甘蔗与河八王杂交F1对黑穗病的抗性鉴定与初步评价

段维兴，黄玉新，周 珊，张保青，高轶静，杨翠芳，刘昔辉，张革民

(广西农业科学院甘蔗研究所/广西甘蔗遗传改良重点实验室/中国农业科学院甘蔗研究中心/农业部广西甘蔗生物技术与遗传改良重点实验室，广西 南宁 530007)



甘蔗与河八王杂交F1对黑穗病的抗性鉴定与初步评价

段维兴，黄玉新，周 珊，张保青，高轶静，杨翠芳，刘昔辉，张革民*

(广西农业科学院甘蔗研究所/广西甘蔗遗传改良重点实验室/中国农业科学院甘蔗研究中心/农业部广西甘蔗生物技术与遗传改良重点实验室，广西 南宁 530007)

【目的】探明甘蔗与河八王杂交F1品系对黑穗病的抗性水平，为筛选河八王亲本进行抗黑穗病育种提供理论依据。【方法】以广西蔗区甘蔗黑穗病混合孢子粉为接种源，采用人工浸渍接种与自然感病相结合的发法，对甘蔗与河八王杂交F1与对照品种(系)共18个材料进行黑穗病抗性鉴定。通过潜伏期、接种发病率、自然发病率，结合标准对照种的抗性表现，评价参试品系的抗性，并采用系统聚类分析验证。【结果】抗性水平为高抗(HR)的品系有SNF110-6-11、SNF110-6-22、SNF110-6-23，占16.67 %；抗(R)品系有SNF110-6-13、SNF110-6-14、SNF110-6-17、SNF110-6-20，占22.22 %；中抗(MR)品系有F134、SNF110-6-12、SNF110-6-15，占16.67 %；中感(MS)品系有NCo310、NCo376、SNF110-6-21，占16.67 %；感(S)品系有Ya71-374、ROC22、SNF110-6-18，占16.7 %。【结论】甘蔗与河八王杂交F1品系对黑穗病的抗性较高，可作为甘蔗抗黑穗病育种亲本材料。

甘蔗；河八王；杂交F1；黑穗病；抗性鉴定；聚类分析

【研究意义】近年来，由于甘蔗黑穗病生理小种的变化，高抗品种抗性丧失，沦为感病品种[1]。甘蔗品种新台糖22在我国蔗区约占60 %的种植面积，目前因高感黑穗病，经济损失大，急需优良抗病新品种更新换代[2]。河八王[Narengaporphyrocoma(Hance) Bor.]又名草鞋密，是重要的甘蔗近缘属野生种质，具有分蘖力强、抗黑穗病、抗赤腐病、抗花叶病等优良性状[3]，甘蔗与河八王在自然条件下很难杂交，广西农业科学院甘蔗研究所通过收集河八王花粉进行低温冷藏的方式获得一批SNF1材料。因此，研究甘蔗与河八王杂交F1材料的抗性对甘蔗筛选优良抗黑穗病亲本，加快抗病品种选育与推广均具有重要的意义。【前人研究进展】诸葛蓥等[4]研究认为，甘蔗与河八王杂交F1植株较高、分蘖少、茎径硬度大且叶鞘毛多。黄家雍等[5]研究认为，甘蔗与河八王杂交F1比母本甘蔗具有更多的分蘖和旺盛的生活力，抗黑穗病、抗旱耐瘠性和宿根性强等野生特性。近年来，刘昔辉等[6-7]利用SSR标记对甘蔗与广西河八王杂种F1后代进行真实性鉴定；并通过AFLP标记结合毛细管电泳对15份广西河八王无性系进行遗传多样性分析及分子身份证构建。罗霆等[8]利用15N 自然丰度法分析甘蔗及近缘属野生种的固氮效率，结果表明河八王及其F1后代材料比甘蔗品种、斑茅、割手密以及斑割复合体与甘蔗杂交后代等表现出更高的固氮能力。这些研究表明，河八王的优良性状在甘蔗育种中具有潜在利用价值。【本研究切入点】目前有关河八王的研究主要是对材料的表型评价，针对黑穗病抗性鉴定的研究报道较少。【拟解决的关键问题】为鉴定SNF1材料对黑穗病的抗性，采用人工浸渍接种与自然发病率相结合的方法，对13个SNF1品系进行黑穗病抗性鉴定与评价，旨在从中筛选抗病材料，为进一步开展抗黑穗病甘蔗新品种选育提供优良亲本。

