菠菜抗霜霉病种质资源表型评价
2021-07-14戴雨柔马成昊彭枫蔡晓锋
戴雨柔 马成昊 彭枫 蔡晓锋
摘 要： 通过田间观测对菠菜抗霜霉病种质资源的植物学特性、生育周期和抗病性进行了鉴定.结果显示：59份菠菜种质资源的10个质量性状的多样性指数分布在0.25～1.23之间;8个数量性状变异系数在24.25%～42.80%之间，平均29.54%.霜霉病抗性鉴定结果表明：菠菜材料S1～S36为高抗材料，S37～S41为抗病材料，S42～S59为中抗材料.抽薹期性状调查结果表明：81.4%的材料属于抽薹早或中的材料，18.6%的菠菜材料属于抽薹晚的材料.综合考虑，菠菜材料S1株型直立，叶片卵圆、长势好、耐抽薹，试验期无任何霜霉病的病症，且霜霉病病情指数和发病率均为0，是植物学性状优良的抗菠菜抗霜霉病种质资源.
关键词： 菠菜; 霜霉病; 种质资源; 抽薹
中图分类号： S 636.1 文献标志码： A 文章编号： 1000-5137（2021）02-0259-09
Phenotype evaluation on downy mildew resistance of spinach germplasm resources
DAI Yurou， MA Chenghao， PENG Feng， CAI Xiaofeng*
（College of Life Sciences， Shanghai Normal University， Shanghai 200234， China）
Abstract： Downy mildew is the main disease in the production of spinach.The selection and evaluation of germplasm resources is the implantation and basis of the breeding of spinach against downy mildew.In this study，the spinachtraits from different germplasm resources，such as botanical characteristics，reproduction cycle and disease resistance，which have downy mildew resistance，were identifiedby field observation.The results showed that the diversity index of 10 qualitative traits of 59 spinach germplasm resources was distributed between 0.25 and 1.23，and the coefficient of variation of 8 quantitative traits was between 24.25% and 42.80%，with an average of 29.54%.The identification of the resistance to downy mildew show that the spinach materials S1 to S36 are high-resistant materials，S37-S41 are disease-resistant materials，and S42-S59 are medium-resistant materials.The results of the bolting period survey showed that 81.4% of the materials belonged to early or middle bolting materials，18.6% of the spinach materials belonged to the late bolting materials.In conclusion，the spinach material S1 has an erect plant type，oval leaves，late bolting and high resistance to downy mildew，and there was no downy mildew disease in the test period，and the downy mildew disease index and incidence rate were both 0. It was excellent germplasm resource for resisting to spinach downy mildew and for late bolting breeding.
Key words： spinach; downy mildew; germplasm resource; bolting
0 引言
菠菜（Spinacia oleraceaL.）又名波斯菜、赤根菜、鸚鹉菜等，苋科藜亚科菠菜属，一年生或二年生草本植物，以叶和茎为食，营养丰富，含有较多蛋白质、维生素、膳食纤维.菠菜抗寒性强、适应性广、生育期短，易快种连收，且产量高、供应期长[1].
菠菜是上海市民餐桌上最常见的绿叶菜类蔬菜之一，上海地区菠菜栽培多为设施大棚栽培，且栽培密度高，但在春初和秋冬栽培过程中低温高湿、种植密度大等因素经常导致菠菜霜霉病（Peronospora farinosa f. sp. Spinaciae，Pfs）爆发，造成重大的损失[2].菠菜霜霉病是由专性寄生菌引起的气传真菌病害，主要危害植株叶片，苗期和成株期均可发生，严重影响菠菜的产量和品质，降低经济效益[3].菠菜霜霉病菌是专性寄生真菌，不同地区存在着生理小种分化现象，到目前为止，已经分离鉴定出16个菠菜霜霉病菌生理小种，并建立了相关的标准方法来鉴别寄主[4].上海地区菠菜霜霉病主要以9号生理小种为主[5]，为了选育抗病的优良新品种并满足上海市菠菜周年生产的需要，本文作者对前期筛选出的59份菠菜材料进行比较试验，调查其植物学特性、生育周期和抗病性，以筛选出抗病的优良种质资源，为后期菠菜抗霜霉病新品种选育提供材料支撑.
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验在上海师范大学植物种质资源中心的实验基地的同一个大棚内进行，试验田土壤疏松、肥力中等，前茬作物为快菜.参试的59份菠菜种质资源为植物种质资源开发中心所保存.
