甘蔗亲本田间自然抗病性评价及广义遗传力分析

杨荣仲,唐仕云,肖 祎,李文教,雷敬超,陈道德,黄赞斌,黄海荣,陶 宇,刘昔辉,周 会

(1.广西农业科学院甘蔗研究所/农业农村部广西甘蔗生物技术与遗传改良重点实验室/广西甘蔗遗传改良重点实验室,南宁 530007;2.四川省农业特色植物研究院,四川 资中 641200;3.广西百色市农业科学研究所,广西 百色 533612)

【研究意义】抗病育种是甘蔗育种的重要目标之一,按照国家甘蔗新品种注册登记要求,目前甘蔗抗病育种过程中主要测定其对黑穗病、花叶病和梢腐病的抗性。然而在国内危害甘蔗的病害种类远多于注册登记要求,如广西发现21种[1],海南发现31种[2]。在甘蔗抗病育种过程中,蔗区发生较严重的甘蔗病害时如何有效选择并提高育成品种的抗病性是育种者必须面对的问题。因此,通过评价甘蔗亲本田间自然抗病性,明确甘蔗亲本病害发生的影响因素和遗传特性,有助于高效开展甘蔗抗病育种工作。【前人研究进展】近年来国内外在甘蔗病害发生情况、危害影响、病原菌检测鉴定及亲本与育成品种抗病性评价等方面开展了大量研究,为甘蔗抗病育种提供了有力帮助。在国内,霍秀娟等[1]调查发现,甘蔗病害种类较多,危害不同蔗区甘蔗的主要病害略有不同;韦金菊等[3]研究表明,广西蔗区存在真菌病害15种、细菌病害1种、病毒病害2种和线虫病害3种,发生严重并对甘蔗品质和产量影响最大的病害是黑穗病、锈病、梢腐病和凤梨病;极易发生流行并危害甘蔗的病害,在海南主要有黑穗病和花叶病[2],在云南有花叶病、黑穗病、梢腐病、褐条病、锈病、叶焦病、褐斑病、黄点病、眼斑病和轮斑病[4-6],在广东雷州有轮斑病、赤腐病、褐条病、锈病、紫斑病和梢腐病[7];甘蔗梢腐病的病原菌为藤仓镰孢菌种复合体,包括甘蔗镰孢菌、层出镰孢菌、轮枝镰孢菌和新知镰孢菌[8]。在国外,美国蔗区有甘蔗褐锈病、白条病、花叶病、黄叶综合症、宿根矮化病、黑穗病和橙锈病等多种病害[9],印度北方邦蔗区有甘蔗赤腐病、黑穗病、枯萎病和梢腐病[10],且许多邦存在梢腐病危害[11]。在甘蔗病害危害影响研究方面,甘蔗病害发生会影响甘蔗农艺性状和品质,造成甘蔗产量损失[12];花叶病发病率升高可导致甘蔗株高、有效茎数、蔗产量和耐寒性明显下降[13],第二年宿根黑穗病发病率与有效茎数呈极显著负相关[14],致使蔗产量损失达50.00%～62.00%[15];梢腐病、褐条病和锈病造成平均蔗产量损失分别达38.43%、25.60%和24.90%,蔗糖分降低3.54%、2.82%和3.11%[16];橙色锈病可造成甘蔗减产26.0%及纤维分下降,但对可回收糖无显著影响[17]。在甘蔗病原诊断与检测方面,Simon等[12]综述了甘蔗病害常用甘蔗样品制备和病原体检测技术的可用性及其现场诊断方法;王伟超等[18]采用室内离体接种法对甘蔗种质材料进行梢腐病抗性鉴定,并进行抗性等级划分评价;广西通过病原分离培养鉴定出13种主要真菌病害[3];云南研发出10种重要甘蔗病害分子快速检测技术[19],并应用于国内甘蔗病毒病[6,20-21]、植原体病害[22]、细菌病害[23-24]、真菌病害及相关的抗性基因[19,25-27]检测,发现甘蔗花叶病毒、高粱花叶病毒、甘蔗线条花叶病毒、甘蔗黄叶病毒和甘蔗杆状病毒的检出率分别为0、1.71%、0.57%、20.57%和69.71%[20];张荣跃等[22]研究认为,甘蔗品种间的白叶病检出率随着宿根年限的增加而升高,但升幅存在差异;田夏红等[23]研究表明,广东湛江蔗区甘蔗白条病属于白条黄单胞菌PFGE-B型基因型;王晓燕等[25]研究发现云南甘蔗褐条病病原菌新记录种;王恒波等[26]研究证实,甘蔗抗黄锈病G1标记检出率超过60.00%,且病原菌存在小种分化[28]。在抗病性评价方面,通过田间自然感病可评价甘蔗亲本或育成品种对花叶病[13]、黑穗病[14]、褐条病[25,29]和梢腐病[30-31]的抗性,或同时评价多种甘蔗病害的抗性[6,29,32-33],并筛选出一大批甘蔗抗病亲本和育种新材料,国内58.30%的甘蔗新品系高抗—中抗梢腐病,48.40%的主栽品种高抗—中抗梢腐病[34];杜金霞等[27]通过病原菌接种建立了甘蔗白条病抗性评价方法。【本研究切入点】在甘蔗抗性育种早期选择过程中,单个试验材料数量少但育种群体大,因此较难及时有效地选用抗性评价方法对育种材料进行抗病性评价,针对数百个甘蔗亲本进行田间自然抗病性评价及广义遗传力分析的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】在已开展甘蔗家系抗病性评价工作的基础上[35],以463个甘蔗亲本为试验材料,对其田间抗病性进行多年多点测试,了解其病害发生的主要影响因素、遗传特点及选育年代与来源特点,明确哪些甘蔗病害可通过试验进行抗性选择,为甘蔗杂交育种的亲本选择、组合配制与后代选择提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2017—2020年分别在广西农业科学院甘蔗研究所丁当试验基地(以下简称丁当点)、广西百色市农业科学研究所试验基地(以下简称百色点)和四川省农业特色植物研究院资中试验基地(以下简称资中点)进行。其中,丁当点383个亲本,百色点98个亲本,资中点102个亲本,各亲本信息见表1;选育年代信息主要从亲本代码中提取,不含选育年代信息则单独查询,查询不到信息则归类为年代不明。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 丁当点试验于2017—2020年实施,2017年新植试验(试验代码:D17)采用随机区组设计,重复2次,人工收获后保留宿根2年;2018年新植试验(试验代码:D18)采用随机区组设计,重复3次,机收后保留宿根2年。百色点试验于2017—2019年实施,2017年新植试验(试验代码:B17)重复1次,保留宿根2年;2018年新植试验(试验代码:B18)采用随机区组设计,重复3次,保留宿根1年。资中点试验于2017—2020年实施,2017年新植试验(试验代码:Z17)重复1次,保留宿根2年;2019年新植试验(试验代码:Z19)采用随机区组设计,重复3次,保留宿根1年。田间管理按当地正常大田生产管理措施实施。

