大麦黄花叶病抗性及其对农艺性状的影响研究

2017-11-24李秀丽李建波郭宝健许如根

大麦与谷类科学 2017年5期

李秀丽，李赢，李建波，吕超，郭宝健，许如根*

(1.扬州大学江苏省作物遗传生理国家重点实验室培育点/粮食作物现代产业技术协同创新中心，教育部植物功能基因组学重点实验室，扬州大学大麦研究所，江苏扬州225009；2.江苏大中农场农科所，江苏大丰 224135）

李秀丽2，李赢1，李建波1，吕超1，郭宝健1，许如根1*

以抗病品种泰兴9425与感病品种NasoNijo杂种F1花药培养构建的188个加倍单倍体（doubled haploid，DH）及其亲本为材料，在拔节期进行大麦黄花叶病抗性鉴定，在大麦成熟后考查株高、主穗长、穗下节间长、单株穗数、单株粒数、单株产量及千粒质量共7个农艺性状，并对群体的黄花叶病抗性及其对大麦农艺性状的影响进行分析。结果表明：不同参试材料间黄花叶病抗性存在显著的遗传差异。以病害流行梯度下面积（AUDPS）为指标进行聚类分析，将参试材料分为抗病、中抗、中感和感病4个类群。研究发现AUDPS与大麦株高、单株穗数、千粒质量及单株产量间均呈极显著负相关，相关系数分别为-0.70、-0.38、-0.62和-0.65，表明黄花叶病对参试材料的株高、单株穗数、千粒质量和单株产量等农艺性状有较大的影响。本研究结果可为大麦黄花叶病抗性品种选育提供理论基础。

大麦；黄花叶病；AUDPS值；聚类分析；农艺性状

大麦是世界第4大禾谷类作物，具有广泛的适应性，种植遍布世界各地，主要用于饲料、食品加工及啤酒酿造[1-2]。大麦黄花叶病是欧洲和东亚等冬麦区的一种常见病毒病，在我国主要分布于长江中下游地区，以江浙沪地区最重。大麦黄花叶病由大麦黄花叶病毒（BaYMV）和大麦温和花叶病毒（BaMMV）引起，通过禾谷多黏菌传播，可导致产量损失30%～80%，严重时颗粒无收。携病毒禾谷多黏菌可在土壤中存活10年以上，且仍具有致病力[3]。因此，培育抗病品种是减轻该病害危害的最经济有效的途径。

大麦黄花叶病病毒可通过风携带含禾谷类多黏菌休眠孢子的土壤颗粒传播，或游动孢子随着土壤水分短距离地游动而传播[4-5]。大麦黄花叶病病毒一般在播种后1个月左右随禾谷多黏菌侵入大麦幼苗根部[6]，侵染后，病毒向植株的上部扩展，随着温度上升，首先在新生叶上出现典型的花叶病斑，后病斑不断增多扩大成花叶，至整张叶片黄化、植株矮化、分蘖少，籽粒产量下降，或早枯、不抽穗、不结实。病害严重影响感病大麦的生长温度范围大约在12～14℃；温度升高到20℃以上，病害的症状会减轻、逐渐隐症，新长出叶片正常。我国大麦黄花叶病具有相近或相似的抗病基因型[7]，长期使用相同抗源的品种，病毒会逐渐适应并克服品种的抗病性致使其成为感病品种。因此，育种上迫切需要新种质、新材料的不断引入与创制，深入挖掘抗性新基因，筛选与其紧密连锁的分子标记，加快抗病育种进程。已有研究表明，大麦黄花叶病抗性表现为多基因控制的数量性状，符合“加性-显性”遗传模型，但主要受加性效应控制[8-10]。

