病株拔除, 最后累計每小區總株數和病株數, 計算發病株率。

1.8 統計分析方法

采用DPS 9.01數據處理系統進行數據統計分析, 用Duncan’s新復極差多重比較法進行差異顯著性分析(<0.05)。

1.9 抗性評價

參照文獻[16]中的標準按1～9級分級進行抗性水平分類, 其中等級1～9分別表示高抗、抗病1、抗病2、中抗、中感、感病1、感病2、高感1和高感2, 其發病株率范圍相應為0～3.0%、3.1%～6.0%、6.1%～9.0%、9.1%～12.0%、12.1%～25.0%、25.1%～35.0%、35.1%～50.0%、50.1%～75.0%和75.1%～100%。

2 結果與分析

由表1可知, 感病對照品種閩糖69-421表現高感2、新臺糖22號表現感病1、臺糖134表現高感1、NCO310表現感病2, 抗病對照品種粵糖93-159和新臺糖20號均表現高抗、新臺糖10號和NCO376均表現中感。100個供試優良品種(系)中, 高抗至中抗的有56個, 占56%; 中感到高感2的有44個, 占44%。其中福農系列5個、粵糖系列6個、云蔗系列9個、德蔗系列2個以及閩糖、贛蔗、桂糖、中蔗系列各1個共26個優良品種(系)表現高抗, 占26%; 福農系列2個、粵糖系列3個、桂糖系列3個、云蔗系列4個、德蔗系列3個、柳城系列1個共16個優良品種(系)表現抗病, 占16%; 福農系列4個、粵糖系列2個、云蔗系列4個、柳城系列2個和桂糖、中糖系列各1個共14個優良品種(系)表現中抗, 占14%; 福農系列3個、閩糖系列3個、粵糖系列3個、云蔗系列4個、桂糖系列5個和柳城、中糖系列各1個共20個優良品種(系)表現中感, 占20%; 福農系列2個、粵糖系列5個、云蔗系列6個、桂糖系列3個和中蔗、柳城、贛蔗系列各1個共19個優良品種(系)現感病, 占19%; 云蔗系列2個、柳城系列2個和桂糖系列1個共5個優良品種(系)表現高感, 占5%。

表1 甘蔗優良品種(系)對黑穗病的抗性

(續表1)

(續表1)

表中數據是2018年和2019年3次重復平均值±標準誤。不同小寫字母表示不同品種發病株率在0.05水平下差異顯著。

HR: highly resistant; R 1: resistant 1; R 2: resistant 2; MR: moderately resistant; MS: moderately susceptible; S 1: susceptible 1; S 2: susceptible 2; HS 1: highly susceptible 1; HS 2: highly susceptible 2. The data in the table are means ± SEs of three duplicates in 2018 and 2019. Different lowercase letters indicate significant difference among disease incidence of different varieties at the 0.05 probability level.

3 討論

云南是中國甘蔗野生資源重要的分布中心和世界野生甘蔗起源中心之一[17-18], 甘蔗野生資源是現代甘蔗育種中抗病基因的重要來源。研究顯示中國甘蔗種質資源圃保存的野生種質資源和育種親本中蘊藏著優良的抗病基因, 是選育抗病甘蔗品種很有利用前景的抗源種質[19-23]。本研究評價篩選的抗黑穗病品種(系), 是選育抗黑穗病甘蔗品種具有應用潛力的育種材料, 在大力推廣應用的同時, 可作為抗病親本與野生抗源種質及育種親本雜交, 分析評價其抗病遺傳力, 并建立抗病種質基因庫, 進一步選育抗黑穗病品種, 供生產上推廣應用。

本研究結果顯示, 目前大面積種植和主推的閩糖69-421、新臺糖22號、柳城03-182、柳城03-1137、桂糖42號、粵甘26號、桂糖02-351、云蔗09-1601等品種(系)高度感病, 這是近年多數蔗區甘蔗黑穗病暴發成災的主要誘因; 而近年選育的福農15號、福農36號、福農1110、福農07-3206、福農11-2907、閩糖11-610、粵甘39號、粵甘43號、粵甘48號、粵甘49號、粵甘50號、粵糖00-236、贛蔗02-70、云蔗99-596、云蔗03-258、云蔗04- 241、云蔗06-80、云蔗07-2800、云蔗08-2060、云蔗10- 2698、云蔗13-1139、云瑞10-701、德蔗09-84、德蔗12-88、桂糖08-1589、中蔗1號等26個優良品種(系)高度抗病。建議低海拔河谷甘蔗黑穗病高發區, 應加大淘汰感病主栽品種和推廣應用抗病優良品種力度, 以期達到品種合理布局, 從根本上控制蔗區黑穗病的發生流行, 為中國甘蔗產業高質量發展提供保障。

