28份高粱品种对丝黑穗病的抗性评价及发病条件研究

郭成 王春明 周天旺 张小杰 葛玉彬 张国琴

摘要 为明确不同高粱品种抗丝黑穗病类型和差异，本研究于 2019 年采用田间人工接种法在甘肃省榆中县对28份高粱品种进行了田间抗病性鉴定，结果表明，‘吉杂122和‘瑞杂8号2份材料表现免疫，占比7.14%;‘龙杂5号 ‘吉杂227和‘新粱N6VA等3份材料表现高抗，占比10.71%;‘晋杂22号‘吉杂127‘吉杂124‘吉杂137和‘新粱SN2等5份材料表现抗病，占比17.86%;‘晋糯3号‘吉杂140和‘吉杂138等3份材料表现中抗，占比10.71%;9份材料表现感病，6份材料表现高感，占比分别为32.14%和21.43%。不同播种时期和接菌量研究结果表明，前者与平均病株率呈显著负相关，而后者与平均病株率呈显著正相关。

关键词 高粱; 丝黑穗病; 抗性; 发病条件

中图分类号： S 435.14

文献标识码： A

DOI： 10.16688/j.zwbh.2020331

Resistance analysis of 28 sorghum varieties and research on incidence conditions to head smut

GUO Cheng1，2， WANG Chunming1，2， ZHOU Tianwang1，2， ZHANG Xiaojie3， GE Yubin4， ZHANG Guoqin4

（1. Institute of Plant Protection， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou 730070， China;

2. Scientific Observing and Experimental Station of Crop Pests in Tianshui， Ministry of Agriculture and Rural

Affairs，  Gangu 741299， China; 3. College of Plant Protection， Gansu Agricultural University， Lanzhou

730070， China; 4. Institute of Crops，Gansu Academy of Agricultural Sciences，Lanzhou 730070， China）

Abstract

The study aimed to confirm the head smut-resistance types and differences among sorghum varieties. Using the artificial inoculation method under field conditions， 28 sorghum varieties were assessed and evaluated at Yuzhong county， Lanzhou city， Gansu province in 2019. The results showed that two accessions were immune， such as ‘Jiza122 and ‘Ruiza8， accounting for 714% of the total accessions. Three accessions were highly resistant， including ‘Longza5 ‘Jiza227， and ‘Xinliang N6VA， accounting for 10.71%. Five accessions were resistant， such as ‘Jinza22 ‘Jiza127‘Jiza124 ‘Jiza137， and ‘Xinliang SN2， accounting for 1786% of the total accessions. Three accessions were moderately resistant， for example ‘Jinnuo3‘Jiza140 and ‘Jiza138， accounting for 10.71% of the total accessions. The other nine and six accessions were susceptible and highly susceptible， accounting for 32.14% and 21.43%， respectively. The results showed that the severity of the sorghum head smut was negative with the sowing date， but positively correlated with the inoculation amount.

Key words

sorghum; head smut; resistance; incidence condition

高粱Sorghum bicolor又称蜀黍，属禾本科，它不仅是重要的粮食作物，也是发展畜牧产业的优质饲料、酿酒和工业原料，在社会生产和国民经济中占有非常重要的地位[1]。高粱的世界总产量位于粮食作物玉米、水稻、小麦和大麦之后，居第5位[2]。我国的高粱单产水平仅次于美国，在世界范围内名列第2[3]。高粱栽培品种根据其不同用途，可分为甜高粱、饲料高粱和籽粒高粱3种类型[4]。作为C4植物的模式作物，高粱因其具有光合效率高、耐高温和干旱能力強，以及耐贫瘠胁迫等特性而备受关注[5]。虽然高粱具有耐环境胁迫等优势，但病虫害的发生和危害，大大降低了高粱的产量和品质[6]。据报道，每年高粱因病虫害危害造成的产量损失在不断提高，甚至会抵消因种植高产新品种或使用新技术而带来的经济效益[7]。

高粱丝黑穗病是影响中国高粱生产和发展的重要病害之一，在东北地区和华北地区危害尤为严重[8]。近年来，随着栽培耕作技术措施改变，高粱的多年连种使得轮作倒茬日益困难，田间土壤中丝黑穗病菌菌源量不断累积，该病害明显呈加重趋势[1]。丝黑穗病在吉林、黑龙江、辽宁、山西、贵州和四川等不同地区的高粱产区发生和危害较为严重，个别重病田块的发病株率超过90%[9-10]。

