豫南地区主栽小麦品种苗期赤霉病抗性比较

2020-04-25刘书含陈颐辉王亚丽王付娟

信阳农林学院学报 2020年1期

刘书含，陈颐辉，王亚丽、3，王付娟*

(1.信阳农林学院农学院，河南信阳 464000；2.信阳农林学院生物与制药工程学院，河南信阳 464000；3.河南科技学院农学院，河南新乡 453003)

小麦是最重要的粮食作物之一。全球约有半数左右的人口以小麦为主食，因此提高小麦生产质量对世界，尤其对我国的粮食安全至关重要[1]。河南是农业大省，其主要粮食作物以小麦为主。信阳位于河南南部，主要粮食作物以水稻为主，小麦种植产量不高。因此提高信阳种植小麦的品质对于该地区饮食结构的改善有着极其重要的意义。

小麦赤霉病主要是由禾谷镰刀菌引起的小麦真菌病害，又称麦穗枯、烂麦头、红麦头。该病害对小麦的高产和优质带来严重威胁。刘娜[2]发现，该病害对穗的影响最严重，会使穗部腐烂。若小麦种子带菌或泥土被病残体侵染则会导致苗腐。湿度较大时，病斑处能观察到粉红色胶状霉层，后期穗部成黑色，产生密集的蓝黑色小颗粒(病菌子囊壳)[3]。小麦抽穗扬花期，遇到高温多雨的天气，或者空气湿度较大，小麦赤霉病致病菌的生长繁殖快，则该病害发生概率较大[4]。

信阳地区位于长江中下游，气候温暖潮湿，为小麦赤霉病的发生提供了适宜的环境，小麦抽穗扬花期若遇连续阴雨，且气温偏高，田间湿度高，利于病菌侵染，增加了发生病害的可能性。在豫南地区，小麦扬花灌浆期间气温往往高达23℃，连阴雨不断，且地势较低，排水不良，导致小麦赤霉病迅速传播，病害面积持续扩大。王振营等[5]研究发现，小麦赤霉病在豫南地区流行区域呈扩大趋势，已成为小麦高产优质生产中的最短板。不仅如此，食用染病小麦还会影响人类的健康[6]。

目前，小麦赤霉病抗性改良进程较慢，难以满足生产上对抗性品种的要求[7]。究其原因，除抗病小麦种质资源有限、抗源遗传基础狭窄和抗源农艺性状较差外，小麦赤霉病抗性的遗传机制复杂，其鉴定受环境影响较大，抗赤霉病小麦品种育种难度较高也是重要原因之一[8]。尽管药物防治有一定效果，但选育抗赤霉病小麦新品种仍是克服小麦赤霉病的根本途径[9]。已有研究发现，SOD活性和POD活性与农作物胁迫密切相关，而SOD活性和POD活性变化能作为抗性评价的指标。目前，小麦赤霉病的抗性已有大量研究，这些研究较多针对小麦穗期，对不同小麦品种苗期抗赤霉病的研究仍然较少，且效果并不明显[10]。本研究选用6个信阳地区主栽小麦品种进行试验，在禾谷镰刀菌胁迫下测定其苗期SOD和POD 的变化，比较其苗期抗性，为选育小麦抗赤霉病品种提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验小麦品种豫农035、郑麦379、新麦288、西农979、鲁农116、优麦2号均由市场购买，室内培养所用的小麦品种由实验基地收获的小麦品种所得，实验中用到的禾谷镰刀菌由大田采集并提纯而得。

1.2 试验方法

1.2.1 田间抗性鉴定 2017年10月～11月将豫农035、郑麦379、新麦288、西农979、鲁农116、优麦2号六个小麦品种种植在信阳农林学院校园基地，使其自然条件下生长。于小麦抽穗扬花期观察小麦赤霉病发病情况，并对发病情况进行统计。

本次调查采用随机抽样调查法，每个品种随机选取30株，调查时，统计并记录每份鉴定材料群体的发病状况，根据表1记载每份材料的病情级别。

表1 根据发生程度进行等级划分

根据公式计算小麦病穗率和病情指数。

病穗率=(发病穗数/总穗数)×100%

病情指数=∑(各级病穗数×相对级数值)/(调查总穗数×最高级值)×100[11]

小麦品种抗病性类型划分标准为：免疫(I)0、抗病(R)0.1～10.0、中抗(MR)10.1～25.0、中感(MS)25.1～50.0、感病(S)：50.0～70.0、高感(HS):70.1～100.0。

1.2.2 禾谷镰刀菌培养和孢子悬浮液制备 2018年3月将从感染赤霉病的小麦病穗上分离的致病菌接种在PDA培养基，转至CMC产孢培养基上培养，28℃振荡培养3d，紫外光、日光交替照射12h振荡培养5 d产孢。用灭过菌的两层纱布滤掉菌丝，用无菌水清洗3次，得到孢子悬浮液，血球板计数，制作不同浓度的孢子悬浮液(102个/mL，104个/mL)。

1.2.3 致病菌胁迫下小麦苗期的POD、SOD活性测定选取小麦品种豫农035、郑麦379、新麦288、西农979、鲁农116、优麦2号籽粒饱满的种子各100粒，浸泡于75%的酒精中消毒30 s，倒掉酒精，加入无菌水将种子冲洗4次，置于培养皿中，放入人工光照恒温培养箱内(温度25℃)进行发芽处理5 d。选择发芽一致的种子，将其转移到盛有相同质量蛭石的花盆中，每盆转移13棵种苗，每天早晚定时浇灌等量的霍格兰氏营养液，同时浇灌不同的孢子浓度(102个/mL、104个/mL)的禾谷镰刀菌孢子悬浮液，培养至四叶期，选取长势一致的幼苗叶片，洗净自然风干。进行SOD、POD指标的测定，比较小麦苗期不同浓度禾谷镰刀菌孢子悬浮液处理后的SOD、POD变化和不同小麦品种苗期指标变化[12]。

