甘蔗與河八王雜交F1對(duì)黑穗病的抗性鑒定與初步評(píng)價(jià)

段維興，黃玉新，周 珊，張保青，高軼靜，楊翠芳，劉昔輝，張革民

(廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所/廣西甘蔗遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究中心/農(nóng)業(yè)部廣西甘蔗生物技術(shù)與遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530007)

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甘蔗與河八王雜交F1對(duì)黑穗病的抗性鑒定與初步評(píng)價(jià)

段維興，黃玉新，周 珊，張保青，高軼靜，楊翠芳，劉昔輝，張革民*

(廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所/廣西甘蔗遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究中心/農(nóng)業(yè)部廣西甘蔗生物技術(shù)與遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530007)

【目的】探明甘蔗與河八王雜交F1品系對(duì)黑穗病的抗性水平，為篩選河八王親本進(jìn)行抗黑穗病育種提供理論依據(jù)?！痉椒ā恳詮V西蔗區(qū)甘蔗黑穗病混合孢子粉為接種源，采用人工浸漬接種與自然感病相結(jié)合的發(fā)法，對(duì)甘蔗與河八王雜交F1與對(duì)照品種(系)共18個(gè)材料進(jìn)行黑穗病抗性鑒定。通過(guò)潛伏期、接種發(fā)病率、自然發(fā)病率，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照種的抗性表現(xiàn)，評(píng)價(jià)參試品系的抗性，并采用系統(tǒng)聚類(lèi)分析驗(yàn)證?！窘Y(jié)果】抗性水平為高抗(HR)的品系有SNF110-6-11、SNF110-6-22、SNF110-6-23，占16.67 %；抗(R)品系有SNF110-6-13、SNF110-6-14、SNF110-6-17、SNF110-6-20，占22.22 %；中抗(MR)品系有F134、SNF110-6-12、SNF110-6-15，占16.67 %；中感(MS)品系有NCo310、NCo376、SNF110-6-21，占16.67 %；感(S)品系有Ya71-374、ROC22、SNF110-6-18，占16.7 %?！窘Y(jié)論】甘蔗與河八王雜交F1品系對(duì)黑穗病的抗性較高，可作為甘蔗抗黑穗病育種親本材料。

甘蔗；河八王；雜交F1；黑穗??；抗性鑒定；聚類(lèi)分析

【研究意義】近年來(lái)，由于甘蔗黑穗病生理小種的變化，高抗品種抗性喪失，淪為感病品種[1]。甘蔗品種新臺(tái)糖22在我國(guó)蔗區(qū)約占60 %的種植面積，目前因高感黑穗病，經(jīng)濟(jì)損失大，急需優(yōu)良抗病新品種更新?lián)Q代[2]。河八王[Narengaporphyrocoma(Hance) Bor.]又名草鞋密，是重要的甘蔗近緣屬野生種質(zhì)，具有分蘗力強(qiáng)、抗黑穗病、抗赤腐病、抗花葉病等優(yōu)良性狀[3]，甘蔗與河八王在自然條件下很難雜交，廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所通過(guò)收集河八王花粉進(jìn)行低溫冷藏的方式獲得一批SNF1材料。因此，研究甘蔗與河八王雜交F1材料的抗性對(duì)甘蔗篩選優(yōu)良抗黑穗病親本，加快抗病品種選育與推廣均具有重要的意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】諸葛鎣等[4]研究認(rèn)為，甘蔗與河八王雜交F1植株較高、分蘗少、莖徑硬度大且葉鞘毛多。黃家雍等[5]研究認(rèn)為，甘蔗與河八王雜交F1比母本甘蔗具有更多的分蘗和旺盛的生活力，抗黑穗病、抗旱耐瘠性和宿根性強(qiáng)等野生特性。近年來(lái)，劉昔輝等[6-7]利用SSR標(biāo)記對(duì)甘蔗與廣西河八王雜種F1后代進(jìn)行真實(shí)性鑒定；并通過(guò)AFLP標(biāo)記結(jié)合毛細(xì)管電泳對(duì)15份廣西河八王無(wú)性系進(jìn)行遺傳多樣性分析及分子身份證構(gòu)建。羅霆等[8]利用15N 自然豐度法分析甘蔗及近緣屬野生種的固氮效率，結(jié)果表明河八王及其F1后代材料比甘蔗品種、斑茅、割手密以及斑割復(fù)合體與甘蔗雜交后代等表現(xiàn)出更高的固氮能力。這些研究表明，河八王的優(yōu)良性狀在甘蔗育種中具有潛在利用價(jià)值?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前有關(guān)河八王的研究主要是對(duì)材料的表型評(píng)價(jià)，針對(duì)黑穗病抗性鑒定的研究報(bào)道較少?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】為鑒定SNF1材料對(duì)黑穗病的抗性，采用人工浸漬接種與自然發(fā)病率相結(jié)合的方法，對(duì)13個(gè)SNF1品系進(jìn)行黑穗病抗性鑒定與評(píng)價(jià)，旨在從中篩選抗病材料，為進(jìn)一步開(kāi)展抗黑穗病甘蔗新品種選育提供優(yōu)良親本。

