MN品系皮燕麦对E型麦二叉蚜的抗性评价

刘月英,郭建国,袁伟宁,张新瑞,贺春贵,赵桂琴,张宗文

(1.甘肃省农业科学院植物保护研究所，甘肃兰州 730070；2.农业部天水作物有害生物科学观测实验站，甘肃天水 741200；3.甘肃农业大学草业学院，甘肃兰州 730070；4.中国农业科学院作物科学研究所，北京100081)

燕麦(Avenasativa)是世界麦类作物品种改良的先锋种质和籽实圈窝种草，植株具有抗旱、耐脊和抗寒、耐盐等特性，是我国粮改饲战略中开垦西北撂荒地、缓解耕地竞争压力、实现农牧交错带脆弱生态区营养体农业可持续发展的粮饲兼用作物；籽粒富含水溶性膳食纤维和β-葡聚糖，曾是“世界十大健康食物”唯一上榜谷类作物。全球北纬35～60°的40多个国家广泛种植燕麦，中国常年种植面积约100万hm2，主要分布于华北的冀、晋、蒙、西北六盘山麓的陕、甘、宁和云、贵、川的高寒山区[1]。

近年来，随着全球气候变暖[2]和干旱年份频繁出现[3]，麦二叉蚜种群发育速率逐渐加快，世代重叠为害和介体传播病毒造成的危害日益严重，已成为优质燕麦稳产、高产的限制因素。研究发现，麦二叉蚜具有多种生物型，单基因抗性品种推广应用是生物型分化的内在原因[4-5]，有性生殖是生物型变异的重要途径[6-7]，表型可塑性强是生物型结构组成复杂和毒性快速变异的外在因素[8-9]。目前国际上已检测出11种生物型[10]，国内仅北京地区检测到CHN-I型[11],而甘肃麦二叉蚜流行生物型为E型(待发表中)。

优良抗虫品种能显著降低害虫种群的数量，减轻作物受害程度，开发和利用燕麦抗蚜品种已成为麦蚜可持续治理的关键措施之一。目前，优良的燕麦抗蚜种质资源极为匮乏，有关燕麦抗蚜性鉴定、评价研究较少[12-14]，急需加大对优良抗蚜种质资源的挖掘。因此，本研究在麦二叉蚜生物型鉴定及前期田间抗蚜性鉴定的基础上，结合苗期室内接虫鉴定的方法，对来自美国的12份MN系列皮燕麦种质开展抗E型麦二叉蚜的鉴定和评价，以期为优良抗蚜品种的选育、发掘抗蚜因子及揭示抗蚜机理提供理论基础与科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验时间和地点

田间抗蚜性鉴定于2014-2016年在农业部天水作物有害生物科学观测实验站(东经105°19′，北纬34°46′)进行，试验地海拔1 271 m，年平均气温10.2℃，年降雨量480 mm，无霜期180 d。播前一次性基施尿素75 kg·hm-2、二铵150 kg·hm-2，全生育期灌水4次，田间管理良好，无杂草，不施任何农药。室内苗期人工接蚜实验于2017年5月中下旬在甘肃省农业科学院植物保护研究所现代化温室内进行，光周期15 h光∶9 h暗，白昼和夜晚平均温度分别为24±1 ℃和18±1 ℃，相对湿度为50%～60%。

1.2 供试材料

MN10253、MN11212、MN08252、MN06203、MN10126、MN09103、MN10209、MN11213、MN08243、MN09255、MN07210和MN08260共12个MN品系皮燕麦，均来自美国，由中国农业科学院作物科学研究所提供。

供试麦二叉蚜来源于农业部天水作物有害生物科学观测实验站麦田,本课题组前期利用蚜虫线粒体DNA细胞色素氧化酶辅酶I(mtDNA CO-I)法鉴定其为E生物型。在1.1中温室条件下，用感蚜燕麦品种定莜4号繁殖培养3代后，挑选个体一致的4龄无翅成蚜备用。

