芝麻种质资源抗青枯病鉴定

李信申,饶建辉,肖运萍,魏林根,汪瑞清,黄瑞荣,黄 蓉,胡建坤,华菊玲*

(1.江西省农业科学院 植物保护研究所,江西 南昌 330200; 2.江西省抚州市农业科学研究所,江西 抚州 344000;3.江西省农业科学院 土壤肥料与资源环境研究所,江西 南昌 330200)

芝麻(Sesamumindicum)属胡麻科(Pedaliaceae)胡麻属(SesamumLinn.)一年生草本植物,是世界上最古老的油料作物之一,因其种子含油量高且含有丰富的抗氧化物质而被誉为“油料作物皇后”[1]。芝麻青枯病(Sesame bacterial wilt)是由青枯雷尔氏菌(Ralstoniasolanacearum)侵染引起的土传病害,一旦条件适宜,极易暴发成灾,尤以南方红壤旱地芝麻发病严重。大多数田块芝麻青枯病发病率在10%～20%,严重田块可达50%～70%或更高[2],带来严重损失。青枯雷尔氏菌寄主范围广泛,可侵染54个科的450余种植物[3]。青枯雷尔氏菌还能在无寄主植物的条件下于土壤中长期存活[4],因此对芝麻青枯病的防治十分困难。利用抗病品种是防治芝麻青枯病的有效途径。但至今未见芝麻青枯病抗性鉴定的研究报道。我们采用自然病圃和伤根灌注接种两种方法鉴定分析了29份芝麻品种资源对芝麻青枯病的抗性,以期为芝麻抗病品种选育和青枯病的防控提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试种质

从中国油料研究所、江西省农业科学院、江西其他科研单位、广东、河南等地共收集芝麻种质29份(表1),其中品种20个,单株9份。

1.2 供试菌株

供试菌株系由江西省农业科学院植物保护研究所从芝麻青枯病常年重发区采集病株分离纯化获得的强致病力菌株JSjx02(小种1,生化变种Ⅲ)；采用甘油法于-80 ℃保存该菌株。试验前将该菌株转接至NA培养基,在28 ℃下活化培养2次后,配成1×108CFU/mL的菌悬液备用。

1.3 鉴定方法

1.3.1 自然病圃鉴定 自然病圃建于芝麻传统种植区,为连续种植芝麻感病品种(中芝13)3年,且上年度田间病株率达86.16%的田块。每个品种3个重复,每重复30株。播种密度为15万株/hm2；在试验期间适时浇水以保持土壤湿度近饱和状态。

1.3.2 人工接种鉴定 于芝麻初花期,采用伤根灌注法[2,5](简称灌根法)接种。每个品种重复3次,每个重复接种20株苗。接种后保湿12 h,之后适时浇水以保持土壤湿度近饱和状态。

1.4 调查分级标准及数据统计

在芝麻终花期调查所有病株的发病程度,记录病株率、病情指数。病害分级参照江西省地方标准DB36/T 879─2015：0级，全株无症状;1级，1～2片叶片萎蔫;3级，植株的1/3以下叶片萎蔫;5级，植株的1/3～2/3叶片萎蔫;7级，植株的2/3以上叶片萎蔫;9级，植株全部叶片萎蔫或整株枯死。

病情指数(DI)=[∑(病级值×该病级的病株数)×100]/(病级最高值×调查总株数)。

芝麻品种群体抗病性划分标准:高抗(HR),病情指数=0;抗(R),0<病情指数≤11.11;中抗(MR),11.11<病情指数≤33.33;中感(MS),33.33<病情指数≤55.56;感(S),55.56<病情指数≤77.78;高感(HS),病情指数>77.78。

采用卡方距离法计算不同接种方法鉴定结果的相似系数,用离差平方和方法[6]进行聚类分析。

2 结果与分析

2.1 芝麻种质资源抗性鉴定结果

29份供试材料抗性鉴定结果(表1)表明,不同品种(株系)间发病率和病情指数均存在较大差异。根据品种群体抗病性划分标准(表2),在自然病圃鉴定中,中抗品种4份,占13.79%;中感品种(株系)7份,占24.14%;感病品种(株系)13份,占44.83%;高感品种(株系)5份,占17.24%。在灌根接种鉴定中,中抗品种4份,占13.79%;中感品种(株系)6份,占20.69%;感病品种(株系)12份,占41.38%;高感品种(株系)7份,占24.14%。在两种方法鉴定结果中,均未出现高抗和抗性品种。金黄麻、鄱阳黑芝麻、赣芝5号、豫芝11等4个品种表现为中抗。

