高粱種質資源病蟲害抗性與主要農藝性狀相關性分析

摘要：為了探明病蟲害發生與高粱半花期、株高等主要農藝性狀間的相關性，采用人工接菌和輔助接蟲的方法，對109份高粱種質資源進行炭疽病、靶斑病、彎孢霉葉斑病、大斑病和蚜蟲等5種病蟲害的抗性鑒定與評價，并調查半花期、株高、穗長等主要農藝性狀。結果表明，對炭疽病表現為抗病以上的高粱品種資源有39份，占總鑒定材料的35.78%；對靶斑病表現抗病以上的材料有81份，占74.31%；對彎孢霉葉斑病表現抗病以上的材料有54份，占49.54%；對大斑病表現抗病以上的材料有68份，占62.39%；對高粱蚜蟲表現抗以上的材料有38份，占34.86%。相關性分析結果表明，高粱株高與炭疽病抗性呈正相關，與靶斑病抗性呈負相關；高粱半花期與彎孢霉葉斑病抗性呈負相關；高粱大斑病抗性與炭疽病抗性呈負相關，與靶斑病抗性呈正相關；高粱穗長與株高呈負相關。共篩選出兼抗5種病蟲害的抗病以上品種資源3份（哈1005、哈2013和哈R521），兼抗4種病蟲害的多抗性品種資源14份，這些具有優異抗病蟲特性的高粱品種資源，為實現抗病育種和空間避病提供了鑒定技術及控病依據。

關鍵詞：高粱；抗性鑒定；雙抗或多抗性；農藝性狀；種質資源；相關性

中圖分類號：S435.14" 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）23-0117-07

胡" 蘭，徐" 婧，閆繼辰，等. 高粱種質資源病蟲害抗性與主要農藝性狀相關性分析［J］. 江蘇農業科學，2024，52（23）：117-123.