1.2.2 病害调查与分级 D17于2018年9月和2019年9月各调查1次病害,数据代码分别为D17-1809和D17-1909;D18于2018年8月、11月和2019年9月各调查1次,数据代码分别为D18-1808、D18-1811和D18-1909。B17和B18分别在2018年9月和2019年10月各调查1次,数据代码分别为B17-1809、B17-1910和B18-1809、B18-1910。Z17在2019年9月调查1次,数据代码为Z17-1909;Z19分别在2019年9月和2020年10月各调查1次,数据代码分别为Z19-1909和Z19-2010。调查时将病害分为5级(1级无病害,3级发病较轻,5级发病中等,7级发病较重,9级发病严重[35]),其中,梢腐病参考刘梦林等[36]的方法分级;白条病分级参考傅华英等[37]的方法,等级略作调整(将其原0级调为1级,原1级和2级归并为3级,原3级调为5级,原4级调为7级,原5级调为9级);其他病害参照杨子林等[38]和Comstock等[39]的分级标准进行以下分类:叶片无病斑为1级,病斑占叶面积<10%为3级,病斑占叶面积11%～25%为5级,病斑占叶面积26%～50%为7级,病斑占叶面积51%～100%为9级。根据病害等级计算病情指数[病情指数=Σ(发病级别×该发病级别小区数)/(最高发病级别×总小区数)×100]因资中点的花叶病数据[13]、百色点的黑穗病数据[14]和丁当点的宿根黄化苗数据[40]已公开发表,本研究不再进行分析。

