甘蔗优良品种(系)对黑穗病的抗性评价

仓晓燕 夏红明 李文凤 王晓燕 单红丽 王长秘 李 婕 张荣跃 黄应昆

研究简报

甘蔗优良品种(系)对黑穗病的抗性评价

仓晓燕**夏红明**李文凤 王晓燕*单红丽 王长秘 李 婕 张荣跃 黄应昆*

云南省农业科学院甘蔗研究所/ 云南省甘蔗遗传改良重点实验室, 云南开远 661699

甘蔗黑穗病是严重影响中国甘蔗产业发展的系统性真菌病害, 不同的甘蔗品种对甘蔗黑穗病的抗性不一, 筛选和种植抗病品种是防治甘蔗黑穗病最经济有效的措施。为明确近年中国育成的优良品种(系)对甘蔗黑穗病的抗性, 筛选抗黑穗病优良品种供生产上推广应用, 本研究选择云南元江甘蔗黑穗病高发区, 采用人工接种浸渍法, 对中国的100个优良品种(系)进行抗性鉴定评价。结果表明, 100个优良品种(系)中56个表现高抗到中抗, 占56%, 44个表现为中感到高感2, 占44%。研究结果显示目前大面积种植和主推的闽糖69-421、新台糖22号、柳城03-182、柳城03-1137、桂糖42号、粤甘26号、桂糖02-351、云蔗09-1601等品种(系)高度感病, 而近年选育的福农15号、福农36号、福农1110、福农07-3206、福农11-2907、闽糖11-610、粤甘39号、粤甘43号、粤甘48号、粤甘49号、粤甘50号、粤糖00-236、赣蔗 02-70、云蔗99-596、云蔗03-258、云蔗04-241、云蔗06-80、云蔗07-2800、云蔗08-2060、云蔗10-2698、云蔗13-1139、云瑞10-701、德蔗09-84、德蔗12-88、桂糖08-1589、中蔗1号等26个优良品种(系)高度抗病。建议低海拔河谷甘蔗黑穗病高发区, 应加大淘汰感病主栽品种和推广应用抗病优良品种力度, 以达到品种合理布局, 控制甘蔗黑穗病大发生流行, 为甘蔗产业高质量发展提供保障。

甘蔗; 优良品种(系); 黑穗病; 人工接种; 抗性

甘蔗黑穗病是由甘蔗鞭孢堆黑粉菌[(Syd.) M. Piependr., M. Stoll et Oberw.,]引起的一种世界性重要真菌病害[1-3]。此病最初于1877年在南非纳塔尔发现[3-4], 随后在阿根廷、印度、巴西、津巴布韦、路易斯安那、古巴、菲律宾等植蔗国家严重流行, 危及制糖工业[3-10]。现今广泛分布于中国各甘蔗种植区, 严重影响甘蔗生产, 并呈日趋加重态势, 尤其旱地及宿根蔗更为严重。感病品种宿根蔗病株率高达50%以上, 严重的高达80%～90%, 造成巨大经济损失[2, 11]。甘蔗黑穗病流行为害已成为现阶段严重影响我国甘蔗高产、稳产、优质的主要障碍因素之一。因此, 科学、有效防控好甘蔗黑穗病将是我国现代甘蔗产业提质增效和高质量发展的首要任务。

国内外公认, 选育和种植抗病品种是防治甘蔗黑穗病最为经济有效的途径。澳大利亚、印度、古巴、美国、巴西等都曾发生过甘蔗黑穗病流行, 给甘蔗生产造成了严重损失。通过加强抗病育种工作, 培育和选种抗病品种, 甘蔗黑穗病才得到了有效控制[3,11-13]。目前, 中国蔗区甘蔗黑穗病发生越来越普遍, 危害损失越来越严重。要解决这一问题, 最有效的途径就是加强抗病育种工作, 培育和筛选出抗黑穗病的优良甘蔗新品种, 供蔗农选择种植, 使品种推广做到合理布局, 才能从根本上控制甘蔗黑穗病发生流行。