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2024.23.016

收稿日期：2024-01-16

基金項目：現代農業產業技術體系建設專項（編號：CARS-06）；遼寧省農業科學院基本科研業務費計劃（編號：2021HQ1903）。

作者簡介：胡" 蘭（1980—），女，遼寧鞍山人，碩士，副研究員，主要從事旱糧作物病害防控研究。E-mail：40164877@qq.com。

通信作者：姜" 鈺，博士，研究員，主要從事旱糧作物病害防控研究。E-mail：jiangyumiss@163.com。

世界第五大谷類作物——高粱（Sorghum bicolor）是一種重要的作物，因其抗逆性和強大的雜種優勢，在世界干旱少雨地區發揮著增產潛能，不僅是我國重要的食用、飼用和工業用原料作物，而且也是一種重要的生物能源［1-2］。近年來，多種病蟲害普遍發生并廣泛傳播，使得高粱品質下降，產量損失加重，嚴重威脅高粱生產。由高粱刺盤孢（Colletotrichum sublineolum）引起的高粱炭疽病（sorghum anthracnose），廣泛分布在全球幾乎所有的大陸上，是最具破壞性的葉部病害之一，侵染高粱各個生長階段的所有部位，導致高粱葉、穗（粒）和莖稈枯死、腐爛等，產量損失高達50%，高粱炭疽病病害級別與產量損失呈指數級正相關，即隨著病害級別的增高，高粱穗粒重及千粒重損失率相應升高［3-4］。由凸臍蠕孢（Exserohilum turcicum）引起的高粱大斑病（SLB）在世界上相對涼爽和潮濕的地區流行，是影響高粱生產最重要的葉部病害之一，病殘體或土壤中的菌絲、菌核或孢子是主要侵染來源，感病品種可以造成50.00%～74.45%的產量損失［5-6］。由平臍蠕孢菌（Bipolaris sorghicola）引起的高粱靶斑病（TLS）主要危害高粱葉片和葉鞘，是高粱在高濕度條件下主要葉部病害之一，大多在葉部產生紫紅色或黃褐色病斑，大大降低了植物生物量，在我國東北地區和西部山區普遍發生［7］。由新月彎孢霉（Curvularia lunata）引起的高粱彎孢葉斑病（CLS）主要危害高粱葉部，也可在籽粒中寄藏，垂直繼代傳播，侵染玉米、高粱等作物。近幾年來，該病害在我國北部玉米、高粱產區均有發生。墨西哥的錫那羅亞州地區發現該病危害90多個高粱品種［8］。高粱蚜蟲（Melanaphis sacchar）在世界性各地廣泛分布，主要危害高粱、甘蔗等作物，在作物的整個生育期均可遭受蚜蟲的危害，其突發性和猖獗性嚴重制約了高粱生產，蚜蟲在刺吸汁液的同時還分泌大量蜜露，影響植株的光合作用及其正常生長，嚴重時造成植物莖稈彎曲，不能抽穗，甚至絕收。蚜蟲會造成高粱產量降低，此外蚜蟲還能攜帶、傳播高粱紅條病毒病［9］。遼寧省于1979年、山西省于1983—1984年的蚜蟲大發生，給當地高粱生產造成了重大損失。2015—2017年因蚜蟲危害，美國高粱種植面積減少了30%，生產收益減少了43%［10］。和其他作物一樣，病蟲害會造成高粱作物的巨大損失，除了病原菌突變或新害蟲種類的出現外，還取決于作物階段、品種的易感性和環境條件的普遍性。在化學防治、農業防治和生物防治等措施中，最經濟有效的方法是培育抗病品種，篩選抗性資源是選育抗病（蟲）品種的基礎和必要手段，因此掌握品種抗病（蟲）特性尤其重要。國內外眾多學者開展了高粱抗靶斑病、蚜蟲、炭疽病等鑒定評價研究，篩選出一系列抗病（蟲）品種，但對高粱抗彎孢霉葉斑病和大斑病鑒定研究較少，與農藝性狀關聯性分析更少［11-16］。因此，本研究采用人工接菌和輔助接蟲進行高粱抗病（蟲）性的鑒定，對109份高粱種質資源進行炭疽病、靶斑病、彎孢霉葉斑病、大斑病和高粱蚜蟲等5種病蟲害的抗性鑒定與評價，并與花期、株高等主要農藝性狀進行相關性分析，以期為實現精準防病和抗病育種提供鑒定技術、控病依據和優異種質資源。

1" 材料與方法

1.1" 試驗材料

鑒定所用的109份高粱種質資源均來自中國黑龍江省，由遼寧省農業科學院植物保護研究所收集并保存。以L402B為抗病對照品種，NR10為感病對照品種，進行高粱抗炭疽病的鑒定；以L407B為抗病對照品種，Tx622B為感病對照品種，進行高粱抗靶斑病的鑒定；以LR218為抗病對照品種，以TNS30為感病對照品種，進行高粱抗彎孢霉葉斑病的鑒定；以LR215為抗病對照品種，R1為感病對照品種，進行高粱抗大斑病的鑒定；以TAM428為抗蚜對照品種，以L405B為感蚜對照品種，進行高粱抗蚜能力的鑒定。高粱蚜蟲系遼寧省沈陽地區的自然發生種群。

1.2" 病原菌的分離與保存

分別于2019年9月在遼寧省沈陽市、阜新市、朝陽市等高粱主產區采集病葉標本，剪成2 cm×4 cm 小片，用1% NaClO溶液進行表面消毒2 min，再用無菌水漂洗3次，平放于水瓊脂培養基（WA）平板上，于25 ℃培養5 d。用接種針挑取分生孢子進行單孢分離純化，經病原菌鑒定、致病性測定后，確定為供接種用菌株，菌株在20%甘油中于 -40 ℃ 下長期保存、備用。

1.3" 供試材料的準備

2020—2021年連續2年在遼寧省經濟作物研究所試驗地（遼寧省遼陽市）進行高粱品種資源抗炭疽病、靶斑病、大斑病、彎孢霉葉斑病和蚜蟲的田間鑒定。抗性調查結果取2年中最高級別，農藝性狀調查結果取平均值。將相同病（蟲）害鑒定材料隨機排列，小區行長5 m，單行區，行距0.6 m，小區保苗25株以上。土壤肥力水平和栽培管理與大田生產相同。