1 材料與方法

1.1 供試材料

甘蔗與河八王雜交F1材料13個(gè)，分別為SNF110-6-11、SNF110-6-12、SNF110-6-13、SNF110-6-14、SNF110-6-15、SNF110-6-16、SNF110-6-17、SNF110-6-18、SNF110-6-19、SNF110-6-20、SNF110-6-21、SNF110-6-22、SNF110-6-23，廣西蔗區(qū)主栽品種ROC22、黑穗病抗性鑒定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照種F134(感小種2，抗小種1)、NCo310(抗小種2，感小種1)、NCo376(高抗小種1和2)和Ya71-374(高感小種1和2)，合計(jì)18份材料，由廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗種質(zhì)資源圃提供。

1.2 黑穗病孢子的采集與保存

于2015年8-9月，分別從廣西南寧市隆安縣丁當(dāng)鎮(zhèn)、廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗資源圃采集新鮮黑穗病鞭子，在室溫下自然風(fēng)干5 d，用毛筆刮下鞭子上的孢子粉，混合均勻后裝入封口袋，保存在4 ℃冰箱中備用。

1.3 黑穗病菌活性檢測(cè)

取0.1 g甘蔗黑穗病混合孢子粉加入50 mL無(wú)菌蒸餾水，震蕩混勻，稀釋為20～30個(gè)孢子/視野(10×10)的懸浮液。經(jīng)1 %瓊脂+1 %蔗糖培養(yǎng)基在28 ℃、相對(duì)濕度80 % rh條件下，在恒溫箱中培養(yǎng)12 h后檢測(cè)孢子萌芽率(以芽管長(zhǎng)度超過(guò)孢子直莖1/2為萌發(fā))，設(shè)置3個(gè)重復(fù)，觀察200個(gè)孢子計(jì)算萌芽率。孢子萌芽率(%)=[孢子萌發(fā)數(shù)/(孢子萌發(fā)數(shù)+未萌發(fā)孢子數(shù))]×100。

1.4 接種、種植與發(fā)病調(diào)查

1.4.1 采用浸漬法人工接種 將孢子粉與水按照2 g/L的比例配置菌液[9]，將種芽(每品種60 芽)置于菌液中浸泡30 min，取出放入大橡膠桶內(nèi)密封，溫度在26～30 ℃，經(jīng)過(guò)保濕催芽24 h后種植。

1.4.2 種植措施 接種材料于2016年3月15日種植于桶中，每桶種4個(gè)芽，5桶1個(gè)重復(fù)，每材料設(shè)3次重復(fù)，種植時(shí)每桶施60 g復(fù)合肥(N∶P∶K=15∶15∶15)。

