MN品系皮燕麥對(duì)E型麥二叉蚜的抗性評(píng)價(jià)

劉月英,郭建國(guó),袁偉寧,張新瑞,賀春貴,趙桂琴,張宗文

(1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，甘肅蘭州 730070；2.農(nóng)業(yè)部天水作物有害生物科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，甘肅天水 741200；3.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，甘肅蘭州 730070；4.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所，北京100081)

燕麥(Avenasativa)是世界麥類作物品種改良的先鋒種質(zhì)和籽實(shí)圈窩種草，植株具有抗旱、耐脊和抗寒、耐鹽等特性，是我國(guó)糧改飼戰(zhàn)略中開(kāi)墾西北撂荒地、緩解耕地競(jìng)爭(zhēng)壓力、實(shí)現(xiàn)農(nóng)牧交錯(cuò)帶脆弱生態(tài)區(qū)營(yíng)養(yǎng)體農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的糧飼兼用作物；籽粒富含水溶性膳食纖維和β-葡聚糖，曾是“世界十大健康食物”唯一上榜谷類作物。全球北緯35～60°的40多個(gè)國(guó)家廣泛種植燕麥，中國(guó)常年種植面積約100萬(wàn)hm2，主要分布于華北的冀、晉、蒙、西北六盤(pán)山麓的陜、甘、寧和云、貴、川的高寒山區(qū)[1]。

近年來(lái)，隨著全球氣候變暖[2]和干旱年份頻繁出現(xiàn)[3]，麥二叉蚜種群發(fā)育速率逐漸加快，世代重疊為害和介體傳播病毒造成的危害日益嚴(yán)重，已成為優(yōu)質(zhì)燕麥穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的限制因素。研究發(fā)現(xiàn)，麥二叉蚜具有多種生物型，單基因抗性品種推廣應(yīng)用是生物型分化的內(nèi)在原因[4-5]，有性生殖是生物型變異的重要途徑[6-7]，表型可塑性強(qiáng)是生物型結(jié)構(gòu)組成復(fù)雜和毒性快速變異的外在因素[8-9]。目前國(guó)際上已檢測(cè)出11種生物型[10]，國(guó)內(nèi)僅北京地區(qū)檢測(cè)到CHN-I型[11],而甘肅麥二叉蚜流行生物型為E型(待發(fā)表中)。

優(yōu)良抗蟲(chóng)品種能顯著降低害蟲(chóng)種群的數(shù)量，減輕作物受害程度，開(kāi)發(fā)和利用燕麥抗蚜品種已成為麥蚜可持續(xù)治理的關(guān)鍵措施之一。目前，優(yōu)良的燕麥抗蚜種質(zhì)資源極為匱乏，有關(guān)燕麥抗蚜性鑒定、評(píng)價(jià)研究較少[12-14]，急需加大對(duì)優(yōu)良抗蚜種質(zhì)資源的挖掘。因此，本研究在麥二叉蚜生物型鑒定及前期田間抗蚜性鑒定的基礎(chǔ)上，結(jié)合苗期室內(nèi)接蟲(chóng)鑒定的方法，對(duì)來(lái)自美國(guó)的12份MN系列皮燕麥種質(zhì)開(kāi)展抗E型麥二叉蚜的鑒定和評(píng)價(jià)，以期為優(yōu)良抗蚜品種的選育、發(fā)掘抗蚜因子及揭示抗蚜機(jī)理提供理論基礎(chǔ)與科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間和地點(diǎn)

田間抗蚜性鑒定于2014-2016年在農(nóng)業(yè)部天水作物有害生物科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站(東經(jīng)105°19′，北緯34°46′)進(jìn)行，試驗(yàn)地海拔1 271 m，年平均氣溫10.2℃，年降雨量480 mm，無(wú)霜期180 d。播前一次性基施尿素75 kg·hm-2、二銨150 kg·hm-2，全生育期灌水4次，田間管理良好，無(wú)雜草，不施任何農(nóng)藥。室內(nèi)苗期人工接蚜實(shí)驗(yàn)于2017年5月中下旬在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所現(xiàn)代化溫室內(nèi)進(jìn)行，光周期15 h光∶9 h暗，白晝和夜晚平均溫度分別為24±1 ℃和18±1 ℃，相對(duì)濕度為50%～60%。