1.3 统计分析

试验数据采用R软件的asreml程序包和DPS 19.05进行分析;以线性混合模型对性状进行方差分解,建立最佳线性混合模型后,计算方差占比、广义遗传力和预测值。在最佳线性混合模型中,将选育年代和亲本来源作为随机因子进行方差分析,计算其概率和显著病害的预测值;采用标准化、欧氏距离和平均聚类法(UPGMA)进行亲本抗病性聚类分析。

2 结果与分析

2.1 甘蔗亲本病害发生情况

由表2可知,3个试验点共发现18种甘蔗亲本田间自然发病的病害(包括黑穗病和花叶病),其中,丁当点18种,百色点17种(未发现白叶病),资中点15种(未发现白疹病、白叶病和眼点病);甘蔗亲本病害的发病情况在试验地点、年度和作物季间存在明显差异,其中,在3个试点发病程度相对较重(病情指数平均值超过10.00)的是褐条病、赤腐病、轮斑病、黄点病和叶枯病,病情指数平均值分别为29.70、29.16、21.60、16.69和10.66,发病程度相对较轻(病情指数平均值低于1.00)的是锈病、虎斑病、白条病和眼点病,发病程度居中(病情指数平均值在1.33～4.72)的是梢腐病、紫斑病、褐斑病、叶焦病、赤条病、白疹病和白叶病。从不同试验点看,在发病程度较重的5种病害中,褐条病和赤腐病的病情指数在试验点间差异不明显,黄点病的病情指数在百色点和资中点总体上明显高于丁当点,轮斑病的病情指数在百色点和丁当点较高,在资中点中等,叶枯病的病情指数在资中点较高,在丁当点中等,在百色点较低;在发病程度居中的7种病害中,丁当点梢腐病、紫斑病、白疹病、赤条病和白叶病的病情指数明显高于百色点和资中点,其中,白叶病仅在丁当点发生,叶焦病的病情指数在百色点明显高于丁当点和资中点,褐斑病的病情指数在资中点和丁当点高于百色点;在发病程度较轻的4种病害中,白条病和虎斑病的病情指数在试验点间差异不明显,眼点病在资中点未发生,锈病的病情指数在资中点略高于丁当点和百色点。年度间发病程度差异最明显的病害是叶枯病、轮斑病、赤腐病、褐条病和紫斑病,2018年与2019年病情指数的绝对差值分别为11.99、11.21、10.43、9.78和7.25。在不同作物季间病害的变化趋势略有不同,有的病害(白条病、白叶病、白疹病、赤腐病、褐条病、叶焦病和叶枯病等)随着宿根年限的延长呈加重趋势,有的病害(轮斑病、梢腐病和锈病等)随着宿根年限的延长呈减轻趋势,而黄点病、紫斑病和赤条病等在不同作物季间呈明显波动变化。

2.2 甘蔗亲本病害的方差分析

2.2.1 丁当点甘蔗亲本病害的方差分析 由表3可知,在D17-1809的9种病害中,有8种病害存在亲本方差,其中方差占比超过10.00%的分别是锈病(33.62%)、紫斑病(24.88%)、轮斑病(17.05%)、梢腐病(16.80%)和赤腐病(16.78%),说明甘蔗病害发生确实受到了亲本的明显影响;显著性检验结果表明,除褐条病和赤条病外,其他6种病害的亲本方差均显著(P<0.05,下同)或极显著(P<0.01,下同);在D17-1909的14种病害中,有10种病害存在亲本方差,其中,占比超过10.00%的病害有轮斑病(20.57%)、赤条病(16.50%)、白疹病(14.27%)、叶枯病(12.65%)、紫斑病(12.58%)和赤腐病(12.27%),且这6种病害的亲本方差均极显著,其他4种病害的方差不显著(P>0.05,下同);对D17-1809+D17-1909的联合方差分析结果表明,其亲本病害的方差占比总体上明显低于单独方差分析,其中,超过10.00%的仅有赤腐病和轮斑病,亲本方差显著或极显著的有白叶病、赤腐病、褐条病和轮斑病。

