王 震，李金秀，张 彬，李金榜

(南阳市农业科学院，河南南阳 473008)

小麦赤霉病(Fusarium head blight,FHB)是由禾谷镰刀菌引起的一种世界范围内广泛流行的小麦病害。小麦赤霉病的发生和流行，受越冬菌量、气候条件、品种抗性和栽培管理等因素的影响，田间湿度与降雨量是赤霉病流行的限制性因素[1]。自20世纪80年代以来，由于灌溉技术的发展、全球气候变暖、耕作制度以及耕作方式的改变，小麦赤霉病流行频率不断增加，发病面积不断扩大，已经严重威胁到我国小麦的安全生产[2]。2012年以来，赤霉病在黄淮麦区南片不断加重，对小麦生产造成了严重危害，已发展成为黄淮麦区南片小麦生产的常发性病害[3]，抗赤霉病品种的筛选与创育已成为黄淮麦区南片亟待解决的重大问题。

研究表明，赤霉病的发生不仅造成小麦不同程度的减产，并会降低小麦磨粉、烘焙、面条制作等加工品质[4]。在我国，禾谷镰刀菌是导致赤霉病产生的主要病原菌，脱氧雪腐镰刀菌烯醇(Deoxynivalenol,DON)是禾谷镰刀菌产生的一种主要毒素，人和其他动物摄入被 DON 毒素污染的谷物及其制品后，会产生厌食、呕吐、腹泻、发烧、站立不稳和反应迟钝等急性中毒症状[5]，我国食品中DON毒素限量值为1 mg·kg-1[6]。培育和利用抗DON毒素积累的品种是减轻DON毒素危害最为经济、有效、安全的措施[7]。

随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，优质小麦的需求量越来越大，但国内外有关赤霉病对小麦品质指标影响的研究还不多。本研究拟通过喷雾及单小花滴注接种，田间弥雾保湿，对10个陕西省主栽小麦品种进行赤霉病抗性鉴定，对小麦DON毒素水平和部分品质指标进行测定，旨在了解陕西省主栽小麦品种的赤霉病抗性及赤霉病对小麦DON毒素水平和品质的影响，为小麦病害防控及抗性育种提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

10个陕西省小麦主栽品种(具体名称见表1)由西北农林科技大学农学院提供，分别于2015年10月15日和2016年10月18日种植于具有保湿功能的赤霉病抗性鉴定圃中，以未接种处理为对照。试验点年平均气温16.7℃，降水量938.5 mm。鉴定圃土壤为黄褐土，前茬作物为玉米，可耕层土壤全氮1.20 g·kg-1，碱解氮45.01 mg·kg-1，速效磷23.34 mg·kg-1，速效钾113.62 mg·kg-1，有机质16.48 g·kg-1。每个材料种2行，行长1.4 m，行距0.3 m。利用含有3个禾谷镰刀菌(Fg16-2、Fg16-5、Fg11-26)和1个亚洲镰刀菌(F301)的混合分生孢子液(5×105·mL-1)对供试品种进行人工接种鉴定，菌株由河南省农业科学院小麦研究所提供。

1.2 赤霉病抗性鉴定

1.2.1 接种方法

分别采用喷雾接种和单小花滴注接种。喷雾接种于扬花期用孢子悬浮液对各种植行进行喷雾接种，接种后保湿一周；单小花滴注接种在小麦扬花初期，将20 μL孢子悬浮液注入麦穗中部的一个小花内，并进行标记，每份材料至少接种20穗，穗部接种后，喷雾保湿一周，单小花滴注鉴定的试验区未进行喷雾接种。

1.2.2 鉴定评价方法

以苏麦3号(抗病)、扬麦158(中抗)、郑麦0943(感病)为对照品种，当病情发展基本稳定时，逐品种记录病情。喷雾接种每行调查50个麦穗，单小花滴注接种分别调查接种穗，病情指数、平均严重度和抗性评价按《小麦抗赤霉病评价技术规范》(NY/T 1443.4-2007)调查。