1.2 供試材料

MN10253、MN11212、MN08252、MN06203、MN10126、MN09103、MN10209、MN11213、MN08243、MN09255、MN07210和MN08260共12個(gè)MN品系皮燕麥，均來(lái)自美國(guó)，由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所提供。

供試麥二叉蚜來(lái)源于農(nóng)業(yè)部天水作物有害生物科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站麥田,本課題組前期利用蚜蟲(chóng)線粒體DNA細(xì)胞色素氧化酶輔酶I(mtDNA CO-I)法鑒定其為E生物型。在1.1中溫室條件下，用感蚜燕麥品種定莜4號(hào)繁殖培養(yǎng)3代后，挑選個(gè)體一致的4齡無(wú)翅成蚜備用。

1.3 研究方法

1.3.1 田間抗蚜性鑒定

2014年4月10日、2015年4月9日和2016年4月7日通過(guò)人工開(kāi)畦、等行距穴播方式將材料種植于長(zhǎng)寬10 m×6 m、株行距30 cm×20 cm、單粒20穴的鑒定圃，每隔5份材料播種高感對(duì)照定莜4號(hào)1行， 鑒定圃四周種植1 m保護(hù)行。重復(fù)4次，重復(fù)間各材料隨機(jī)排列。待三葉期單穴人工接種10頭E型麥二叉蚜，罩網(wǎng)，灌漿前期模糊識(shí)別法[15]調(diào)查單株麥二叉蚜數(shù)量，計(jì)算蚜害比值；參照小麥抗蚜蟲(chóng)評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范[16]評(píng)定抗蚜級(jí)別(表1)。

1.3.2 溫室抗生性評(píng)價(jià)

于溫室將MN系列皮燕麥種在直徑6 cm的營(yíng)養(yǎng)缽中，每品系36～45盆，設(shè)3個(gè)重復(fù)，每盆3～5粒種子，所用土壤為復(fù)配土(沙∶腐殖質(zhì)∶黑壤土的體積比1∶3∶3)，待麥苗長(zhǎng)至2～3葉期時(shí)，每盆保留長(zhǎng)勢(shì)一致的燕麥苗1株，將擴(kuò)繁后的4齡麥二叉蚜接到待測(cè)燕麥植株上，待其產(chǎn)仔蚜后去除成蚜和其他若蚜，保證每株麥苗上有初產(chǎn)1齡若蚜(出生12 h內(nèi))1頭。接蚜后用直徑為5 cm、高20 cm、一端蒙紗布的玻璃管將麥苗罩住，于每日上午8:30和下午14:30各觀察1次，記錄若蚜發(fā)育進(jìn)度和存活情況；進(jìn)入成蚜期后，每日2次記錄單頭蚜蟲(chóng)產(chǎn)仔起始時(shí)間及產(chǎn)仔數(shù)量，并觀察翅型分化情況，直至成蚜全部死亡；最后計(jì)算產(chǎn)蚜前期及總產(chǎn)蚜量、成蚜壽命及有翅蚜率。

表1 蚜害級(jí)別和抗性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Aphid damaging grade and evaluation standards for resistance to adult aphids

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Birch[17]的方法組建麥二叉蚜種群生命表；參照王金福[18]I=N2/N1(N1為當(dāng)代的種群數(shù)量，N2為下一代的種群數(shù)量)的方法計(jì)算種群趨勢(shì)指數(shù)(I)；試驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS 16.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，應(yīng)用Duncan's新復(fù)極差檢驗(yàn)法進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 田間抗性鑒定結(jié)果

由表2可知，MN09103和MN10126上連續(xù)3年的蚜害比值均介于0.6～0.9之間，表現(xiàn)低抗，其余品系不同年度間蚜害比值差異較大。就3年平均蚜害比值而言，MN08243、MN08252、MN10253和MN11212上的蚜害比值介于0.45～0.57之間，表現(xiàn)中抗；MN06203、MN09103和MN10126上的蚜害比值為0.72～0.74，表現(xiàn)低抗；MN07210、MN10209和MN11213上的蚜害比值為0.94～1.06，表現(xiàn)為低感；MN08260和MN09255上的蚜害比值分別為1.30和1.26，表現(xiàn)中感；12個(gè)MN品系皮燕麥中無(wú)免疫種質(zhì)。