黄培忠等从3 585份大麦品种中鉴定出高抗黄花叶病大麦品种118份，高抗品种主要分布在我国的长江中下游的湖北、安徽、江苏、上海和浙江[11]。张万霞等对筛选的农艺性状表现优良的大麦品种进行抗病性鉴定，发现高抗黄花叶病品种30份[12]。Chen等筛选的4个日本品种和1个欧洲品种对我国、日本及欧洲的BaYMV株系和BaMMV株系均免疫，并利用这些抗原培育了一个大麦新品种并应用于生产上，有效地控制了大麦黄花叶病在我国的蔓延和危害[13-14]。本研究以中国本地饲用大麦品种泰兴9425与日本啤酒大麦品种NasoNijo构建的大麦加倍单倍体群体（188份）及其亲本为材料，进行黄花叶病的抗性鉴定，并进行农艺性状鉴定，探讨黄花叶病对大麦农艺性状的影响，筛选出抗性较好、农艺性状优良的新材料，从而为大麦的抗黄花叶病育种提供新资源。

1 材料与方法

1.1 参试材料

以泰兴9425和NasoNijo杂交产生的杂种F1的花药经过组织培养构建的188个DH系为研究材料，其中泰兴9425为江苏抗大麦黄花叶病的饲用二棱大麦品种，NasoNijo为日本引进感大麦黄花叶病的啤用二棱大麦品种。

1.2 田间设计

2013年将参试材料种植于扬州大学大麦黄花叶病抗性鉴定病圃中，每材料种1行，行长1.2 m，行距0.2 m，每行均匀点播24粒，株距0.05 m，3次重复。同期在扬州大学新农场无病田按同样规格种植对照。

1.3 田间病害调查

1.3.1 病情严重度调查标准。根据植株叶片病斑、黄化及萎缩程度，将病情严重度分为4级[15]。

1级：无病斑，叶片呈正常绿色；

2级：叶片叶色基本正常，沿叶脉出现不连续的黄花斑点；

3级：叶片黄花斑点连成线，叶片黄花但植株未矮化；

4级：叶片黄花斑点连成片，植株出现矮化现象或枯萎死亡。

1.3.2 调查时期与方法。在2014年大麦黄花叶病发病期连续调查4次，每隔7～9 d进行1次系统的调查：分别于2月14日、2月21日、3月2日及3月9日调查。每株系连续调查10株。

1.3.3 农艺性状调查。在大麦成熟后，每个DH系取5株竞争株，调查株高（cm）、主穗长（cm）、穂下节间长（cm）、主穗粒数（粒）、单株穗数(个)、单株产量（g）和千粒质量（g）7个农艺性状。

1.4 数据处理

应用Excel 2003程序对数据初步处理，计算病情指数 (disease index，DI)、病害流行梯度下面积（AUDPS）。采用SPSS 16.0软件对亲本及DH群体DI和AUDPS进行方差分析。以AUDPS[16-17]为指标，利用DPS软件对2个亲本及188个DH系进行聚类分析，遗传距离使用欧氏距离。

主要病情评价指标为严重度，以其表示病害发病的严重程度。病株平均严重度按照以下公式计算：

其中，S为病株平均严重度 (%)，i为病级数（1～n），di为各严重度级值，li为各级病株数，L为调查总株数。

DI与AUDPS按以下公式计算：

其中，AUDPC为病毒发展曲线下面积，n为总调查次数，xi为第i次调查严重度，ti为第i次调查的时间，D为 tn-t1。

2 结果与分析

2.1 DH群体及亲本黄花叶病抗性分析

2.1.1 亲本及DH群体病情指数及AUDPS的表现。亲本及DH系病情指数和AUDPS的平均表现列于表1。由表1可知，两亲本各期病情指数和AUDPS的差异均达到极显著水平（P＜0.01），即亲本间大麦黄花叶病抗性的遗传差异均达到极显著水平，泰兴9425抗性明显好于NasoNijo的抗性。各调查时期DH群体的病情指数和AUDPS平均值均介于双亲之间，各期病情指数及AUDPS的变异系数分别为 28.22%、24.14%、24.18% 、32.04% 和24.21%，表明DH系的大麦黄花叶病抗性变异丰富，不同DH系抗性存在较大差异。

2.1.2 DH群体病情指数及AUDPS的方差分析。DH群体病情指数和AUDPS的方差分析列于表2和表3。由表2、表3可知，病情指数在调查期间、DH系间及时期与DH系的互作间的差异均达极显著水平(P＜0.01)；AUDPS在DH系间的差异达到极显著水平(P＜0.01)，说明各DH系的大麦黄花叶病抗病性存在显著的遗传差异。病情指数在DH系与时期间差异极显著(P＜0.01)，表明黄花叶病差异程度与调查时期有一定的关系。