1.3 DON毒素含量及品质分析

收获后将病粒剥出，按籽粒、颖壳、穗轴分别研磨，过20目筛后，使用RIDASCREEN DON ELISA试剂盒检测DON毒素含量[8-9]，3次重复。品质分析的种子经过清理，用法国肖邦公司CD-1仿工业试验磨粉机制粉，出粉率控制在70%，-5 ℃储存备用。容重采用瑞典Perten公司DA7200型近红外分析仪测定；蛋白质含量采用半微量凯氏定氮法(GB/5009.5-2003)测定；湿面筋含量按手洗法(GB/T14608-1993)测定；沉降值采用AACC56-61机械振荡法测定；吸水率、面团稳定时间利用德国Brabender公司生产的810104型电子粉质仪(Farinograph)，按AACC54-21方法测定；最大拉伸阻力、延伸性、拉伸面积利用德国Brabender公司拉伸仪(Extensograph)，按AACC54-10方法测定。

1.4 数据分析

数据取两年的平均值，相关性分析、差异性检验采用SPSS 13.0，DON毒素含量使用RIDA SOFT Win(Z9999)软件进行分析，GGE biplot数据处理软件作双标图分析赤霉病对中抗及中感品种品质指标的影响。

2 结果与分析

2.1 供试小麦品种的赤霉病抗性

两年鉴定结果(表1)显示，抗病对照苏麦3号的病情指数为0.03，平均严重度1.6；中抗对照扬麦158的病情指数为0.27，平均严重度2.6；感病对照郑麦0943的病情指数为0.47，平均严重度3.6。未接种小麦成长状况良好，均未发病。在喷雾接种条件下，筛选出中抗品种1个(西农511)，其千粒重下降了2.84%；中感品种5个，其千粒重下降了1.49%～8.20%；感病品种4个，其千粒重下降了12.13%～46.92%。在单小花滴注接种条件下，筛选出中抗品种3个，中感品种2个，感病品种5个，其千粒重分别下降了1.38%～12.25%、2.66%(西农3517)和9.51%(西农979)、5.56%～27.36%。参试品种接种条件下千粒重与对照的差异均显著。相关分析表明，病情指数与千粒重显著负相关(R=-0.621*)。

2.2 不同接种条件下发病小麦籽粒、颖壳、穗轴中的DON含量

由表2可知，除苏麦3号外，同一品种喷雾接种下麦穗中的DON含量均高于单小花滴注接种。喷雾接种条件下， 5个中感品种籽粒、颖壳、穗轴中的DON毒素含量平均值分别为21.67、45.35和62.81 mg·kg-1，分别比中抗品种西农511升高了48.12%、86.39%和11.86%；4个感病品种籽粒、颖壳、穗轴中的DON毒素含量平均值分别为40.82、71.98和112.58 mg·kg-1，分别比中抗品种升高了179.02%、195.85%和100.50%。单小花滴注条件下，3个中抗品种籽粒、颖壳、穗轴中的DON毒素含量平均值分别为15.50、32.44和14.59 mg·kg-1，2个中感品种籽粒、颖壳、穗轴中的DON毒素含量平均值分别为19.98、33.80和16.41 mg·kg-1，分别比中抗品种平均值升高了28.90%、4.19%和14.47%；5个感病品种籽粒、颖壳、穗轴中的DON毒素含量平均值分别为23.95、50.13和22.54 mg·kg-1，分别比中抗品种平均值升高了54.52%、54.53%和54.49%，差异均达显著水平(P<0.05)。差异性分析表明，西农511和西农3517在喷雾条件下籽粒中DON毒素含量与扬麦158差异不显著，西农511、西农2000、西农979和西农889在单小花滴注条件下籽粒中DON毒素含量与扬麦158差异不显著。相关性分析表明，喷雾接种条件下，病情指数与籽粒、颖壳中的DON毒素含量呈极显著正相关，相关系数分别为0.998**和0.790**；穗轴中DON毒素含量与病情指数无显著相关性。单小花滴注条件下，平均严重度与籽粒、颖壳、穗轴中的DON毒素含量呈极显著正相关，相关系数为0.929**、0.955**和0.969**。

表1 2015-2017年陕西省小麦主栽品种赤霉病抗性鉴定结果Table 1 FHB resistance evaluation of wheat cultivars of Shaanxi province in 2015-2017

R:抗病; MR:中抗; MS:中感; S:感病。同一品种数据后不同小写字母表示差异达5%显著水平。

R:Resistant; MR:Moderately resistant; MS:Moderately susceptible; S:Susceptible. Values followed by different lowercase letters in same cultivar mean significant difference at 5% level.