2.2 E型麥二叉蚜若蚜在MN品系皮燕麥上的發(fā)育歷期和存活率

E型麥二叉蚜若蚜在田間表現(xiàn)為中抗的MN08243和MN11212及低抗的MN10126和MN09103上的平均發(fā)育歷期分別為7.27 d和7.04 d、7.08 d和7.01 d，顯著長(zhǎng)于中感品系MN09255上的發(fā)育歷期(6.69 d )，若蚜在MN08252、MN10253、MN06203、MN07210、MN10209和MN11213以及中感品系MN08260上的平均發(fā)育歷期介于6.70～6.92 d之間，與MN09255差異不顯著。E型麥二叉蚜在12個(gè)MN品系皮燕麥上的死亡率介于3.75%～5.44%之間，在品系間差異均不顯著(表3)。

表2 E型麥二叉蚜在MN系列皮燕麥上的蚜害比值Table 2 Ratio of each aphid damaging grade to biotype E of Schizaphis graminum on MN hulled oat lines

平均蚜害比值數(shù)據(jù)為2014-2016年3年的平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。同列數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母表示品系間差異顯著(P<0.05)。下同。

Average ratio of aphids with each damaging grade in table are mean±SE of three years from 2014 to 2016. Data followed by different small letters in same column are significantly different at 0.05 level. The same in other tables.

表3 E型麥二叉蚜若蚜在MN品系皮燕麥上的發(fā)育歷期與死亡率Table 3 Developmental duration and mortality of biotype E of Schizaphis graminum feeding on MN hulled oat lines

2.3 E型麥二叉蚜成蚜在MN品系皮燕麥上的壽命及繁殖力

E型麥二叉蚜在MN10253上的產(chǎn)蚜前期為1.59 d，顯著長(zhǎng)于其他MN品系皮燕麥上麥二叉蚜的產(chǎn)蚜前期；在MN08252上產(chǎn)蚜前期也較長(zhǎng)，為1.21 d；在MN09255上的產(chǎn)蚜前期最短，僅0.79 d；在其余9個(gè)品系上，麥二叉蚜產(chǎn)蚜前期為0.84～1.16 d，無(wú)顯著差異。

在MN08260、MN10209和MN11213上，E型麥二叉蚜的產(chǎn)蚜量最高，均大于21頭，在MN09255、MN07210和MN09103上麥二叉蚜的產(chǎn)蚜量也相對(duì)較高，平均為17.42～19.62頭，在MN11212、MN08252、MN08243、MN10126、MN06203上，麥二叉蚜的產(chǎn)蚜量較低，平均在14.46～15.62頭左右，在MN10253上，麥二叉蚜的產(chǎn)蚜量則顯著低于在其他MN品系上，僅9.11頭。

在MN10253上的成蚜壽命平均為11.47 d，顯著短于除MN11212、MN10126外的其他MN品系上的成蚜壽命，而在MN10209、MN09255和MN08260上，麥二叉蚜成蚜存活時(shí)間則較長(zhǎng)，平均超過(guò)20 d，其余6個(gè)品系上麥二叉蚜成蚜平均壽命為17.04～19.24 d，無(wú)顯著差異(表4)。

2.4 E型麥二叉蚜在MN品系皮燕麥上的種群趨勢(shì)指數(shù)

E型麥二叉蚜在12個(gè)MN品系皮燕麥上的種群趨勢(shì)指數(shù)差異程度不同，在MN10209、MN11213和MN08260上，麥二叉蚜種群趨勢(shì)指數(shù)均大于20，顯著高于在其他品系上；在MN09255(18.79)、MN07210(16.72)、MN09103(16.75)上種群趨勢(shì)指數(shù)次之，在MN10126、MN06203、MN11212、MN08252、MN08243上麥二叉蚜種群趨勢(shì)指數(shù)在13.86～15.04之間；在MN10253上麥二叉蚜種群趨勢(shì)指數(shù)則最低，僅8.73，顯著低于在其他品系上(表5)。

表4 E型麥二叉蚜成蚜在MN品系皮燕麥上的壽命及繁殖力Table 4 Adult longevity and fecundity of biotype E of Schizaphis graminum on MN hulled oat lines

