芝麻抗棒孢葉斑病種質(zhì)資源評價及利用分析

賈 敏, 倪云霞,3*, 劉新濤, 趙 輝, 張春艷,何碧珀, 趙世魁, 劉紅彥,3*

(1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所, 鄭州 450002; 2.河南省農(nóng)作物病蟲害防治重點實驗室, 鄭州 450002; 3.河南省特色油料作物基因組學(xué)重點實驗室(河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院芝麻研究中心), 鄭州 450002)

芝麻棒孢葉斑病是由山扁豆生棒孢Corynesporacassiicola引起的葉部病害,在我國芝麻種植主產(chǎn)區(qū)發(fā)生普遍,發(fā)病率達50%～80%[1]。棒孢葉斑病的發(fā)生會導(dǎo)致芝麻籽粒秕,千粒重減少,含油量降低,甚至蒴果提前炸裂[2]。山扁豆生棒孢寄主廣泛,分生孢子可借風、雨在田間傳播,在潮濕環(huán)境下易萌發(fā),從而反復(fù)侵染寄主。目前,生產(chǎn)上主要采用化學(xué)方法防治芝麻棒孢葉斑病,防治效果低,還易誘發(fā)病原菌產(chǎn)生抗藥性,不能從根源解決該病害對芝麻生產(chǎn)的威脅。棒孢葉斑病發(fā)展迅速,除受到濕度和氣候的影響外,還與品種的抗病性密切相關(guān)。因此,種植抗病品種是防治芝麻棒孢葉斑病最為安全、經(jīng)濟、有效的措施。

聚類分析是基于數(shù)量統(tǒng)計的一種性狀分類研究方法,已有不少研究將聚類分析引入植物抗病性評價[3-4]。通過聚類分析,可以將抗性表型數(shù)據(jù)進行科學(xué)分類,從中篩選出具有相同抗性遺傳背景的品種和資源[5]。周紅英等[6]對52份芝麻種質(zhì)資源莖點枯病的病株率和病情指數(shù)進行聚類分析,其中15份抗病、35份感病。近年來,國內(nèi)學(xué)者對棒孢病病原菌生物學(xué)特性[7]、致病機理[8]和化學(xué)防治[9]等做了初步研究,但關(guān)于芝麻品種對棒孢葉斑病抗性的研究尚未見報道,且缺乏完善的抗性評價方法,生產(chǎn)上缺乏優(yōu)良的抗病資源。因此,為明確芝麻種質(zhì)資源對棒孢葉斑病的抗性水平,本試驗選取174份芝麻種質(zhì)資源進行田間抗性鑒定,為芝麻品種資源在抗病育種和生產(chǎn)中的應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試芝麻品種:共174份種質(zhì)資源,包含推廣品種42份(表1中所列編號1～42為推廣品種)。種質(zhì)資源由河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院芝麻研究中心以及國家特色油料產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系芝麻綜合試驗站提供。

供試病原菌:山扁豆生棒孢Corynesporacassiicola,菌株SF1-1(GenBank登錄號: MT228952),分離自河南省芝麻主產(chǎn)區(qū)平輿縣,由河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所生物防治研究室保存。

試驗田設(shè)在河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技試驗示范基地,位于河南省新鄉(xiāng)市平原新區(qū),灌溉排水條件良好,肥力均勻中等,前茬作物為小麥,每份芝麻品種資源種植3行,行長3 m,行距0.5 m,種植60 d后進行接菌處理。

1.2 方法

1.2.1病原菌孢子懸浮液制備及接種

將病原菌轉(zhuǎn)接至新鮮PDA培養(yǎng)基上,28℃黑暗培養(yǎng)7 d,待菌絲生長至完全覆蓋培養(yǎng)基,加入適量無菌水,采用尼龍紗布過濾,除去殘余培養(yǎng)基和菌絲,收集分生孢子,制備病原菌孢子懸浮液,利用血球計數(shù)板將孢子懸浮液濃度調(diào)至1×106個/mL,在芝麻成株期(種植60 d左右)噴霧接菌,接菌后噴霧保濕48 h,保持田間濕度。

