甘蔗生長中后期品種(系)對螟蟲抗性穩(wěn)定性分析

林兆里，傅華英，高三基，許莉萍，徐金漢

(1福建農(nóng)林大學國家甘蔗產(chǎn)業(yè)技術研發(fā)中心，福建福州350002；2福建農(nóng)林大學植物保護學院，福建福州350002；3農(nóng)業(yè)部福建甘蔗生物學與遺傳育種重點實驗室，福建福州350002)

甘蔗生長中后期品種(系)對螟蟲抗性穩(wěn)定性分析

林兆里1,3，傅華英1,3，高三基1,3，許莉萍1,3，徐金漢2,3*

(1福建農(nóng)林大學國家甘蔗產(chǎn)業(yè)技術研發(fā)中心，福建福州350002；2福建農(nóng)林大學植物保護學院，福建福州350002；3農(nóng)業(yè)部福建甘蔗生物學與遺傳育種重點實驗室，福建福州350002)

以螟蛀節(jié)率為甘蔗生長中后期抗螟性指標，應用AMMI模型對19個甘蔗品種(系)在3個試驗點的螟蟲抗性進行穩(wěn)定性分析。結果表明：甘蔗品種(系)對螟蟲的抗性存在顯著的環(huán)境效應、基因型效應和環(huán)境與基因型的互作效應，其中以環(huán)境對總體的變異影響最大。綜合甘蔗品種(系)對螟蟲的抗性水平和穩(wěn)定性，粵糖60號和粵甘42號在供試品種(系)中屬于對螟蟲抗性較高且穩(wěn)定的品種，柳城03-1137在供試品種(系)中屬于對螟蟲高感且穩(wěn)定的品種。

甘蔗；生長中后期；抗螟性；穩(wěn)定性

0 引言

植物抗蟲性是在一定環(huán)境條件下植物與害蟲相互作用的表現(xiàn)[1-2]，因此植物的抗蟲性并非一成不變的。植物的抗蟲性常因氣候、栽培、生物和人為等因素直接或間接的作用，影響害蟲或通過植物影響害蟲的發(fā)生為害[1]。在對害蟲的影響方面，環(huán)境條件的變化會導致害蟲的種群密度出現(xiàn)波動，害蟲種群密度的高低會直接影響作物抗蟲性等級的劃分。在對作物的影響方面，環(huán)境條件會影響作物的生育期，進而影響作物的形態(tài)特征、生理生化狀況的變

化，影響作物抗蟲性的強弱[3]?？姑愿收崞贩N的推廣與利用已成為螟蟲綜合防控的重要組成部分。而抗螟性品種的推廣與利用不僅應考慮抗螟性水平高低，還應注意抗螟性穩(wěn)定性。任大方等[4]研究認為應根據(jù)不同的栽培條件和不同的地理環(huán)境具體分析甘蔗品種抗螟性的具體表現(xiàn)。為了準確鑒定和評價甘蔗品種的抗螟性水平，進行抗螟性的環(huán)境效應、基因型效應以及基因型和環(huán)境間的互作效應研究是非常有必要的。

AMMI模型(Additive Main Effects and Multiplicative Interaction Mode)是目前分析作物品種區(qū)域試驗中數(shù)據(jù)處理應用非常廣泛的一類模型，將主成分分析和方差分析將結合，不僅能夠進行交互作用的顯著性分析，還能對交互作用進一步分解[5]。AMMI模型現(xiàn)已被廣泛應用于研究基因型和環(huán)境的互作效應[6-9]。作物的抗蟲性也存在基因型和環(huán)境的互作，因此吳碧球等[10]和吳元奇等[11]引入AMMI模型分別對水稻抗褐飛虱、抗蟲棉抗棉鈴蟲進行環(huán)境與基因型互作、抗蟲性穩(wěn)定性分析，分析結果也較為理想。為篩選適應性廣，抗螟性穩(wěn)定的甘蔗品種，本研究在3個試驗點，采用螟蟲田間自然侵染的方式，對19個甘蔗品種(系)的抗螟性進行鑒定，采用AMMI模型分析其抗螟性同環(huán)境、基因間的互作關系，并在此基礎上評價供試甘蔗品種(系)對螟蟲的抗性穩(wěn)定性。

