李柯,鄭素嬌,王曉莉,孫哲,葉文武,王源超,鄭小波

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院,江蘇 南京 210095)

根腐病是大豆生產(chǎn)中危害最重的病害之一,在全球各大豆主產(chǎn)區(qū)均有發(fā)生。近年來,該病在我國東北和黃淮海等大豆主產(chǎn)區(qū)發(fā)生嚴(yán)重,一般可造成大豆減產(chǎn)10%～30%,重病地區(qū)可減產(chǎn)60%以上,甚至導(dǎo)致絕收[1]。大豆根腐病為土傳病害,大豆根部和莖基部發(fā)病后,影響植株地上部分水分和營養(yǎng)供給,生長受阻,嚴(yán)重時造成植株枯死[2]。根腐病是大豆田缺苗斷壟和植株早衰的重要原因之一。

引起大豆根腐病的病原菌有多種,常見的有大豆疫霉(Phytophthorasojae)、腐霉(Pythiumspp.)、鐮孢菌(Fusariumspp.)和立枯絲核菌(Rhizoctoniasolani)等。在我國東北和黃淮海等大豆主產(chǎn)區(qū),危害最大的主要是大豆疫霉和鐮孢菌,鐮孢菌的主要種類有茄腐鐮孢菌(Fusariumsolani)、黃色鐮孢菌(F.culmorum)、禾谷鐮孢菌(F.graminearum)、木賊鐮孢菌(F.equseti)、尖孢鐮孢菌(F.oxysporum)和層出鐮孢菌(F.proliferatum)等[3-6]。有報道指出,我國黃淮海地區(qū)的大豆根腐病常由多種病原菌復(fù)合侵染引起,大豆疫霉和鐮孢菌的復(fù)合侵染可加重根腐病的發(fā)生與危害[7]。

由于大豆根腐病主要為害大豆植株地下部,防控較為困難。使用抗病品種是防控該病最為經(jīng)濟(jì)有效的方法。過去的抗病品種篩選大多只針對某一種或某一類病原菌,如:大豆疫霉根腐病菌[8-9]或大豆鐮孢根腐病菌[10-11],而對于是否同時抗多種(類)根腐病菌,則關(guān)注較少。

本研究以國家大豆良種攻關(guān)項目2019—2020年選育的251份大豆品種(系)為材料,鑒定了這些品種(系)對大豆疫霉和多種鐮孢菌的抗性水平,篩選出可以同時抗大豆疫霉多種致病型和多種鐮孢菌的抗性品種(系),以期為利用抗病品種防控大豆根腐病及后續(xù)抗病育種提供有力支撐。

1 材料與方法

1.1 供試大豆種質(zhì)資源

供試的251個大豆材料為2019—2020年國家大豆良種攻關(guān)項目新選育的品種(系),由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所孫石老師提供。以‘合豐47’為感病對照品種,由黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院佳木斯分院植物保護(hù)研究所丁俊杰老師提供。

1.2 供試大豆疫霉菌株

供試的8個不同致病型大豆疫霉菌株(Ps1、Ps3、Ps4、Ps5、USAR2、Ps41-1、PsMC1和PsJS2)由南京農(nóng)業(yè)大學(xué)卵菌與真菌分子生物學(xué)實驗室和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所朱振東教授團(tuán)隊分離、收集并保存共享。各菌株在大豆鑒別寄主上的致病表型見楊瑾等[9]的報道。菌株在25 ℃黑暗條件下采用10% V8培養(yǎng)基[12]培養(yǎng)7～10 d用于接種。

1.3 供試鐮孢菌菌株

選取6個引起大豆鐮孢根腐病的常見種,每種鐮孢菌各選取1株致病力較強(qiáng)的菌株作為供試菌株,分別是茄腐鐮孢菌Fs-1、黃色鐮孢菌Fc-4、禾谷鐮孢菌Fg-1、木賊鐮孢菌Fe-9、尖孢鐮孢菌Fo-2和層出鐮孢菌Fp-2。上述菌株由南京農(nóng)業(yè)大學(xué)卵菌與真菌分子生物學(xué)實驗室分離保存并測定致病力(表1),在25 ℃黑暗條件下采用PDA培養(yǎng)基培養(yǎng)5～7 d用于接種。

表1 供試的鐮孢菌菌株及其致病力

1.4 抗性鑒定方法

1.4.1 大豆疫霉根腐病的抗性鑒定方法和分級標(biāo)準(zhǔn)病原菌接種及抗性分級標(biāo)準(zhǔn)參照楊瑾等[9]的方法。用直徑1.5 cm的打孔器打取菌餅,在接種部位用無菌手術(shù)刀劃微小傷口,菌絲面朝下貼在傷口處,用滅菌水潤濕的吸水紙包裹下胚軸保濕。每個接種處理設(shè)5個重復(fù),再用錫箔紙包裹。置于25 ℃、10 h光照和14 h黑暗條件下,5 d后記錄發(fā)病結(jié)果。以空白V8培養(yǎng)基替代菌餅作為對照。