1.2.2棒孢葉斑病病害調(diào)查

目前尚無芝麻上棒孢葉斑病病害分級標準,因此,借鑒其他作物棒孢葉斑病病害分級標準[10-11]進行調(diào)整。于芝麻棒孢葉斑病發(fā)病盛期調(diào)查芝麻整株葉片病害程度,每行調(diào)查15株,并詳細記錄不同病害級別的病株數(shù)。病害分級標準如下。

0級:葉片無病斑;1級:病斑面積占葉面積比例≤5%;2級:5%<病斑面積占葉面積比例≤10%;3級:10%<病斑面積占葉面積比例≤25%;4級:25%<病斑面積占葉面積比例≤50%;5級:病斑面積占葉面積比例>50%。病情指數(shù)[12]計算公式如下:

病情指數(shù)(DI)=

1.3 數(shù)據(jù)處理及分析

采用Excel和SPSS 20.0進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計及方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 芝麻棒孢葉斑病病情指數(shù)聚類分析及抗性評價標準制定

芝麻種質(zhì)資源棒孢葉斑病發(fā)病程度調(diào)查結(jié)果見表1,采用OriginPro(2021版)進行聚類分析,通過平均聚類法可將174份芝麻品種病情指數(shù)從低到高聚為5個類群(圖1),第I類群病情指數(shù)(14.67±2.31)～(37.33±4.62),第Ⅱ類群病情指數(shù)為(40.00±0)～(46.67±9.24),第Ⅲ類群病情指數(shù)為(49.33±10.07)～(72.00±6.93),第Ⅳ類群病情指數(shù)為(73.33±10.07)～(86.67±6.11),第Ⅴ類群病情指數(shù)為(89.33±12.22)～(100±0)。依據(jù)聚類結(jié)果,同時結(jié)合文獻[11]確立棒孢葉斑病抗性評價標準(表2)。

表1 174份芝麻種質(zhì)資源棒孢葉斑病發(fā)病程度及抗病性評價

圖1 基于病情指數(shù)對174份芝麻種質(zhì)資源抗棒孢葉斑病的聚類分析

表2 芝麻抗棒孢葉斑病等級劃分標準

2.2 芝麻種質(zhì)資源抗棒孢葉斑病評價

田間接菌處理174份芝麻種質(zhì)資源中沒有發(fā)現(xiàn)免疫和高抗品種,抗病品種32個,占供試品種總數(shù)的18.39%;中抗品種17個,占供試品種總數(shù)的9.77%;中感品種69個,占供試品種總數(shù)的39.66%;感病品種30個,占供試品種總數(shù)的17.24%;高感品種26個,占供試品種總數(shù)的14.94%(表1,圖2)。推廣品種是前期研究篩選出的抗逆、高產(chǎn)芝麻品種,在芝麻棒孢葉斑病抗性鑒定中,推廣品種表現(xiàn)出良好抗性,其中病情指數(shù)最低的為‘河南1號’,病情指數(shù)為14.67±2.31,病情指數(shù)最高達到100,包括‘晉芝3號’‘冀黑芝2號’和‘冀9014’;芝麻推廣品種中表現(xiàn)為抗病的有28個,占推廣品種總數(shù)的66.67%;表現(xiàn)為中抗的有7個,占推廣品種總數(shù)的16.67%;表現(xiàn)為中感的有4個,占推廣品種總數(shù)的9.52%;表現(xiàn)為高感的有3個,占推廣品種總數(shù)的7.14%。

圖2 174份芝麻種質(zhì)資源對棒孢葉斑病的抗病類型占比

2.3 芝麻抗棒孢葉斑病種質(zhì)資源的利用與分析

河南、湖北、安徽、江西是我國芝麻種植主產(chǎn)區(qū),根據(jù)芝麻品種的選育單位和來源,推廣品種資源可分為華東、華中、華北3組,其中對棒孢葉斑病表現(xiàn)抗病的品種多集中在華中地區(qū),比如,‘河南1號’‘鄭芝13’‘豫芝4號’等。從地理來源上來看,對芝麻棒孢葉斑病表現(xiàn)抗病的品種多集中在華中地區(qū),可能是因為我國芝麻育種單位主要集中在華中地區(qū),并且重視抗病資源的利用。