1 材料和方法

1.1 材料

供試甘蔗品種(系)：國家甘蔗產(chǎn)業(yè)技術體系第3、4輪集成示范品種(系)，柳城03-1137、柳城05-136、云蔗99-596、云蔗01-1413、云蔗03-258、云蔗05-49、福農(nóng)07-0335、福農(nóng)07-1110、福農(nóng)38號、福農(nóng)40號、粵甘24號、粵甘39號、粵甘42號、粵糖60號、桂糖29號、桂糖30號、桂糖31號、桂糖32號，共18個甘蔗品種(系)和生產(chǎn)對照種ROC22。供試甘蔗品種(系)分別由廣西省柳城縣甘蔗研究中心、云南省農(nóng)業(yè)科學院甘蔗研究所、福建農(nóng)林大學甘蔗綜合研究所、廣州甘蔗糖業(yè)研究所和廣西省農(nóng)業(yè)科學院甘蔗研究所提供。

1.2 方法

1.2.1 試驗地概況

試驗地選擇有代表性的3個試驗點：①廣東省湛江市遂溪縣甘蔗產(chǎn)業(yè)技術遂溪綜合試驗站，地處我國甘蔗主產(chǎn)蔗區(qū)之一的粵西蔗區(qū)，土壤類型為砂壤土，屬亞熱帶氣候；②廣西省來賓市興賓區(qū)甘蔗產(chǎn)業(yè)技術來賓綜合試驗站，地處我國甘蔗主產(chǎn)區(qū)之一的桂中南蔗區(qū)，土壤類型為紅壤土，屬亞熱帶氣候；③福建省漳州市長泰縣甘蔗產(chǎn)業(yè)技術漳州綜合試驗站，土壤類型為紅壤土，屬南亞熱帶氣候。

1.2.2 試驗設計

供試甘蔗品種(系)于2013年1～2月進行新植，田間試驗設計、栽培管理參照國家甘蔗品種區(qū)域試驗實施方案進行。

通過螟蟲田間自然侵染，于甘蔗收獲季，調查各試驗點甘蔗品種(系)的螟蟲為害情況。每個供試甘蔗品種(系)共調查3個小區(qū)，每小區(qū)隨機調查1點，每點連續(xù)調查10株蔗莖總節(jié)間數(shù)及螟蛀節(jié)數(shù)，統(tǒng)計在甘蔗生長中后期植株螟蛀節(jié)率。

螟蛀節(jié)率(%)=螟蛀節(jié)數(shù)/總節(jié)間數(shù)×100%。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

利用DPS(Data Processing System) 7.05 統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

1.3.1 AMMI模型

在螟蛀節(jié)率穩(wěn)定性分析中所采用的AMMI模型[6,9,12]如下：

式中yij為j環(huán)境中i基因型的螟蛀節(jié)率，μ代表總體平均值，αi是基因型的平均偏差(基因型主效應)，βj為環(huán)境的平均偏差(環(huán)境主效應)，λn為第n個交互效應主成分分析軸(Interaction Principal Component Axis, IPCA)的特征值，γin為第n個主成分的基因型主成分得分，δjn是第n個主成分的環(huán)境主成分得分，N是主成分因子軸的總個數(shù)，θij為殘差。

1.3.2 穩(wěn)定性參數(shù)

特定基因型在IPCA的k維空間中圖標離原點的歐式距離公式[9]：

k=1，2，……m

式中Di為品種穩(wěn)定性參數(shù)，m為顯著的IPCA個數(shù)，Di為第i個基因型在第m個IPCA上的得分。式中的Di距離的大小是衡量第i個基因型的相對穩(wěn)定性，基因型Di值越小越穩(wěn)定。

