徐乔乔，李俊畅，李巧云，姜玉梅，牛吉山

(河南农业大学国家小麦工程技术研究中心/河南省粮食作物生理生态与遗传改良重点实验室，河南郑州 450002)

小麦黑胚病(black point)在国内外小麦种植区频繁发生[1-10]，其典型症状为胚或其周围出现褐色至黑色斑点，有时也会深入到胚乳内、腹沟侧或冠毛端，严重时整个籽粒变色皱缩[11-12]。不同地区、不同国家报道的小麦黑胚率差异很大，在0.3%～70.0%范围变化[5-6,10, 13-14]。黑胚病严重影响小麦籽粒外观，导致收购级别降低和经济损失[8-9, 15-18]；黑胚病还降低种子的发芽率、出苗率与幼苗生长力，尤其是4级病粒的发芽率显著低于正常籽粒，苗、根干重降低[4-6]；更严重的是感黑胚病籽粒有严重的霉菌毒素污染，对人畜有害[19-20]，如麦根腐平脐蠕孢(Bipolarissorokiniana)产生的Prehelminthosporol(PHL) 能破坏细胞膜并影响膜上多种酶的活性[20]。因此，许多国家对小麦黑胚率都有明确的规定。如美国食品业允许的黑胚率为2%～4%[8], 澳大利亚仓储种子黑胚率上限为5%[12]。我国现行的小麦质量标准[21]将小麦黑胚率归在不完善粒之中，3等以上小麦黑胚粒的最大允许含量为6.0%，4等和5等最大允许量分别为8.0%和10.0%，超过以上数值即为黑胚小麦。不少国家都有因黑胚病而被拒收或降价收购小麦的报道[8-9, 17]。

在不考虑品种抗性因素的情况下，影响小麦黑胚病发生发展的因素主要有两个方面：①致病菌，根据文献报道，与小麦黑胚症状相关的真菌有20余属，而且不同地区报道的主要致病菌不一致[1, 7, 12-13, 22-24]；②环境因素，包括土壤、栽培措施、气象因素等。小麦黑胚病致病菌有多种，基因型、地点、年份及其互作效应对黑胚病发病率影响很大，文献报道的小麦黑胚病的遗传力为49%～58%[5, 25-26]。这种情况给小麦黑胚病的抗病育种、防治等工作带来很大的困难，因此，加强环境因素对黑胚率影响的研究对于小麦黑胚病抗性鉴定技术的建立以及黑胚病的防治等都非常重要。

国外不少学者开展了气象因素与栽培条件等环境因素对小麦黑胚病影响的研究工作，一致认为小麦籽粒灌浆期的降雨量、大气湿度、温度等气象因素与小麦黑胚率密切相关，但是研究的结果有时相互矛盾[26-31]。如Waldron[27]观察到低湿环境与黑胚形成有关，而Rees等[28]观察到灌浆期潮湿的环境会加重黑胚症状。Desclaux[30]通过“tunnel”设施喷水的方法，分析了14个硬粒小麦黑胚率在抽穗到乳熟期对不同的温度与湿度组合的响应，结果表明，高湿度与低温条件下黑胚率高，与Fernandez 等[26]“硬粒小麦黑胚率显著高于普通小麦，可能与其籽粒灌浆过程中凉爽、潮湿的气候条件有关”的结论一致。Moschini等[31]利用阿根廷25个硬粒小麦材料在三年五个生态点的数据，分析了气象因子与小麦黑胚率的相关性，结果表明，抽穗后零度以上积温为543～861 ℃·d期间，气象因子与黑胚率的相关关系最密切，在此阶段内，降雨量和降雨天数与发病率呈正相关，而均温>17 ℃的暖日则增加黑胚率，这与Desclaux[30]和Fernandez等[26]的研究结果不一致。我国学者对栽培措施如土壤质地、灌溉、施肥等因素对黑胚率的影响做了一些研究[9, 31]，但关于气象因子对黑胚率影响的报道很少。本研究以48个小麦品种(系)为试验材料，两年在两个试验点种植，结合气象因子数据，分析了小麦黑胚率的遗传力及气象因子与小麦黑胚率之间的相关性，以期为该病的抗病鉴定技术的建立及其防治提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 小麦品系与种植

