甘蔗主要親本自然條件下抗甘蔗花葉病測定

楊榮仲，周會(huì)，肖祎，呂達(dá)，廖紅香，陳道德，劉昔輝，雷敬超，林垠孚

（1.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所/農(nóng)業(yè)部廣西甘蔗生物技術(shù)與遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/廣西甘蔗遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究中心，南寧 530007；2.蔗糖產(chǎn)業(yè)省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，南寧 530004；3.四川省植物工程研究院,四川資中 641200）

0 引言

甘蔗花葉病是國內(nèi)甘蔗生產(chǎn)的重要病害，也是國內(nèi)甘蔗新品種登記注冊要求測試的甘蔗病害。甘蔗花葉病發(fā)生將明顯影響甘蔗產(chǎn)量和糖產(chǎn)量[1-4]，而推廣應(yīng)用抗病品種是最有效的措施；然而由于病原易于變異，一旦一個(gè)抗病品種大面積推廣，其抗性又很容易喪失[5]。因此，了解甘蔗近年常用親本的抗性表現(xiàn)將有助于甘蔗雜交組合親本的選配，提高甘蔗抗病育種效率。

甘蔗花葉病主要由甘蔗花葉病毒、高粱花葉病毒和甘蔗線條花葉病毒等引起。國內(nèi)外在甘蔗花葉病對甘蔗的影響[1-4]、甘蔗病原物進(jìn)化[5]、病原鑒定與檢測[6-7]、人工接種抗性鑒定和防治策略[8-13]等方面做了大量的研究，發(fā)現(xiàn)花葉病可引起10%～40%的產(chǎn)量損失，糖分下降；突變、負(fù)選擇作用以及遺傳漂變是驅(qū)動(dòng)甘蔗花葉病毒進(jìn)化的主要作用力；并篩選出了許多抗甘蔗花葉病的親本、創(chuàng)新育種材料和新品系，為甘蔗花葉病抗病育種提供了有力的支持。然而由于甘蔗花葉病病原種類多，不同地區(qū)或不同來源的分離物可能表現(xiàn)出很高程度的遺傳多樣性[5]，進(jìn)行人工接種鑒定時(shí)，受接種病原物分離類型數(shù)量及環(huán)境的影響[14]，抗性鑒定結(jié)果與實(shí)際田間抗性表現(xiàn)存在一定的差異。為了解近年甘蔗常用親本花葉病抗性表現(xiàn)，選擇在花葉病高發(fā)病生態(tài)區(qū)的四川省植物工程研究院資中縣試驗(yàn)基地[15]進(jìn)行了3年的田間自然抗性測定。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

根據(jù)廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所海南雜交基地2014—2016 年雜交季甘蔗親本的使用頻率，確定了102份甘蔗參試親本（詳見表5），其中，國外親本14 份，主要來自美國、澳大利亞等國家；國內(nèi)親本88份，其中，桂糖親本54份、粵糖及崖城親本15份，臺(tái)糖親本7份、福農(nóng)親本4份、國內(nèi)其它育種機(jī)構(gòu)親本8份。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與處理

試驗(yàn)在四川省植物工程研究院資中縣明心寺試驗(yàn)基地實(shí)施，試驗(yàn)蔗種取自廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所海南雜交基地，2017年2月16日雙芽段直播（地膜+拱膜），每個(gè)親本種植一行，行長5.57 m，行寬1.20 m；受霜凍蔗種數(shù)量不足的影響，2018年設(shè)一次重復(fù)新植試驗(yàn)，于2018 年2月28日種植蓋地膜，單行區(qū)，行長2.78 m，行寬1.20 m；2019 年設(shè)立3 次重復(fù)新植試驗(yàn)，于2019 年3 月3 日種植蓋地膜，單行區(qū)，行長4 m，行寬1.20 m。下種量按20 芽/m 計(jì)。2017 年新植試驗(yàn)收獲后保留2 年宿根，2018 年新植試驗(yàn)收獲后不留宿根，田間管理按當(dāng)?shù)卣４筇锷a(chǎn)管理實(shí)施。