1.3 研究方法

1.3.1 田间抗蚜性鉴定

2014年4月10日、2015年4月9日和2016年4月7日通过人工开畦、等行距穴播方式将材料种植于长宽10 m×6 m、株行距30 cm×20 cm、单粒20穴的鉴定圃，每隔5份材料播种高感对照定莜4号1行， 鉴定圃四周种植1 m保护行。重复4次，重复间各材料随机排列。待三叶期单穴人工接种10头E型麦二叉蚜，罩网，灌浆前期模糊识别法[15]调查单株麦二叉蚜数量，计算蚜害比值；参照小麦抗蚜虫评价技术规范[16]评定抗蚜级别(表1)。

1.3.2 温室抗生性评价

于温室将MN系列皮燕麦种在直径6 cm的营养钵中，每品系36～45盆，设3个重复，每盆3～5粒种子，所用土壤为复配土(沙∶腐殖质∶黑壤土的体积比1∶3∶3)，待麦苗长至2～3叶期时，每盆保留长势一致的燕麦苗1株，将扩繁后的4龄麦二叉蚜接到待测燕麦植株上，待其产仔蚜后去除成蚜和其他若蚜，保证每株麦苗上有初产1龄若蚜(出生12 h内)1头。接蚜后用直径为5 cm、高20 cm、一端蒙纱布的玻璃管将麦苗罩住，于每日上午8:30和下午14:30各观察1次，记录若蚜发育进度和存活情况；进入成蚜期后，每日2次记录单头蚜虫产仔起始时间及产仔数量，并观察翅型分化情况，直至成蚜全部死亡；最后计算产蚜前期及总产蚜量、成蚜寿命及有翅蚜率。

表1 蚜害级别和抗性评价标准Table 1 Aphid damaging grade and evaluation standards for resistance to adult aphids

1.4 数据统计与分析

采用Birch[17]的方法组建麦二叉蚜种群生命表；参照王金福[18]I=N2/N1(N1为当代的种群数量，N2为下一代的种群数量)的方法计算种群趋势指数(I)；试验数据均采用统计软件SPSS 16.0进行数据处理，应用Duncan's新复极差检验法进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 田间抗性鉴定结果

由表2可知，MN09103和MN10126上连续3年的蚜害比值均介于0.6～0.9之间，表现低抗，其余品系不同年度间蚜害比值差异较大。就3年平均蚜害比值而言，MN08243、MN08252、MN10253和MN11212上的蚜害比值介于0.45～0.57之间，表现中抗；MN06203、MN09103和MN10126上的蚜害比值为0.72～0.74，表现低抗；MN07210、MN10209和MN11213上的蚜害比值为0.94～1.06，表现为低感；MN08260和MN09255上的蚜害比值分别为1.30和1.26，表现中感；12个MN品系皮燕麦中无免疫种质。

2.2 E型麦二叉蚜若蚜在MN品系皮燕麦上的发育历期和存活率

E型麦二叉蚜若蚜在田间表现为中抗的MN08243和MN11212及低抗的MN10126和MN09103上的平均发育历期分别为7.27 d和7.04 d、7.08 d和7.01 d，显著长于中感品系MN09255上的发育历期(6.69 d )，若蚜在MN08252、MN10253、MN06203、MN07210、MN10209和MN11213以及中感品系MN08260上的平均发育历期介于6.70～6.92 d之间，与MN09255差异不显著。E型麦二叉蚜在12个MN品系皮燕麦上的死亡率介于3.75%～5.44%之间，在品系间差异均不显著(表3)。

表2 E型麦二叉蚜在MN系列皮燕麦上的蚜害比值Table 2 Ratio of each aphid damaging grade to biotype E of Schizaphis graminum on MN hulled oat lines

平均蚜害比值数据为2014-2016年3年的平均值±标准误。同列数据后不同小写字母表示品系间差异显著(P<0.05)。下同。

Average ratio of aphids with each damaging grade in table are mean±SE of three years from 2014 to 2016. Data followed by different small letters in same column are significantly different at 0.05 level. The same in other tables.