表1 亲本及DH群体病情指数和AUDPS的平均值

表2 DH系不同调查时期病情指数的方差分析

表3 DH系AUDPS方差分析

2.2 DH群体各系黄花叶病抗性的聚类分析

2.2.1 DH群体各系黄花叶病抗性的聚类。根据大麦黄花叶病病圃病情调查数据，以AUDPS为抗性指标，用类平均法将188个DH系分成抗病（R）、中抗（MR）、中感（MS）、感病（S）4个类群。

图1和表4为DH群体抗性聚类结果，抗病（R）、中抗（MR）、中感（MS）、感病（S）4种类群的DH系的个数分别为18、80、61和31，其中亲本泰兴 9425（190）属于抗病（R）类型，NasoNijo(189)属于感病（S）类型。4种抗病类群的变异幅度分别在34.11～46.06、49.41～67.89、69.30～89.10 和 90.76～108.93之间。各类群中DH系所占比例分别为9.04%、42.11%、32.11%和15.96%。

图1 DH群体及亲本抗性指标AUDPC的聚类图

表4 DH系AUDPS的聚类结果

2.2.2 不同抗性水平下DH系农艺性状的表现。从表5中可以看出，抗病（R）类群与中抗（MR）类群的株高差异不显著，但与中感（MS）类群及感病（S）类群的株高差异均显著（P＜0.05），中感（MS）类群与感病（S）类群的株高差异显著（P＜0.05）；抗病（R）类群与中抗（MR）类群的穗下节间长、主穗粒数及单株穗数的差异不显著，抗病（R）类群和中抗（MR）类群与中感（MS）类群和感病（S）类群的穗下节间长、主穗粒数及单株穗数的差异显著（P＜0.05）；抗病（R）类群与中抗（MR）类群的千粒质量差异不显著，中感（MS）类群与感病（S）类群的千粒质量差异不显著；抗病（R）类群与中抗（MR）类群的单株产量显著大于中感（MS）类群和感病（S）类群的单株产量（P＜0.05）。中感（MS）类群的单株减产率为6.56%，感病（S）类群的单株减产率达23.51%。

表5 不同抗性水平下DH系的农艺与产量性状的比较

2.2.3 DH群体主要农艺性状与AUDPS的相关分析。DH群体主要农艺性状间及与AUDPS的相关系数列于表6。由表可知，主要农艺性状与AUDPS间均达极显著的负相关，株高与AUDPS的相关系数最大，为-0.70，其次为单株产量，相关系数为-0.65，主穗粒数与AUDPS的相关系数最小，为-0.26，表明黄花叶病的发病程度显著影响DH系主要农艺性状的表现。

表6 DH群体主要农艺性状间及与AUDPS的相关系数

2.3 黄花叶病对大麦主要农艺性状的影响

对病害和无病田2个环境下DH群体各农艺性状的方差分析列于表7，由表可知，各农艺性状在基因型间均达到极显著差异（P＜0.01）；除单株产量外，其余6个农艺性状在有病与无病条件差异均达极显著或显著水平，但7个农艺性状基因型和环境互作都为极显著（P＜0.01）。

表7 在病害处理和对照下主要农艺性状的方差分析

3 小结与讨论

本研究通过病情指数及AUDPS的比较，表明本地抗病品种泰兴9425的大麦黄花叶病抗性表现显著好于日本感病品种NasoNijo的抗性（P＜0.05）。根据AUDPS对DH群体聚类分析，将188个 DH 系及亲本分成抗病（R）、中抗（MR）、中感（MS）、感病（S）4个类群。其中亲本泰兴9425归于抗病（R）类群，NasoNijo属于感病（S）类群，分类结果与亲本鉴定结果一致。DH群体AUDPS变幅较大，群体均值为69.77，整体表现为中感。以往研究中，往往仅根据某一调查时期的病情来评价某一品种的抗性，并未考虑发病开始的早晚及流行速度的快慢，本研究利用病害流行梯度下面积﹙AUDPS﹚模型从发病期间多个时期的病情对DH系的抗性进行综合评价，该评价方法更为准确、可靠。

