帶黑穗病菌蔗種的種植對蔗莖產(chǎn)量和蔗糖分的影響

王文治等

摘 要 甘蔗黑穗病是甘蔗種植過程中危害較為嚴(yán)重的病害之一，影響甘蔗的蔗莖產(chǎn)量和蔗糖分質(zhì)量。為對黑穗病爆發(fā)比較嚴(yán)重的蔗區(qū)提供一種合理的種植模式，分別在2012年農(nóng)歷立春前及立夏前種植帶黑穗病菌的甘蔗種莖，以種植未感染黑穗病菌的健康甘蔗種莖作為對照，觀察這2期甘蔗生長過程的黑穗病發(fā)病情況，以及對甘蔗有效莖、株高、莖徑和錘度的影響。結(jié)果表明：在不同的氣候環(huán)境下，種植攜帶黑穗病菌的蔗種黑穗病發(fā)病差異顯著；攜帶黑穗病菌的蔗種宜冬春早種，利用冬春季節(jié)陰冷潮濕的天氣，延遲黑穗病菌的萌發(fā)，減少對有效莖的侵害，進(jìn)而減少對產(chǎn)量的影響。

關(guān)鍵詞 甘蔗；黑穗??；甘蔗種植

中圖分類號 S566.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

Abstract Sugarcane smut is one of the most serious diseases in sugarcane production. It will seriously affect the cane yield. In the study， sugarcane seedcanes carrying smut pathogen were planted while healthy seedcanes were used as the control in spring and summer in 2012. Smut disease， effective stalks， height， diameter and brix were checked. It was revealed seedcanes carrying smut pathogen would lead to severe disease， and the seedcanes carrying smut pathogen should be planted in spring and winter to delay the occurance the disease and further alleviate loss.

Key words Sugarcane；Sugarcane smut（Sporisorium scitaminea Syd.）；Sugarcane production

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2014.09.004

甘蔗黑穗?。⊿ugarcane smut）又名甘蔗鞭黑穗病、黑粉病、灰孢病，是由黑粉菌（Sporisorium scitaminea Syd.）引起的真菌病害，是世界性的甘蔗主要病害之一，可造成甘蔗嚴(yán)重減產(chǎn)和蔗糖分損失[1-4]。病害爆發(fā)時，能使甘蔗感病品種宿根蔗減產(chǎn)90%以上[5]。中國蔗農(nóng)約為2 000萬人[6]，蔗區(qū)地形復(fù)雜，60%屬丘陵坡地，經(jīng)營規(guī)模小而且分散，人均生產(chǎn)規(guī)模小于0.5 hm2[7]，甘蔗健康種苗未能得到全面的推廣應(yīng)用，小作坊式的蔗農(nóng)通常是自己種的甘蔗自己留下來做種。而中國于1932年在廣州首先發(fā)現(xiàn)甘蔗黑穗病，至今只要有種甘蔗的地方，都發(fā)現(xiàn)有黑穗病的發(fā)生[8]。因此，蔗農(nóng)自己所留的蔗種必然帶有一定的黑穗病菌，如果種植管理不好，必然導(dǎo)致黑穗病的持續(xù)蔓延與發(fā)生，嚴(yán)重影響甘蔗的產(chǎn)量和蔗糖分。

甘蔗黑穗病爆發(fā)的嚴(yán)重程度與甘蔗種植的環(huán)境有很大關(guān)系，在不同的種植環(huán)境下，黑穗病菌對甘蔗產(chǎn)量影響的嚴(yán)重程度也不一樣。前人的研究結(jié)果表明，黑穗病孢子在溫度25～30 ℃、濕度相對飽和時萌發(fā)最好。而在低溫下萌發(fā)較慢，較為潮濕的環(huán)境下甚至?xí)ッ劝l(fā)能力[8]。本研究分別在2012年農(nóng)歷立春前及立夏前2種氣候環(huán)境下種植帶黑穗病菌的甘蔗蔗種（前者簡稱春植蔗、后者簡稱夏植蔗），同時種植未感染黑穗病菌的健康甘蔗種莖作為對照（簡稱CK），觀察這2期甘蔗生長過程中黑穗病的發(fā)病情況，并闡述在不同的氣候環(huán)境下種植帶黑穗病菌蔗種對甘蔗產(chǎn)量的影響。