表2 陕西省小麦主栽品种麦穗组织中DON毒素含量Table 2 DON concentration of wheat spike tissue in the cultivars of Shaanxi province mg·kg-1

同列数据后不同小写字母表示差异达5%显著水平。

Values followed by different lowercase letters in same column mean significant difference at 5% level.

2.3 不同接种条件下赤霉病对小麦不同品质指标的影响

喷雾接种条件下，病情指数与容重呈显著负相关(R=-0.760*)，与蛋白质(干基)含量呈显著正相关(R=0.663*)。千粒重与容重呈极显著正相关(R=0.766**)，与蛋白质(干基)含量、稳定时间呈显著负相关(R=-0.650*,R=-0.670*)，与沉降值呈极显著负相关(R=-0.800**)。中抗品种西农511的沉降值、吸水率、稳定时间、最大拉伸阻力和延展性与未接种条件下差异不显著。西农511容重、蛋白质(干基)含量、湿面筋含量和拉伸面积分别下降了4.34%、5.29%、5.90%和16.83%。5个中感品种中，除西农3517的吸水率、拉伸面积、西农2000的容重和西农889的吸水率外，其余指标均显著下降。5个中感品种的蛋白质(干基)含量、湿面筋含量、沉降值、稳定时间和延展性分别下降了11.78%～18.37%、15.48%～27.35%、38.33%～60.27%、22.58%～87.84%和5.71%～31.76%。除西农2000和西农889外，中感品种容重下降了5.71%～31.76%。4个感病品种中，除小偃22蛋白质(干基)含量、沉降值和拉伸面积、西农538拉伸面积外，其余被测指标均显著下降，容重、湿面筋含量、稳定时间和延展性分别下降1.86%～4.51%、2.18%～32.98%、6.67%～54.17%和3.70%～45.57%。

在单小花滴注接种条件下，平均严重度、千粒重与各项品质指标无显著相关性。赤霉病使小麦容重、蛋白质(干基)含量、湿面筋含量、沉降值、稳定时间、延展性和拉伸面积均不同程度下降。西农3517和西农2000的延展性与未接种条件下差异不显著。3个中抗品种的容重、蛋白质(干基)含量、湿面筋含量、沉降值、稳定时间和拉伸面积分别下降1.27%～4.82%、9.36%～12.30%、9.51%～25.59%、10.00%～46.20%、8.06%～47.83%和21.15%～61.39%，2个中感品种的上述指标分别下降1.62%～2.91%、13.92%～14.76%、19.81%～22.58%、48.49%～59.86%、56.84%～63.41%和27.78%～61.39%，5个感病品种的上述指标分别下降1.24%～3.10%、7.52%～17.53%、9.37%～28.53%、15.67%～54.37%、4.28%～83.33%、5.00%～50.44%和8.91%～43.94%，差异均达显著水平。

表3 2015-2017年赤霉病对陕西省主栽品种品质的影响Table 3 Effect of FHB on quality of wheat cultivars of Shaanxi province in 2015-2017

相同品种同列数据后不同字母表示处理间差异显著。

Values followed by different lowercase letters in same column and cultivar mean significant difference at 5% level.

2.4 中抗及中感品种的品质变化

选取中抗和中感品种，对受赤霉病影响下降较明显的容重、蛋白质(干基)含量、湿面筋含量、沉降值、稳定时间、延展性和拉伸面积作双标图，品种与被测指标间的位置越近，该指标含量越高[10-11]。由图1可知，赤霉病对不同中抗、中感品种各个品质指标的影响程度不尽相同。喷雾接种条件下，西农3517的容重、稳定时间、延展性和拉伸面积最高，西农889的蛋白质(干基)含量、湿面筋含量和沉降值最高。单小花接种条件下，西农3517的容重、蛋白质(干基)含量、延展性和拉伸面积最高，西农889的稳定时间、湿面筋含量和沉降值最高。双标图中顺时针方向两个指标到中心点连线夹角的余玄即为它们的相关系数[10-11]。结合相关性分析可知，中抗和中感品种蛋白质(干基)含量与湿面筋含量、沉降值极显著正相关(P<0.01)，与稳定时间、延展性显著正相关(P<0.05)；湿面筋含量与沉降值呈显著正相关；沉降值与稳定时间、延展性极显著正相关；稳定时间与延展性极显著正相关；延展性与拉伸面积显著正相关。7项指标中，除容重外各项指标关系密切。以不同指标为顶点画多边形，多边形相邻两点间连线的垂直线是两个指标优化后的临界值(等值线)，所有垂直线的交点就是所有指标的最佳平衡点[11]。在不同接种条件下，西农3517、西农899和西农511离最佳平衡点较近，是中抗及中感品种中品质指标综合表现最优的品种(图1)。