2.5 E型麥二叉蚜在MN品系皮燕麥上的實(shí)驗(yàn)種群生命表

在實(shí)驗(yàn)種群生命表中，內(nèi)稟增長(zhǎng)率作為一個(gè)綜合性指標(biāo)，該指標(biāo)同時(shí)考慮了種群的出生率、死亡率、年齡組配、生殖力和發(fā)育速率等因素，能敏感地反映出環(huán)境的細(xì)微變化，是描述種群增殖能力的一個(gè)重要指數(shù)，也是抗生性鑒定中的重要指標(biāo)[19]。從表6可以看出，MN品系皮燕麥上麥二叉蚜的內(nèi)稟增長(zhǎng)率rm均大于0，說(shuō)明種群數(shù)量呈上升趨勢(shì)。麥二叉蚜供試燕麥品系上的內(nèi)稟增長(zhǎng)率rm依次為MN09255> MN08260、 MN10209、MN07210、MN11213> MN06203、MN10126>MN09103、MN08243、MN08252> MN11212> MN10253，其中，在MN10253上的內(nèi)稟增長(zhǎng)率最小，顯著低于其他品系，其凈增殖率R0最低，種群加倍時(shí)間Dt顯著長(zhǎng)于其他品系，最不利于麥二叉蚜種群的增殖，說(shuō)明MN10253的抗生性表現(xiàn)最為突出；MN11212次之。

表5 E型麥二叉蚜在MN品系皮燕麥上的種群趨勢(shì)指數(shù)Table 5 Population growth index of biotype E of Schizaphis graminum on MN hulled oat lines

表6 E型麥二叉蚜在MN品系皮燕麥上的實(shí)驗(yàn)種群生命表Table 6 Life table parameters of experimental population of biotype E of Schizaphis graminum on MN hulled oat lines

2.6 E型麥二叉蚜在MN品系皮燕麥上的有翅蚜率

有翅蚜出現(xiàn)是蚜蟲(chóng)主動(dòng)適應(yīng)生存環(huán)境，遷飛和尋找適宜寄主的一種生存對(duì)策[20]。在MN08243、MN10253和MN11212上的有翅蚜率介于76.39%～78.26%之間，顯著高于在MN06203、MN10126、MN07210、MN10209、MN08260、MN09255上；在MN08252、MN06203、MN09103、MN10126、MN07210、MN10209、MN11213、MN08260、MN09255上的有翅蚜率介于46.15%～62.51%之間，相互間無(wú)顯著差異(表7)。

表7 MN品系皮燕麥上E型麥二叉蚜的有翅蚜率Table 7 Wing proportion of biotype E of Schizaphis graminum on MN hulled oat lines

3 討 論

通過(guò)對(duì)E型麥二叉蚜在供試材料上的發(fā)育歷期、若蚜死亡率、成蚜壽命、產(chǎn)蚜前期、產(chǎn)蚜量、有翅蚜比率等抗生性指標(biāo)的測(cè)定，發(fā)現(xiàn)以單一參數(shù)為指標(biāo)，12個(gè)MN品系皮燕麥對(duì)E型麥二叉蚜的抗性排序及品系間差異程度不盡相同，這說(shuō)明不同品系有不同的抗性機(jī)制，與前人研究結(jié)果相似[21-22]。總體來(lái)說(shuō)，在表型抗性較高的皮燕麥上，麥二叉蚜的平均發(fā)育歷期及產(chǎn)蚜前期較長(zhǎng)，有翅蚜比率較高，而產(chǎn)蚜量及種群趨勢(shì)指數(shù)和內(nèi)稟增長(zhǎng)率都相對(duì)較低，對(duì)麥二叉蚜的生殖力及種群的增殖表現(xiàn)出了明顯的抑制作用，以MN10253表現(xiàn)最為突出，麥二叉蚜在MN10253上的總產(chǎn)蚜量、種群趨勢(shì)指數(shù)、內(nèi)稟增長(zhǎng)率都顯著低于其他MN品系皮燕麥，產(chǎn)蚜前期則顯著長(zhǎng)于其他MN品系皮燕麥。再次證明胡想順等[22]觀點(diǎn)：在抗蚜性研究中，應(yīng)該以植物抗性三機(jī)制為理論基礎(chǔ),不僅僅考慮綜合參數(shù)，也應(yīng)該注重單一參數(shù)，可以將由單一抗性參數(shù)篩選出的抗性材料， 通過(guò)雜交手段組合在一起選育綜合性狀好的抗蚜品種。