48个小麦品种(系)由国家小麦工程技术研究中心遗传育种课题组提供，是从400余份育种材料中筛选出来的抗、感小麦黑胚病材料[5]。

2015-2016与2016-2017两个小麦生长期(下文写为2016年与2017年)，在荥阳市豫龙镇后王村与郸城县城关镇闫庄村设置试验点。试验采用随机区组设计，每材料种植1行，三次重复。行长1 m，行距20 cm，株距5 cm，人工开沟点播。荥阳点两年的播种时间分别为10月15日与10月10日，收获时间为5月30日与6月1日；郸城点两年的播种时间分别为10月24日与11月5日，收获时间为6月4日与6月1日。小麦抽穗后灌溉情况：荥阳点分别在2016年5月2日与2017年 5月11日各浇水一次，浇水量45 mm；郸城点两年无灌溉。两试验点在整个小麦生育期内虫、草防治同一般大田，不对病害作防治。

1.2 气象数据获取与黑胚率调查

日均温、日最高温、日最低温、日均相对湿度、日最低相对湿度、降雨量、日照时数等气象数据从省气象站获取，以郸城县与荥阳市的气象数据代表两试验点的数据，2016、2017年两个试验点小麦抽穗至籽粒发育期的气象旬数据见表1。

以穗子伸出叶鞘1/2、每材料有50%以上的植株抽穗的日期记为抽穗期。以抽穗期为起点每5 d一段，计算气象因子变量数据。日均温、日最高温、日最低温、日相对湿度、日最低相对湿度、日照时数为5 d的平均值；降雨量、积温、高温天数、低温天数、降雨天数、高湿天数、低湿天数、多日照天数、寡日照天数为5 d的和。其中，高湿与低湿天数分别指日平均相对湿度大于70%与日最低湿度低于20%的天数，高温天数与低温天数分别指日最高温度大于30 ℃与日最低温度小于15 ℃的天数，多日照天数与寡日照天数分别指日照时数高于11 h与低于1 h的天数。

小麦收获后分别从每品种(系)的每个重复中随机抽取三份样品，每份300粒，仔细观察并拣出每份样品中的黑胚籽粒(病粒)，黑/褐色斑点直径大于1 mm的记为病粒，黑胚率=病粒数/300×100%。为进一步了解抽穗后不同时间段气象因子变量与黑胚率的相关性，以及不同生育时期起主要作用的气象因子，根据黑胚率将两年两个试验点所有品种(系)分为18组，进行相关性分析。1～18组的黑胚率划分范围依次为0.0%～0.9%、 1.0%～1.9%、 2.0%～2.9%、3.0%～3.9%、4.0%～4.9%、5.0%～5.9%、6.0%～6.9%、7.0%～7.9%、8.0%～8.9%、9.0%～9.9%、10.0%～11.9%、12.0%～13.9%、14.0%～16.9%、17.0%～19.9%、20.0%～22.9%、23.0%～25.9%、26.0%～30%和>30.0%。取18个组的平均黑胚率与抽穗期后不同时间段内气象因子变量进行相关性分析。

1.3 遗传力计算与相关性分析

2 结果与分析

2.1 气象因素的变化

从表1可以看出，两年间两个地点的气象数据变化较大，从4月11日至5月30日(相当于从抽穗开始至籽粒发育结束的时间)，荥阳试验点2017年的日均温比2016年高11.0%(2.3 ℃)，平均日照时数比2016年高23.4%，而平均相对湿度比2016年低18.3%；郸城试验点表现出同样高的规律；降雨量在两个试验点间两年的变化规律不一样。总的来说，两个试验点从抽穗至籽粒发育期，相比2017年，2016年的温度低，湿度大，日照时数短，降雨天数多。

2.2 小麦黑胚病的遗传力

不同年度、地点、小麦材料间小麦黑胚率变化较大(表2、表3)。方差分析结果显示，年度间、地点间、品种(系)间黑胚率均存在显著差异，品种(系) ×年份、品种(系) ×地点、品种(系) ×年份×地点互作效应也均显著(表2)。

黑胚率的最高值出现在2016年郑州点(10M23，48.7%)，最低值出现在2017年郑州点(SP1777-6-8，0.4%)。2016年荥阳与郸城试验点的平均黑胚率分别为12.9%与9.9%，而2017年分别为4.7%与2.9%(表3)。两试验点2016年的黑胚率分别是2017年的2.7与3.4倍。2017年较低的黑胚率可能与抽穗至籽粒发育期间的高温、低湿、长日照气候条件有关。两年两个试验点黑胚率的广义遗传力范围为54.57%～44.98%，平均为49.9%，表明环境对该病的发生发展产生较大的影响，在大田自然环境下，50%左右黑胚率的表型变异是由于环境因素造成的。