本研究选择云南元江甘蔗黑穗病高发区, 采用人工接种浸渍法, 于2018年和2019年对中国育成的100个甘蔗优良品种(系)进行抗甘蔗黑穗病鉴定与评价, 以期明确甘蔗优良品种(系)对甘蔗黑穗病的抗性, 为生产用种选择和有效防控甘蔗黑穗病提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试材料为中国育成甘蔗优良品种(系) 100个(表1), 感病对照品种闽糖69-421、新台糖22号、台糖134 (感小种2、抗小种1)、NCO310 (感小种1、抗小种2)4个, 抗病对照品种粤糖93-159、新台糖20号、新台糖10号(免疫小种1及小种2)、NCO376 (免疫小种1及小种2)4个[6,14]。

1.2 菌源采集与处理

分别于2017年和2018年的5月从云南元江蔗区感病品种新台糖22号采集黑穗病鞭子, 自然风干收集黑穗病菌孢子装于纸袋中, 凉干后密封于塑料袋内, 于0℃下贮存备用。接种前, 把黑穗病菌孢子置于1%琼脂糖培养基内, 在28℃的恒温箱内培养1 d后, 用光学显微镜检查病菌孢子发芽情况, 计算孢子活力(3个视野平均值), 孢子活力在90%以上可用于接种。以75 g孢子兑水1 kg, 配成5×106个mL-1(在60倍显微镜下, 一个视野有40个孢子)孢子的悬浮液。配孢子液时, 加入0.02%稀盐酸混合以破坏表面离子膜[15]。

1.3 材料准备

各供试材料选取10条生长正常的上部蔗茎, 砍取30个双芽茎段供接种。

1.4 接种

采用浸渍法, 将30个双芽茎段装入网袋浸入配好的孢子悬浮液中10 min, 取出后装入塑料袋内, 于15～28℃下保湿24 h。

1.5 种植

接种材料分别于2018年和2019年的3月种植于云南省元江县甘蔗站试验示范基地, 地块土质、肥力、灌溉、管理均一致。田间管理按当地常规进行。

1.6 试验设计

采用随机区组设计, 设3次重复, 单行区, 行长5.0 m,行距1.0 m, 每行(区)每品种种植20个芽。

1.7 病情调查

分别在6月、7月和8月各调查一次病情。每次调查记载每小区总株数和病株数, 并将病株拔除, 最后累计每小区总株数和病株数, 计算发病株率。

1.8 统计分析方法

采用DPS 9.01数据处理系统进行数据统计分析, 用Duncan’s新复极差多重比较法进行差异显著性分析(<0.05)。

1.9 抗性评价

参照文献[16]中的标准按1～9级分级进行抗性水平分类, 其中等级1～9分别表示高抗、抗病1、抗病2、中抗、中感、感病1、感病2、高感1和高感2, 其发病株率范围相应为0～3.0%、3.1%～6.0%、6.1%～9.0%、9.1%～12.0%、12.1%～25.0%、25.1%～35.0%、35.1%～50.0%、50.1%～75.0%和75.1%～100%。

2 结果与分析

由表1可知, 感病对照品种闽糖69-421表现高感2、新台糖22号表现感病1、台糖134表现高感1、NCO310表现感病2, 抗病对照品种粤糖93-159和新台糖20号均表现高抗、新台糖10号和NCO376均表现中感。100个供试优良品种(系)中, 高抗至中抗的有56个, 占56%; 中感到高感2的有44个, 占44%。其中福农系列5个、粤糖系列6个、云蔗系列9个、德蔗系列2个以及闽糖、赣蔗、桂糖、中蔗系列各1个共26个优良品种(系)表现高抗, 占26%; 福农系列2个、粤糖系列3个、桂糖系列3个、云蔗系列4个、德蔗系列3个、柳城系列1个共16个优良品种(系)表现抗病, 占16%; 福农系列4个、粤糖系列2个、云蔗系列4个、柳城系列2个和桂糖、中糖系列各1个共14个优良品种(系)表现中抗, 占14%; 福农系列3个、闽糖系列3个、粤糖系列3个、云蔗系列4个、桂糖系列5个和柳城、中糖系列各1个共20个优良品种(系)表现中感, 占20%; 福农系列2个、粤糖系列5个、云蔗系列6个、桂糖系列3个和中蔗、柳城、赣蔗系列各1个共19个优良品种(系)现感病, 占19%; 云蔗系列2个、柳城系列2个和桂糖系列1个共5个优良品种(系)表现高感, 占5%。

表1 甘蔗优良品种(系)对黑穗病的抗性

(续表1)

(续表1)

表中数据是2018年和2019年3次重复平均值±标准误。不同小写字母表示不同品种发病株率在0.05水平下差异显著。

HR: highly resistant; R 1: resistant 1; R 2: resistant 2; MR: moderately resistant; MS: moderately susceptible; S 1: susceptible 1; S 2: susceptible 2; HS 1: highly susceptible 1; HS 2: highly susceptible 2. The data in the table are means ± SEs of three duplicates in 2018 and 2019. Different lowercase letters indicate significant difference among disease incidence of different varieties at the 0.05 probability level.