1 材料與方法

1.1 材料

本實驗所用黑穗病菌由本實驗室分離、鑒定、保存，帶黑穗病菌蔗種來自海南省臨高海南甘蔗試驗示范基地，甘蔗品種為海南蔗區(qū)的當(dāng)家品種新臺糖22號。

1.2 方法

1.2.1 甘蔗黑穗病菌的PCR檢測 將本實驗室保存的黑穗病菌絲體接種于馬鈴薯葡萄糖瓊脂固體培養(yǎng)基上，置于28 ℃黑暗培養(yǎng)5 d，刮起少量白色菌絲體于研缽中，加少許CTAB，研磨成勻漿，通過CTAB法分離得到黑穗病菌的DNA，作為PCR檢測中的正對照。

選取側(cè)芽抽出黑穗鞭及主莖抽出黑鞭的甘蔗各1條，健康甘蔗1條，切取2條甘蔗每一節(jié)的莖塊100 mg，置于研缽中，液氮研磨成粉末，通過CTAB法，提取DNA。

以黑穗病菌檢測引物bE4（CGCTCTGGTTCATC

AACG）和bE8（TGCTGTCGATGGAAGGTGT）為DNA擴增引物[9]，對菌絲體DNA和感病甘蔗莖塊DNA進(jìn)行擴增，PCR擴增體系為：其總體積為25 μL，內(nèi)含10×buffer（含1.5 mmol/L Mg2+）2.5 μL、dNTPs（2.5 mmol/L each）2 μL、 bE4（10 μmol/L）1μL、 bE8（10 μmol/L）1 L、 Taq酶（2.5 U/μL）0.2 μL（購自TIANGEN公司）、 模板DNA 2 μL、 ddH2O 16.3 μL。PCR反應(yīng)程序為： 94 ℃ 5 min；94 ℃ 40 s，55 ℃ 40 s，72 ℃ 1 min，35個循環(huán)；72 ℃ 10 min。擴增產(chǎn)物用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測。

1.2.2 帶黑穗病菌蔗種的采集、檢測與種植 分別在農(nóng)歷立春前及立夏前于海南臨高海南甘蔗示范基地采集側(cè)芽抽出黑穗鞭的甘蔗莖稈，切成單芽莖段。為確保所種植的每個莖段含黑穗病菌，對每個莖段以1.2.1方法進(jìn)行帶黑穗病菌檢測，選取明確檢測到黑穗病菌的莖段，去除未檢測到病菌的莖段，然后單芽種植。2個季節(jié)所種甘蔗均選擇未發(fā)現(xiàn)過黑穗病的地塊進(jìn)行種植，種植過程中人工的水肥管理條件一致。種植時均配合種植健康的未攜帶黑穗病病菌的甘蔗蔗種作為對照。

1.2.3 兩季甘蔗拔節(jié)初期黑穗病調(diào)查 待2個季節(jié)所種甘蔗生長至拔節(jié)期時，分別調(diào)查2期甘蔗黑穗病的發(fā)病情況。

1.2.4 兩季甘蔗成熟期黑穗病調(diào)查 調(diào)查兩季甘蔗成熟期甘蔗黑穗病的發(fā)生情況，并統(tǒng)計有效莖數(shù)、株高、莖徑和錘度。在株高調(diào)查過程中，主莖抽出黑鞭的視為無效莖，不進(jìn)行株高測量，而只挑取正常生長未發(fā)病或僅側(cè)芽抽出黑鞭的莖稈進(jìn)行株高的測量。調(diào)查春植及夏植蔗莖粗時，隨機挑取未發(fā)病或僅側(cè)芽抽出黑鞭的莖稈進(jìn)行莖粗的測量。在錘度調(diào)查中，本實驗側(cè)重于比較側(cè)芽抽出黑鞭的甘蔗莖稈與健康未感病甘蔗莖稈之間的垂度比較，觀察發(fā)病的甘蔗是否對甘蔗錘度產(chǎn)生影響。因此，測量時分別選取春植和夏植側(cè)芽抽出黑鞭莖稈各15條，CK健康莖稈10條，檢測其錘度。

2 結(jié)果與分析

2.1 甘蔗黑穗病的PCR檢測

PCR擴增產(chǎn)物的凝膠電泳顯示，菌絲體DNA和感病甘蔗莖稈DNA均能擴增出大小一致的DNA片段，約459 bp（圖1），而健康甘蔗莖稈DNA未能擴增出該片段。對PCR產(chǎn)物進(jìn)行序列測序，測序結(jié)果在NCBI上經(jīng)Blast分析，與前人獲得的Ustilago屬黑穗病菌bE交配型基因序列（U61290.1、U61291.1）的同源性達(dá)99%，表明這些甘蔗莖稈都帶有黑穗病菌。