鉴定结果发现,江西芝麻主栽品种对芝麻青枯病的抗病性优于外来品种及选育株系。在9个江西芝麻主栽品种中,3个表现中抗,6个表现中感,没有出现感和高感品种。

2.2 两种方法鉴定结果比较

对自然病圃鉴定结果和伤根灌注接种鉴定结果进行比对,仅丰城灰芝麻、09-451、09-51047等3个品种在两种鉴定方法中表现的抗性水平不一致；采用卡方距离法对两种接种方法鉴定结果的相似性进行分析，结果表明自然病圃鉴定和人工接种鉴定结果的相似系数较高(r=0.9981**)。

聚类分析结果(图1、图2)也显示,两种方法对上述29份材料的鉴定结果均可聚类为5个组。在自然病圃鉴定中,第Ⅰ组2个品种,第Ⅱ组1个品种,第Ⅲ组6个品种,第Ⅳ组5个品种,第Ⅴ组15个品种，该组可再分为A、B、C 三个亚组,品种数量分别为5、4和6个。在灌根接种鉴定中,第Ⅰ组2个品种,第Ⅱ组1个品种,第Ⅲ组7个品种,第Ⅳ组4个品种,第Ⅴ组15个品种，该组可再分为A、B、C三个亚组,品种数量分别为5、3和7个。说明灌根接种鉴定能真实反映芝麻品种对青枯病的抗性水平。

3 讨论

青枯雷尔氏菌与相应寄主植物经历了长期共同进化的过程,植物抗病性和青枯菌的寄主专化性、致病性(力)等均存在广泛的遗传多样性[7]。现有研究表明,花生对青枯病的抗性水平高,高抗品种超过120个,在二倍体野生花生中也发现了20多份抗青枯病材料。花生对青枯病的抗性在遗传上受显性寡基因控制,因而具有良好的稳定性[8]；例如珍珠豆型花生的抗性受2对主效基因控制,抗病性易在后代品种间转移,中国油料研究所已从中成功地获得了抗青枯病品系[9]。在模式植物拟南芥中也发现了抗青枯病材料；Ho等进行杂交分析后认为,拟南芥抗青枯病材料N913对青枯菌株Ps95的抗性为单一显性位点[10]。而Deslandes等研究发现拟南芥位于第5条染色体上的隐性单基因RRSI控制青枯病抗性[11]。茄科植物受青枯病危害最重,涉及的作物种类最多,目前发现的青枯病抗性种质较少而且抗性水平不高[12]。Danesh等研究报道番茄中至今没有发现由显性寡基因控制的青枯病抗性,已有抗性种质的抗性多表现为数量遗传特性,如在番茄材料P109的第6、7、10染色体上存在与青枯病抗性相关的数量性状位点[13]。在抗病育种中应用最为广泛的普通烟草品种T.I.448虽然具有高水平的抗性,但其抗性亦由以加性遗传为主的多基因控制,杂交后代的抗性往往差异较大[14-15]。在马铃薯四倍体栽培种中至今尚未发现对青枯病免疫或高抗的资源[16]；马铃薯二倍体近缘栽培种和二倍体野生种虽存在抗病性资源,但遗传稳定性差,与四倍体栽培种的原生质融合株系抗性分离表现为从感病(S)到抗病(R)[17]。

表1 芝麻种质资源对芝麻青枯病的抗性鉴定结果

表2 芝麻种质资源对青枯病的抗性评价结果

由于全球范围内所有的油用芝麻品种均来源于芝麻属中唯一的一个栽培种[18],遗传基础狭窄[19-20],所以至今未发现青枯病免疫抗源。青枯雷尔氏菌侵染寄主植物,还存在无症状侵染(symptomless invasiveness)和有症状侵染(symptom invasiveness)[21]。具有无症状侵染特性的植物,由于受病菌侵染的压力选择,容易出现抗病品种,如花生等;具有有症状侵染特性的植物,青枯病发生流行速度快,不容易找到抗病品种,如生姜、茄子等[12]。前期研究表明芝麻植株不存在无症状侵染现象[5],并且田间病害流行速度快。这进一步加剧了芝麻青枯病抗性资源的匮乏。因此,本研究筛选出的4个中抗芝麻品种,不仅在芝麻生产上具有重要的现实意义,更是珍贵的抗性遗传分析资源,有待于进行深入研究。

图1 采用2种方法进行抗性鉴定的聚类分析结果

作物青枯病的人工接种方法主要有菌悬液浸种法、浸根法、伤根灌注法(灌根法)、针刺法、剪叶法等,不同作物因自身的生长特性、栽培方式等不同,适用的接种方法有所不同。例如：番茄适合采用浸根法接种[22]；花生以浸种法接种为宜[23]；马铃薯以伤根灌注法接种较好[24]；木麻黄以盆栽幼苗伤根接种及褐梗小枝室内水培接种为最佳[25]。本研究结果表明,采用伤根灌注法接种鉴定,能真实可靠地反映芝麻种质资源对青枯病的抗性水平,接种时间以芝麻初花期为最佳。

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