表3 E型麦二叉蚜若蚜在MN品系皮燕麦上的发育历期与死亡率Table 3 Developmental duration and mortality of biotype E of Schizaphis graminum feeding on MN hulled oat lines

2.3 E型麦二叉蚜成蚜在MN品系皮燕麦上的寿命及繁殖力

E型麦二叉蚜在MN10253上的产蚜前期为1.59 d，显著长于其他MN品系皮燕麦上麦二叉蚜的产蚜前期；在MN08252上产蚜前期也较长，为1.21 d；在MN09255上的产蚜前期最短，仅0.79 d；在其余9个品系上，麦二叉蚜产蚜前期为0.84～1.16 d，无显著差异。

在MN08260、MN10209和MN11213上，E型麦二叉蚜的产蚜量最高，均大于21头，在MN09255、MN07210和MN09103上麦二叉蚜的产蚜量也相对较高，平均为17.42～19.62头，在MN11212、MN08252、MN08243、MN10126、MN06203上，麦二叉蚜的产蚜量较低，平均在14.46～15.62头左右，在MN10253上，麦二叉蚜的产蚜量则显著低于在其他MN品系上，仅9.11头。

在MN10253上的成蚜寿命平均为11.47 d，显著短于除MN11212、MN10126外的其他MN品系上的成蚜寿命，而在MN10209、MN09255和MN08260上，麦二叉蚜成蚜存活时间则较长，平均超过20 d，其余6个品系上麦二叉蚜成蚜平均寿命为17.04～19.24 d，无显著差异(表4)。

2.4 E型麦二叉蚜在MN品系皮燕麦上的种群趋势指数

E型麦二叉蚜在12个MN品系皮燕麦上的种群趋势指数差异程度不同，在MN10209、MN11213和MN08260上，麦二叉蚜种群趋势指数均大于20，显著高于在其他品系上；在MN09255(18.79)、MN07210(16.72)、MN09103(16.75)上种群趋势指数次之，在MN10126、MN06203、MN11212、MN08252、MN08243上麦二叉蚜种群趋势指数在13.86～15.04之间；在MN10253上麦二叉蚜种群趋势指数则最低，仅8.73，显著低于在其他品系上(表5)。

表4 E型麦二叉蚜成蚜在MN品系皮燕麦上的寿命及繁殖力Table 4 Adult longevity and fecundity of biotype E of Schizaphis graminum on MN hulled oat lines

2.5 E型麦二叉蚜在MN品系皮燕麦上的实验种群生命表

在实验种群生命表中，内禀增长率作为一个综合性指标，该指标同时考虑了种群的出生率、死亡率、年龄组配、生殖力和发育速率等因素，能敏感地反映出环境的细微变化，是描述种群增殖能力的一个重要指数，也是抗生性鉴定中的重要指标[19]。从表6可以看出，MN品系皮燕麦上麦二叉蚜的内禀增长率rm均大于0，说明种群数量呈上升趋势。麦二叉蚜供试燕麦品系上的内禀增长率rm依次为MN09255> MN08260、 MN10209、MN07210、MN11213> MN06203、MN10126>MN09103、MN08243、MN08252> MN11212> MN10253，其中，在MN10253上的内禀增长率最小，显著低于其他品系，其净增殖率R0最低，种群加倍时间Dt显著长于其他品系，最不利于麦二叉蚜种群的增殖，说明MN10253的抗生性表现最为突出；MN11212次之。

表5 E型麦二叉蚜在MN品系皮燕麦上的种群趋势指数Table 5 Population growth index of biotype E of Schizaphis graminum on MN hulled oat lines

表6 E型麦二叉蚜在MN品系皮燕麦上的实验种群生命表Table 6 Life table parameters of experimental population of biotype E of Schizaphis graminum on MN hulled oat lines

2.6 E型麦二叉蚜在MN品系皮燕麦上的有翅蚜率

有翅蚜出现是蚜虫主动适应生存环境，迁飞和寻找适宜寄主的一种生存对策[20]。在MN08243、MN10253和MN11212上的有翅蚜率介于76.39%～78.26%之间，显著高于在MN06203、MN10126、MN07210、MN10209、MN08260、MN09255上；在MN08252、MN06203、MN09103、MN10126、MN07210、MN10209、MN11213、MN08260、MN09255上的有翅蚜率介于46.15%～62.51%之间，相互间无显著差异(表7)。

表7 MN品系皮燕麦上E型麦二叉蚜的有翅蚜率Table 7 Wing proportion of biotype E of Schizaphis graminum on MN hulled oat lines