1.4.3 調(diào)查內(nèi)容 種植后發(fā)現(xiàn)抽出黑穗病鞭子時(shí)開(kāi)始第1次調(diào)查，以后每隔15 d調(diào)查1次，直至發(fā)病情況穩(wěn)定為止。每次調(diào)查發(fā)現(xiàn)病株時(shí)，記載后連根拔除，在調(diào)查結(jié)束時(shí)合計(jì)發(fā)病株數(shù)及總株數(shù)，計(jì)算發(fā)病率。

1.5 田間自然感黑穗病調(diào)查

將18個(gè)試驗(yàn)材料種植在廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗資源圃?xún)?nèi)，每個(gè)材料20芽種植3 m，在發(fā)現(xiàn)抽出黑穗病鞭子時(shí)開(kāi)始調(diào)查，每30 d調(diào)查1次，直至病情穩(wěn)定為止，調(diào)查18個(gè)參試材料黑穗病自然發(fā)病率。

1.6 甘蔗黑穗病抗性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

黑穗病分級(jí)參照闕友雄等[10]采用1～9級(jí)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行抗性分級(jí)(表1)。

表1 甘蔗黑穗病抗性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

表2 甘蔗黑穗病孢子萌發(fā)情況

1.7 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

使用DPS 7.05版軟件進(jìn)行聚類(lèi)分析，對(duì)發(fā)病率數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換后，采用卡方距離χ2和離差平方和的方法對(duì)試驗(yàn)材料進(jìn)行聚類(lèi)分析，評(píng)價(jià)試驗(yàn)材料的抗病性。

2 結(jié)果與分析

2.1 黑穗病孢子的活性檢測(cè)

在顯微鏡下觀察采集的黑穗病孢子粉，可見(jiàn)近圓形、棕褐色休眠孢子(圖1)。在1 %瓊脂糖培養(yǎng)基上做萌芽試驗(yàn)，平均萌芽率超過(guò)90.00 %(表2)，表明用于接種的黑穗病孢子粉活性好，達(dá)到接種試驗(yàn)要求。

2.2 甘蔗黑穗病發(fā)病潛伏期

從病原菌侵入至出現(xiàn)病害癥狀的這段時(shí)間稱(chēng)為病害發(fā)病潛伏期。病害發(fā)病潛伏期是評(píng)價(jià)寄主對(duì)入侵病原菌防御能力的一個(gè)指標(biāo)[9]。由表3可知，供試的18份品系中，黑穗病發(fā)病的潛伏期為30～102 d。發(fā)病潛伏期30～60 d有8個(gè)品系，占44.44 %；發(fā)病潛伏期60～90 d有5個(gè)品系，占27.78 %；發(fā)病潛伏期大于90 d有2個(gè)品系，占11.11 %。這表明人工接種后，大多數(shù)品系的發(fā)病潛伏期為30～60 d。從表3可以看出，供試品系的黑穗病發(fā)病率在0～44.44 %，黑穗病發(fā)病率相對(duì)較低的品系，其潛伏期較長(zhǎng)；反之，發(fā)病率較高的品系，其潛育期較短。

圖1 黑穗病孢子粉鏡檢圖片(100倍)Fig.1 Microscopic examination of sugarcane smut spores on LB medium(100 multiple)

2.3 甘蔗黑穗病田間自然發(fā)病率

由表3可知，在黑穗病田間自然發(fā)病率條件下，參試材料的黑穗病發(fā)病率比人工接種脅迫下黑穗病的發(fā)病率低。在田間自然感染條件下，參試材料的黑穗病發(fā)病率介于0～20.83 %，其中有10個(gè)材料未發(fā)病，全部為河八王F1品系，占55.56 %。田間自然感病條件下，發(fā)病率高于10 %的材料有ROC22、Ya71-374。

