小麦茎基腐病抗性鉴定方法研究进展

李巧云,郭振峰,郝晓鹏,唐建卫,高 艳,殷贵鸿

(河南农业大学农学院/国家小麦工程技术研究中心/河南省小麦技术创新中心,河南郑州 450046)

1 小麦茎基腐病的危害

小麦(Triticumaestivum)茎基腐病(crown rot)是由镰刀菌属(Fusariumspp.)的多种真菌复合侵染引起,从种子萌发到成熟期皆可发病[1]。在萌发期,病原菌抑制胚芽鞘伸长,降低出苗率,严重时可导致种子腐烂或幼苗枯萎[2];在苗期,受侵染的植株茎基部褐(黑)变并不断向上侵染芽鞘、叶鞘和主茎,严重时整株死亡[3-4];拔节后,该病害可引起茎秆褐变坏死[5-6],出现枯白穗并导致减产[7]。另外,被茎基腐病病原菌侵染的植株及籽粒中还会残留多种真菌毒素,如脱氧雪腐镰刀菌烯醇(deoxynivalenol,DON)、玉米赤酶烯酮(zearalenone,ZEN)等,这些毒素可损伤植株,同时影响其加工食品及饲料的安全性,严重危害人畜生命健康[8]。

小麦茎基腐病自上世纪50年代在澳大利亚被报道以来[9],在中国[10]、美国[7,11]、加拿大[12]、澳大利亚[13]、阿根廷[14]等多个国家被发现,成为一种世界性的重要病害,对小麦生产造成严重威胁。如在澳大利亚,该病害造成小麦年均减产约10%,部分人工接种地区产量损失高达85%[13],直接经济损失每年约7 900万澳元[15];在美国西北部地区该病发生率高达76%[11],年均减产 9.5%,严重年份可达35.0%,每公顷直接经济损失219美元[5,7]。陈厚德等[16]在1996年首次报道了江苏省的小麦茎基腐病,随后在河南[4,17]、河北[18-20]、山东[21]、陕西[22]等地陆续也有报道。近年来,小麦茎基腐病在中国不同麦区频繁发生,尤其在黄淮麦区,呈现出不断蔓延和加重的趋势[23-24],如河北省2013年很少见到由茎基腐病引起的小麦白穗,但2015年普遍发生,严重地块白穗率达到20%～50%[20];山东省2016年小麦茎基腐病发病率为10%～30%[21],2020年该省发生面积突破80万hm2,遍布15市123个县(市)[25];河南省2013、2015和2016年小麦茎基腐病病田白穗率分别为0.4%～11%、0.1%～16.1%和 0.1%～31.5%[26],2019年该省部分田块发病率高达78.9%[27]。

小麦对茎基腐病的抗性由多基因控制[3],病原菌宿主广泛,在田间残留秸秆上可生存数年、遇适宜环境可再次引发病害[28],加上其发病部位在茎基部,且全生育期均可发病,使该病害的防控比较困难。种植抗病品种是应对茎基腐病最经济有效的措施,然而,国内外至今未发现对茎基腐病免疫的小麦品种,高抗和中抗品种也很少[4,29-31]。如Wildermuth等[29]鉴定了400 份小麦材料的成株期茎基腐病抗性,发现只有Gluyas Early、Mexico234和Reliance表现为中抗;张 鹏等[23]对82份小麦种质进行苗期茎基腐病抗性鉴定,发现红蚰子、翻山小麦等13份材料达到中抗水平(15.8%);杨 云等[4]等对88份黄淮麦区主推小麦品种进行抗性鉴定,发现所有品种在苗期均表现为感病,而在成株期能达到中抗水平的只有中育8号、周麦27号等10份材料(11.4%),阳 霞[32]对1 306 份小麦材料进行苗期鉴定,发现80%的材料表现为高感。可见,提高茎基腐病抗性是今后小麦遗传育种工作的主要目标之一。