3 讨 论

通过对E型麦二叉蚜在供试材料上的发育历期、若蚜死亡率、成蚜寿命、产蚜前期、产蚜量、有翅蚜比率等抗生性指标的测定，发现以单一参数为指标，12个MN品系皮燕麦对E型麦二叉蚜的抗性排序及品系间差异程度不尽相同，这说明不同品系有不同的抗性机制，与前人研究结果相似[21-22]。总体来说，在表型抗性较高的皮燕麦上，麦二叉蚜的平均发育历期及产蚜前期较长，有翅蚜比率较高，而产蚜量及种群趋势指数和内禀增长率都相对较低，对麦二叉蚜的生殖力及种群的增殖表现出了明显的抑制作用，以MN10253表现最为突出，麦二叉蚜在MN10253上的总产蚜量、种群趋势指数、内禀增长率都显著低于其他MN品系皮燕麦，产蚜前期则显著长于其他MN品系皮燕麦。再次证明胡想顺等[22]观点：在抗蚜性研究中，应该以植物抗性三机制为理论基础,不仅仅考虑综合参数，也应该注重单一参数，可以将由单一抗性参数筛选出的抗性材料， 通过杂交手段组合在一起选育综合性状好的抗蚜品种。

供试MN品系上麦二叉蚜若蚜的死亡率都较低，均不超过5.5%，且不同品系间无显著差异，这说明不同MN品系皮燕麦对E型麦二叉蚜若蚜的存活影响不大。仵均祥等[21]在不同小麦品种对麦蚜主要生命参数影响的研究中也发现，不同小麦品种上若蚜各龄期死亡率均很低，认为小麦品种的抗生性并不能造成若蚜个体直接死亡，而是通过影响其生命活动的其他方面发挥抗虫作用。本研究中，在表型中抗品系MN10253上，E型麦二叉蚜的体型普遍偏小、体重较轻，可能是影响成蚜的寿命、产蚜前期、产蚜数量的重要原因。

一般认为，抗生性是作物利用自身含有有毒化学物质或者昆虫取食刺激伤口部位产生化学或组织变化而抵抗害虫取食的一种内在属性，是抗虫性科学鉴定评价非选择性实验的关键环节。国内外已就大麦、小麦、玉米、高粱等禾谷类作物抗蚜机制进行了广泛研究[23-29]，而对燕麦抗蚜性研究较少报道。郭建国等[30]研究发现，表型中抗品系MN10253的叶片表面、表型中抗品系MN08252的叶肉组织和木质部及表型低感品系MN11213的韧皮部组织可能存在E型麦二叉蚜的抗蚜因子，表型低抗品系MN06203则对E型麦二叉蚜具有较强的机械抗性。植物的抗蚜机理十分复杂，是植物与蚜虫长期协同进化的结果，植物可以通过减少营养含量及产生次生物质干扰昆虫的正常生理代谢等手段来遏制害虫的的大发生，并且不同抗性会随作物生长变化表现出一种时间序列行为[31-33]，引起E型麦二叉蚜生殖延迟、生殖力下降的具体原因还有待做进一步的研究。

综合不同MN品系各项抗生性指标，尤其产蚜量和内禀增长率的测试结果，中抗品系MN10253的抗生性最强，中抗品系MN11212、MN08243和MN08252次之，低抗品系MN09103再次之，以中感品系MN09255和MN08260的抗生性最差，与田间抗蚜性鉴定结果基本一致。这说明抗生性机制在燕麦品种抗蚜性中确实起着关键性作用。可利用产蚜量或内禀增长率这一抗性参数，以本研究中MN10253等抗生性强的品系及MN09255或MN08260感蚜性强的品系为参照，作为判断燕麦抗蚜性的依据，应用于燕麦抗麦二叉蚜鉴定或抗蚜育种中。

麦二叉蚜是一种具有生物型分化的世界性害虫，本试验仅研究了E生物型在MN系列皮燕麦上的抗性差异，还难以全面反映MN系列皮燕麦对该类害虫抗性的稳定性和差异性，因此，有关MN系列皮燕麦对不同麦二叉蚜生物型的抗性评价还需要做进一步的补充研究。