1 材料与方法

1.1 供试材料

甘蔗与河八王杂交F1材料13个，分别为SNF110-6-11、SNF110-6-12、SNF110-6-13、SNF110-6-14、SNF110-6-15、SNF110-6-16、SNF110-6-17、SNF110-6-18、SNF110-6-19、SNF110-6-20、SNF110-6-21、SNF110-6-22、SNF110-6-23，广西蔗区主栽品种ROC22、黑穗病抗性鉴定标准对照种F134(感小种2，抗小种1)、NCo310(抗小种2，感小种1)、NCo376(高抗小种1和2)和Ya71-374(高感小种1和2)，合计18份材料，由广西农业科学院甘蔗种质资源圃提供。

1.2 黑穗病孢子的采集与保存

于2015年8-9月，分别从广西南宁市隆安县丁当镇、广西农业科学院甘蔗资源圃采集新鲜黑穗病鞭子，在室温下自然风干5 d，用毛笔刮下鞭子上的孢子粉，混合均匀后装入封口袋，保存在4 ℃冰箱中备用。

1.3 黑穗病菌活性检测

取0.1 g甘蔗黑穗病混合孢子粉加入50 mL无菌蒸馏水，震荡混匀，稀释为20～30个孢子/视野(10×10)的悬浮液。经1 %琼脂+1 %蔗糖培养基在28 ℃、相对湿度80 % rh条件下，在恒温箱中培养12 h后检测孢子萌芽率(以芽管长度超过孢子直茎1/2为萌发)，设置3个重复，观察200个孢子计算萌芽率。孢子萌芽率(%)=[孢子萌发数/(孢子萌发数+未萌发孢子数)]×100。

1.4 接种、种植与发病调查

1.4.1 采用浸渍法人工接种 将孢子粉与水按照2 g/L的比例配置菌液[9]，将种芽(每品种60 芽)置于菌液中浸泡30 min，取出放入大橡胶桶内密封，温度在26～30 ℃，经过保湿催芽24 h后种植。

1.4.2 种植措施 接种材料于2016年3月15日种植于桶中，每桶种4个芽，5桶1个重复，每材料设3次重复，种植时每桶施60 g复合肥(N∶P∶K=15∶15∶15)。

1.4.3 调查内容 种植后发现抽出黑穗病鞭子时开始第1次调查，以后每隔15 d调查1次，直至发病情况稳定为止。每次调查发现病株时，记载后连根拔除，在调查结束时合计发病株数及总株数，计算发病率。

1.5 田间自然感黑穗病调查

将18个试验材料种植在广西农业科学院甘蔗资源圃内，每个材料20芽种植3 m，在发现抽出黑穗病鞭子时开始调查，每30 d调查1次，直至病情稳定为止，调查18个参试材料黑穗病自然发病率。

1.6 甘蔗黑穗病抗性分级标准

黑穗病分级参照阙友雄等[10]采用1～9级分级标准进行抗性分级(表1)。

表1 甘蔗黑穗病抗性分级标准

表2 甘蔗黑穗病孢子萌发情况

1.7 数据处理与统计分析

使用DPS 7.05版软件进行聚类分析，对发病率数据进行标准化转换后，采用卡方距离χ2和离差平方和的方法对试验材料进行聚类分析，评价试验材料的抗病性。

2 结果与分析

2.1 黑穗病孢子的活性检测

在显微镜下观察采集的黑穗病孢子粉，可见近圆形、棕褐色休眠孢子(图1)。在1 %琼脂糖培养基上做萌芽试验，平均萌芽率超过90.00 %(表2)，表明用于接种的黑穗病孢子粉活性好，达到接种试验要求。

2.2 甘蔗黑穗病发病潜伏期

从病原菌侵入至出现病害症状的这段时间称为病害发病潜伏期。病害发病潜伏期是评价寄主对入侵病原菌防御能力的一个指标[9]。由表3可知，供试的18份品系中，黑穗病发病的潜伏期为30～102 d。发病潜伏期30～60 d有8个品系，占44.44 %；发病潜伏期60～90 d有5个品系，占27.78 %；发病潜伏期大于90 d有2个品系，占11.11 %。这表明人工接种后，大多数品系的发病潜伏期为30～60 d。从表3可以看出，供试品系的黑穗病发病率在0～44.44 %，黑穗病发病率相对较低的品系，其潜伏期较长；反之，发病率较高的品系，其潜育期较短。

图1 黑穗病孢子粉镜检图片(100倍)Fig.1 Microscopic examination of sugarcane smut spores on LB medium(100 multiple)

2.3 甘蔗黑穗病田间自然发病率

由表3可知，在黑穗病田间自然发病率条件下，参试材料的黑穗病发病率比人工接种胁迫下黑穗病的发病率低。在田间自然感染条件下，参试材料的黑穗病发病率介于0～20.83 %，其中有10个材料未发病，全部为河八王F1品系，占55.56 %。田间自然感病条件下，发病率高于10 %的材料有ROC22、Ya71-374。