由表3可知,在D18-1808的9种病害中,有7种病害存在亲本方差,且均极显著,其中,方差占比超过10.00%的有赤条病、黄点病、赤腐病、锈病和褐条病,分别为19.27%、16.61%、13.97%、13.38%和12.00%;在D18-1811的13种病害中,有11种病害存在亲本方差,且除眼点病外均显著或极显著,其中,方差占比超过10.00%的有锈病、轮斑病、褐条病、梢腐病、紫斑病、褐斑病和赤腐病,分别为23.13%、17.77%、13.97%、13.20%、11.22%、11.09%和10.21%;对D18-1808+D18-1811进行联合方差分析,仅发现8种病害存在亲本方差,有5种病害的方差占比显著或极显著,其中,方差占比超过10.00%的为梢腐病、锈病和黄点病,分别为14.50%、12.71%和12.14%,而与单独方差分析相比,联合方差分析亲本病害的方差占比下降、方差显著的病害种类减少;在D18-1909的14种病害中,有12种病害存在亲本方差,其中,白叶病、紫斑病、轮斑病、叶焦病、赤腐病、梢腐病、褐斑病、黄点病和叶枯病的方差占比极显著,但方差占比超过10.00%仅有白叶病、紫斑病、轮斑病和叶焦病,分别为90.32%、37.68%、20.11%和19.00%;对D18-1808+D18-1811+D18-1909进行联合方差分析,结果发现白叶病、白条病、白疹病和眼点病不存在亲本方差,其他12种病害存在亲本方差,其中,方差占比超过5.00%的有黄点病、赤腐病和梢腐病,分别为8.56%、7.84%和7.13%,显著性检验结果表明,黄点病、赤腐病、梢腐病、赤条病、轮斑病、叶斑病和紫斑病的亲本方差显著或极显著,而与单独方差分析相比,联合方差分析亲本病害的方差占比明显下降,方差显著的病害种类略有减少。

对D17-1809+D17-1909+D18-1808+D18-1811+D18-1909进行联合方差分析,结果(表3)发现,白条病、白叶病、赤条病、褐条病、虎斑病、眼点病和叶焦病的亲本方差不存在,另外9种病害存在亲本方差,其中,方差占比超过5.00%的有赤腐病、黄点病和锈病,分别为8.49%、6.84%和5.43%,亲本方差显著或极显著的病害有轮斑病、赤腐病、黄点病、锈病、褐斑病、梢腐病和紫斑病;与表2中褐条病的病情指数较高进行比较发现,进行联合方差分析时褐条病不存在亲本方差。

分析丁当点甘蔗病害亲本方差的显著次数与比率,结果(表4)发现,赤腐病和轮斑病的显著性比率最高(均为100.00%),在所有亲本方差分析中均显著或极显著;其次是锈病、黄点病和梢腐病,显著性比率均超过70.00%;再次是紫斑病和叶枯病,显著性比率均超过50.00%。因此,这些病害可在丁当点通过田间自然感病进行亲本抗病评价;显著性比率最低的病害是白条病和眼点病(均为0.00%),所有亲本方差均不存在或不显著;其次是虎斑病、叶焦病和白疹病,亲本方差显著性比率均低于20.00%,可淘汰发生这些病害的亲本。

综上所述,年内不同调查时间(月份)、不同年度和不同试验点间亲本方差占比和方差显著的病害种类存在差异;进行联合方差分析时,亲本方差占比下降,方差显著的病害种类减少;在分析的16种甘蔗病害中,赤腐病和轮斑病是亲本方差较易显著的病害,其次是锈病、黄点病、梢腐病和叶枯病等。

2.2.2 百色点甘蔗亲本病害的方差分析 由表5可知,联合方差分析B17-1809+B17-1910的14种病害中,有7种病害存在亲本方差,其中占比超过10.00%的有轮斑病、赤腐病和黄点病,分别为31.47%、21.88%和14.58%,但仅轮斑病和赤腐病的亲本方差极显著;在B18-1809的9种病害中,轮斑病、梢腐病、黄点病和赤腐病存在亲本方差,占比分别为31.24%、24.58%、18.05%和14.21%,且方差极显著;在B18-1910的11种病害中,有6种病害存在亲本方差,其中占比超过10.00%有白疹病、轮斑病和叶焦病,分别为36.76%、31.08%和27.91%,且方差极显著;在B18-1809+B18-1910联合方差分析的12种病害中,有7种病害存在亲本方差,其中占比超过10.00%的有轮斑病、赤腐病和叶焦病,分别为19.07%、13.41%和12.13%,除这3种病害外,黄点病、梢腐病和赤条病的亲本方差也显著或极显著;与单独方差分析相比,联合方差分析的亲本方差占比略有下降,方差显著的病害种类增多,说明联合方差分析更容易区分亲本的抗病性差异;在B17-1809+B17-1910+B18-1809+B18-1910联合方差分析的15种病害中,有12种病害存在亲本方差,其中,占比超过10.00%的有轮斑病、黄点病、赤腐病和梢腐病,分别为21.47%、10.94%、10.42%和10.27%,除这4种病害的亲本方差极显著外,叶焦病的亲本方差也显著,但与单独方差分析相比,联合方差分析亲本的方差占比略有下降,方差显著的病害种类较2017年试验增多,较2018年试验略少。