2.2 兩季節(jié)拔節(jié)初期黑穗病發(fā)生情況的調(diào)查結(jié)果

由圖2可知，立春前種植的帶黑穗病菌甘蔗共90株，僅有1株在拔節(jié)初期發(fā)現(xiàn)黑穗病，發(fā)病率為1.1%。立夏前種植的帶黑穗病菌甘蔗共60株，但在拔節(jié)初期已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有19株感染了黑穗病，發(fā)病率達(dá)到了31.7%。而兩季節(jié)所種植的健康甘蔗，均未發(fā)現(xiàn)有感病植株。由此可見，夏植帶黑穗病菌的蔗種黑穗病發(fā)病比較早，也比較嚴(yán)重。拔節(jié)初期所發(fā)現(xiàn)黑穗病癥狀主要以主莖抽出黑鞭為主（圖3），主要影響后期的有效莖數(shù)，進(jìn)而影響甘蔗的產(chǎn)量和蔗糖分。

2.3 兩季甘蔗成熟期黑穗病發(fā)病率調(diào)查

從圖4可以看出，春植蔗到了成熟期總體發(fā)病率達(dá)到52.5%，其中僅側(cè)芽抽出黑鞭的占47.2%，而主莖抽出黑鞭的占5.3%（統(tǒng)計時，一叢里面既有側(cè)芽抽黑鞭也有主莖抽黑鞭的均算做主莖抽黑鞭）。夏植蔗到了成熟期發(fā)病率已經(jīng)達(dá)到100%，其中僅側(cè)芽抽出黑鞭的占24.6%，而主莖抽出黑鞭的占75.4%。兩季所種植的健康植株依然未發(fā)現(xiàn)感病植株。由此可見，由于夏植帶黑穗病菌甘蔗發(fā)病比較早，拔節(jié)初期即發(fā)病，因此，夏植蔗黑穗病的癥狀大部分為主莖抽出黑鞭，嚴(yán)重影響有效莖數(shù)，總體發(fā)病率嚴(yán)重。而春植蔗因發(fā)病較晚，主莖長勢較好，黑穗病的癥狀以側(cè)芽抽出黑穗鞭為主，總體發(fā)病率也較低。

2.4 兩季甘蔗成熟期有效莖數(shù)調(diào)查

由圖5可知，春植蔗由于黑穗病發(fā)病晚，以側(cè)芽抽出黑穗鞭為主，不影響其有效莖數(shù)，因此其平均有效莖數(shù)為4.34條，與CK的有效莖數(shù)4.45條無太大差別。而夏植蔗黑穗病爆發(fā)得早，以主莖抽出黑鞭為主，嚴(yán)重影響了有效莖數(shù)，其僅為2.46條。方差分析結(jié)果顯示，春植蔗的有效莖數(shù)與CK的p值為0.15，>0.05，差異不顯著。而夏植蔗的有效莖數(shù)與CK的p值為0.002 5，<0.01，差異極顯著。說明甘蔗黑穗病對夏植甘蔗的有效莖數(shù)的影響極大，是導(dǎo)致甘蔗減產(chǎn)和蔗糖分降低的重要因素。

2.5 兩季甘蔗成熟期株高調(diào)查

由圖6可知，CK株高為2.60 m，春植蔗為2.65 m，夏植蔗為2.53 m。方差結(jié)果顯示，3個數(shù)值之間的p值為0.538，>0.05，差異不顯著。說明包括夏植蔗在內(nèi)，如果黑穗病發(fā)病晚，主莖不抽黑鞭，對株高就不會太大的影響。而如果黑穗病發(fā)病早，主莖抽出黑鞭，大部分變成無效莖，對其測量株高就沒有意義。

2.6 兩季甘蔗莖粗調(diào)查

在調(diào)查春植及夏植蔗時，隨機挑取未發(fā)病或僅側(cè)芽抽出黑鞭的莖稈，對其莖粗進(jìn)行測量。結(jié)果顯示：春植蔗平均莖粗28.69 mm，夏植蔗平均莖粗27.96 mm，CK平均莖粗27.85 mm。由圖7可知，方差分析3組數(shù)值之間的p值為0.646，>0.05，差異不顯著。說明種植帶黑穗病菌蔗種，如果黑穗病發(fā)病晚，主莖不抽黑鞭，對莖粗的影響不大。如果黑穗病發(fā)病早，主莖抽出黑鞭，大部分變成無效莖，也無意義測量其莖粗。

2.7 兩季甘蔗錘度調(diào)查

在錘度調(diào)查中，本實驗側(cè)重于比較側(cè)芽抽出黑鞭的甘蔗莖稈與健康未感病甘蔗莖稈之間的錘度，觀察發(fā)病的甘蔗是否對甘蔗錘度產(chǎn)生影響。由圖8可知，CK健康莖稈的平均值為19.7，而側(cè)芽抽黑鞭的錘度平均值為19.3，比健康甘蔗略低。方差分析2組數(shù)值之間的p值為0.588 6，>0.05，差異不顯著。說明感染黑穗病且側(cè)芽抽出黑鞭的對其錘度影響不大。