表3 甘蔗与河八王杂交F1对黑穗病的抗性鉴定结果

2.4 聚类分析

聚类分析结果表明，供试材料对黑穗病抗性表现具有丰富的多样性(图2)。除SNF110-6-11、SNF110-6-22、SNF110-6-23这3个材料未发病，自成1类，不参加聚类外，当阈值为0.98时，其余15个材料可分为4类。第I类，包含4个材料，分别为SNF110-6-13、SNF110-6-20、SNF110-6-14、SNF110-6-17，表现为潜育期长，发病率低，抗性水平高。第II类，包含4个材料，分别为F134、SNF110-6-15、SNF110-6-16、SNF110-6-19，表现为发病率低，但抗性水平比第I类低。第III类，包含4个材料，分别为NCo310、NCo376、SNF110-6-21、SNF110-6-12，表现为潜育期短，中度感病。第IV类，包含3个材料，分别为Ya71-374、SNF110-6-18、ROC22，表现为潜育期短，发病率高，抗性最差。

3 讨 论

本试验采用人工浸渍接种与田间自然感病相结合的方法，评价甘蔗与河八王杂交F1代对黑穗病的抗性水平。参试的13个河八王F1品系中对黑穗病抗性达高抗(HR)或抗(R)的占试验总数的50 %，反应出河八王F1品系对黑穗病的抗性水平普遍较高。其中SNF110-6-11、SNF110-6-22、SNF110-6-23发病率为0，表现为高抗，可考虑选择作为甘蔗黑穗病抗病育种的亲本材料。一些材料人工接种发病率高，田间自然感病率并不高，如SNF110-6-18、SNF110-6-21人工接种鉴定为感和中感，田间自然感病率为6.67 %、3.57 %，按照抗性分级标准为抗病级别。主要原因是河八王SNF1品系是近年新选育的，种植次数少，黑穗病菌还未大量积累；相反，人工接种鉴定为感病的品种ROC22、Ya71-374，其田间自然感病率也高。主要原因是这些品种育成时间久，种植年份长，尤其是ROC22作为广西主栽品种10多年，黑穗病菌大量积累，导致接种后发病率最高。这与王维赞[11]等研究结果一致。

图2 甘蔗与河八王杂交F1对黑穗病抗性的聚类分析结果Fig.2 Cluster analysis of smut resistance in sugarcane×Narenga porphyrocoma (Hance) Bor. hybrid F1

浸渍接种与针刺接种[12]的方法相比，接种后的黑穗病发病率相对较低，但因其未破坏甘蔗植株及芽的形态学抗性，其黑穗病抗性鉴定结果比较接近田间黑穗病的实际发生情况，鉴定结果更具参考性。此外，本试验设置4个标准对照种，通过供试材料与标准对照种有关抗性指标的聚类分析对鉴定材料做出评价，而不单依据发病率的多少来判断，降低了因环境互作影响表型而误判的风险。由于本试验只对供试材料进行了1年新植蔗桶栽和田间的抗性鉴定，缺少对多年宿根蔗的试验观察，然而抗性等级与作物季和年份的相关显著[13]，且甘蔗对黑穗病抗性遗传是中度可重复[14]，所以试验材料仍需多年多点鉴定，才能准确的评价材料抗性。

4 结 论

甘蔗与河八王杂交F1品系对黑穗病具有较强的抗性，其中SNF110-6-11、SNF110-6-22、SNF110-6-23表现为高抗；SNF110-6-13、SNF110-6-14、SNF110-6-16、SNF110-6-17、SNF110-6-19、SNF110-6-20表现为抗，这些材料可作为甘蔗抗黑穗病育种的亲本进一步杂交利用。

[1]许莉萍，陈如凯. 甘蔗黑穗病及其抗病育种的现状与展望[J]. 福建农业学报，2000，15(2)：26-31.

[2]沈万宽，姜子德，邓海华，等. 甘蔗黑穗病及其病原菌研究进展[J]. 热带作物学报，2013，34(10)：2063-2068.

[3]李杨瑞. 现代甘蔗学[M]. 北京：中国农业出版社，2010.

[4]诸葛蓥，黄吉森. 甘蔗属及其野生近缘植物杂交研究初报[J]. 广西农业科学，1996(1)：5-6.

[5]黄家雍，廖江雄，诸葛莹. 甘蔗与河八王、五节芒、滇蔗茅属间交配性及杂种F1无性系的形态学和同工酶分析[J]. 西南农业学报，1997，10(3)：92-98.

[6]刘昔辉，方锋学，张荣华，等. 甘蔗与河八王属间杂种的SSR 标记鉴定[J]. 西南农业学报，2012，25(1)：38-43.