1.4" 病原的培養及田間接種鑒定方法

1.4.1" 接種體的培養及田間接種" 高粱炭疽病菌（菌株LTJ1）接種物的制備：將病菌均勻涂布在酪蛋白-乳糖水解液培養基（ATCC）平板上，于25 ℃光—暗（12 h—12 h）交替培養15 d，用無菌水將菌落表面橘紅色的分生孢子團洗下，配制成濃度為 3×105個/mL的孢子懸浮液。在高粱8～10葉期，用噴霧器將病菌孢子懸浮液噴施在植株喇叭口中及周圍葉片上，用量為10 mL/株［17］。

高粱靶斑病菌（菌株LBB1）、彎孢霉葉斑病菌（菌株LWB1）、大斑病菌（菌株LDB1）接種物的制備：將病原菌分別接種于高粱粒培養基（分別將高粱籽粒浸泡24 h、水煮20 min，冷卻后控去多余水分，裝入罐頭瓶中，于121 ℃高壓滅菌60 min，冷卻、備用）上，于25 ℃培養10 d，3 d搖瓶1次，使菌絲布滿高粱籽粒。然后將帶菌高粱籽粒鋪于潔凈瓷盤中，噴少量無菌水，以無積水為宜，在瓷盤上覆蓋無菌濕毛巾保濕培養24 h，鏡檢確認產生大量分生孢子后，即可用于田間接種。采用植株喇叭口期接種方法，將制備的帶菌高粱粒投入植株心葉中，每株接種10粒［18］。

高粱上蚜蟲的接種：田間高粱蚜自然“點”發生后，剪取蚜量多（200頭以上）的葉片，卡在高粱中下部葉片，每個品種接種5株，葉片接種量為1張/株。

1.4.2" 抗病蟲鑒定調查方法" 蚜蟲的調查：在人工輔助接蟲7、14 d后觀察接種點附近的蚜蟲量，根據蟲口量進行調查。在高粱籽粒進入乳熟期（接種后40～50 d）后對炭疽病、靶斑病、彎孢霉葉斑病和大斑病進行調查，通過目測鑒定材料的發病情況重點調查接種部位及周圍葉片。病情分級及其對應的癥狀描述［17-18］見表1。依據葉片病斑面積占該葉片總面積的百分比劃分病情等級，記錄每份材料病情級別。當感病（蟲）對照材料達到其相應感病程度（9級）時，該批次抗病蟲鑒定視為有效。對初次鑒定（2020年）和重復鑒定（2021年）的結果進行比較，以記錄的最高病情級別為最終鑒定結果，并根據該結果對鑒定材料進行抗性評價。

1.5" 田間性狀的調查

半花期指半數高粱品種處于開花狀態的時期，在本試驗中記錄高粱從播種到半花期的時間，d。籽粒成熟后，選擇生長均勻的高粱品種資源，進行株高、穗長的測量，每份資源測量10株，計算平均值。

1.6" 數據分析

用Excel 2021整理調查數據，并繪制直方圖，用IBM SPSS Statistics 24對試驗數據進行相關性分析、主成分分析等。

2" 結果與分析

2.1" 田間生物性狀調查結果

由表2可以看出，不同高粱種質資源性狀的變異范圍為8.63%～16.69%，變幅較大，其中穗長、株高的變異系數分別為15.11%、16.69%；半花期的最大值為93 d，最小值為63 d，平均值為76.81 d；株高最大值為197.8 cm，最小值為88.8 cm，平均值為130.55 cm；穗長最大值為38.5 cm，最小值為17.2 cm，平均值為24.68 cm。