2.3 小麦黑胚率与气象因子的相关性

黑胚率与抽穗后不同时间段气象因子变量间的相关分析(表4)表明，大部分与温度相关的变量在抽穗后11～15 d、26～40 d的相关系数较高，其中，日均温、积温、日最高温、日最低温、高温天数与黑胚率均呈显著的负相关，而低温天数在多数时间段与黑胚率呈显著的正相关，表明抽穗后高温，尤其是抽穗后11～15 d与26～40 d的较高温度有助于降低黑胚率，而较低的温度(凉爽天气)有利于黑胚病的流行。

表1 试验点2016与2017年小麦抽穗与籽粒发育期旬气象数据Table 1 Meteorological data in a period of ten days during heading and grain developmental period in 2016 and 2017 in the experimental field

降雨量与降雨天数是旬数据的累加结果，其余指标为旬均值。

Precipitation and rainfall days are the cumulative results of ten-day data. The values of other indices are the average per ten days.

表2 基因型、年份、地点间黑胚率的方差分析Table 2 Variance of the effect of genotype, year and site on the incidence of black-point

与大气湿度有关的变量(日均相对湿度、日最低湿度等)在抽穗后11～15 d与黑胚率相关系数最高，均呈显著的正相关。降雨天数与黑胚率的相关系数比降雨量与黑胚率的相关系数高，在抽穗后1～15 d、26～30 d呈显著的正相关。相对湿度大于70%的高湿天数与黑胚率呈正相关，而相对湿度小于20%的低湿天数与黑胚率呈负相关。总的来看，抽穗后1～15 d，潮湿的天气有利于黑胚病的流行，降雨天数比降雨量对黑胚病的流行更重要。

日照时数在研究的所有时间段都与黑胚率呈负相关，日照时间大于11 h的多日照天数与黑胚率的相关性呈现同样的规律，日照时间小于1 h的寡日照天数与黑胚率呈正相关。这表明籽粒形成期间晴朗的天气有助于降低黑胚率，而阴天则促进黑胚病的流行。

表3 黑胚率在2016与2017年两试验点的广义遗传力Table 3 Broad-sense heritability of black-point incidence in the wheat genotypes at different sites in 2016 and 2017

表4 抽穗后不同时间段气象因子和小麦黑胚率的相关系数Table 4 Pearson correlation coefficients between meteorological factor and black-point incidence in wheat after heading date

*：P<0.05; **:P<0.01.

3 讨 论

相对于其他病害，黑胚病的症状出现较晚，即使在灌浆期套袋保湿情况下，感病品种接菌7 d后才能观察到症状(数据未发表)，而且由于颖壳的包被，不能直接观察，故该病的危害在成熟收获后才表现出来，所以明确影响黑胚病发生发展的环境条件尤为重要。只有明确了影响黑胚率的关键期的关键气象因子，才能根据天气预测采取相应的防治措施，取得较好的防治效果。本研究用两年、两个试验点48个小麦品(系)材料的自然发病率和气象因子数据，分析了黑胚率的广义遗传力及其与气象因子间的相关性，旨在为深入研究小麦黑胚病灾变及其防治规律提供依据。

两个试验点两年的黑胚率的平均广义遗传力为49.9%，这与Kili等[25]用硬粒小麦分析黑胚病遗传力的结果基本一致，表明环境因素对黑胚病的发生发展有重要影响。通过抽穗后不同时间段气象因子变量与黑胚率的相关性分析可知，抽穗后11～15 d 、26～40 d的较低的温度(日均温、高温天数等变量)与抽穗后11～15 d较高的湿度(日均相对湿度、降雨天数等变量)增加黑胚率，也就是此期内凉爽天气和高湿环境有利于黑胚病的流行。在黄淮麦区，抽穗后11～15 d 、26～40 d基本上相当于花后9 d前后与花后20～35 d左右，籽粒发育处于乳熟至面团期。这与多数文献报道的“籽粒发育期降雨多、湿度大有利于黑胚病的发生发展”[12, 26, 31]和Desclaux[30]分析不同的温度与湿度组合对硬粒小麦黑胚率影响得出的“在抽穗到乳熟期高湿度与低温条件下，黑胚率高”的结论一致，而与Waldron[27]观察到高温低湿环境与黑胚形成有关和Moschini等[31]“均温>17 ℃的暖日促进黑胚率”的研究结果不一致。本研究结果还表明，降雨天数与黑胚率的相关性更高，说明湿润天气的持续比降雨总量对黑胚病的发生更重要。高湿低温的环境能加重黑胚的发生，可能是因为低温高湿延迟小麦成熟，从而延长了病原菌侵染期，而高温干旱天气则缩短了病原菌侵染期并限制了其孢子的传播，使黑胚率降低。如在Fernandez 等[26]的研究中，硬粒小麦黑胚率比普通小麦高，可能是与其籽粒灌浆期的凉湿气候推迟了成熟期有关。日照长度与黑胚率呈负相关，这与王会伟[32]利用气象因子变量构建的豫北地区黑胚率预测模型中“日照时数与小麦黑胚率成反比”的结论一致。对赤霉病与气象因子分析的研究也表明，日照时数与赤霉病流行强度变化呈极显著负相关[33]，主要原因是较多的日照会对病菌的孢子有杀灭或抑制作用，对此有待进一步研究。