抗性分級標(biāo)準(zhǔn):高抗(R)為接種部位無發(fā)病癥狀或輕微變褐,植株長勢與對照相似;中抗(I)為接種部位表皮明顯變褐,但病斑未上下擴(kuò)展且未繞莖,莖內(nèi)部組織未受侵染;感病(S)為接種部位莖組織明顯壞死,病斑繞莖且向上下擴(kuò)展,植株比對照矮小,根系不能正常生長。

1.4.2 大豆鐮孢根腐病的抗性鑒定方法和分級標(biāo)準(zhǔn)大豆對鐮孢菌的抗性鑒定方法和分級標(biāo)準(zhǔn)參照姚艷[11]的方法。每個接種處理設(shè)5個重復(fù),接種5 d后記錄發(fā)病結(jié)果。以空白PDA培養(yǎng)基替代菌餅作為對照。

抗性分級標(biāo)準(zhǔn):高抗(R)為接種部位基本無發(fā)病癥狀,植株長勢與對照相似;中抗(I)為接種部位表皮變褐,病斑未上下擴(kuò)展且未繞莖侵染,植株長勢與對照相似;感病(S)為接種部位變褐腐爛,病斑從接種部位沿莖上下擴(kuò)展且繞莖侵染,植株矮小,根系不能正常生長。

1.4.3 大豆品種(系)對大豆疫霉和鐮孢菌綜合抗性的分析方法本研究以供試菌株對各供試品種(系)的毒力頻率[13],作為評價品種(系)的綜合抗性指標(biāo)。毒力頻率=致病表現(xiàn)為感病的菌株數(shù)/供試菌株總數(shù)×100%,如計算得出的毒力頻率低,則品種(系)的綜合抗性水平高。品種抗性反應(yīng)型的統(tǒng)計參照Kyle等[14]的方法,將中抗(I)和高抗(R)均計為抗性類型。

2 結(jié)果與分析

2.1 供試大豆品種(系)對大豆疫霉8個不同致病型菌株的抗性鑒定

251個大豆品種(系)對大豆疫霉8個不同致病型菌株的反應(yīng)型見表2。本研究共篩選到19個對8個大豆疫霉菌株均表現(xiàn)高抗的大豆品種(系),占供試大豆總數(shù)的7.6%;69個品種(系)能夠抗7個大豆疫霉菌株,占27.5%;49個品種(系)能夠抗6個大豆疫霉菌株,占19.5%;30個品種(系)能夠抗5個大豆疫霉菌株,占12.0%。能夠抗5個及5個以上菌株的抗病品種(系)數(shù)量達(dá)167個,占供試大豆總數(shù)的66.5%。

表2 供試大豆品種(系)對8個大豆疫霉菌株的反應(yīng)型

續(xù)表2 Table 2 continued

續(xù)表2 Table 2 continued

對于8個不同致病型的大豆疫霉菌株,大豆抗病品種(系)的比例存在較大差異(圖1)。其中對菌株P(guān)s1、Ps3、Ps5和PsMC1的抗性資源最豐富,其次是Ps4和USAR2,而對Ps41-1和PsJS2的抗性資源較少。

圖1 供試大豆品種(系)對8個大豆疫霉菌株的抗性鑒定結(jié)果

2.2 高抗大豆疫霉的大豆品種(系)對6種鐮孢菌的抗性鑒定

在上述鑒定結(jié)果的基礎(chǔ)上,選擇21個高抗大豆疫霉的大豆品種(系)(其中16個可同時抗大豆疫霉8個菌株,其余5個分別抗7個和6個菌株),進(jìn)一步測定這些品種(系)對茄腐鐮孢菌Fs-1、黃色鐮孢菌Fc-4、禾谷鐮孢菌Fg-1、木賊鐮孢菌Fe-9、尖孢鐮孢菌Fo-2和層出鐮孢菌Fp-2(強(qiáng)毒力菌株)的抗性,以期篩選出既抗大豆疫霉又抗鐮孢菌的品種(系)。

從表3可見:不同大豆品種(系)對6種鐮孢菌的抗性存在較大差異。其中,可同時抗4種鐮孢菌(含中抗和高抗)的品種(系)有4個,而抗3種、2種和1種鐮孢菌的品種(系)分別有6、10和1個;不同品種(系)對6種鐮孢菌的抗性譜具有差異,如:‘鄭1905’‘徐1726’‘皖宿218’和‘徐1017-1’均可高抗或中抗4種鐮孢菌,但前兩者可同時抗Fs-1、Fc-4、Fg-1和Fo-2,而后兩者則同時抗Fs-1、Fc-4、Fg-1和Fe-9。

表3 供試大豆品種(系)對6種鐮孢菌的反應(yīng)型

比較對不同鐮孢菌表現(xiàn)抗性的品種(系)比例(圖2),結(jié)果顯示供試大豆品種(系)對Fs-1、Fc-4和Fg-1的抗性資源較豐富,對Fe-9和Fo-2的抗性資源較少,而對Fp-2均高度感病。