3 讨论

云南是中国甘蔗野生资源重要的分布中心和世界野生甘蔗起源中心之一[17-18], 甘蔗野生资源是现代甘蔗育种中抗病基因的重要来源。研究显示中国甘蔗种质资源圃保存的野生种质资源和育种亲本中蕴藏着优良的抗病基因, 是选育抗病甘蔗品种很有利用前景的抗源种质[19-23]。本研究评价筛选的抗黑穗病品种(系), 是选育抗黑穗病甘蔗品种具有应用潜力的育种材料, 在大力推广应用的同时, 可作为抗病亲本与野生抗源种质及育种亲本杂交, 分析评价其抗病遗传力, 并建立抗病种质基因库, 进一步选育抗黑穗病品种, 供生产上推广应用。

本研究结果显示, 目前大面积种植和主推的闽糖69-421、新台糖22号、柳城03-182、柳城03-1137、桂糖42号、粤甘26号、桂糖02-351、云蔗09-1601等品种(系)高度感病, 这是近年多数蔗区甘蔗黑穗病暴发成灾的主要诱因; 而近年选育的福农15号、福农36号、福农1110、福农07-3206、福农11-2907、闽糖11-610、粤甘39号、粤甘43号、粤甘48号、粤甘49号、粤甘50号、粤糖00-236、赣蔗02-70、云蔗99-596、云蔗03-258、云蔗04- 241、云蔗06-80、云蔗07-2800、云蔗08-2060、云蔗10- 2698、云蔗13-1139、云瑞10-701、德蔗09-84、德蔗12-88、桂糖08-1589、中蔗1号等26个优良品种(系)高度抗病。建议低海拔河谷甘蔗黑穗病高发区, 应加大淘汰感病主栽品种和推广应用抗病优良品种力度, 以期达到品种合理布局, 从根本上控制蔗区黑穗病的发生流行, 为中国甘蔗产业高质量发展提供保障。

本试验中, 感病对照主栽品种闽糖69-421表现高感、新台糖22号表现感病, 抗病对照主栽品种粤糖93-159和新台糖20号均表现高抗, 这与田间多年自然抗性表现相吻合, 可见鉴定结果准确、可靠, 真实反映了供试品种(系)抗性。而黑穗病菌生理小种鉴别寄主台糖134 (感小种2、抗小种1)表现高感、NCO310 (感小种1、抗小种2)表现感病, 新台糖10号和NCO376 (免疫小种1及小种2)均表现中感, 表明云南蔗区甘蔗黑穗病菌存在不同的致病性及不同的生理小种, 这与沈万宽等[24]和陈双等[25]的研究结果基本一致。甘蔗黑穗病菌致病性和生理小种分化现象普遍存在, 美国夏威夷存在A和B 2个生理小种, 巴西至少存在2个小种, 巴基斯坦有5个小种[11-12]。目前该病菌在我国已有不同生理小种的报道, 据调查, 不同品种、同一品种不同生态区甘蔗黑穗病的发病率有明显差异[2,26]; 对澳大利亚引进的标准品种抗性测定结果与Croft等[27]测定结果存在差异, 表明我国甘蔗黑穗病菌与澳大利亚甘蔗黑穗病菌存在不同的致病性及不同的生理小种[11,28]; Shen等[29]应用SCoT标记技术对中国大陆蔗区的90个甘蔗鞭黑粉菌交配型分离物进行遗传多样性分析表明, 这些分离物具有较高的遗传多样性, 且其遗传多样性与地理来源有关; Deng等[30]在中国大陆蔗区鉴定出3个甘蔗鞭黑粉菌生理小种; 吴佳等[31]对2个不同致病力的甘蔗鞭黑粉菌转录组数据进行分析表明, 差异表达基因的KEGG代谢通路中最显著富集的信号通路是蔗糖与淀粉代谢通路和ABC转运蛋白, 推测甘蔗鞭黑粉菌吸收葡萄糖后, 可能通过糖酵解和TCA循环等途径为氨基酸合成提供碳骨架, 同时也可能作为一种小分子信号物质起着信息传递的作用。同时, ABC转运蛋白可能参与甘蔗鞭黑粉菌有性配合信号分子的转运过程, 将信号分子从胞内运输到胞外, 促进甘蔗鞭黑粉菌的有性配合。我国蔗区生态环境复杂多样, 甘蔗黑穗病菌在种内或种间会发生杂交而变异, 因此, 目前迫切需求从分子水平上来明确我国蔗区甘蔗黑穗病菌生理小种类型、优势小种及其致病性分化, 这对今后有针对性地选育抗病品种和利用抗病品种有效控制该病害的发生流行具有非常重要意义。