1.2.2 數(shù)據(jù)收集與分析

調(diào)查新植蔗出苗、分蘗和宿根蔗發(fā)株，成熟期調(diào)查小區(qū)甘蔗有效莖、10 株甘蔗的株高、莖徑和錘度，霜凍發(fā)生1個(gè)月后調(diào)查甘蔗霜凍危害情況[16]，計(jì)算甘蔗的蔗產(chǎn)量和錘重[17]。

花葉病調(diào)查：2017年6月下旬調(diào)查花葉病田間自然發(fā)病率；2018年5 月初開始調(diào)查宿根蔗花葉病田間自然發(fā)病率，半月一次，共調(diào)查4 次，新植蔗6 月上旬調(diào)查1 次；2019 年宿根蔗5 月、6 月各調(diào)查1 次，新植蔗6 月中旬調(diào)查1次。并在2019年6月調(diào)查第二年宿根蔗親本花葉病的發(fā)病癥狀。

根據(jù)花葉病田間自然發(fā)病率確定參試親本的抗性等級(jí)[18]。方差分解時(shí)對甘蔗花葉病發(fā)病率進(jìn)行反正弦轉(zhuǎn)換，用R軟件的asreml、agricolae和psych程序包進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，并計(jì)算廣義遺傳力[17]。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)病癥狀

分析2019年6月第二年宿根蔗花葉病發(fā)病癥狀發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)親本有長條紋線條花葉病、褪綠花葉病和短條紋花葉病3種發(fā)病癥狀類型，同時(shí)也出現(xiàn)了短條紋花葉病+長條紋線條花葉病、褪綠花葉病+長條紋線條花葉病2 種混合類型。按參試親本，長條紋線條花葉病、褪綠花葉病和短條紋花葉病發(fā)病癥狀的百分率分別為48.04%、14.71%和4.90%，短條紋花葉病+長條紋線條花葉病、褪綠花葉病+長條紋線條花葉病混合類型分別為1.96%和14.71%。結(jié)果表明甘蔗花葉病發(fā)病癥狀以長條紋線條花葉病為主，其次是褪綠花葉病和褪綠花葉病+長條紋線條花葉病混合類型，短條紋花葉病和短條紋花葉病+長條紋線條花葉病相對較少。沒有發(fā)現(xiàn)短條紋花葉病+褪綠花葉病混合類型和同一親本出現(xiàn)3種發(fā)病癥狀的混合類型。

2.2 相關(guān)分析

用2017 年新植和2018 年宿根6 月最后一次調(diào)查數(shù)據(jù)與其他農(nóng)藝性狀進(jìn)行相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)（表1），甘蔗花葉病的發(fā)病率與甘蔗株高、有效莖數(shù)、蔗產(chǎn)量和凍后的綠葉百分率存在極顯著的負(fù)相關(guān)，與甘蔗莖徑存在顯著正相關(guān)，而與甘蔗錘度、莖長凍損率和宿根發(fā)株率等性狀不存在顯著相關(guān)。表明在甘蔗親本自然群體中，隨著田間甘蔗花葉病發(fā)病率的升高，甘蔗株高、有效莖數(shù)和蔗產(chǎn)量都將明顯下降，用凍后綠葉百分率所表示的甘蔗耐寒性也將隨之降低。進(jìn)一步對甘蔗不同葉位的綠葉百分率進(jìn)行相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)（數(shù)據(jù)未列出），甘蔗花葉病發(fā)病率的上升，主要表現(xiàn)在對相對較老的葉片（+4 至+7 葉）綠葉百分率有顯著的影響，他們之間存在極顯著的負(fù)相關(guān)；而對上部較嫩的葉片（+1至+3葉）幾乎沒影響，他們之間呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，但相關(guān)不顯著。

