河北省小麦主栽品种对茎基腐病抗性鉴定及评价指标相关性分析

吴玉星 韩森 王亚娇 张巧丽 高建海 栗秋生 孔令晓

关键词：小麦品种；茎基腐病；假禾谷镰刀菌；抗性评价

由假禾谷镰刀菌引起的小麦茎基腐病也称小麦冠腐病（Fusariumcrown rot，FCR），是小麦生产中重要的土传病害，可导致小麦根茎基部变褐腐烂，是小麦生产重要的限制因素之一。该病在澳大利亚、美国、加拿大等国家均有发生，正常年份造成产量损失约10%，大流行年份可达35%。并且由于全球气候变暖、耕作制度的变革、缺乏高效持久药剂等因素，病害发生呈逐渐加重趋势。该病自2012年在我国首次报道以来，发病面积和严重度急剧增加，河北省发病严重地块白穗率达到20%～50%。

抗性品种应用是病害管理的重要环节，但对于小麦茎基腐病，生产上鲜有免疫或高抗的小麦品种，感病或高感品种占80%以上。稳定、高效的抗性鉴定方法是抗性育种和基因挖掘的基本前提，而抗性评价指标的选择可影响评价的准确性，田间抗性评价易受环境因子和作物生长发育状态影响，而温室评价方法存在与田间抗性水平相关性并不显著的现象，因此，用多种抗性评价方法和指标进行综合评价，有利于筛选优质抗性资源。通过苗期及成株期抗性评价，先后筛选出了‘Surico’‘CSCR6’‘EGAWylie'翻山小麦“宁麦9号’等表现中抗的种质材料。研究者在对黄淮麦区236份小麦品种（系）的抗性评价中，发现多数材料在苗期感病或高度感病；筛选出‘矮抗58’和‘郑麦7698’可分别作为感病和中抗对照品种，苗期和成株期抗性水平无显著相关性。金京京等对我国670份小麦品种（系）进行温室苗期抗性鉴定，发现感病材料（病情指数>30）所占百分比达到84%，且包含多个近年来小麦生产中的主推品种；发掘获得15份抗病表现稳定、抗性水平与抗病对照‘Sunco’相仿的材料，病情指数在10.9～19.4之间，其株高、抽穗期等农艺性状表现出较为丰富的变异，可为小麦抗茎基腐病品种选育提供种质资源。

河北省小麦种植面积和产量在全国均名列前茅，虽然已有研究者对国内外多个小麦品种进行了室内及田间抗性鉴定，但对于河北省主栽品种，还缺乏系统性和多年的抗病性评价研究。因此，本研究针对适合河北省种植的主栽品种，通过室内离体、温室苗期及田间抗性评价相结合，明确这些主栽品种的抗性水平，从中筛选抗性品种，为小麦抗茎基腐病品种选育和品种布局提供技术支撑。

1材料与方法

1.1供试小麦品种和来源

河北省主栽品种20个（表1），由河北省农林科学院粮油作物研究所、旱作农业研究所、石家庄市农业科学院、沧州市农业科学院等单位提供，‘Sunco’为中抗对照，‘国麦301’为感病对照。

1.2供试菌株及接种体准备

供试假禾谷镰刀菌菌株2035由河北省农林科学院植物保护研究所分离保存。苗期抗性鉴定采用分生孢子悬浮液浸种法接种，浓度为1×105个/mL；成株期抗性鉴定采用谷粒法接种；分生孢子及谷粒接种物培养方法按参考文献进行。