1.2 处理设计
试验于2019年10月在上海师范大学植物种质资源开发中心生物基地进行，拱棚高3 m，跨度8 m，共设42个畦（小区），小区面积约10 m2，试验面积378 m2.试验田地势平坦、排灌方便、肥力中等，土质为轻黏土，平畦栽培，畦长4.9 m，宽1.9 m，小区周围设保护行，每小区11行.试验采用随机区组设计，设置3次重复，拱棚中采用平畦直播，每行定植50株.试验于2019年11月初直播，正常田间管理，整个生育期追肥1次，每小区施尿素1.2 kg.于菠菜商品期，对不同菠菜品种的植物学特性、生育周期和抗病性进行统计分析.
1.3 调查项目
采收时每小区随机选取其中有代表性的植株数株，并考查它们的株型、挺直度、叶形、叶尖、叶基、叶褶皱、叶光泽、叶色、柄色、裂刻、对数、单株叶数、叶绿素含量、株高、株幅、叶片长、叶片宽、叶柄长和叶柄宽等植物学性状.此外，根据上海当地的气候特点，秋冬播种，并以实验小区的植株为观察对象，在候物期观测的基础上，统计每份种质从出苗到出薹以及开花的天数，来确定种质出薹和开花的早晚.
1.4 观测记载性状的方法与标准
在菠菜采收期间，记录菠菜的主要形态性状.质量性状采用目测，数量性状采用具体的测量方法.观测标准参照《菠菜种质资源描述规范和数据标準》
1.6 鉴定菠菜霜霉病抗性的方法
1.6.1 鉴定材料准备
对菠菜霜霉病抗性的鉴定采取苗期人工接种的方法，供试品种的种子经5%（体积分数）次氯酸钠溶液浸泡消毒10 min后，用清水冲洗，放入垫有两层滤纸的培养皿中，然后于恒温培养箱中28 ℃催芽.待胚根长至0.5 cm左右时，将其播于塑料育苗钵内，播种基质为消毒的蛭石/草炭营养土（3∶1，体积比），每钵1粒，每品种重复3次，每重复15株苗.15～25 ℃温室内育苗.
1.6.2 接种方法
接种液以主流生理小种为接种病原物，接种液中孢子囊浓度为1×105mL-1.
于第一片真叶2 cm长时接种，采用喷雾接种法，使病原孢均匀喷洒在真叶上，直至菌液将要从叶片上滴落.接种后于温度20 ℃左右、湿度100%左右的温室中，黑暗保湿约24 h，将植株置于15～20 ℃温室中培养.
1.6.3 病情调查与分级标准 于接种后10 d左右调查发病情况，记录病叶数及病级.
病级的分级标准见表3.
其中，si为发病级别，ni为相应发病级别的株数，i病情分级的各个级别，N为调查总株数.种质群体对霜霉病的抗性依苗期病情指数分5级，见表4.
筛选致病力较高的，且有区域代表性的病原菌株;严格控制接菌液的浓度和试验条件的一致性;育苗基质经高压蒸汽灭菌，苗钵经充分洗净;设合适的抗病和感病对照品种;加强栽培管理，使幼苗生长健壮、整齐一致.
2 结果与分析
2.1 植物学性状分析
2.1.1 不同菠菜种质资源质量性状比较
对59份菠菜种质资源的10个质量性状指标进行了调查分析（表5），结果表明：10个质量性状的多样性指数（H'）分布在0.25～1.23 之间，其中叶形、叶面褶皱程度和叶裂刻的多样性指数较高，均不低于1.00，分别为1.00，1.23和1.17;株型多样性指数最小（0.25）.在10个质量性状中，株型以半直立为主，占全部菠菜材料的93.2%;叶片挺直度以挺直为主，占全部菠菜材料的71.1%，下垂型叶片仅占8.5%;叶形以戟形叶为主（50.8%），其次是椭圆叶形（32.2%）;叶尖性状以圆形叶为主，占到所有菠菜材料的66.1%，其次是叶尖性状为尖的菠菜材料，达到27.1%，叶尖性状为锐尖的最少，只有6.8%;叶基形态以凹为主，占所有样本的78.0%;叶面褶皱程度为微皱的略多，占全部菠菜材料的39.0%，平滑与皱的数量相近，各占28.8%和27.1%，多皱的稀少，只占5.1%;大多数菠菜材料都不具有叶面光泽度，占所有菠菜材料的83.1%;叶色以绿和深绿色为主，各占54.2%和42.4%，浅绿色的品种只占比3.4%，无黄绿品种与红色品种;叶柄色以红色为主，占全部菠菜材料的81.3%，其余的紫红叶柄与粉红叶柄品种分别只占13.6%与5.1%.同时调查显示：59个菠菜材料以有浅叶裂刻和无叶裂刻的菠菜材料为主，所占比例相同，都为40.7%;叶裂刻深及中度的占比较小，分别为10.1%和8.5%，在这些有叶裂刻的处理中，裂片对数大多数为2.