2.3 不同調(diào)查時(shí)期、不同年度花葉病發(fā)病差異

分析所有甘蔗花葉病發(fā)病率數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)（表2），病害發(fā)生率在不同調(diào)查時(shí)期和不同年度有所不同。2018年調(diào)查的數(shù)據(jù)表明，在田間自然條件下甘蔗花葉病最早發(fā)生在5 月初，有6.86%的參試親本發(fā)病，親本的平均發(fā)病率很低，為0.41%；隨著甘蔗生長發(fā)育，花葉病的發(fā)病率逐漸升高，到6 月中旬高達(dá)89.22%的參試親本發(fā)病，親本的平均發(fā)病率升至17.81%。表明甘蔗花葉病將隨著甘蔗生長發(fā)育其發(fā)病率將逐漸升高，到6月份將處于相對較高的發(fā)病水平。

表2 不同調(diào)查時(shí)期花葉病發(fā)病率Table 2 The incidence of sugarcane mosaic disease at different survey stage

比較不同年度6 月份最后一次調(diào)查的花葉病發(fā)病率數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)不同年度發(fā)病率有所不同。2018 年的發(fā)病率相對較低為17.81%，89.22%的親本發(fā)病；2017 年居中為24.55%，96.08%的親本發(fā)??；2019 年的發(fā)病率最高為39.83%，所有測試親本發(fā)病。表明親本的花葉病發(fā)病率在年度間存在差異，親本抗性評(píng)價(jià)時(shí)選用發(fā)病率較高年份的數(shù)據(jù)可能更有利于篩選抗病親本。

進(jìn)一步分析3 年試驗(yàn)6 月份花葉病發(fā)病率數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)不僅親本間發(fā)病率存在顯著差異，年度間也存在顯著差異。按隨機(jī)模型分解方差，親本和年度的方差占比分別為10.32%和22.70%，表明甘蔗花葉病發(fā)病率的年度變異比親本更大，如果用發(fā)病率直接評(píng)價(jià)甘蔗親本抗性，需用多年試驗(yàn)數(shù)據(jù)才能獲得更為穩(wěn)定的評(píng)價(jià)結(jié)果。用抗性等級(jí)分解方差，親本和年度的方差占比與發(fā)病率有所不同，親本方差占比略有提高為11.38%，而年度方差占比則明顯下降，為9.73%。因此，用抗性等級(jí)評(píng)價(jià)甘蔗親本的抗性表現(xiàn)，不同年度的結(jié)果將會(huì)更穩(wěn)定一些。

2.4 新植蔗與宿根蔗的發(fā)病差異

分析2018 年和2019 年同期調(diào)查的新植與宿根花葉病發(fā)病率表明（表3），新植蔗的花葉病發(fā)病率，不論是平均發(fā)病率還是小區(qū)發(fā)病率都明顯低于宿根蔗。如果調(diào)查時(shí)間相對較早且在發(fā)病相對較輕的年份，如2018 年，新植蔗與宿根蔗的平均發(fā)病率差異相對較小，而小區(qū)發(fā)病率的差異明顯較大，由新植約六分之一提高到了宿根的近四分之三；如果調(diào)查相對較遲且在發(fā)病較重的年份，如2019年，新植蔗與宿根蔗的平均發(fā)病率差異明顯較大，兩者相差達(dá)35.05 個(gè)百分點(diǎn)；且宿根蔗約99%的小區(qū)都發(fā)病，而新植還有四分之一左右的小區(qū)未發(fā)病。新植蔗與宿根蔗花葉病發(fā)病分析表明，宿根蔗的發(fā)病率明顯高于新植，且在發(fā)病較重的年份新植蔗與宿根蔗的差異更大。

表3 新植蔗與宿根蔗花葉病發(fā)病率Table 3 The incidence of sugarcane mosaic disease for plant cane and ratoon