根据参试材料在病害与无病条件下各农艺性状的方差分析结果，除单株产量外各农艺性状在2个环境间（病圃和无病田）均表现为显著或极显著差异；对农艺性状与AUDPS的相关分析发现，黄花叶病对株高的影响最大，其次为单株产量，最小的为主穗粒数，这与前人的研究相同[1-4,16]。聚类分析各类群间主要农艺性状的差异发现，主要农艺性状在抗病（R）类群与中抗（MR）类群间的差异不显著，株高、单株穗数、千粒质量和单株产量在中感（MS）类群与感病（S）类群的差异显著（P＜0.05），与抗病（R）类群和中抗（MR）类群的差异显著（P＜0.05），穗下节间长和主穗粒数在中感（MS）类群与感病（S）类群间的差异不显著；根据病害与对照比较发现，中感（MS）类群的单株减产率为6.56%，感病（S）类群的单株减产率为23.51%。从抗病种质筛选角度来说，亲本抗性愈高愈好；但从品种选育角度来说，轻感大麦黄花叶病，不影响产量和品质即可。因此在育种实践中，既要重视抗性及农艺性状均好品系的选择，也可对抗性稍差但农艺性状很好的品系加以选择，对抗性较好但农艺性状一般的品系，可作为亲本改造，间接利用。

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A Study on Barley Resistance to Yellow Mosaic Disease and its Impact on Barley Agronomic Traits

LI Xiu-li2,LI Ying1,LI Jian-bo1,LV Chao1,GUO Bao-jian1,XU Ru-gen1
(1.Jiangsu Key Laboratory of Crop Genetics and Physiology/Co-Innovation Center for Modern Production Technology of Grain Crops,Key Laboratory of Plant Functional Genomics of the Ministry of Education,Barley Research Institute of Yangzhou University,Yangzhou University,Yangzhou 225009,China;2.Institute of Agricultural Sciences,Jiangsu Dazhong Farm,Dafeng 224135,China))

This study assessed the resistance to yellow mosaic disease in the Chinese barley landrace‘Taixing 9425’and the Japanese beer barley variety‘NasoNijo’as well as 188 doubled haploid(DH)lines derived from the cross of‘Taixing 9425’and‘NasoNijo’.At the same time,their agronomic traits were measured,which consisted of plant height,main spike length,inter-node length under ear,ear number per plant,grain yield per plant,and thousand-grain weight.The results showed that the tested materials differed substantially in resistance to yellow mosaic disease.AUDPS clustering analysis divided them into four groups with varying levels of resistance to yellow mosaic disease:highly resistant varieties,moderately resistant varieties,moderately sensitive varieties,and highly sensitive varieties.The AUDPS of yellow mosaic disease was found to have a great impact on plant height,ear number per plant,grain yield per plant,and thousand-grain weight,which had significantly negative correlation with AUDPS,with the correlation coefficients of-0.70,-0.38,-0.62 and-0.65,respectively.The present study lays foundations for breeding varieties with resistance to yellow mosaic disease.

Barley;Barley yellow mosaic disease;AUDPS value;Clustering analysis;Agronomic traits

S351.5；S511.4+1

1673-6486-20170383

李秀丽,李赢,李建波,吕超,郭宝健,许如根.大麦黄花叶病抗性及其对农艺性状的影响研究[J/OL].大麦与谷类科学,2017,34(5):1-7[2017-10-15].http://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1769.S.20171015.1737.001.html.

2017-07-15

国家自然科学基金项目(31571648)；国家大麦青稞产业技术体系建设专项(CARS-05)；江苏高校优势学科建设工程项目。

李秀丽（1975—），女，农艺师，主要从事种子科学与技术研究。E-mail:1624695821@qq.com

*通讯作者：许如根（1967—），男，教授，博士生导师，主要从事大麦遗传育种及啤麦生产技术研究。E-mail:rgxu@yzu.edu.cn。