甘蔗\\(SaccharumofficinarumL.\\)是重要的糖料作物和有發展潛力的可再生能源作物。中國現已發展成為僅次于巴西、印度的世界第三大甘蔗糖生產大國,每年甘蔗種植面積超過130萬hm2,甘蔗糖年產量約1300萬t,占中國年食糖總產量的90%以上。
甘蔗黑穗病\\(sugarcanesmutdisease\\)又稱甘蔗鞭黑穗病、甘蔗黑粉病和甘蔗灰包病,是一種氣傳真菌病害,由甘蔗鞭黑粉菌\\(UstilagoscitamineaSydow\\)引起,該病原菌隸屬擔子菌亞門黑粉菌目黑粉菌科的黑粉菌屬。自1877年在南非納塔爾首先報道甘蔗黑穗病以來,該病害現已成為世界范圍內廣泛流行的重要甘蔗病害。甘蔗黑穗病也是中國蔗區最嚴重的甘蔗病害,目前的甘蔗主栽品種均能普遍感染黑穗病,且田間發病率較高,經濟損失十分嚴重。
抗病育種是防治甘蔗黑穗病最經濟最有效的措施,世界主要甘蔗糖業生產大國\\(美國、巴西、印度、古巴、澳大利亞、中國等\\)都將甘蔗對黑穗病的抗性作為品種選育的一個主要指標。沈萬寬等采用人工浸漬接種法,對近年從澳大利亞引進的甘蔗品種進行黑穗病抗性鑒定,從中篩選出Q200B、Q190、Q171等抗性水平為抗病的品種;王維贊等采用人工浸漬接種與自然感染相結合的方法,對從國內外引進的14個甘蔗品種進行黑穗病抗性鑒定,篩選出臺糖88/99和臺糖89/1626兩個高抗黑穗病品種。筆者采用人工浸漬接種與田間自然感染相結合的方法,對34個甘蔗品種\\(品系\\)進行黑穗病抗性鑒定與評價,旨在為甘蔗新品種選育和推廣應用以及親本評價提供科學依據。
1、材料與方法
1.1供試品種\\(品系\\)
供試甘蔗品種\\(品系\\):98-73、00-319、01-121、01-120、00-256、01-246、粵糖95-168、01-160、粵糖96-86、粵糖03-233、粵糖91-1102、01-125、01-244、粵糖00-318、99-57、01-79、粵糖99-66、粵糖91-976、ROC22、CP93-1634、CP89-2143、CP94-1100、ROC10、97-639、粵農83-88、ROC20、粵糖03-373、粵糖03-393、粵糖02-305、粵糖02-373、粵糖04-232、NCo310、NCo376、F134等34個,均來自廣州甘蔗糖業研究所保育基地。
1.2病菌冬孢子的采集與保存
于試驗當年\\(2004-2012年\\)的5月中下旬,分別從廣東省甘蔗主要產區遂溪、雷州、徐聞、翁源等地的ROC22、ROC16、ROC25及粵糖89-113等主栽品種上采集新鮮黑穗病鞭子\\(冬孢子\\),于室溫自然風干4~5d,用毛筆輕輕刮下各鞭子上的冬孢子,并將冬孢子充分混勻后分裝于小濾紙袋中\\(每袋10g\\),保存于4℃冰箱中備用。
1.3病菌活性的檢測
取微量待測的甘蔗黑穗病菌混合冬孢子,用無菌水混勻,經YEPS培養基平板培養2~3d\\(28℃\\)后檢測冬孢子的菌絲生長狀況;另取微量混合冬孢子,經1%水瓊脂培養\\(含50μg/mL氨芐青霉素\\)后鏡檢冬孢子的萌芽率。
1.4接種、種植與發病調查
1\\)接種。采用浸種法進行人工接種。用檢驗合格的冬孢子配制5×106個/mL的孢子懸浮液\\(2g干燥冬孢子兌水1L\\),將種芽\\(每品種60個新鮮單芽\\)置于孢子懸浮液中浸泡30min,取出放入塑料袋內封口,經過保濕催芽24h后種植。
2\\)種植。接種材料種植于廣州甘蔗糖業研究所試驗基地h或華南農業大學廣州增城教學科研基地,小區單行\\(行長3m\\)、不完全隨機區組排列、重復3次,每行\\(區\\)種植20個接種單芽,植后覆蓋薄土,其余田間管理按常規大田生產操作。