2.5 花葉病發(fā)病率廣義遺傳力

用2019 年新植、宿根6月最后一次調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分解，不論是用發(fā)病率還是發(fā)病等級(jí)，親本方差和重復(fù)方差均存在極顯著差異。用固定模型時(shí)（表4），親本和重復(fù)方差占比相對較低，分別為4.67%和5.96%，用隨機(jī)模型時(shí)親本和重復(fù)的方差占比明顯提高，分別為16.20%和14.25%。計(jì)算的廣義遺傳力表明，固定模型時(shí)屬遺傳力較高的性狀，隨機(jī)模型時(shí)屬遺傳力中等偏高的性狀。廣義遺傳力計(jì)算結(jié)果表明花葉病發(fā)病率是遺傳相對較為穩(wěn)定的性狀。

表4 花葉病發(fā)病率廣義遺傳力Table 4 The broad heritability of incidence for sugarcane mosaic disease

2.6 親本的抗性表現(xiàn)

根據(jù)不同時(shí)期、不同年度以及新植宿根對甘蔗花葉病發(fā)病的影響，分別選取2017—2019年6月份最后一次調(diào)查數(shù)據(jù)以及小區(qū)最高發(fā)病率對親本花葉病抗性進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明（表5）不論選用哪種數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)親本抗性表現(xiàn)，參試的102份親本材料中不存在甘蔗花葉病免疫親本。選用小區(qū)最高數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)親本抗性時(shí)，近四分之三的參試親本表現(xiàn)為高感花葉病，顯然與廣西的實(shí)際情況有較大差異[5,19]，不宜用于甘蔗親本花葉病抗性評(píng)價(jià)。在3年數(shù)據(jù)和最重年份數(shù)據(jù)之間，雖然參試親本的抗性反應(yīng)存在一定的差異，如發(fā)病重的年份高感親本明顯增多，高抗親本和中抗親本減少等，但與小區(qū)最高數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果相比，總體上兩者差異還是相對較小，尤其高抗親本變化很小。表明不論是用3年數(shù)據(jù)還用最高年份的數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)甘蔗親本的抗性表現(xiàn)，都可篩選獲得高抗甘蔗花葉病親本。

表5 甘蔗親本花葉病田間抗性Table 5 The resistance of sugarcane parents to mosaic disease

3 年試驗(yàn)6 月份最后一次調(diào)查數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)親本抗性表明，在參試的102 份甘蔗親本中，沒有免疫甘蔗花葉病親本；7.84%的參試親本為高抗甘蔗花葉病，分別為GT03-2309、GT02-761 和ROC26 等8 份親本；46.08%的參試親本為抗甘蔗花葉病，分別為GT03-713、LC03-296和GT03-557 等47份親本；43.14%的參試親本為感甘蔗花葉病，分別為CP09-4257、FN39和GT04-2679等44份親本；2.94%的參試親本為高感甘蔗花葉病，分別為GT04-2724、YT93-373和YG24。

3 討論

3.1 甘蔗抗花葉病育種

102 份親本測試表明，53.92%的甘蔗親本為抗甘蔗花葉病，與20 多年前同一生態(tài)區(qū)的測試結(jié)果[15]相比，抗甘蔗花葉病育種取得了明顯進(jìn)步，感花葉病的測試材料從88.9%下降至46.08%，尤其是高感花葉病材料下降更為明顯。但是，在甘蔗育種過程中發(fā)現(xiàn)，甘蔗花葉病接種測試結(jié)果經(jīng)常與生產(chǎn)實(shí)際有一定的出入，給甘蔗花葉病抗性育種選擇增加了難度。因此，希望通過在高發(fā)病生態(tài)區(qū)進(jìn)行多年田間自然測定，以期獲得更為可靠的結(jié)果；雖然絕大多數(shù)親本測試結(jié)果與生產(chǎn)實(shí)際表現(xiàn)相一致，但仍有個(gè)別親本出現(xiàn)異常。如ROC22的抗性鑒定結(jié)果，不論是田間自然測定，還是接種測定[13]，都是感病或高感品種，然而廣西新品種區(qū)試數(shù)據(jù)[19]表明發(fā)病率都低于10%，大面積生產(chǎn)中其發(fā)病率也較低，說明抗性測試結(jié)果與生產(chǎn)實(shí)際確實(shí)存在差異。因此，進(jìn)行甘蔗新品種推廣應(yīng)用時(shí)，建議采取更為靈活方式對待甘蔗花葉病抗性測試結(jié)果，以甘蔗生產(chǎn)的田間表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)更為適宜。