供試MN品系上麥二叉蚜若蚜的死亡率都較低，均不超過(guò)5.5%，且不同品系間無(wú)顯著差異，這說(shuō)明不同MN品系皮燕麥對(duì)E型麥二叉蚜若蚜的存活影響不大。仵均祥等[21]在不同小麥品種對(duì)麥蚜主要生命參數(shù)影響的研究中也發(fā)現(xiàn)，不同小麥品種上若蚜各齡期死亡率均很低，認(rèn)為小麥品種的抗生性并不能造成若蚜個(gè)體直接死亡，而是通過(guò)影響其生命活動(dòng)的其他方面發(fā)揮抗蟲(chóng)作用。本研究中，在表型中抗品系MN10253上，E型麥二叉蚜的體型普遍偏小、體重較輕，可能是影響成蚜的壽命、產(chǎn)蚜前期、產(chǎn)蚜數(shù)量的重要原因。

一般認(rèn)為，抗生性是作物利用自身含有有毒化學(xué)物質(zhì)或者昆蟲(chóng)取食刺激傷口部位產(chǎn)生化學(xué)或組織變化而抵抗害蟲(chóng)取食的一種內(nèi)在屬性，是抗蟲(chóng)性科學(xué)鑒定評(píng)價(jià)非選擇性實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。國(guó)內(nèi)外已就大麥、小麥、玉米、高粱等禾谷類作物抗蚜機(jī)制進(jìn)行了廣泛研究[23-29]，而對(duì)燕麥抗蚜性研究較少報(bào)道。郭建國(guó)等[30]研究發(fā)現(xiàn)，表型中抗品系MN10253的葉片表面、表型中抗品系MN08252的葉肉組織和木質(zhì)部及表型低感品系MN11213的韌皮部組織可能存在E型麥二叉蚜的抗蚜因子，表型低抗品系MN06203則對(duì)E型麥二叉蚜具有較強(qiáng)的機(jī)械抗性。植物的抗蚜機(jī)理十分復(fù)雜，是植物與蚜蟲(chóng)長(zhǎng)期協(xié)同進(jìn)化的結(jié)果，植物可以通過(guò)減少營(yíng)養(yǎng)含量及產(chǎn)生次生物質(zhì)干擾昆蟲(chóng)的正常生理代謝等手段來(lái)遏制害蟲(chóng)的的大發(fā)生，并且不同抗性會(huì)隨作物生長(zhǎng)變化表現(xiàn)出一種時(shí)間序列行為[31-33]，引起E型麥二叉蚜生殖延遲、生殖力下降的具體原因還有待做進(jìn)一步的研究。

綜合不同MN品系各項(xiàng)抗生性指標(biāo)，尤其產(chǎn)蚜量和內(nèi)稟增長(zhǎng)率的測(cè)試結(jié)果，中抗品系MN10253的抗生性最強(qiáng)，中抗品系MN11212、MN08243和MN08252次之，低抗品系MN09103再次之，以中感品系MN09255和MN08260的抗生性最差，與田間抗蚜性鑒定結(jié)果基本一致。這說(shuō)明抗生性機(jī)制在燕麥品種抗蚜性中確實(shí)起著關(guān)鍵性作用?？衫卯a(chǎn)蚜量或內(nèi)稟增長(zhǎng)率這一抗性參數(shù)，以本研究中MN10253等抗生性強(qiáng)的品系及MN09255或MN08260感蚜性強(qiáng)的品系為參照，作為判斷燕麥抗蚜性的依據(jù)，應(yīng)用于燕麥抗麥二叉蚜鑒定或抗蚜育種中。

麥二叉蚜是一種具有生物型分化的世界性害蟲(chóng)，本試驗(yàn)僅研究了E生物型在MN系列皮燕麥上的抗性差異，還難以全面反映MN系列皮燕麥對(duì)該類害蟲(chóng)抗性的穩(wěn)定性和差異性，因此，有關(guān)MN系列皮燕麥對(duì)不同麥二叉蚜生物型的抗性評(píng)價(jià)還需要做進(jìn)一步的補(bǔ)充研究。