种植和使用抗病虫品种是防治高粱病虫害的重要举措之一，而筛选和评价抗性资源是成功选育抗病虫品种的基础工作[1， 7，11]。专家和学者搜集现有高粱种质和品种对其通过田间人工接种进行抗性评价，筛选出了一批高抗丝黑穗病的高粱材料。如董怀玉等[7]通过对1 200余份国内外高粱种质资源进行了抗丝黑穗病评价，共筛选出高抗丝黑穗病的种质资源276份，占总鉴定材料的21.53%。张桂香等[12]对1 500份国内外高粱种质进行抗丝黑穗病鉴定，发现免疫材料37份，高抗材料31份。这些高抗丝黑穗病种质的发现，拓宽了高粱育种资源，为高粱抗病育种提供了有效的抗源材料，但高抗高粱丝黑穗病的种质仍相对匮乏。且高粱丝黑穗病菌在不同地区的菌株存在致病力差异，生理小种具有明显区域性，因此在引种时应对其进行抗性鉴定，从而避免由于异地种植出现丝黑穗病大发生和流行[13]。因此，本研究搜集了国家谷子高粱产业技术体系在生产上推广种植的28份高粱品种，对其进行丝黑穗病抗性鉴定与评价，旨在明确这些品种的抗病水平，为其在西北生态区的引种和品种更替提供科学依据和技术支撑。同时通过不同播期和接菌量试验对高粱丝黑穗病发病的外部环境条件进行分析，以期明确影响该病害发生的环境因子，为高粱丝黑穗病的农业生态防治提供依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试品种：28份高粱品种由甘肃省农业科学院、新疆农业科学院、平凉市农业科学研究院和部分育种企业提供。

供试菌种：2018年秋季采自位于甘肃省平凉市泾川县高平镇的平凉市农业科学研究院高平实验站罹病高粱，从典型病株上收集病瘿，风干后常规保存。

1.2 试验方法

1.2.1 高粱丝黑穗病菌菌粉制备

播种前将病瘿上的冬孢子菌粉抖落，以40目细箩过筛，分别按菌土比0.2∶100、0.4∶100、0.6∶100、0.8∶100将菌粉和细土充分混合后备用。

1.2.2 高粱抗丝黑穗病鉴定

高粱丝黑穗病鉴定圃设在甘肃省农业科学院榆中高寒试验站，该地区属于温带半干旱气候，年均气温6.7℃，降雨量400 mm。该试验于2019年4月21日播种，行长1.5 m，行距0.6 m，每处理设3次重复，每行人工撒播高粱种子100粒，播种时用0.6∶100混合菌土覆盖高粱种子。病情分级和抗性分级标准参照高粱种质资源抗丝黑穗病鉴定方法[14]，稍作修改。

以病株率划分抗性等级，0级为免疫（IM），病株率为0;1级为高抗（HR），0<病株率≤5.0%;3级为抗病（R），5.0%<病株率≤10.0%;5级为中抗（MR），10.0%<病株率≤20.0%;7级为感病（S），20.0%<病株率≤40.0%;9级为高感（HS），400%<病株率≤100.0%。

在高粱进入乳熟期时，对供试品种逐株进行调查和记载，计算病株率。采用Excel 2010和DPS 2016.1.1数据处理系统进行数据统计分析，用Duncan氏新复极差多重比较法进行显著差异性分析（P<0.05）。

1.2.3 播种时期和接菌量对高粱丝黑穗病发病的影响

于2019年4月21日播种高粱品种‘吉杂140，该品种以‘吉1230A为母本，‘吉R8068为父本组配而成，2014年经辽宁省国家高粱改良中心接种鉴定，病株率为19.0%，对丝黑穗病表现中抗（MR）。接菌量对发病影响的试验播种方式同1.2.2，但在播种时分别用0.2∶100、0.4∶100、0.6∶100和0.8∶100混合菌土覆盖高粱种子，每处理3次重复。不同播期对发病影响的试验播种方式同1.2.2，以0.6∶100混合菌土覆盖高粱种子，分别于2019年4月21日、4月24日、4月27日、4月30日和5月3日播种高粱品种‘吉杂140，每处理3次重复。用Excel 2010对播种时间和接菌量试验处理结果与平均病株率进行线性回归分析。

2 结果与分析

2.1 高粱品种对丝黑穗病的抗性水平

在28份高粱品种中，2份材料‘吉杂122‘瑞杂8号表现免疫，占比7.14%;3份材料‘龙杂5号‘吉杂227和‘新粱N6VA表现高抗，占比1071%;5份材料‘晋杂22号‘吉杂127‘吉杂124‘吉杂137和‘新粱SN2表现抗病，占比1786%;3份材料‘晋糯3号‘吉杂140和‘吉杂138表现中抗，占比10.71%;9份材料‘吉杂136‘汾酒粱1号‘吉杂159‘龙杂16号‘晋杂34号‘糯粱2号‘吉杂123‘吉杂235和‘龙杂10表现感病，占比3214%;6份材料‘平试10号‘龙杂11号‘38‘晋杂31号‘冀酿2号和‘平杂8号表现高感，占总鉴定材料的21.43%。28份品种的发病率及抗性类型见表1。

2.2 高粱品种间抗性差异显著性分析

对28份高粱品种进行方差分析结果可知（表1），13份抗病及免疫品种中，2份免疫品种‘吉杂122和‘瑞杂8号之间及其与‘龙杂5号‘新粱N6VA‘吉杂227‘吉杂127‘新粱SN2‘吉杂124‘吉杂137和‘晋杂22号8份抗病品种不存在显著性差异（P>0.05）;但与‘吉杂138‘吉杂140和 ‘晋糯3号3份中抗品种之间差异显著（P<005）。15份感病品種中，高感品种‘平杂8号‘平试10号 ‘晋杂31号‘38 ‘冀酿2号之间差异性不显著（P>0.05），但与‘龙杂11号‘吉杂235‘龙杂16号 ‘龙杂10号‘汾酒粱1号‘吉杂123‘吉杂136存在显著差异（P<0.05）。