表3 甘蔗與河八王雜交F1對(duì)黑穗病的抗性鑒定結(jié)果

2.4 聚類(lèi)分析

聚類(lèi)分析結(jié)果表明，供試材料對(duì)黑穗病抗性表現(xiàn)具有豐富的多樣性(圖2)。除SNF110-6-11、SNF110-6-22、SNF110-6-23這3個(gè)材料未發(fā)病，自成1類(lèi)，不參加聚類(lèi)外，當(dāng)閾值為0.98時(shí)，其余15個(gè)材料可分為4類(lèi)。第I類(lèi)，包含4個(gè)材料，分別為SNF110-6-13、SNF110-6-20、SNF110-6-14、SNF110-6-17，表現(xiàn)為潛育期長(zhǎng)，發(fā)病率低，抗性水平高。第II類(lèi)，包含4個(gè)材料，分別為F134、SNF110-6-15、SNF110-6-16、SNF110-6-19，表現(xiàn)為發(fā)病率低，但抗性水平比第I類(lèi)低。第III類(lèi)，包含4個(gè)材料，分別為NCo310、NCo376、SNF110-6-21、SNF110-6-12，表現(xiàn)為潛育期短，中度感病。第IV類(lèi)，包含3個(gè)材料，分別為Ya71-374、SNF110-6-18、ROC22，表現(xiàn)為潛育期短，發(fā)病率高，抗性最差。

3 討 論

本試驗(yàn)采用人工浸漬接種與田間自然感病相結(jié)合的方法，評(píng)價(jià)甘蔗與河八王雜交F1代對(duì)黑穗病的抗性水平。參試的13個(gè)河八王F1品系中對(duì)黑穗病抗性達(dá)高抗(HR)或抗(R)的占試驗(yàn)總數(shù)的50 %，反應(yīng)出河八王F1品系對(duì)黑穗病的抗性水平普遍較高。其中SNF110-6-11、SNF110-6-22、SNF110-6-23發(fā)病率為0，表現(xiàn)為高抗，可考慮選擇作為甘蔗黑穗病抗病育種的親本材料。一些材料人工接種發(fā)病率高，田間自然感病率并不高，如SNF110-6-18、SNF110-6-21人工接種鑒定為感和中感，田間自然感病率為6.67 %、3.57 %，按照抗性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為抗病級(jí)別。主要原因是河八王SNF1品系是近年新選育的，種植次數(shù)少，黑穗病菌還未大量積累；相反，人工接種鑒定為感病的品種ROC22、Ya71-374，其田間自然感病率也高。主要原因是這些品種育成時(shí)間久，種植年份長(zhǎng)，尤其是ROC22作為廣西主栽品種10多年，黑穗病菌大量積累，導(dǎo)致接種后發(fā)病率最高。這與王維贊[11]等研究結(jié)果一致。

圖2 甘蔗與河八王雜交F1對(duì)黑穗病抗性的聚類(lèi)分析結(jié)果Fig.2 Cluster analysis of smut resistance in sugarcane×Narenga porphyrocoma (Hance) Bor. hybrid F1

浸漬接種與針刺接種[12]的方法相比，接種后的黑穗病發(fā)病率相對(duì)較低，但因其未破壞甘蔗植株及芽的形態(tài)學(xué)抗性，其黑穗病抗性鑒定結(jié)果比較接近田間黑穗病的實(shí)際發(fā)生情況，鑒定結(jié)果更具參考性。此外，本試驗(yàn)設(shè)置4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照種，通過(guò)供試材料與標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照種有關(guān)抗性指標(biāo)的聚類(lèi)分析對(duì)鑒定材料做出評(píng)價(jià)，而不單依據(jù)發(fā)病率的多少來(lái)判斷，降低了因環(huán)境互作影響表型而誤判的風(fēng)險(xiǎn)。由于本試驗(yàn)只對(duì)供試材料進(jìn)行了1年新植蔗桶栽和田間的抗性鑒定，缺少對(duì)多年宿根蔗的試驗(yàn)觀察，然而抗性等級(jí)與作物季和年份的相關(guān)顯著[13]，且甘蔗對(duì)黑穗病抗性遺傳是中度可重復(fù)[14]，所以試驗(yàn)材料仍需多年多點(diǎn)鑒定，才能準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)材料抗性。