本試驗中, 感病對照主栽品種閩糖69-421表現高感、新臺糖22號表現感病, 抗病對照主栽品種粵糖93-159和新臺糖20號均表現高抗, 這與田間多年自然抗性表現相吻合, 可見鑒定結果準確、可靠, 真實反映了供試品種(系)抗性。而黑穗病菌生理小種鑒別寄主臺糖134 (感小種2、抗小種1)表現高感、NCO310 (感小種1、抗小種2)表現感病, 新臺糖10號和NCO376 (免疫小種1及小種2)均表現中感, 表明云南蔗區甘蔗黑穗病菌存在不同的致病性及不同的生理小種, 這與沈萬寬等[24]和陳雙等[25]的研究結果基本一致。甘蔗黑穗病菌致病性和生理小種分化現象普遍存在, 美國夏威夷存在A和B 2個生理小種, 巴西至少存在2個小種, 巴基斯坦有5個小種[11-12]。目前該病菌在我國已有不同生理小種的報道, 據調查, 不同品種、同一品種不同生態區甘蔗黑穗病的發病率有明顯差異[2,26]; 對澳大利亞引進的標準品種抗性測定結果與Croft等[27]測定結果存在差異, 表明我國甘蔗黑穗病菌與澳大利亞甘蔗黑穗病菌存在不同的致病性及不同的生理小種[11,28]; Shen等[29]應用SCoT標記技術對中國大陸蔗區的90個甘蔗鞭黑粉菌交配型分離物進行遺傳多樣性分析表明, 這些分離物具有較高的遺傳多樣性, 且其遺傳多樣性與地理來源有關; Deng等[30]在中國大陸蔗區鑒定出3個甘蔗鞭黑粉菌生理小種; 吳佳等[31]對2個不同致病力的甘蔗鞭黑粉菌轉錄組數據進行分析表明, 差異表達基因的KEGG代謝通路中最顯著富集的信號通路是蔗糖與淀粉代謝通路和ABC轉運蛋白, 推測甘蔗鞭黑粉菌吸收葡萄糖后, 可能通過糖酵解和TCA循環等途徑為氨基酸合成提供碳骨架, 同時也可能作為一種小分子信號物質起著信息傳遞的作用。同時, ABC轉運蛋白可能參與甘蔗鞭黑粉菌有性配合信號分子的轉運過程, 將信號分子從胞內運輸到胞外, 促進甘蔗鞭黑粉菌的有性配合。我國蔗區生態環境復雜多樣, 甘蔗黑穗病菌在種內或種間會發生雜交而變異, 因此, 目前迫切需求從分子水平上來明確我國蔗區甘蔗黑穗病菌生理小種類型、優勢小種及其致病性分化, 這對今后有針對性地選育抗病品種和利用抗病品種有效控制該病害的發生流行具有非常重要意義。

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Evaluation of natural resistance tosmut in elite sugarcane varieties (lines)

CANG Xiao-Yan**, XIA Hong-Ming**, LI Wen-Feng, WANG Xiao-Yan*, SHAN Hong-Li, WANG Chang-Mi, LI Jie, ZHANG Rong-Yue, and HUANG Ying-Kun*

Sugarcane Research Institute, Yunnan Academy of Agricultural Sciences / Yunnan Key Laboratory of Sugarcane Genetic Improvement, Kaiyuan 661699, Yunnan, China

Sugarcane smut is a systemic fungal disease that seriously affects the development of sugarcane industry in China. Different sugarcane varieties have various resistance to smut. Screening and planting resistant varieties are the most economical and effective measure to control smut disease. In order to determine the smut resistance of elite varieties (lines) bred in China in recent year and screen resistant varieties for application in production, the resistance of 100 Chinese elite sugarcane varieties (lines) were evaluated by artificial inoculation with the impregnation method in smut epidemic area Yuanjiang, Yunnan Province. The results revealed that 56 of the 100 elite varieties (lines) were highly resistant to moderately resistant, accounting for 56%, and 44 were moderately susceptible to highly susceptible 2, accounting for 44%. The results showed that current large-scale planted and promoted varieties (lines) Mintang 69-421, ROC 22, Liucheng 03-182, Liucheng 03-1137, Guitang 42, Yuegan 26, Guitang 02-351, and Yunzhe 09-1601 were highly susceptible. And the sugarcane varieties (lines) bred in recent years, Funong 15, Funong 36, Funong 1110, Funong 07-3206, Funong 11-2907, Mintang 11-610, Yuegan 39, Yuegan 43, Yuegan 48, Yuegan 49, Yuegan 50, Yuetang 00-236, Ganzhe 02-70, Yunzhe 99-596, Yunzhe 03-258, Yunzhe 04-241, Yunzhe 06-80, Yunzhe 07-2800, Yunzhe 08-2060, Yunzhe 10-2698, Yunzhe 13-1139, Yunrui 10-701, Dezhe 09-84, Dezhe 12-88, Guitang 08-1589, and Zhongzhe 1 were highly resistant to smut disease. It was suggested that in the high incidence area of sugarcane smut in low altitude valley, efforts should be carried out to eliminate the elite varieties susceptible to the disease and popularize and apply the superior varieties resistant to the disease in order to achieve the rational distribution of varieties, control the outbreak and epidemic of sugarcane smut, and provide guarantee for the high-quality development of sugarcane industry.

sugarcane; elite varieties (lines); smut; artificial inoculation; resistance

10.3724/SP.J.1006.2021.04257

本研究由國家現代農業產業技術體系(糖料)建設專項(CARS-170303), 云嶺產業技術領軍人才培養項目(2018LJRC56), 云南省技術創新人才培養對象項目(202005AD160012)和云南省現代農業產業技術體系建設專項資助。

This study was supported by the Sugar Crop Research System (CARS-170303), the Yunling Industry and Technology Leading Talent Training Program “Prevention and Control of Sugarcane Pests” (2018LJRC56), the Yunnan Province Technology Innovation Talent Training Object Project (202005AD160012) and the Yunnan Province Agriculture Research System.

黃應昆, E-mail: huangyk64@163.com; 王曉燕, E-mail: xiaoyanwang402@sina.com

**同等貢獻(Contributed equally to this work)

倉曉燕, E-mail: cangxiaoyan@126.com; 夏紅明, E-mail: xiahm103@163.com

2020-11-25;

2021-04-26;

2021-05-13.

URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20210513.1452.006.html