2 结果与分析

2.1 大田条件下不同小麦品种赤霉病抗性分析

如表2所示，大田种植条件下，6个小麦品种豫农035、郑麦379、新麦288、西农979、鲁农116、优麦2号均感染小麦赤霉病，无完全免疫材料。其中西农979平均病情指数为3%，相对较为抗病；优麦2号和鲁农116平均病情指数为4%和5%，抗病效果也较好；豫农035、郑麦379、新麦288的平均病情指数12%、13%、11%，抗病效果中等。因此豫农035、郑麦379、新麦288的抗病类型为中抗，鲁农116、西农979和优麦2号为高抗。各材料的抗病程度存在差异。

表2 大田不同小麦品种抗赤霉病调查结果

对大田数据进行方差分析和多重比较(表3)，高抗和中抗两个类型的品种均达0.05显著水平。表明不同小麦品种在自然条件下抗赤霉病效果存在真实的遗传差异[12]。

表3 大田不同小麦品种抗赤霉病方差分析结果

2.2 致病菌胁迫下不同小麦品种幼苗叶片SOD活力分析

如表4所示，不同品种小麦幼苗叶片经过不同浓度禾谷镰刀菌孢子悬浮液处理后，其SOD活力在波长为560 nm条件下发生不同程度的变化。

表4 小麦幼苗叶片经过禾谷镰刀菌孢子悬浮液处理后SOD活力测定结果单位：u/g

注：表中所有测定值均为3次平行测定的平均值，A、B、C分别表示禾谷镰刀菌孢子悬浮液的孢子浓度0个/mL、102个/mL、104个/mL。

根据表4计算各品种小麦幼苗叶片SOD活力变化率。如图1所示，不同实验材料的SOD活性，随着孢子悬浮液浓度增加而增加，增加程度呈现一定差异。孢子悬浮液浓度为102个/mL时，所有品种SOD活性增率都较小，差异均不大。孢子悬浮液浓度为104个/mL时，优麦2号、鲁农116、西农979 苗期SOD活力变化均较小，说明其受禾谷镰刀菌孢子悬浮液影响较小。新麦288和郑麦379活力变化较大，说明其受禾谷镰刀菌孢子悬浮液影响较大。豫农035 苗期SOD活力变化最大，说明其受禾谷镰刀菌孢子悬浮液影响最大。

图1 不同抗性小麦品种苗期SOD活力及增率

2.3 致病菌胁迫下不同小麦品种幼苗叶片POD活力分析

表5显示，不同品种小麦幼苗叶片经过不同浓度禾谷镰刀菌孢子悬浮液处理后，其POD活力在波长为470 nm条件下发生不同程度的变化。

表5 小麦幼苗叶片经过禾谷镰刀菌孢子悬浮液处理后POD活力测定结果单位：u/g

注：表中所有测定值均为3次平行测定的平均值，A、B、C分别表示禾谷镰刀菌孢子悬浮液的孢子浓度0个/mL、102个/mL、104个/mL。

根据表5计算各品种小麦幼苗叶片SOD活力变化率。图2所示，不同试验材料的POD活性，随着孢子悬浮液浓度增加而增加，增加程度呈现一定差异。孢子悬浮液浓度为102个/mL和104个/mL时，优麦2号、鲁农116、西农979三个品种POD活力均变化较小，说明其受禾谷镰刀菌孢子悬浮液影响较小。新麦288和郑麦379两个品种POD活力变化较大，说明其受禾谷镰刀菌孢子悬浮液影响较大。豫农035的POD活力变化最大，说明其受禾谷镰刀菌孢子悬浮液影响最大。

图2 不同抗性小麦品种苗期POD活力及增率

实验表明，致病菌胁迫下各品种小麦幼苗叶片的POD和SOD的变化趋势呈现一致性。

3 讨论

3.1 不同小麦品种赤霉病抗性的田间研究

在大田种植的情况下，小麦赤霉病发生于小麦灌浆期。此时，信阳地区恰好处于高温多雨期，小麦乳熟期至腊熟期，小麦赤霉病快速传播，大田小麦各品种达到发病高峰期。此后，小麦发病达到稳定期。

不同小麦品种的赤霉病抗性具有差别，其中，鲁农116、优麦2号、西农979三个品种对赤霉病抗性较好，均处于高抗水平。新麦288、郑麦379和豫农035三个品种抗性处于中抗水平。

3.2 不同小麦品种幼苗对赤霉病的抗性比较

SOD和POD是生物体内两种重要的抗氧化同工酶，胁迫对SOD活性和POD活性具有影响。SOD活性和POD活性变化体现了其受影响程度。通过计算豫南地区不同品种小麦苗期SOD活性和POD活性变化率，能够反映不同品种小麦苗期对赤霉病的抗性。

生理生化指标测定结果显示，随着禾谷镰刀菌孢子悬浮液浓度的增加，小麦的SOD和POD活力均成上升趋势，说明禾谷镰刀菌孢子是小麦苗期的胁迫因素。SOD活性和POD活性变化率大体相一致，西农979、鲁农116和优麦2号三个品种的SOD活性和POD活性变化率均处于较低水平，推测其苗期抗性较好。新麦288和郑麦379两个品种POD活力变化率较大，推测其苗期抗性较差。豫农035 POD、SOD指标测定变化较大，推测其苗期抗性为6个品种中最弱的。