表4 丁当点甘蔗亲本病害的方差显著次数与比率

从表5还可看出,在百色点甘蔗亲本病害的5次方差分析中,方差显著性最好的是轮斑病,5次分析均极显著;其次是赤腐病,4次极显著;再次是黄点病、梢腐病和叶焦病,3次显著或极显著。这些亲本病害可考虑通过田间自然感病进行抗病性评价。

综上所述,百色点甘蔗亲本病害的方差占比和方差显著病害种类在年度间存在差异,联合方差分析可增加显著的病害种类;轮斑病、赤腐病、黄点病、梢腐病和叶焦病可考虑在该试验点通过田间自然感病进行亲本抗病性评价。

2.2.3 资中点甘蔗亲本病害的方差分析 由表6可知,在Z19-1909的11种病害中,有9种病害存在亲本方差,其中,占比超过10.00%的有褐条病、叶枯病、轮斑病、赤腐病、锈病和黄点病,分别为42.26%、38.14%、35.93%、26.44%、20.54%和11.52%,且方差显著或极显著;在Z19-2010的13种病害中,有7种病害存在亲本方差,其中,占比超过10.00%的有褐斑病、叶枯病、赤腐病、轮斑病和锈病,分别为24.19%、18.90%、17.64%、16.83%和14.40%,且方差显著;对Z19-1909+Z19-2010进行联合方差分析,发现褐斑病、虎斑病、梢腐病和叶焦病不存在亲本方差,其他9种病害存在亲本方差,其中,赤条病的亲本方差占比为8.50%,且方差极显著;对Z19-1909+Z19-2010+Z17-1909进行联合方差分析,发现虎斑病、梢腐病和叶焦病不存在亲本方差,其他10种病害存在亲本方差,其中,赤条病的亲本方差占比为8.50%,且方差极显著。

2.2.4 多点试验甘蔗亲本病害的联合方差分析与病害显著性影响因子 多点试验联合方差分析结果(表7)表明,16种病害中有轮斑病、黄点病和赤腐病等11种病害存在亲本方差,但仅有轮斑病、黄点病、赤腐病、叶焦病和紫斑病等5种病害的亲本方差极显著,其方差占比分别为5.76%、4.52%、4.37%、3.85%和2.07%。说明在多年、多点田间自然感病条件下,仅轮斑病、黄点病、赤腐病、叶焦病和紫斑病可用于甘蔗亲本抗病性评价。

由表7可知,在亲本、地点、试验、作物季、调查时间(月份)和重复等因素中,受亲本显著或极显著影响的病害有5种,分别为轮斑病、黄点病、赤腐病、叶焦病和紫斑病;受地点显著或极显著影响的病害有2种,分别为叶焦病和叶枯病(其中,百色点是叶焦病重发区,资中点是叶枯病重发区);受调查时间(月份)显著或极显著影响的病害有3种,分别为褐斑病、虎斑病和眼点病;受重复显著或极显著影响的病害有4种,分别为白叶病、白疹病、褐条病和叶枯病;调查中未发现受到试验和作物季显著影响的病害。

表5 百色点甘蔗亲本病害的方差分析

表6 资中点甘蔗亲本病害的方差分析

续表6 Continued table 6

比较显著主效应方差占比和显著互作方差占比(表7)发现,除褐斑病和叶枯病外,其他14种病害的显著互作方差占比均高于显著主效应方差占比,说明试验因素间互作对甘蔗亲本病害的影响更重要。在显著互作项中,除褐斑病和黄点病不存在与亲本相关的互作项外,白叶病、白疹病、赤腐病、赤条病、褐条病、虎斑病、轮斑病、梢腐病、锈病、眼点病、叶焦病、叶枯病和紫斑病13种病害均存在与亲本相关的互作显著项,说明在调查的16种甘蔗亲本病害中,虽然仅有轮斑病、黄点病、赤腐病、叶焦病和紫斑病的亲本方差极显著,但通过与亲本互作,亲本对其他病害的发生发挥着重要作用。