注：，其中，Pi为某一性状在第i个级别出现的频率
2.1.2 不同菠菜材料的数量性状比较分析
对59份菠菜资源的8个数量性状进行了统计分析（表6），结果表明：各数量性状差异不明显，变异系数在13.87%～42.80%之间，平均为29.54%，其中叶柄宽的变异系数最大，为42.80%;叶绿素含量的变异系数最小，为13.87%;而剩下的6个数量性状的变异系数均在24.00%～40.00%这个区间，整体变异系数较大.另外在59份菠菜材料的8个数量性状中，株幅的极差最大，为44.2 cm，说明59份菠菜材料中株幅的遗传多样性最丰富.综合各数量性状的极差和变异系数，这8个数量性状之间存在着较明显的遗传差异.
注：表格采用Excel 2019对数据进行统计，并计算各性状的最大值、最小值、平均值、标准差以及变异系数，变异系数=标准差/平均值
2.2 霜霉病抗性分析
因菠菜第二年春季返青后容易发生霜霉病，在2019—2020年，采用苗期人工接种的方法对上海师范大学植物种质资源开发中心保存的菠菜材料抗病性进行了鉴定，结果如表7所示.霜霉病抗性最好的菠菜材料是S1～S36，相较于其他23个菠菜材料，这36个材料作为高抗材料并无任何霜霉病的病症，其霜霉病病情指数和发病率均为0;S37～S41这5个菠菜材料属于抗病材料，霜霉病的病情指数和发病率在8.1%～9.1%之间;S42～S59为中抗材料，其中S42，S50，S51和S56的霜霉病病情指数和发病率是所有59份菠菜材料中最高的，都达到了18.2%.
注：“高抗”为XDI<1，“抗病”为1≤XDI<10，“中抗”为10≤XDI<20;病情指数XDI的计算详见1.6.3
2.3 生育周期分析比较
参试菠菜品种抽薹期和开花期如表8所示.由表8可知：参试的59份菠菜材料中抽薹期最长可达169 d，如S3和S42;最少的为112 d，如S45.此外，大部分菠菜材料的开花期与抽薹期的相关性不明显，比如S4开花期为184 d，抽薹期却只有127 d.参照抽薹早晚的标准，S45，S11，S13，S48，S50，S34，S16，S27，S32，S33，S41，S55，S59和S4这14份样本由于抽薹期均低于130 d，属于抽薹极早的菠菜品种，占所有样品总量的23.7%;S10，S17，S19，S20，S21，S22，S28，S30，S36，S40，S53，S54，S56，S57，S58，S18，S5，S23，S24，S26，S51，S6，S35，S38，S7，S8，S9，S25，S46，S47，S49，S52，S12和S14这34份菠菜材料的抽薹期为131～150 d之间，属于抽薹“中”的品种，占样本总量的57.6%;S2，S43，S31，S15，S1，S39，S37，S44和S29这9份菠菜材料的抽薹期为151～165 d之间，属于抽薹晚的品种，占样本总量的15.3%;剩下的S3和S42这2份样本的抽薹期大于165 d，属于抽薹极晚的菠菜品种，仅占所有样品总量的3.4%.综上所述，59份菠菜材料中81.4%的材料属于抽薹早或中的材料，18.6%的菠菜材料属于抽薹晚或极晚的材料.
注：抽薹期小于60 d为“极早”;60～130 d为”早”;131～150 d为”中”;151～165 d为”晚”;大于165 d为”极晚”
3 讨论及结论
产量是菠菜品种选育的重要指标，而株型、单株叶数、叶片大小、单株质量等是菠菜产量构成的主要因素[6]，也是菠菜进行种质资源评价、引种和分类的主要依据.田闵玉等[7]通过对14份菠菜材料进行评价，筛选出适宜在西宁地区及周边生态环境相似的地区种植的菠菜品种（系）;李岩等[8]对14份菠菜品种进行植物学性状评价，筛选出适于作为天津地区早春菜农栽培的品种;李殿波等[9]对北京市海淀区和昌平区引进的20份菠菜品种进行植物性状和抗病性评价与鉴定，筛选出适宜于京郊春大棚菠菜的主栽品种.本研究通过对59份菠菜材料进行植物学性状及菠菜品种抽薹、开花期综合评价，筛选出菠菜材料两株表现最優的品种S1和S42，其植株株型直立、叶片卵圆，叶尖圆、叶基凸，叶面有褶皱且富有光泽，叶色呈深绿色，叶绿素含量较高，且抽薹、开花期晚.