2.8 兩季甘蔗種植月份及溫度變化曲線圖

海南屬熱帶海洋性氣候，常年雨水較為充足，除了年前年后會有幾天低溫天氣外，全年氣溫基本在25 ℃以上。從圖9中可以看出，本實驗春植蔗種植時為2012年1月，1月日平均最高氣溫為19.2 ℃，2月日平均最高氣溫為21.2 ℃，1、2月中會出現(xiàn)幾天溫度在12 ℃左右的較低溫天氣。因此這2個月相對陰冷潮濕，不利黑穗病菌萌發(fā)。而本實驗所種夏植蔗時為2012年5月，5月日平均最高氣溫達(dá)33.3 ℃，6月日平均最高氣溫達(dá)32.6 ℃，屬高溫多雨天氣，對黑穗病菌的萌發(fā)極其有利[10]?；蛟S正是這個因素導(dǎo)致本實驗所種夏植蔗黑穗病在分蘗拔節(jié)期就大量發(fā)病，主莖抽黑鞭嚴(yán)重，大大影響有效莖數(shù)，進(jìn)而嚴(yán)重影響甘蔗產(chǎn)量。而春植蔗因氣候相對陰冷潮濕，不利黑穗病發(fā)病，因此春植蔗發(fā)病晚，后期發(fā)病基本表現(xiàn)為側(cè)芽抽黑鞭，對有效莖、株高、莖粗、錘度的影響都比較小，對甘蔗產(chǎn)量的影響也會比較小。

3 討論與結(jié)論

每一種病害的發(fā)生與環(huán)境條件都密切相關(guān)，黑穗病也不例外。本實驗春植和夏植帶黑穗病菌蔗種，發(fā)病程度差異明顯。春植蔗黑穗病發(fā)病晚，拔節(jié)初期基本未見發(fā)病，發(fā)病率僅為1.1%，到了成熟期發(fā)病率為52.5%，其中側(cè)芽抽出黑鞭的占47.3%，而主莖抽出黑鞭的占5.2%。而夏植蔗發(fā)病早，在拔節(jié)初期發(fā)病率就達(dá)31.7%，此時發(fā)病主要影響主莖，從而影響有效莖的生成，到了成熟期，總體發(fā)病率達(dá)到100%，主莖抽出黑鞭的占到了75.4%，而僅是側(cè)芽抽黑鞭的占24.6%。同時黑穗病發(fā)病的早與晚對甘蔗有效莖的影響極大。春植蔗單芽種植，有效莖為4.34條，而CK為4.45條，差異不明顯。而夏植蔗單芽種植有效莖僅為2.46條，差異極為顯著。因此有效莖減少，必然導(dǎo)致甘蔗減產(chǎn)。

甘蔗產(chǎn)量除有效莖外，另外2個構(gòu)成要素為莖粗及株高。本實驗只對未發(fā)病和僅側(cè)芽抽出黑鞭的莖稈進(jìn)行株高和莖粗的調(diào)查，而摒棄了主莖抽出黑鞭的莖稈。因為一旦主莖抽出黑鞭，基本可以算作無效莖了，再測量其株高和莖徑?jīng)]有意義。實驗結(jié)果顯示，兩季甘蔗株高、莖粗與CK相差不顯著。說明如果黑穗病的發(fā)病晚，僅是表現(xiàn)為側(cè)芽抽黑鞭，對株高、莖粗影響不太大。此外，黑穗病對甘蔗的錘度影響也不大。由此可見，如果蔗種攜帶黑穗病，種植時如能延遲黑穗病的發(fā)病，就能減小主莖抽黑鞭的比例，減少對有效莖數(shù)的影響，從而減輕對產(chǎn)量的影響。

對于攜帶有黑穗病菌的蔗種，或黑穗病發(fā)病比較嚴(yán)重的地區(qū)，適宜春季早種，利用冬春季節(jié)陰冷潮濕的天氣，延遲黑穗病菌的萌發(fā)，減少對有效莖的侵害，進(jìn)而減少對產(chǎn)量的影響。同時應(yīng)加強除草及水肥管理，使甘蔗生長旺盛而不易得病。勤于田間觀察，一旦發(fā)現(xiàn)側(cè)芽或主莖有準(zhǔn)黑鞭形成時，及時在黑鞭抽出前拔除，減少黑穗病孢子落到蔗頭、蔗芽的機會，抑制黑穗病菌的循環(huán)侵染，可減少第2年宿根蔗黑穗病的發(fā)生。

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