[7]刘昔辉，张荣华，张革民，等. 基于AFLP标记的河八王种质资源遗传多样性分析及分子身份证构建[J]. 华中农业大学学报，2016，35(4)：7-13.

[8]罗 霆，李长宁，李毅杰，等. 15 N自然丰度法分析甘蔗及近缘属野生种固氮效率[J]. 中国糖料，2017，39(1)：4-6.

[9]沈万宽，杨湛端，刘福业. 甘蔗品种(品系)对黑穗病的抗性鉴定与评价[J]. 华中农业大学学报，2014，33(5)：40-44.

[10]阙友雄，许莉萍，林剑伟，等. 甘蔗品种黑穗病抗性评价体系的建立[J]. 植物遗传资源学报，2006，7(1)：18-23.

[11]王维赞，何 红，朱秋珍，等. 引进甘蔗新品种对黑穗病抗性的鉴定[J]. 中国农学通报，2010，26(15)：285-288.

[12]高轶静，张荣华，张革民，等. 与甘蔗抗黑穗病基因连锁的SSR标记筛选[J]. 热带作物学报，2013，34(11)：2222-2226.

[13]Chao C P，Hoy J W，Saxton A M，et al. Heritability of resistance and repeatability of clone reactions to sugarcane smut in Louisiana[J]. Genetics，1990，24(1)：622-626.

[14]林彦铨，陈如凯，龚得明．甘蔗抗黑穗病的数量遗传分析[J]. 福建农业大学学报，1996，25(3)：271-275.

(责任编辑 温国泉)

Preliminary Identification and Evaluation for Smut Resistance inSugarcane×Narengaporphyrocoma(Hance) Bor. Hybrid F1

DUAN Wei-xing，HUANG Yu-xin，ZHOU Shan，ZHANG Bao-qing，GAO Yi-jing，YANG Cui-fang，LIU Xi-hui，ZHANG Ge-min*

(Sugarcane Research Institute, Guangxi Academy of Agricultural Sciences/Guangxi Key Laboratory of Sugarcane Genetic Improvement/Sugarcane Research Center, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Sugarcane Biotechnology and Genetic Improvement (Guangxi), Ministry of Agriculture, Guangxi Nanning 530007, China)

【Objective】Resistance level of Hybrid F1 which were cross-fertilized by Sugarcane andNarengaporphyrocoma(Hance) Bor. to smut disease was studied in ordet to provide reference for selecting the disease-resistant offsprings ofNarengaporphyrocoma(Hance) Bor. to develop smut-resistant breeds. 【Method】Mixed spores ofUstilagoscitamineaSydow collected in the main sugarcane-planting areas in Guangxi Province were used as an inoculum. Dipping inoculation was carried out on 18 sugarcane varieties or clones. Natural incidence of smut was also investigated. Latent infection period, incidence and natural infection rate were investigated to evaluate the resistance of tested materials to smut.【Result】SNF110-6-11, SNF110-6-22 and SNF110-6-23 were highly resistant to smut (HR), accounting for 16.67 %；SNF110-6-13, SNF110-6-14, SNF110-6-17 and SNF110-6-20 were of the resistance (R), accounting for 22.22 %；F134, SNF110-6-12 and SNF110-6-15 were of the middle resistance (MR), accounting for 16.67 %；NCo 310, NCo 376 and SNF110-6-21 were of the middle sensitivity to smut (MS), accounting for 16.67 %；Ya 71-374, ROC 22, and SNF110-6-18 were sensitive to smut (S), accounting for 16.67 %.【Conclusion】Sugarcane×Narengaporphyrocoma(Hance) Bor. hybrid F1were resistant to smut and could be used as smut resistant germplasm in sugarcane breeding.

Sugarcane；Narengaporphyrocoma(Hance) Bor.；Hybrid F1；Smut；Identification of resistance；Cluster analysis

1001-4829(2017)7-1560-05

10.16213/j.cnki.scjas.2017.7.016

2017-03-06

广西科技计划重点项目“含河八王血缘的甘蔗抗病新种质创制及其分子细胞遗传学基础研究”(桂科AB16380157)；“斑割复合体利用适宜回交世代分子遗传学基础及多抗优良亲本创新”(桂科AB16380126)；广西自然科学基金项目“河八王片段代换系构建及特异基因遗传分析”(2014GXNSFBA118115)；广西农业科学院基本业务专项项目“甘蔗种质资源的保存、更新繁殖与共享”(2015JM03)；“河八王优异野生基因资源发掘利用”(2015JZ96)；“甘蔗优异野生基因资源发掘利用”(2015YT04)

段维兴(1984-)，男，山西临汾人，硕士，助理研究员，主要从事甘蔗育种及种质创新研究，*为通讯作者：张革民，E-mail：zhanggm68@gxaas.net。

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