圖2 供試大豆品種(系)對6種鐮孢菌的抗性鑒定結(jié)果

2.3 雙抗大豆疫霉和鐮孢菌的大豆品種(系)篩選結(jié)果

根據(jù)8個大豆疫霉菌株和6個鐮孢菌菌株對每個供試大豆品種(系)的毒力頻率(表4),比較21個品種(系)之間的綜合抗性水平。結(jié)果表明,兩類病原菌對‘鄭1905’‘徐1726’‘皖宿218’和‘徐1017-1’這4個品種(系)的毒力頻率最低(14.3%),即上述4個品種(系)對大豆疫霉根腐病和大豆鐮孢根腐病具有較好的綜合抗性;其次是‘滄豆1434’‘安豆1215’‘商豆2005’和‘阜豆169’,毒力頻率均為21.4%;此外,有8、3和2個大豆品種(系)的毒力頻率分別為28.6%、35.7%和42.9%,而‘合豐47’(感病對照)的毒力頻率最高,達(dá)到71.4%。

表4 供試大豆疫霉和鐮孢菌菌株對不同大豆品種(系)的毒力頻率

3 討論

長期以來,大豆種質(zhì)對根腐病的抗性鑒定備受關(guān)注。楊瑾等[9]利用農(nóng)業(yè)農(nóng)村部公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項“作物疫病監(jiān)測防控技術(shù)研究與示范”項目組推薦的8個不同致病型的大豆疫霉菌株,以及改進(jìn)后的黃化苗下胚軸接種法,對2017—2018年在黃淮海地區(qū)收集的439個大豆品種(系)進(jìn)行抗性鑒定,結(jié)果發(fā)現(xiàn)43個品種(系)能夠高抗超強(qiáng)毒力菌株P(guān)sJS2,其中‘皖豆21020’‘徐9302-A’‘科豆10’‘立地055’對所有的8個菌株具有抗性。姚艷[11]對2015年來自黃淮地區(qū)(安徽、江蘇和山東)的80個大豆品種(系)進(jìn)行大豆鐮孢根腐病抗性評價,發(fā)現(xiàn)對茄腐鐮孢菌、木賊鐮孢菌、禾谷鐮孢菌、層出鐮孢菌和尖孢鐮孢菌的抗性比例分別是82.9%、61.3%、31.3%、4.2%和6.3%。除了對單種(類)根腐病菌的抗性種質(zhì)鑒定,顧鑫等[15]于2009年從220個大豆種質(zhì)中篩選到3個同時抗尖孢鐮孢菌、腐霉菌和大豆疫霉的種質(zhì)(‘抗線 2號’‘鄧恩’和‘大粒黃’)。本研究基于我國2019—2020年新選育的251個大豆品種(系),選用8個具有不同致病型的大豆疫霉菌株和6種鐮孢菌菌株進(jìn)行抗性評價,發(fā)現(xiàn)抗大豆疫霉5個及5個以上致病型菌株的品種(系)比例達(dá)66.5%,并在21個高抗大豆疫霉的品種(系)中,發(fā)現(xiàn)抗3種及3種以上常見鐮孢菌的品種(系)比例達(dá)47.6%,表明我國新育大豆品種(系)中對不同根腐病菌的多抗資源較為豐富,研究結(jié)果可為大豆多抗根腐病菌種質(zhì)資源的篩選及復(fù)合侵染的抗性機(jī)制研究提供了新的資源與數(shù)據(jù)。

研究結(jié)果中,有部分品種(系)對供試大豆疫霉和鐮孢菌表現(xiàn)為中等抗性(I)。供試品種(系)僅在下胚軸接種部位表皮出現(xiàn)褐色病變,但病斑僅局限在接種部位而未向上下擴(kuò)展,也未環(huán)繞莖部,且莖內(nèi)部組織基本未發(fā)病。上述表型應(yīng)屬典型的抗病反應(yīng)類型,但抗性程度低于高抗類型,故被計為中抗類型。該類品種(系)的黃化苗經(jīng)接種后,在人工創(chuàng)造的最適宜病原菌侵染的溫濕度條件下仍可較好生長,植株長勢與未接種的對照相似,提示此類品種(系)對防控大豆根腐病仍具良好的應(yīng)用價值。本研究選用的鐮孢菌菌株分離自黃淮海地區(qū)采集的大豆根腐病組織,并通過對3個大豆品種的致病力測定進(jìn)行篩選。除茄腐鐮孢菌Fs-1菌株為中等致病力外,其余5種鐮孢菌菌株均表現(xiàn)強(qiáng)致病力,提高了抗性鑒定結(jié)果的可靠性。后續(xù)研究可進(jìn)一步篩選、擴(kuò)大每種鐮孢菌的供試菌株數(shù)量,有利于更全面反映供試品種(系)對鐮孢菌的抗性。供試的21個大豆品種(系)對Fs-1的抗性比例高,可能與該菌株致病力相對偏弱有關(guān)。此外,在供試品種(系)中未篩選到對層出鐮孢菌Fp-2的抗性種質(zhì),表明我國大豆對層出鐮孢菌的抗性資源可能并不豐富;該結(jié)果與姚艷[11]和楊帥[16]等報道的結(jié)果相似,提示應(yīng)加強(qiáng)關(guān)注對該種鐮孢菌的抗性種質(zhì)資源挖掘及抗性研究。