表7 多点试验的甘蔗亲本病害联合方差分析

续表7 Continued table 7

2.3 甘蔗亲本病害的广义遗传力

计算方差显著或极显著甘蔗亲本病害的广义遗传力,结果(表8)表明,轮斑病的广义遗传力为0.13～0.63,平均约为0.37,属中等偏低遗传力性状,19次计算中17次显著存在;赤腐病的广义遗传力为0.15～0.53,平均约为0.29,属低等遗传力性状,19次计算中16次显著存在;黄点病的广义遗传力为0.13～0.40,平均约为0.25,属低等遗传力性状,19次计算中12次显著存在;梢腐病的广义遗传力为0.10～0.50,平均约为0.27,属低等遗传力性状,19次计算中10次显著存在;锈病的广义遗传力为0.19～0.50,平均约为0.37,属中等偏低遗传力性状,19次计算中7次显著存在;紫斑病的广义遗传力为0.07～0.64,平均约为0.25,属低等遗传力性状,19次计算中7次显著存在;叶枯病的广义遗传力为0.07～0.65,平均约为0.29,属低等遗传力性状,19次计算中6次显著存在;赤条病的广义遗传力为0.15～0.42,平均约为0.25,属低等遗传力性状;19次计算中6次显著存在;叶焦病的广义遗传力为0.14～0.54,平均约为0.32,属中等偏低遗传力性状,19次计算中5次显著存在;褐条病的广义遗传力为0.12～0.69,平均约为0.36,属中等偏低遗传力性状,19次计算中4次显著存在;褐斑病的广义遗传力为0.08～0.27,平均约为0.20,属低等遗传力性状,19次计算中3次显著存在;白疹病的广义遗传力为0.26～0.52,平均约为0.39,属中等偏低遗传力性状,19次计算中2次显著存在;白叶病的广义遗传力为0.10～0.97,平均约为0.54,属中等遗传力性状,19次计算中2次显著存在;虎斑病的广义遗传力为0.16,19次计算中仅1次显著存在,属低等遗传力性状;白条病和眼点病不存在广义遗传力。

从表8可以看出,以试验点内全部数据合并进行分析时,丁当点轮斑病、赤腐病、锈病、黄点病、梢腐病、褐斑病和紫斑病的广义遗传力均显著或极显著存在,但均低于0.30,属低等遗传力性状,说明这些病害在丁当点可通过多年田间自然感病进行亲本抗病性选择;百色点轮斑病、赤腐病、黄点病、梢腐病和叶焦病的广义遗传力显著或极显著存在,其中,轮斑病的广义遗传力为0.49,属中等遗传力性状,其他病害的广义遗传力均低于0.30,属低等遗传力性状,说明在百色点轮斑病、赤腐病、黄点病、梢腐病和叶焦病可通过多年田间自然感病进行亲本抗病性选择;在资中点,仅赤条病的广义遗传力显著存在,其值为0.22,属低等遗传力性状,可通过多年田间自然感病进行亲本抗病性选择。而综合所有病害的广义遗传力数据进行分析,仅轮斑病、黄点病、赤腐病、叶焦病和紫斑病的广义遗传力在3个试验地点均显著存在,且均低于0.30,属低等遗传力性状,说明这5种病害可通过多年多点田间自然感病试验进行亲本抗病性选择。

表8 各试验点甘蔗亲本病害的广义遗传力

综上所述,白叶病属中等遗传力性状,白疹病、锈病、轮斑病、褐条病和叶焦病属中等偏低遗传力性状,叶枯病、赤腐病、梢腐病、紫斑病、赤条病、黄点病、褐斑病和虎斑病属低等遗传力性状;对广义遗传力不存在的病害,可进行反向选择淘汰感病亲本。