目前我國芝麻育種仍然是以常規(guī)雜交育種技術(shù)為主,分析推廣品種中親本系譜可知,性狀差異較大的親本雜交可以實現(xiàn)優(yōu)勢互補。‘豫芝4號’以其植株抗逆、耐漬、蒴果多、抗病性強等優(yōu)點,在雜交育種中往往作為骨干親本引入,在棒孢葉斑病調(diào)查中,‘豫芝4號’病情指數(shù)為(25.33±2.31),對棒孢葉斑病表現(xiàn)為抗病。以‘豫芝4號’為親本,又先后育成了‘漯芝15’‘漯芝18’‘周芝13’‘鄂芝7號’等優(yōu)良品種(圖3),這些品種繼承了‘豫芝4號’的優(yōu)勢,對棒孢葉斑病均表現(xiàn)出良好抗性,可作為重要的栽培品種推廣種植。

圖3 抗病品種‘豫芝4號’及其育成品種的系譜

3 結(jié)論與討論

優(yōu)質(zhì)抗源的篩選和鑒定是抗病育種的關(guān)鍵,但是關(guān)于芝麻棒孢葉斑病抗性種質(zhì)篩選的研究很少。河南省地處暖溫帶與亞熱帶的過渡帶,具有適宜芝麻生長的良好氣候條件,是芝麻種植的主要產(chǎn)區(qū)[13],也是芝麻棒孢葉斑病常發(fā)區(qū)、重發(fā)區(qū),因此,在河南省芝麻產(chǎn)區(qū)開展芝麻抗棒孢葉斑病性鑒定具有一定的代表性,對芝麻抗病育種研究具有重要意義。

作物生物學(xué)性狀的聚類分析被廣泛應(yīng)用于種質(zhì)資源評價工作[14-15]。張鵬等[16]對186份國內(nèi)外芝麻資源進行表型性狀的聚類分析,將其劃分為7個類群。江詩洋等[17]采用聚類分析確定了莖點枯病抗感分界線。目前,國內(nèi)外均未見芝麻棒孢葉斑病抗性分級標準的報道,本試驗利用病情指數(shù)進行聚類,同時參照其他作物葉斑病抗性評價標準,確定了芝麻棒孢葉斑病抗性分級范圍,對174份芝麻種質(zhì)資源進行了抗病性評價,其中抗病品種32個,中抗品種17,中感品種69個,感病品種30個,高感品種26個。芝麻推廣品種中抗病品種所占比例較高,這是長期人工選擇的結(jié)果,但是并未篩選到免疫和高抗品種,因此還需要從國內(nèi)外廣泛收集、鑒定芝麻種質(zhì)資源,加快篩選高抗種質(zhì),用于芝麻推廣品種的抗性改良,進一步提高芝麻推廣品種的抗性水平,為有效控制芝麻棒孢葉斑病危害創(chuàng)造條件。

此外,本研究發(fā)現(xiàn),父本或母本具有高抗葉斑病的基因資源,其雜交后代衍生品種表現(xiàn)出良好抗性,如 ‘豫芝4號’和‘鄭芝13’作為優(yōu)勢親本,兩者均表現(xiàn)出良好的棒孢葉斑病抗性,其雜交后代‘周芝13’對棒孢葉斑病同樣表現(xiàn)為抗性,且平均產(chǎn)量達1 606.7 kg/hm2,比親本‘豫芝4號’增產(chǎn)9.3%。其他以‘豫芝4號’做親本衍生的后代,如‘鄂芝7號’‘漯芝15’‘漯芝18’‘皖芝1號’‘豫芝11’等均對棒孢葉斑病表現(xiàn)抗病表型。目前,已有其他農(nóng)作物抗性品種研究結(jié)果表明,品種的抗性與雙親的抗性具有密切關(guān)系[18-19]。劉紅艷等[20]對中國芝麻品種的系譜分析表明,不同地理來源、不同性狀的親本組配有助于促進優(yōu)勢互補,改進優(yōu)化品種性狀。本研究中篩選出的抗性種質(zhì)多表現(xiàn)為抗病,雖然沒有達到高抗,但是可以作為優(yōu)勢親本引入育種工作,其中‘河南1號’‘漯芝22’‘鄂芝4號’等可作為選育抗病品種的重要基礎(chǔ)材料。通過對芝麻棒孢葉斑病抗病種質(zhì)資源評價,分析系譜關(guān)系,發(fā)掘抗病基因并加以利用,有助于增加我國芝麻推廣品種的遺傳多樣性,促進抗病、抗逆、高產(chǎn)的芝麻品種選育進程。