2.2" 種質資源抗病蟲性的鑒定結果

由表3可以看出，109份高粱種質資源中對炭疽病表現為高抗（HR）的有19份，占17.43%；表現為抗（R）的資源有20份，占18.35%；表現為中抗（MR）的資源有11份，占10.09%；表現為感（S）的資源有19份，占17.43%；表現為高感（HS）的資源有40份，占36.70%。對靶斑病表現為高抗（HR）的資源有40份，占36.70%；表現為抗（R）的資源有41份，占37.61%；表現為中抗（MR）的資源有14份，占12.84%；表現為感（S）的資源有7份，占6.42%；表現為高感（HS）的資源有7份，占6.42%。對彎孢霉葉斑病表現為高抗（HR）的資源有18份，占16.51%；表現為抗（R）的資源有36份，占33.03%；表現為中抗（MR）的資源有35份，占32.11%；表現為感（S）的資源有18份，占16.51%；表現為高感（HS）的資源有2份，占1.83%。對大斑病表現為高抗（HR）的資源有27份，占24.77%；表現為抗（R）的資源有41份，占37.61%；表現為中抗（MR）的資源有26份，占23.85%；表現為感（S）的資源有12份，占11.01%；表現為高感（HS）的資源有3份，占2.75%。對蚜蟲表現為高抗（HR）的資源有14份，占12.84%；表現為抗（R）的資源有24份，占22.02%；表現為中抗（MR）的資源有21份，占19.27%；表現為感（S）的資源有22份，占20.18%；表現為高感（HS）的資源有28份，占25.69%。共篩選出兼抗5種病蟲害的抗病以上資源3份，分別為哈1005、哈2013、哈R521，兼抗4種病蟲害的多抗性資源14份。

2.3" 種質資源抗病（蟲）性與農藝性狀相關性分析

相關性分析結果（表4）表明，株高與炭疽病抗性呈正相關，相關系數為0.256；株高與靶斑病抗性呈負相關，相關系數為-0.223；半花期與彎孢霉葉斑病抗性呈負相關，相關系數為-0.272；大斑病抗性與炭疽病抗性呈負相關，相關系數為-0.354；大斑病抗性與靶斑病抗性呈正相關，相關系數為0.469；穗長與株高呈負相關，相關系數為-0.197。

3" 討論與結論

本研究對109份高粱種質資源進行5種病（蟲）害的抗性鑒定及3個主要農藝性狀的評價，結果表明，對炭疽病表現為抗病以上的高粱品種有39份，占總鑒定材料的35.78%；對靶斑病表現為抗病以上的材料有81份，占74.31%；對彎孢霉葉斑病表現為抗病以上的材料有54份，占49.54%；對大斑病表現為抗病以上的材料有68份，占62.39%；對蚜蟲表現為抗以上的材料有38份，占34.86%。共篩選出兼抗5種病（蟲）害的抗病以上資源3份（哈1005、哈2013和哈R521），兼抗4種病蟲害的多抗性資源14份。相關性分析結果表明，株高與炭疽病抗性呈正相關，與靶斑病抗性呈負相關；半花期與彎孢霉葉斑病的抗性呈負相關；大斑病抗性與炭疽病抗性呈負相關，與靶斑病抗性呈正相關；穗長與株高呈負相關。

葉部病害可以通過降低活性光合面積而導致產量下降，也可以直接或間接影響高粱產量（籽粒、飼料、糖積累等）和質量。在過去的幾十年里，對炭疽病和大斑病存在多個小種的病害以及受環境影響極大的如莖腐病和粒霉病、蚜蟲等病蟲害均開展了跨學科、國際性和合作性研究，高粱多種抗性的應用取得了相當大的進展，高粱主要農藝性狀的主成分及聚類分析、表型遺傳多樣性也有相關研究，但兩者結合相關研究較少［20-24］。

研究發現的抗病蟲特性優異高粱資源，可為實現精準防病和抗病育種提供鑒定技術、控病依據。同時，研究中應用的人工接種鑒定技術，可為高粱品種資源抗病蟲性評價提供方法和手段，為采用生物工程技術進行抗性基因分子標記和基因編輯與利用提供基礎材料，為空間避病提供理論依據。實踐證明，利用抗病（蟲）品種可減少化學藥劑的使用，降低成本，保護環境，是高粱病蟲害防治的重要手段和有效途徑。

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