2.4 亲本选育年代与来源对甘蔗病害的影响

由表9可知,不同选育年代甘蔗亲本对褐条病和叶枯病的抗性具有显著或极显著影响,对其他14种病害的抗性无显著影响;不同来源甘蔗亲本对赤腐病、轮斑病、眼点病和叶枯病的抗性具有显著或极显著影响,对其他12种病害的抗性无显著影响;从对受选育年代显著或极显著影响的病害预测等级(表10)看,甘蔗亲本对褐条病的抗性以20世纪50年代和80年代表现相对较好,21世纪00年代的表现相对较差,对叶枯病的抗性以不明年代和20世纪60年代表现相对较好,20世纪90年代和50年代的表现相对较差,说明甘蔗亲本对这两种病害的抗性在选育年代间存在波动,未出现持续向好现象;从对受亲本来源影响显著或极显著的病害预测等级(表10)看,对赤腐病,台糖和国外其他亲本的抗性较好,Ho和粤糖亲本的抗性较差;对轮斑病,Ho和CP亲本的抗性较好,国内其他和桂糖亲本的抗性较差;对眼点病,云蔗和桂糖亲本的抗性较好,福农亲本的抗性较差;对叶枯病,国外其他、CP和福农亲本的抗性较好,粤糖和云蔗亲本的抗性较差。

表9 不同选育年代与来源甘蔗亲本对病害抗性的影响概率

表10 受甘蔗亲本选育年代与来源影响显著病害的预测等级

2.5 甘蔗亲本抗病性的聚类分析

以亲本方差显著或极显著赤腐病、黄点病、轮斑病、叶焦病和紫斑病预测值的平均值进行聚类,结果(表11)发现抗病性表现好的亲本有14个,约占测试亲本总数的3.02%,抗病性表现较好的亲本有123个,约占测试亲本总数的26.57%,抗病性表现中的亲本有237个,约占测试亲本总数的49.03%,抗病性表现较差的亲本有86个,约占测亲本总数的18.57%,抗病性表现差的亲本有13个,约占测试亲本总数的2.81%。可见,从聚类结果看,抗病性等级在较好及以上的亲本占比不足30.00%,近50.00%的亲本抗病性表现一般。

从实际甘蔗育种利用效果角度看,在抗病性表现好的14个亲本(表11)中,仅GT04-151、GT08-120和NYT25利用效果相对较好;在抗病性表现较好的123个亲本中,利用效果相对较好的有YZ05-51、GT46、GT04-120、GF98-296、GT04-1001、ROC11、CP94-1100、GT07-994和CP72-1210。可见,抗病性表现较好及以上的亲本,在实际育种工作中利用效果好的不足10.00%,而许多利用效果好的亲本如CP84-1198、YC84-153、GT96-211、YT85-177、CZ89-103、CP81-1254、YT83-271、YT96-86、GT89-204、YN81-762、GT05-1141、ROC25、ROC1、ROC22、GT92-66、LC05-136和YT93-159其抗病性属中等,甚至有一些利用效果较好的亲本其抗病性较差或差,如YT91-976抗病性差,YC84-125、YT89-240、YC71-374、YC82-96、GT28、ROC26、YZ89-7和YT00-236抗病性较差。

表11 甘蔗亲本的抗病性聚类分析

续表11 Continued table 11

丁当点为梢腐病发病程度相对较重(其平均病情指数为4.72,表2)的试验点,经最佳线性混合模型预测值聚类分析发现,该试验点中抗病性表现好的亲本有259个,约占该试验点测试亲本总数的67.67%,抗病性表现较好的亲本有57个,约占该试验点测试亲本总数的14.88%,抗病性表现中的亲本有47个,约占该试验点测试亲本总数的12.27%,抗病性表现较差的亲本有15个,约占该试验点测亲本总数的3.92%,抗病性表现差的亲本有3个,约占该试验点测试亲本总数的0.78%。其中,在甘蔗育种的常用亲本中,HoCP02-620、CP00-2459、GF98-296、GT04-1001、ROC11、CP72-1210、GT92-66、ROC98-0432、CP99-1893、YT83-271、ROC1、ROC22、YT89-240、YT91-976和GT29等可作为抗梢腐病亲本使用。