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Evaluation of natural resistance tosmut in elite sugarcane varieties (lines)

CANG Xiao-Yan**, XIA Hong-Ming**, LI Wen-Feng, WANG Xiao-Yan*, SHAN Hong-Li, WANG Chang-Mi, LI Jie, ZHANG Rong-Yue, and HUANG Ying-Kun*

Sugarcane Research Institute, Yunnan Academy of Agricultural Sciences / Yunnan Key Laboratory of Sugarcane Genetic Improvement, Kaiyuan 661699, Yunnan, China

Sugarcane smut is a systemic fungal disease that seriously affects the development of sugarcane industry in China. Different sugarcane varieties have various resistance to smut. Screening and planting resistant varieties are the most economical and effective measure to control smut disease. In order to determine the smut resistance of elite varieties (lines) bred in China in recent year and screen resistant varieties for application in production, the resistance of 100 Chinese elite sugarcane varieties (lines) were evaluated by artificial inoculation with the impregnation method in smut epidemic area Yuanjiang, Yunnan Province. The results revealed that 56 of the 100 elite varieties (lines) were highly resistant to moderately resistant, accounting for 56%, and 44 were moderately susceptible to highly susceptible 2, accounting for 44%. The results showed that current large-scale planted and promoted varieties (lines) Mintang 69-421, ROC 22, Liucheng 03-182, Liucheng 03-1137, Guitang 42, Yuegan 26, Guitang 02-351, and Yunzhe 09-1601 were highly susceptible. And the sugarcane varieties (lines) bred in recent years, Funong 15, Funong 36, Funong 1110, Funong 07-3206, Funong 11-2907, Mintang 11-610, Yuegan 39, Yuegan 43, Yuegan 48, Yuegan 49, Yuegan 50, Yuetang 00-236, Ganzhe 02-70, Yunzhe 99-596, Yunzhe 03-258, Yunzhe 04-241, Yunzhe 06-80, Yunzhe 07-2800, Yunzhe 08-2060, Yunzhe 10-2698, Yunzhe 13-1139, Yunrui 10-701, Dezhe 09-84, Dezhe 12-88, Guitang 08-1589, and Zhongzhe 1 were highly resistant to smut disease. It was suggested that in the high incidence area of sugarcane smut in low altitude valley, efforts should be carried out to eliminate the elite varieties susceptible to the disease and popularize and apply the superior varieties resistant to the disease in order to achieve the rational distribution of varieties, control the outbreak and epidemic of sugarcane smut, and provide guarantee for the high-quality development of sugarcane industry.

sugarcane; elite varieties (lines); smut; artificial inoculation; resistance

10.3724/SP.J.1006.2021.04257

本研究由国家现代农业产业技术体系(糖料)建设专项(CARS-170303), 云岭产业技术领军人才培养项目(2018LJRC56), 云南省技术创新人才培养对象项目(202005AD160012)和云南省现代农业产业技术体系建设专项资助。

This study was supported by the Sugar Crop Research System (CARS-170303), the Yunling Industry and Technology Leading Talent Training Program “Prevention and Control of Sugarcane Pests” (2018LJRC56), the Yunnan Province Technology Innovation Talent Training Object Project (202005AD160012) and the Yunnan Province Agriculture Research System.

黄应昆, E-mail: huangyk64@163.com; 王晓燕, E-mail: xiaoyanwang402@sina.com

**同等贡献(Contributed equally to this work)

仓晓燕, E-mail: cangxiaoyan@126.com; 夏红明, E-mail: xiahm103@163.com

2020-11-25;

2021-04-26;

2021-05-13.

URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20210513.1452.006.html