TW：容重；PC：蛋白质含量；WGC：湿面筋含量；SV：沉淀值；ST：稳定时间；E：延展性；EA：拉伸面积。

TW:Test weight; PC:Protein content; WGC:Wet gluten content; SV:Sedimentation value; ST:Stability time; E:Extensibility; EA:Extension area.

图1中抗、中感品种与品质指标的相关系数

Fig.1Correlationcoefficientsofqualityindicesofmoderateresistanceandmoderatesusceptibilitycultivars

3 讨 论

在黄淮麦区培育和种植抗赤霉病小麦品种是防治赤霉病最为关键有效的措施[3]。小麦抗赤霉病育种工作中，田间接种鉴定是中心环节。无论大田还是温室，采取的多是单小花滴注接种、土表接种(撒病粒)及分生孢子液喷雾接种[2]。小麦赤霉病的5种生理抗性类型包括：抗赤霉病原初侵染、抗赤霉病扩展、抗籽粒侵染、对赤霉病忍耐性和抗脱氧瓜蒌镰菌醇积累。喷雾接种主要筛选赤霉病原抗初侵染类型，单小花接种主要筛选赤霉病抗扩展类型。本次鉴定的10个陕西省主栽品种中，筛选出1个中抗、5个中感抗侵染类型，3个中抗、2个中感抗扩展类型。陕西省赤霉病抗性品种多于黄淮麦区其他省份，本试验筛选出的中抗和中感品种中，除西农3517抗源可能来自易变山羊草外，其余均可能源自十倍体长穗偃麦草，其中，西农2000、西农979还携带有苏麦3号的染色体片段[12]。当前在黄淮麦区赤霉病育种中缺乏抗源的大背景下，加强对长穗偃麦草衍生系等近缘材料的利用，可以在一定程度上丰富小麦赤霉病抗性资源。

本试验DON毒素含量研究表明，病情指数与籽粒、颖壳中的DON毒素含量呈极显著正相关，平均严重度与籽粒、颖壳、穗轴中的DON毒素含量呈极显著正相关，与徐 飞等[8-9]和Bai等[13]研究结果一致。但在喷雾接种条件下，穗轴部DON毒素含量较籽粒、颖壳部高，且与病情指数无相关性，根据前人研究结果[14]推测，喷雾接种菌量大，禾谷镰刀菌直接侵染穗轴部分，致使DON毒素水平升高显著。甄阳光等[15]调查发现，全国11个省份2008-2009年度DON毒素检出率达95.8%，超标率达17.7%，其中，西北地区超标率达38.1%，华北和华中地区超标率分别为21.0%和20.1%，小麦赤霉病发生后，DON毒素对粮食安全造成的威胁不容忽视，本研究发现，两种抗性类型的中抗品种中，籽粒DON毒素含量远高于国家规定的限量(1 mg·kg-1)，因此，在抗赤霉病育种工作中，除了抗侵染和抗扩展类型的选择，还应加强对抗DON积累类型的重视。

赤霉病对小麦品质的影响前人研究较少，本试验将病情指数、平均严重度同千粒重及品质相关指标结合，发现部分指标间存在显著相关性。同时发现部分品种病情指数或平均严重度较高，但千粒重下降不明显，原因可能是随气候不同，每年赤霉病发病时期不一致，有些年份发病偏晚，导致落黄对鉴定结果产生了影响。本试验发现，赤霉病会对小麦的容重、吸水率、湿面筋含量、沉降值、延展性和拉伸面积等指标产生影响，降低小麦品质。但不同品种的品质指标变化程度不尽相同，推测可能为基因型导致的差异，具体遗传机制还需进一步研究。

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