3 讨 论

杨荣仲等[35]在2015—2016年开展甘蔗家系抗病性评价时发现,72.16%的实生苗因叶片病害等级偏高而被淘汰,影响甘蔗抗病育种工作的正常开展。本研究进行多年多点甘蔗亲本田间自然感病试验,并按育种选择方法对病害进行等级评估,发现在分析的16种甘蔗病害中,仅轮斑病、黄点病、赤腐病、叶焦病和紫斑病的亲本方差显著或极显著,可用于进行亲本抗病性选择,其他11种病害不宜用于进行抗病性选择,但亲本方差显著的病害中包含广义遗传力较低的病害,影响亲本的抗病性选择效果;对亲本抗病性的聚类分析结果也表明,在甘蔗育种工作中,抗病性较好及以上亲本的利用率不足10.00%。杨荣仲等[35]研究表明,杂交组合中大量利用抗病表现一般、较差或差的甘蔗亲本,会导致产生大量的感病杂交后代,从而严重滞后甘蔗抗病育种工作进展。本研究中,亲本甘蔗的选育年代仅对少数病害存在波动影响,对多数病害无显著影响,未出现持续向好的选择结果;亲本甘蔗病害受试验地点、作物季、调查时间、重复等因素及其互作中某一项或多项因素的显著影响,且多数病害的互作影响比主效应更明显。因此,本研究结果可间接证实甘蔗抗病育种工作难度较大。可见,在甘蔗育种过程中进行田间抗病性选择时,在众多的影响因素中,仅考虑甘蔗基因型而忽略其他影响因素则抗病性选择效果不佳。

杨荣仲等[14,35]研究认为,甘蔗亲本抗黑穗病的广义遗传力虽然略低,但以生长后期田间自然感病等级评价亲本的黑穗病抗性具有可行性;甘蔗叶片病害评价等级可用于实生苗抗病选择。赵勇等[41]研究表明,甘蔗农艺性状也可通过分级进行评价。本研究的田间自然感病试验在2017—2020年实施,除资中点外,分析用的数据均取自2018年和2019年,未采用2017年和2020年的数据,主要原因是2017年和2020年均在进行病害调查方法调整(对2017年的调查数据进行评估发现,某些病害调查受到调查人员人为因素影响较大,资中点调查数据的联合分析效果较差可能是该因素所引起);对2018年和2019年的调查数据进行分析仍发现对有些病害(如甘蔗褐条病)的评价效果不理想,因此,2020年调查时,继续进行调查方法调整。对于亲本方差不显著的11种甘蔗病害,除受调查方法影响外,也可能受其他因素影响,如锈病、虎斑病、白条病和眼点病等可能因病情指数偏低导致亲本方差不显著;有些病害如梢腐病,试验点内亲本方差显著或极显著,但试验点间亲本方差不显著,其受病原菌影响的可能性更大。

开展甘蔗抗病育种最理想的方法是病原接种鉴定,然而国内只有少数甘蔗病害有接种鉴定方法和判定标准[42]可用,其他感病较重的病害如褐条病、赤腐病、轮斑病、黄点病和叶枯病多用田间自然选择。但田间自然选择面临许多问题,首先试验需要在病害高发区或疫区进行,育种早期选择的试验基地有可能不是病害高发区,如广西甘蔗黑穗病高发区在百色市和崇左市,花叶病高发区在北海市,紫斑病高发区在兴宾区等;其次育种材料或品种的抗病性表现在不同蔗区可能存在明显差异,如桂糖42号经鉴定在云南蔗区高感褐条病[30],在广西蔗区则抗褐条病,影响抗病性评价的实际应用效果。为提高甘蔗抗病育种水平,应合理选用甘蔗抗病亲本,在田间选择时除反向选择淘汰感病材料外,还应加强对蔗区主要病害病原的研究,了解其发生的生态条件及在蔗区的分布情况,逐步建立抗病接种鉴定方法,明确不同蔗区甘蔗生产所需的抗病评价等级,合理应用不同抗病等级的甘蔗亲本。

4 结 论

适宜不同试验点甘蔗亲本田间自然抗病性选择的病害种类存在差异,甘蔗轮斑病、黄点病、赤腐病、叶焦病和紫斑病可通过多年多点田间自然感病进行抗性选择,白条病、白叶病、白疹病、赤条病、褐斑病、褐条病、虎斑病、梢腐病、锈病、眼点病和叶枯病宜进行反向选择淘汰感病材料;合理选用甘蔗抗病亲本和改进病害抗性评价方法有利于提升甘蔗抗病育种水平。