2 結果與分析

2.1 甘蔗不同品種(系)和不同地點對螟蟲抗性差異

甘蔗品種(系)對螟蟲抗性的變異分析結果見表1。3個試驗地點中，以遂溪試驗點的平均螟蛀節(jié)率最高，達到22.85%；其次為廣西來賓試驗點和福建漳州試驗點，分別為5.49%和3.72%。3個試驗點間的螟蛀節(jié)率差異達到了極顯著水平，說明不同試驗點(環(huán)境)對螟蟲的發(fā)生為害有極顯著影響作用。從各個試驗點甘蔗品種(系)的抗螟性指標變異系數(shù)可以看出，廣西來賓試驗點和福建漳州試驗點的甘蔗品種(系)間螟蛀節(jié)率較低，但變異系數(shù)較高，分別達到了69.86%和52.82%，具有較為豐富的變異度；廣東湛江試驗點的螟蟲為害率在3個試驗點中最高，但變異系數(shù)最低，只有16.11%，說明在進行甘蔗品種對螟蟲抗性鑒定時，并非蟲口密度越高越好，過高的蟲源壓力會影響甘蔗品種(系)對螟蟲的抗性差異。由表2中方差分析可知，3個試驗點的螟蟲為害率均值在甘蔗品種(系)間存在極顯著差異，說明不同基因型甘蔗存在對螟蟲抗性差異。

2.2 AMMI模型分析

表1 不同甘蔗品種(系)對螟蟲的抗性變異分析

表2 甘蔗不同品種(系)對螟蟲抗性的多重比較

由表3可知，螟蛀節(jié)率在不同的基因型和環(huán)境間均達到極顯著水平，在基因型和環(huán)境間互作也存在極顯著的互作效應。其中環(huán)境即試驗點間的變異平方和占整個處理的總平方和的88.02%，基因型即品種(系)間的變異平方和占5.99%，環(huán)境和基因型間的交互作用的變異平方和占5.99%，以環(huán)境所占的比例最高，說明環(huán)境的變異在主體變異中起主導作用，供試甘蔗品種(系)間的螟蛀節(jié)率差異較大，主要是由環(huán)境因素所引起的。環(huán)境和基因的交互作用效應顯著，說明基因型和環(huán)境互作影響甘蔗品種(系)

對螟蟲抗性表達。利用AMMI模型對基因型和環(huán)境互作進一步分析。甘蔗品種(系)對螟蟲抗性顯著的IPCA值的平方和占交互作用平方和的74.70%，說明IPCA1能夠解釋大部分的交互作用。

表3 甘蔗品種(系)對螟蟲抗性的AMMI模型分析

2.3 甘蔗品種(系)對螟蟲抗性穩(wěn)定性分析

甘蔗品種(系)在顯著交互效應主成分軸上的得分(IPCA)及穩(wěn)定性參數(shù)(Di)見表4。甘蔗品種(系)對螟蟲的抗性穩(wěn)定性由強到弱依次是：粵甘42號＞ROC22＞粵糖60號＞柳城03-1137＞桂糖32號＞福農(nóng)40號＞福農(nóng)07-0335＞云蔗05-49＞福農(nóng)38號＞福農(nóng)07-1110＞粵甘24號＞桂糖30號＞云蔗01-1413＞桂糖29號＞桂糖31號＞柳城05-136＞云蔗99-596＞云蔗03-258＞粵甘39號。

以Di值作為縱軸，以螟蛀節(jié)率作為橫軸，做雙標圖(見圖1)。越靠近縱坐標說明其品種(系)的螟蛀節(jié)率越低，品種(系)對螟蟲抗性越高，越靠近橫坐標說明品種(系)對螟蟲的抗性穩(wěn)定性越好。由圖1中所見，A1柳城03-1137在供試甘蔗品種(系)中屬于對螟蟲高感且抗性穩(wěn)定品種，A2粵甘24號和A3福農(nóng)38號在供試甘蔗品種(系)中屬于對螟蟲高感且抗性中穩(wěn)品種，A17粵糖60號和A18粵甘42號在供試甘蔗品種(系)中屬于對螟蟲高抗且抗性穩(wěn)定品種，A19桂糖30號在供試甘蔗品種(系)中屬于對螟蟲高抗且抗性中穩(wěn)品種。

表4 各甘蔗品種(系)螟蛀節(jié)率在顯著交互效應主成分軸上的得分的穩(wěn)定性參數(shù)

3 結論與展望

本試驗在螟蟲田間自然侵染條件下，采用AMMI

模型對廣西來賓、福建漳州、廣東湛江3個試驗點的19個甘蔗品種(系)對螟蟲抗性穩(wěn)定性進行分析。甘蔗品種(系)對螟蟲的抗性存在極顯著的基因型效應、環(huán)境效應和二者間的交互效用。其中以環(huán)境效應占主導作用，說明環(huán)境因素是影響生長中后期螟蟲發(fā)生為害的最主要因素。根據(jù)一個地點的抗性鑒定結果評價品種的抗性水平，可能會導致部分品種的評價結果產(chǎn)生較大偏差，因此采用多點的抗性鑒定結果進行綜合評價，能夠消除環(huán)境因素的干擾，結果更為準確可靠。