菠菜是典型的长日照蔬菜，在长日照（日照时间大于13 h）条件下，即使不经受低温，也可分化花芽并抽薹开花[6].在春茬、夏茬和早秋菠菜栽培过程中，如果栽培的品种不耐抽薹，经常会出现早期抽薹现象，对生产造成巨大的损失.因此培育耐抽薹的菠菜品种也是目前菠菜育种的重要目标.参试的59份菠菜材料大部分属于抽薹早或中的材料，占到所有菠菜材料总量的81.4%，只有18.6%的菠菜材料属于抽薹晚或极晚的材料，这些材料为后期选育耐抽薹菠菜品种提供基础材料.
菠菜在中国可以实现周年栽培，但在长期、固定栽培生产环境中，菠菜病害也随之发展，危害加重，尤其是春、秋两季霜霉病的大规模暴发，常造成重大的损失[2].李殿波等[9]通过田间霜霉病自然发病，鉴定出17份菠菜霜霉病抗性品种.本研究通过人工霜霉病孢子接种，对59份菠菜种质资源进行了霜霉病抗性鉴定，结果表明：59份材料中S1～S36为高抗材料，无任何霜霉病的病症;S37～S41为抗病材料;S42～S59为中抗材料.结合植物学性状结果，菠菜S1表现最优，其植株株型直立、叶片卵圆，叶尖圆、叶基凸;叶面有褶皱且富有光泽，叶色深绿，叶绿素含量也较高;抽薹晚，高抗霜霉病，是后期选育耐抽薹抗霜霉病的优异种质资源.
本研究对上海地区59份菠菜种质资源的植物学性状、抗病性及生育期进行评价与鉴定，人工接种霜霉病孢子以筛选出抗霜霉病的优良种质资源，为后期菠菜抗霜霉病新品种选育提供材料支撑.
参考文献：
[1] 蔡晓锋，葛晨辉，王小丽，等.上海地区菠菜周年栽培技术 [J].长江蔬菜，2018（9）：23-25.
CAI X F，GE C H，WANG X L，et al.Anniversary cultivation techniques ofSpinacia oleraceaL.in Shanghai city [J].Journal of Changjiang Vegetables，2018（9）：23-25.
[2] 蔡晓锋，王小丽，徐晨曦，等.菠菜霜霉病抗性遗传与育种研究进展 [J].长江蔬菜，2018（10）：50-54.
CAI X F，WANG X L，XU C X，et al.Research progress on genetics and breeding of downy mildew resistance in spinach[J].Journal of Changjiang Vegetables，2018（10）：50-54.
[3] CHOI Y J，HONG S B，SHIN H D.Re-consideration of Peronospora farinosa infecting Spinacia oleracea as distinct species，Peronospora effuse [J].Mycological Research，2007，111（4）：381-391.
[4] FENG C D，SAITO K，LIU B，et al.New races and novel strains of the spinach downy mildew pathogen Peronosporaeffusa [J].Plant Disease，2017，102（3）：613-618.
[5] 蔡晓锋，郁征宇，王小丽，等.上海菠菜霜霉病菌生理小种鉴定及分子检测 [J].上海师范大学学报（自然科学版），2018，47（6）：658-663.
CAI X F，YU Z Y，WANG X L，et al.Identification and molecular detection of physiological race of spinach downy mildew pathogen in Shanghai [J].Journal of Shanghai Normal University（Natural Sciences），2018，47（6）：658-663.
[6] 蔡晓锋，葛晨辉，王小丽，等.中国菠菜育种技术研究现状及展望 [J].江苏农业学报，2019，35（4）：996-1005.
CAI X F，GE C H，WANG X L，et al.Advances and perspectives in research of spinach breeding technology in China [J].Jiangsu Journal of Agricultural Sciences，2019，35（4）：996-1005.
[7] 田閔玉，任延靖，蔡晓锋，等.14份引进菠菜品种（系）在西宁地区温室的适应性 [J].分子植物育种，2019（10）：1-13.
TIAN M Y，REN Y J，CAI X F，et al.Adaptability of 14 imported spinach varieties （strain） in greenhouse in Xining area [J].Molecular Plant Breeding，2019（10）：1-13.
[8] 李岩，李海燕，王锐竹，等.早春塑料大棚菠菜品种比较试验 [J].天津农林科技，2019（3）：5-7.
LI Y，LI H Y，WANG R Z，et al.Comparative test of Spinaia varieties in greenhouse in early spring [J].Science and Technology of Tianjin Agriculture and Forestry，2019（3）：5-7.
[9] 李殿波，郑禾，辛燕，等.京郊春大棚菠菜品种比较试验 [J].北京农业，2013（30）：50-52.
LI D B，ZHENG H，XIN Y，et al.Comparison test of spinach varieties in spring greenhouses in Beijing suburbs [J].Beijing Agriculture，2013（30）：50-52.
（责任编辑：顾浩然，郁慧）