1.3苗期鉴定方法

鉴定方法见参考文献，取不同品种小麦种子，放入铺有湿滤纸的直径60mm无菌培养皿内催芽，选取出芽一致的种子在1×105个/mL假禾谷镰刀菌孢子悬浮液中浸泡1min，然后播种于直径15cm的营养钵中，每盆25～30粒，3次重复，土壤按灭菌土：营养土=1：1混合，温度22～25℃，光暗各12h交替培养，35d后调查病害严重度，按第一叶鞘褐变长度进行严重度分级。同时采用qPCR方法测定小麦茎基部组织中病原菌DNA的含量。将所调查不同品种小麦幼苗从营养钵中取出，每品种取10株，3次重复，用无菌水洗净，滤纸吸干水分，剪取小麦第一叶以下茎基部组织，称取约0.2g，采用高效植物基因组DNA提取试剂盒（天根）提取小麦组织的DNA，将DNA浓度调至50ng/uL，以Tri3（引物：5'-CAAGTTTGATCCAGGGTAATCC-3，/5 r_GCT_GTTTCTCTTAGTCTTCCTCA-3）基因为检测基因，测定小麦茎基部组织中假禾谷镰刀菌DNA含量。PCR反应体系参照TaKaRa TB GreenPremix Ex Taq说明书，反应程序为95℃预变性5min；95℃变性30s，60℃退火并延伸30s，72℃延伸45s，延伸阶段采集信号，40个循环。

1.4田间成株期鉴定方法

田间成株期鉴定于2021年和2022年在河北省保定市河北省农林科学院植物保护研究所试验田完成。每品种播种1行，行长1m，行距30cm，每行播种100粒，3次重复。接种和调查方法參照纪莉景等的方法，分级方法按下列标准：0级：无变褐症状；1级：第一茎节褐变面积25%以下；2级：第一茎节褐变面积25%～50%;3级：第一茎节褐变面积51%～75%;4级：第一茎节占75%以上或褐变到第二、三茎节并未引起枯白穗；5级：小麦植株枯白穗。

1.5数据统计

按以下公式计算白穗率和病情指数。

白穗率一白穗数／调查总穗数×100%;

病情指数（DI）=∑（病株数×各级代表值）／（调查总株数×最高级代表值）×100。

苗期抗病类型参考金京京等‘93的方法，划分为4个级别：DI≤10，抗病；1030，高感。

成株期抗病类型以中抗品种‘Sunco’和感病品种‘国麦301’划分：DI=0，免疫；抗中感，DI≥DI国麦301，高感。

DI为病情指数；式中比较方式为方差分析结果，“=”为无显著差异，“<”或“>”表示有显著差异，a=0.05。

数据分析采用SPSS 26.0软件，Duncan氏新复极差法对各品种间苗期和成株期病情指数、白穗率分别进行差异显著性分析，Pearson法对各品种苗期和成株期的病情指数、白穗率及苗期茎基部病原菌DNA含量等抗性评价指标进行相关分析。

2结果与分析

2.1温室苗期抗性鉴定

温室苗期抗性鉴定结果表明，河北省主栽品种病情指数9.79～45.56，中抗品种‘Sunco’苗期病情指数21.25，表现为中感。病情指数在10以下的品种1个，‘衡0628’发病最轻，病情指数9.79；病情指数10～20的品种有6个：‘山农22’‘藁优5766’‘中麦1062’‘冀麦325’‘轮选987’‘石麦15’，表现为中抗；病情指数20～30（不含20）的品种有8个：‘石4366’‘石农086’‘良星66’‘沧麦119’‘师栾02-1’‘观35’‘衡4399’‘冀麦585’，表现为中感；‘邢麦13’‘国麦301’‘冀麦418’‘河农6331’‘邯麦19’等5个品种病情指数超过30，表现为高感。

苗期小麦茎基部组织中假禾谷镰刀菌DNA含量测定结果表明，病情指数最低的‘衡0628’其DNA含量为25.53ng/g;6个中抗品种病原菌DNA含量为32.82～69.14ng/g;8个中感品种病原菌DNA含量为82.85～194.37ng/g；5个高感品种病原菌DNA含量为218.55～432.32ng/g，小麦茎基腐病原菌DNA含量变化趋势与苗期病害严重度一致（图1），