3\\)調查。種植后發現有黑穗病株時進行第一次調查\\(約植后30~40d\\),以后每隔7d調查1次,連續調查6個月后終止。每次調查發現病株時,記載后將其連根拔除,以免重復記載發病株數。在調查終期,合計發病株數及總株數,計算其株發病率。
1.5田間自然感染黑穗病發生率調查
在田間甘蔗黑穗病發病高峰期\\(5-6月\\),選取代表性的田塊,連續調查50株甘蔗植株的黑穗病發生株數\\(含早期癥狀\\),計算各品種的病株發生率。
1.6甘蔗黑穗病抗性分級標準
采用1~9級分級標準進行抗性分級,按照國家甘蔗育種“九五”攻關指標,以每叢發病株率評價供試品種的抗病性。
2、結果與分析
2.1甘蔗黑穗病菌冬孢子的活性檢測
在顯微鏡下觀察采集的甘蔗黑穗病菌冬孢子,可見近圓形、棕褐色厚垣孢子\\(圖1-A\\);厚垣孢子為休眠孢子,在YEPS培養基或1%瓊脂糖上均可萌芽\\(圖1-B\\),產生具有致病力的白色羊毛狀雙核菌絲體\\(圖1-C\\)。檢測結果顯示冬孢子的萌芽率超過90%,表明用于接種的甘蔗黑穗病菌冬孢子活性較好,達到接種要求。
2.2甘蔗黑穗病發病潛伏期及株發病率
從病原菌侵入至出現病害癥狀的這段時間稱為病害發病潛伏期。病害發病潛伏期是評價寄主對入侵病原菌防御能力的一個指標。由表1可知,所有供試甘蔗品種\\(品系\\)的黑穗病發病潛伏期為28~140d。發病潛伏期小于60d的有5個甘蔗品種\\(品系\\),占供試品種的12.8%;發病潛伏期60~100d的有19個甘蔗品種\\(品系\\),占48.7%;發病潛伏期101~140d的有10個甘蔗品種\\(品系\\),占25.6%。
這表明人工接種后大都數甘蔗品種或品系的黑穗病發病潛伏期為60~100d。從表1還可以看出,供試甘蔗品種\\(品系\\)的黑穗病株發病率介于0~88.4%,黑穗病發病潛伏期較長的甘蔗品種\\(品系\\),其黑穗病株發病率相對較低;反之,潛伏期較短的甘蔗品種\\(品系\\),其黑穗病株發病率相對較高。
2.3甘蔗黑穗病抗性鑒定結果
根據表1甘蔗黑穗病抗性鑒定結果,抗性水平為高抗\\(HR\\)的品系有00-319、01-121、00-256、01-125、01-79,占供試品種的14.7%;抗性水平為抗\\(R\\)的品種\\(品系\\)有01-120、粵糖03-233、CP93-1634,占供試品種的8.8%;抗性水平為中抗\\(MR\\)的品種\\(品系\\)有粵糖96-86、99-57,占供試品種的5.9%;抗性水平為中感\\(MS\\)的品種\\(品系\\)有01-246、粵糖95-168、01-160、粵糖91-1102、01-244、粵糖00-318、CP89-2143、CP94-1100,占供試品種的23.5%;抗性水平為感病\\(S\\)的品種\\(品系\\)有98-73、粵糖99-66、粵糖91-976、ROC22、NCo376、ROC20、粵糖03-393,占供試品種的20.6%;抗性水平為高感\\(HS\\)的品種\\(品系\\)有ROC10、97-639、粵農83-88、F134、粵糖03-373、粵糖02-205、粵糖02-373、粵糖04-232、NCo310,占供試品種的26.5%。
2.4甘蔗黑穗病田間的自然發病率
由表1可知,在田間黑穗病菌的自然感染條件下,供試甘蔗品種\\(品系\\)的黑穗病發生率均較人工接種脅迫下黑穗病發生率明顯降低。在田間自然感染條件下,供試品種\\(品系\\)的黑穗病株發生率介于0~28%。大部分供試品種\\(品系\\)的田間黑穗病自然感染發病率低于10%,甚至不發病。田間自然感染條件下黑穗病發生率較高的品種有ROC22、粵糖99-66和粵糖91-976。
3、討論