2.3 播种时间和接菌量对高粱丝黑穗病病株率的影响

调查结果表明，2019年4月21日、4月24日、4月27日、4月30日和5月3日分别播种的‘吉杂140 的病株率依次为17.9%、20.4%、13.3%、108%和72%（图1）。经方差分析发现，4月21日、4月24日和4月27日播种的处理之间病株率差异不显著（P>0.05），而4月24日播种与4月30日、5月3日播种病株率差异显著（P<0.05）。不同接菌量试验结果显示，按菌土质量比0.2∶100、0.4∶100、0.6∶100和0.8∶100分别接菌后，‘吉杂140的病株率分别为10.0%、12.1%、17.9%和26.5%（图2）。经方差分析发现0.2∶100和0.4∶100与0.6∶100接种处理之间病株率差异不显著（P>0.05），而这两处理与0.8∶100之间差异显著（P<0.05）。

对不同播种时期（x）与平均病株率（y）进行线性回归分析，拟合方程为y=-1.037 5x+45 232，R2=0.853 3，说明不同播种时间与平均病株率呈显著负相关（P=0.035）;对不同接菌量（x）与平均病株率（y）进行线性回归分析，拟合方程为y=5.540 2x+2.783 4，R2=0.935 4，说明不同接菌量与平均病株率呈显著正相关（P=0.045 3）。

3 结论与讨论

本研究通过田间人工接种进行抗丝黑穗病鉴定，共获得2份免疫（IM）、3份高抗（HR）、5份抗病（R）、3份中抗（MR）、9份感病（S）和6份高感（HS）品种，其中表现高抗（HR）及以上品种5份，占1786%。甘肃省平凉市泾川县高粱丝黑穗病生理小种为3号[15]，与1号和2号生理小种相比，该小种致病力很强[16-17]。本次接种鉴定所用的高粱丝黑穗病菌菌种为3号生理小种，鉴定结果具有代表性，鉴定为感病和高感高粱丝黑穗病的品种应避免在甘肃冷凉地区种植和推广，如陇东地区、甘南高原、临夏州和定西市的临洮县和渭源县的部分高海拔地区，以免造成该病害的流行而导致减产，该研究结果为不同高粱品种在甘肃不同生态区的合理布局提供了技术支撑。

经查阅品种审定时相关资料，进一步分析发现，‘吉杂140审定时表现MR，与本鉴定结果表现一致。其余21份品种抗性与本研究均存在差异，其中4份在本研究中抗性出现上升，如‘吉杂122和‘吉杂227审定时表现MR，在本研究中抗性分别上升为IM和HR;‘瑞杂8号和‘龙杂5号审定时均表现R，在本研究中分别上升为IM和HR。17份品种在本研究中抗性出现下降，‘晋杂22号‘吉杂124和‘吉杂137审定时表现HR，在本研究中抗性降为R;‘吉杂138‘晋糯3号审定时表现为HR，在本研究中抗性降为MR;‘吉杂127和‘晋杂34号审定时表现为HR，在本次研究中分别降为R和S;‘汾酒粱1号‘吉杂136和‘龙杂10号审定时表现为R，‘吉杂159‘龙杂16号‘吉杂123和‘糯粱2号审定时表现为MR，在本研究中均降为S;‘龙杂11号审定时表现IM，‘晋杂31号表现HR，‘平杂8号表现S，在本研究中均降为HS。6份高粱品种‘新粱N6VA‘新粱SN2‘吉杂235‘平试10号‘38和‘冀酿2号对丝黑穗病的抗性，属首次评价，有待于进一步开展多生理小种的多年多点抗性试验的综合评价。部分品种在不同生态区审定时抗性与本次鉴定结果之间的差异，主要因不同地区间高粱丝黑穗病菌致病力差异所致，这也提示在一些病害的常发区，作物品种的引进种植应该对其抗病性进行重新评价，以避免重大病害暴发所引起的严重生产损失，有效保护生产安全。

由于丝黑穗病的发生与播期、土壤初始菌源量等有很大关系，所以本研究针对高粱丝黑穗病发生严重度与接菌量、播期进行研究，结果显示高粱丝黑穗病的发病率与接菌量呈显著正相关，与播期呈显著负相关。加之高粱播种至出苗的土壤温、湿度对高粱种子的发芽、生长和病原菌冬孢子的萌发和侵染有直接影响，土壤温度越低，高粱出苗延迟，发病则越严重。不过早播种、适当推迟播期也可作为预防高粱丝黑穗病发生和流行的一个重要举措。同时，连续多年种植能够增加土壤中病菌的积累，诱发病害的暴发，因此必要的轮作也是减轻高粱丝黑穗病的重要农业措施之一。

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（责任编辑：田 喆）