2.2田间成株期抗性鉴定

中抗品种‘Sunco’ 2021年和2022年鉴定的病情指数分别为33.03和37.93，白穗率分别为0.53%和7.87%。品种‘冀麦585’‘衡4399’‘石麦15’‘观35’‘藁优5766’等5个品种201年病情指数27.26～36.82，白穗率为2.31%～5.92%;2022年病情指数为21.75～53.34，白穗率为0～18.30%，2年的病情指数和白穗率与中抗品种‘Sunco’无显著差异，田间接种鉴定为中抗小麦茎基腐病。‘河农6331’‘衡0628’‘山农22’‘邯麦19’‘邢麦13’‘中麦1062，等6个品种2年最高病情指数和白穗率与感病品种‘国麦301’相当，鉴定为感病品种，其中，‘邯麦19’品种在2年的鉴定中病情指数和白穗率最高，2021年病情指数达到79.44，显著高于对照品种‘国麦301’的59.41。‘沧麦119’‘石农086’‘师栾02-1’‘冀麦325’‘冀麦418’‘良星66’‘轮选987’‘石4366’等8个品种病情指数和白穗率高于中抗品种‘Sun-CO’，低于感病品种‘国麦301’，抗性鉴定为中感品种。

2.3抗性指标相关性分析

通过分析苗期鉴定病情指数与小麦茎基部组织中假禾谷镰刀菌DNA含量，发现苗期小麦茎基部组织中病原菌DNA含量与苗期病情指数有极强的相关性，相关系数为0.960。通过分析田间成株期和苗期病情指数相关性，2021年和2022年成株期与苗期病情指数相关系数分别为0.439和0.267，相关性不显著。2021年和2022年的田间成株期抗病性鉴定结果显示，病害病情指数与白穗率之间存在显著相关性，2年的相关系数分别为0.666和0.753，年度间病情指数相关系数为0.664，白穗率相关系数为0.828，相关性显著。因此，本研究综合2年的田间接种病情指数和白穗率来评价品种抗病性。

3结论与讨论

本研究通过对20个河北省主栽品种室内苗期抗性鉴定和2年田间成株期接种抗性鉴定发现，‘衡0628，苗期发病最轻，表现为抗病；‘山农22'藁优5766’‘中麦1062’‘冀麦325’‘轮选987’‘石麦15’苗期表现中抗。‘冀麦585’‘衡4399’‘石麦15’‘观35’‘藁优5766’等5个品种成株期表现为中抗，苗期和成株期中抗以上品种分别占供试品种的35%和25%，其余为感病品种。与前人多项抗病性鉴定结果相比，无论苗期或成株期鉴定，感病品种均占大多数，趋势一致。但与徐飞等的研究结果感病品种占50%有差异，可能是由于供试品种差异造成。本研究与徐飞等的鉴定品种中包含同一个品种‘观35’，且都表现为中抗，进一步验证了本研究抗病性鉴定结果。在澳大利亚，已经有利用茎基部褐变程度与白穗率相结合评价小麦品种资源对茎基腐病抗性水平的报道，本研究同样利用病情指数和白穗率相结合的方法評价品种抗病性，且2年的鉴定结果都表明病情指数与白穗率之间存在明显的相关性；与部分报道的病情指数与白穗率之间无明显相关性有所不同，原因可能是由于病情指数计算方法差异，本研究将白穗换算为病级统计人病情指数，因此可能增加病情指数与白穗率间的相关性。

多项研究表明，温室苗期抗病性鉴定结果与结合茎基部褐化和白穗率综合评价成株期田间抗病性鉴定结果有良好的相关性；而同样有研究结果显示，两者相关性不显著，本研究温室苗期鉴定结果与2年田间鉴定结果都无明显相关性，可能与不同生育期抗病基因作用不同相关。‘石麦15’和‘藁优5766’两个品种无论在苗期或成株期均表现中抗，说明2个品种的抗性水平较高，且抗性稳定，可以在小麦茎基腐病风险较高的地区广泛应用，对病害的流行和蔓延起到抑制作用。

小麦茎基腐病严重度有不同的评估方法，Knight等证明小麦茎基部褐斑程度与病原菌生物量具有相关性，并且都可以作为反映寄主抗性的指标。本研究在室内抗病性鉴定中，利用病害严重度分级与小麦茎基部病原菌DNA含量相结合的方法评价苗期抗性，并证明二者存在显著相关性，避免因病害分级或其他因素造成茎基部变褐症状引起的试验误差，更能反映苗期抗性鉴定的准确性。