本試驗中,34個參試品種\\(品系\\)對黑穗病抗性達中抗\\(MR\\)或以上抗性水平的占29.4%,抗性水平為中感\\(MS\\)或以下的占70.6%,反應出參試品種或品系對黑穗病的抗性水平普遍不高。
20世紀80年代后期,中國大陸開展甘蔗抗黑穗病育種,在甘蔗抗黑穗病鑒定技術、抗性評價體系、抗性機制及抗源篩選等方面做了許多研究,取得了一定成效,先后育成了粵糖85-177、粵糖83-271等高抗甘蔗黑穗病品種,以及引進了高抗黑穗病品種ROC10,并進行了推廣應用,對甘蔗黑穗病的發生與流行起到較好的抑制作用。近年來,由于甘蔗黑穗病生理小種的變化,使原有抗病品種抗性喪失,并淪為感病品種,如原高抗黑穗病品種ROC10,在本試驗中對黑穗病的抗性為高感。另外,有些感病品種還發展成為絕對主栽培品種,如感病品種ROC22種植面積占總面積的60%以上,導致中國大陸蔗區甘蔗黑穗病發生嚴重,經濟損失重大。因此,加強中國大陸蔗區甘蔗黑穗病菌生理小種鑒定,明確蔗區甘蔗黑穗病菌生理小種類型、優勢生理小種及其動態分布,針對優勢生理小種進行抗源篩選、雜交組合配制及新抗病品種\\(品系\\)選育與推廣應用,是扭轉當前蔗區甘蔗黑穗病嚴重發生被動局面的關鍵措施。
本試驗采用人工浸漬接種與田間自然感染相結合的方法,評價供試品種\\(品系\\)對甘蔗黑穗病的抗性水平。一些人工接種高感品種\\(品系\\),田間自然感染黑穗病發生率并不高,如粵糖03-393、粵糖04-232、粵糖03-337、粵糖02-305等的人工接種鑒定為高感黑穗病,但其田間自然感染黑穗病發生率依次為2%、2%、4%、4%,按照抗性分級標準均為高抗或抗病品種,主要原因是這些品種均為近年新育成品種,其種植造次較少,甘蔗黑穗病菌在種莖中尚未能大量積累;相反人工接種鑒定為感病的品種,如ROC22、粵糖91-976等,其田間自然感染黑穗病發生率相對較高,分別為28%和16%,主要原因是這些品種育成時間較久,種植造次較多,尤其是ROC22連續作為主栽品種種植10多年之久,黑穗病菌在種莖中大量積累,導致其田間自然條件下黑穗病發生率高且危害嚴重。這與王維贊等的研究結果基本一致。
本試驗供試品種NCo310、NCo376、F134是中國臺灣地區甘蔗黑粉菌生理小種的鑒別寄主,其中NCo310感小種1、抗小種2,F134感小種2、抗小種1,NCo376對小種1及小種2免疫。中國大陸蔗區由臺灣引進甘蔗品種較多且歷史較久,從20世紀70至80年代主栽品種F134到目前主栽品種ROC22、ROC16等均為從臺灣引進,可以推斷中國大陸蔗區甘蔗黑粉菌生理小種應該與中國臺灣差不多。本試驗中鑒別寄主NCo376\\(對小種1及小種2免疫\\)2008年和2012年人工接種黑穗病的發生率分別為50%和43%,說明由于接種源混合冬孢子存在新的生理小種\\(或致病力變異菌株\\),導致原免疫品種NCo376變成感病品種。由此可以推斷出廣東省蔗區已存在新的甘蔗黑穗病菌生理小種。這與沈萬寬等和陳健文等的研究結果基本一致。
本試驗中,ROC22、ROC20、F134、NCo310及NCo376都參加了2008年和2012年2年的抗性鑒定,雖然同一品種2年的人工接種黑穗病發生率不同,但其抗性鑒定類型一致,反應出傳統的甘蔗黑穗病人工浸漬接種鑒定結果具有較好的重演率。這種鑒定方法能夠充分保留鑒定品種對黑穗病菌的形態學抗性和生理生化抗性,鑒定結果比較合理、可靠。當然,甘蔗品種對黑穗病的抗性水平是由寄主、病原菌及環境等因素決定的,環境可以影響黑穗病菌的萌芽、菌絲生長等,并影響黑穗病菌的致病力,從而影響甘蔗品種對黑穗病的抗性水平。為了克服不同接種年份、不同接種地點等環境因素對甘蔗品種抗性水平的影響,建議在供試品種中加入一套已知抗性的不同抗性水平的標準品種作為對照。