2 目前常用的小麦茎基腐病抗性鉴定方法

准确的表型鉴定是进行小麦抗病育种的基础,目前,小麦茎基腐病的鉴定方法主要包括苗期和成株期抗性鉴定两个方面,其中,苗期抗性鉴定的方法比较多,主要有土培苗接种法和水培苗接种法;成株期抗性鉴定分别在温室与大田进行。对不同方法分类概述如下:

2.1 苗期茎基腐病抗性鉴定

2.1.1 苗期水培苗的接种鉴定

根据接种方式,又分为孢子液浸泡法、套菌碟法、小烧杯法、水培苗棉球绕茎法、培养皿直接加孢子液法、植株滴加孢子液法等多种,其中孢子液浸泡法和棉球绕茎法也用于土培苗的接种。

孢子液浸泡法由Yang等[33]于2010年建立,是将萌发2 d(胚芽鞘长约0.5 cm)的种子浸泡在孢子悬浮液中1～2 min后,置于湿纸巾中或格子纸上,14或21 d后进行调查[33-34]。套菌碟法由张向向等[18]于2014年建立,是将长有致病菌的马铃薯-葡萄糖-琼脂培养基用打孔器取菌碟,套在萌发种子的芽底部,然后用湿布包裹或置于培养皿中,5～20 d后进行调查[18,24]。小烧杯法由郭炜等[35]于2018年建立,是将菌碟放在有琼脂水培养基的烧杯中央,然后将萌发种子绕菌碟插入培养基中,5 d后进行调查。此外,还有水培苗棉球绕茎法、培养皿直接加孢子液法[3]和滴加孢子液接种法[24]。水培苗棉球绕茎法是在幼苗茎基部缠绕医用棉球,在棉球内侧苗茎部接触处接种孢子液并固定于水培盒中,10 d后调查病情[3];培养皿直接加孢子液法是将孢子液加在培养幼苗的培养皿中,10 d后调查病情[3]。滴加孢子液接种法是指在幼苗的胚芽和种子的夹角处滴加孢子液接种,5 d后调查病情[24]。

小烧杯法、套菌碟法最利于发病[24,34],但是操作起来比较麻烦,不适用于大群体的鉴定;滴加孢子液与水培苗棉球绕茎法发病较慢[3,24]、操作起来又比较麻烦,限制了其应用;孢子液浸泡法接种虽然致病性不如套菌碟法高,但适当延长培养时间,也能达到良好的致病效果[24],且其操作相对简单,较适合于大批量材料的抗性鉴定[34],是目前使用较多的水培苗鉴定方法[24,33-34]。

苗期水培法一般根据苗褐变的程度,采用由Li等[36]基于Wildermuth等[37]的研究基础上建立的0～5级记录方法,记录标准为:0级,无明显褐变症状;1级,胚芽鞘或第一叶鞘上有明显褐变症状;2级,第1叶鞘和冠间(below subcrown internode)部分坏死;3级,第二叶鞘和冠间部分或完全坏死,苗高降低(≤1/2);4级,第三叶鞘或叶片和冠间部分或完全坏死,苗高降低(>1/2);5级,整株死亡。Yang等[33]、程 睿等[34]研究均采用了此记录标准。多数学者也对该记录标准进行了调整,采用0～4级[35]、0～7级[18]或调整的0～5级法[3],也有记录时根据根系褐变情况进行记录[35,38]。在记录病情的基础上计算病情指数进行抗性评价。病情指数(DI)=∑[(级数×各级株数)/(最高级数×总株数)]×100,其中,DI=0时为免疫(I),DI=0～10.0时为高抗(HR),DI=10.1～20.0时为中抗(HR),DI=20.1～30.0时为中感(MS),DI>30.1时为高感(HS),这是目前使用较多的评价标准[3-4,35]。

2.1.2 苗期土培苗的接种鉴定

苗期土培苗接种方法主要有棉球(布)绕茎法、茎基部滴注法、天然培养基接种法、孢子液浸染法等。

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