圖1 螟蛀節(jié)率的AMMI雙標圖

不同甘蔗品種(系)對螟蟲的抗性穩(wěn)定性程度是不一樣的，各甘蔗品種(系)的對螟蟲抗性的穩(wěn)定性由強到弱依次是：粵甘42號＞ROC22＞粵糖60號＞柳城03-1137＞桂糖32號＞福農(nóng)40號＞福農(nóng)07-0335＞云蔗05-49＞福農(nóng)38號＞福農(nóng)07-1110＞粵甘24號＞桂糖30號＞云蔗01-1413＞桂糖29號＞桂糖31號＞柳城05-136＞云蔗99-596＞云蔗03-258＞粵甘39號。通過分析AMMI模型和雙標圖，我們可以較為直觀地看到各甘蔗品種(系)的螟蟲的發(fā)生程度及抗螟性穩(wěn)定性，在供試品種(系)中粵糖60號和粵甘42號屬于對螟蟲高抗且抗性穩(wěn)定的品種，柳城03-1137屬于對螟蟲高感且抗性穩(wěn)定的品種，桂糖30號和柳城05-136雖然屬于高抗品種，但抗性穩(wěn)定性較弱。

抗蟲性品種鑒定的最終目的是為了在生產(chǎn)中得到應用，只有那些在田間自然環(huán)境條件下具有綜合經(jīng)濟性狀且具有優(yōu)良且穩(wěn)定抗蟲性的品種，才能為生產(chǎn)者所接受[13]。具有較高且穩(wěn)定的抗螟性甘蔗品種不僅可以作為抗蟲性親本的優(yōu)良材料，而且可作為抗性鑒定的參考對照種。甘蔗品種的抗螟性表現(xiàn)同環(huán)境間存在復雜的互作關系，尚不清楚隨著環(huán)境條件的變化，甘蔗品種的形態(tài)特征、生理生化指標中的哪些特征隨之改變，進而影響甘蔗對螟蟲抗性的表達，有待進一步研究。

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(本篇責任編校：李金玉)

The Stability Analysis of Sugarcane Resistance to Borers at the Middle and Late Sugarcane Growth Stages

(Lin Zhao-li1,3, FU Hua-ying1,3, GAO San-ji1,3, XU Li-ping1,3, XU Jin-han2,3)
(1National Research and Development Centre for Sugarcane Industrial Technology, Fujian Agricultural and Forestry University, Fuzhou, Fujian 350002;2College of Plant Protection, Fujian Agricultural and Forestry University, Fuzhou, Fujian 350002;3Key Laboratory of Sugarcane Biology and Genetic Breeding, Fujian Agriculture and Forestry University, Ministry of Agriculture, Fuzhou, Fujian 350002)

The percentage of bored internodes was used as borer resistance index at the middle and late sugarcane growth stages, and the borer resistance stability was analyzed with 19 clones at 3 pilots by AMMI model. The results indicated that environment effect, the genotype effect and the interaction effect had highly significant effects on the resistance of sugarcane clones to borers, and the environmental effect on the overall variation was the largest. Base on the resistance level and stability of the sugarcane clones resistant to borers, the YT60 and YG42 were the most stable borer-resistant varieties among the tested sugarcane clones, and the LC03-1137 was the most stable borer-susceptible among the tested clones.

Sugarcane; The middle and late sugarcane growth stages; Borer resistance; Stability

S566.1

A

1005-9695(2015)05-0011-06

2015-05-26；

2015-10-10

國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術建設專項資金(CARS-20)，國家自然科學基金(No.31271782)

林兆里(1987-)，男，本科，助理實驗師，研究方向：甘蔗病蟲害防控

*通訊作者：徐金漢，教授，主要從事昆蟲生態(tài)與害蟲綜合治理；E-mail：xujinhan@126.com

林兆里，傅華英，高三基，等. 甘蔗生長中后期品種(系)對螟蟲抗性穩(wěn)定性分析[J]. 甘蔗糖業(yè)，2015(5)：11-16.