4 結(jié) 論

甘蔗與河八王雜交F1品系對(duì)黑穗病具有較強(qiáng)的抗性，其中SNF110-6-11、SNF110-6-22、SNF110-6-23表現(xiàn)為高抗；SNF110-6-13、SNF110-6-14、SNF110-6-16、SNF110-6-17、SNF110-6-19、SNF110-6-20表現(xiàn)為抗，這些材料可作為甘蔗抗黑穗病育種的親本進(jìn)一步雜交利用。

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(責(zé)任編輯 溫國(guó)泉)

Preliminary Identification and Evaluation for Smut Resistance inSugarcane×Narengaporphyrocoma(Hance) Bor. Hybrid F1

DUAN Wei-xing，HUANG Yu-xin，ZHOU Shan，ZHANG Bao-qing，GAO Yi-jing，YANG Cui-fang，LIU Xi-hui，ZHANG Ge-min*

(Sugarcane Research Institute, Guangxi Academy of Agricultural Sciences/Guangxi Key Laboratory of Sugarcane Genetic Improvement/Sugarcane Research Center, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Sugarcane Biotechnology and Genetic Improvement (Guangxi), Ministry of Agriculture, Guangxi Nanning 530007, China)

【Objective】Resistance level of Hybrid F1 which were cross-fertilized by Sugarcane andNarengaporphyrocoma(Hance) Bor. to smut disease was studied in ordet to provide reference for selecting the disease-resistant offsprings ofNarengaporphyrocoma(Hance) Bor. to develop smut-resistant breeds. 【Method】Mixed spores ofUstilagoscitamineaSydow collected in the main sugarcane-planting areas in Guangxi Province were used as an inoculum. Dipping inoculation was carried out on 18 sugarcane varieties or clones. Natural incidence of smut was also investigated. Latent infection period, incidence and natural infection rate were investigated to evaluate the resistance of tested materials to smut.【Result】SNF110-6-11, SNF110-6-22 and SNF110-6-23 were highly resistant to smut (HR), accounting for 16.67 %；SNF110-6-13, SNF110-6-14, SNF110-6-17 and SNF110-6-20 were of the resistance (R), accounting for 22.22 %；F134, SNF110-6-12 and SNF110-6-15 were of the middle resistance (MR), accounting for 16.67 %；NCo 310, NCo 376 and SNF110-6-21 were of the middle sensitivity to smut (MS), accounting for 16.67 %；Ya 71-374, ROC 22, and SNF110-6-18 were sensitive to smut (S), accounting for 16.67 %.【Conclusion】Sugarcane×Narengaporphyrocoma(Hance) Bor. hybrid F1were resistant to smut and could be used as smut resistant germplasm in sugarcane breeding.

Sugarcane；Narengaporphyrocoma(Hance) Bor.；Hybrid F1；Smut；Identification of resistance；Cluster analysis

1001-4829(2017)7-1560-05

10.16213/j.cnki.scjas.2017.7.016

2017-03-06

廣西科技計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目“含河八王血緣的甘蔗抗病新種質(zhì)創(chuàng)制及其分子細(xì)胞遺傳學(xué)基礎(chǔ)研究”(桂科AB16380157)；“斑割復(fù)合體利用適宜回交世代分子遺傳學(xué)基礎(chǔ)及多抗優(yōu)良親本創(chuàng)新”(桂科AB16380126)；廣西自然科學(xué)基金項(xiàng)目“河八王片段代換系構(gòu)建及特異基因遺傳分析”(2014GXNSFBA118115)；廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院基本業(yè)務(wù)專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目“甘蔗種質(zhì)資源的保存、更新繁殖與共享”(2015JM03)；“河八王優(yōu)異野生基因資源發(fā)掘利用”(2015JZ96)；“甘蔗優(yōu)異野生基因資源發(fā)掘利用”(2015YT04)

段維興(1984-)，男，山西臨汾人，碩士，助理研究員，主要從事甘蔗育種及種質(zhì)創(chuàng)新研究，*為通訊作者：張革民，E-mail：zhanggm68@gxaas.net。

S566.1

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