3.2 高發(fā)病生態(tài)區(qū)測試

將102 份測試親本與李文鳳等[11]的人工接種測試材料比較，共有YZ05-51、YT96-86、FN30 等13 份相同的測試材料，比較這些參試材料抗性等級(jí)發(fā)現(xiàn)，人工接種測試的抗性平均等級(jí)較田間自然測定的結(jié)果略低，其主要差異來自人工接種測試的免疫材料YZ05-51 和高抗材料FN30、YT96-86 和LC05-129，高發(fā)病生態(tài)區(qū)測試等級(jí)較人工接種測試高1 個(gè)等級(jí)或以上。顯然對高抗甘蔗花葉病親本，高發(fā)病生態(tài)區(qū)的田間自然測試將更為有效。

將102份測試親本與馮小艷等[7]的檢測材料比較，有CZ89-103、GT02-208、GT02-761等20份相同的測試材料，這些材料在海南崖城雜交基地自然條件下，有CZ89-103、GT02-208、GT02-761、GT03-713、ROC26、YT00-236、YT91-976 和YT94-128 八份材料未測到甘蔗花葉病毒、高粱花葉病毒、甘蔗線條花葉病毒和甘蔗桿狀病毒4種病毒中的任何一種病毒，其抗性等級(jí)應(yīng)為免疫；而我們的測試表明GT02-761、ROC26 抗性表現(xiàn)最好為高抗，CZ89-103、GT03-713 和YT94-128 表現(xiàn)為抗病，GT02-208、YT00-236 和YT91-976 則為感病，說明用于田間自然抗性測試的試驗(yàn)基地確屬甘蔗花葉病高發(fā)病生態(tài)區(qū)，通過3 年測試剔除了人工接種或非高發(fā)病生態(tài)表現(xiàn)為免疫材料和部分高抗材料。

通過與國內(nèi)其他研究機(jī)構(gòu)測試結(jié)果比較表明，甘蔗花葉病高發(fā)病生態(tài)區(qū)田間自然測試將更有利于篩選高抗花葉病材料；人工接種測試或非高發(fā)病生態(tài)區(qū)自然測試獲得的免疫或高抗花葉病材料，可在甘蔗花葉病高發(fā)病生態(tài)區(qū)繼續(xù)測試，以期獲得更為準(zhǔn)確的測試結(jié)果。

4 結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果表明甘蔗花葉病發(fā)病癥狀以長條紋線條花葉病為主，其次是褪綠花葉病、褪綠花葉病+長條紋線條花葉病混合類型；花葉病發(fā)病率屬遺傳力中等偏高性狀，受到調(diào)查時(shí)期、年度和植期的影響，隨著花葉病發(fā)病率的升高，甘蔗株高、有效莖數(shù)和蔗產(chǎn)量都將明顯下降，耐寒性也將減弱；抗性評(píng)價(jià)表明102份測試親本中，GT03-2309、GT02-761 和ROC26 等8 份親本表現(xiàn)高抗，占7.84%；GT03-713、LC03-296 和GT03-557 等47份親本表現(xiàn)抗病，占46.08%；CP09-4257、FN39和GT04-2679等44份親本感病，占43.14%；GT04-2724、YT93-373和YG24高感花葉病，占2.94%。