在抽穗后不同的时期，不同气象因子与黑胚率的相关性有一定的变化，如相对湿度、降雨天数等与湿度有关的气象因子变量在抽穗后1～15 d与黑胚率关系比较密切，而日均温、低温天数等与温度有关的气象因子变量在抽穗20～40 d与黑胚率关系比较密切，这与Desclaux[30]“从抽穗到开花(10 d)，黑胚率与温度有联系，开花后湿度看起来是主因素”的结论不完全一致。在黄淮麦区，小麦抽穗一般在4月中下旬，开花在4月下旬，此时日均温一般在15～20 ℃，比较适宜病菌孢子萌发与侵入[34]，所以温度在开花早期应该不是黑胚病流行的制约因素，而湿润的环境是孢子萌发与侵入所需要的[30]。当籽粒发育达到面团期时(花后11～35 d)，黄淮麦区一般在5月中下旬，此时病菌已经侵入籽粒，湿润不再成为制约黑胚病流行的主要因素，而影响黑胚病症状产生的酶促褐变等代谢过程[35]受温度的影响，故此时温度应该是影响黑胚病流行的主要因素，尤其是如果频繁出现超过30 ℃的高温天气，不仅影响黑胚症状产生的代谢过程，而且也由于高温缩短灌浆期，从而减轻黑胚的危害，所以黑胚率与抽穗后25 d(约花后20 d)以后的温度呈显著的负相关，本研究表明，籽粒发育前期湿度是影响黑胚率的主要气象因子，而后期以温度的影响为主。由于试验条件的限制，本研究仅为两年两个试验点的研究结果，对其确定性还有待于进一步多年多点的试验验证。

与其他以旬为单个气象因子变化与小麦病害相关性的研究[32, 34]不同，本研究主要以不同小麦品种(系)的抽穗期为起点，以5 d为单位，分析了抽穗后不同时间段气象因子变量与小麦黑胚率的相关性，结果表明，抽穗后1～15 d(约花后9 d)，相对湿度等与湿度相关的变量与黑胚率关系密切，抽穗26～40 d(约花后20～35 d)，温度对黑胚率产生较大的影响，高温不利于黑胚病的产生，日照时数在籽粒发育不同时期与黑胚率呈负相关，这为进一步研究气象因子对黑胚率的关系奠定了一定的基础。遗憾的是，利用现有的数据没有建立起气象因子预测黑胚病发生率的模型，其原因可能在于：① 试验中所用的品种(系)过多，有些品种(系)的发病率较低，没有充分反映出气象因素对黑胚率的影响；② 除了气象因素外，黑胚率还受其他环境因素的影响，如两个试验点不同的土壤肥力、土壤质地、施肥等因素影响了试验的结果；③ 由于试验条件所限，用一个县的气象数据代替试验点的数据有一定的缺陷。总结本试验的结果，作者认为建立气象因子对黑胚率的预测模型，需要利用同样的小麦品(系)(最好是能够充分反映环境因素影响的中感材料)，在同一个试验点进行多年的研究，用田间小气候自动气象观测仪记录试验点的数据，有助于将气象因子对黑胚率的影响定量化，从而可以根据某种气象因子对影响黑胚率的关键期的预报值，预测黑胚率，确定要不要采用药物喷洒等防治措施。

4 结 论

小麦黑胚率的平均广义遗传力为49.9%，表明约50%的黑胚率表型变异来源于环境因素。小麦抽穗后温度和日照时数与黑胚率呈负相关，相对湿度和降雨天数与黑胚率呈正相关。抽穗后不同时期，影响黑胚率的主要气象因子不同，抽穗后1～15 d 相对湿度的影响较大，20～40 d温度的影响较大。总的来说，抽穗后1～15 d潮湿、26～40 d 低温、1～40 d寡日照气象条件对黑胚病的流行很关键。