杨荣仲，周会，李文教，黄赞斌，唐仕云，雷敬超，刘昔辉，梁强，黄海荣

（1.广西农业科学院甘蔗研究所/农业农村部广西甘蔗生物技术与遗传改良重点实验室/广西甘蔗遗传改良重点实验室/中国农业科学院甘蔗研究中心，南宁 530007；2.蔗糖产业省部共建协同创新中心，南宁 530004；3.广西百色市农业科学研究所，广西百色 533612）

0 引言

抗黑穗病育种是国内甘蔗抗病育种的主要育种目标之一，不论是早期的甘蔗新品种审（鉴）定，还是目前的甘蔗新品种注册登记[1]，甘蔗新品种的抗黑穗病鉴定都是必不可少的测试工作。近年来，随着甘蔗抗病育种工作的不断加强，国内外不少的甘蔗育种机构或相关科研单位在黑穗病菌的病源物分离[2]、抗病接种方法、新品种与新材料抗性测定等方面开展了大量研究。建立了甘蔗品种抗黑穗病评价方法[3]，且注射接种发病潜伏期短、发病率高[4]；首次感染与最高温度呈正相关，再次感染与湿度呈负相关[5]；发病将影响甘蔗宿根性[6]，延迟黑穗病菌侵染将减少对有效茎的侵害[7]；甘蔗品种[3-4,8]、育种材料[9]与杂交组合[10-11]的抗性存在差异，且云南近年来选育的新品系感病材料偏多；黑穗病季末广义遗传力高于季初[12]。这些研究成果为甘蔗抗黑穗病育种工作提供了有益的帮助；然而，从目前国内甘蔗生产看，抗黑穗病育种工作仍然面临着许多困难，国内主产蔗区大面积推广应用的甘蔗品种仍面临着黑穗病抗性有待加强的问题[13-14]。

为了解目前国内甘蔗育种主要亲本的黑穗病抗性表现，选择在广西黑穗病高发蔗区广西百色市农业科学研究所试验基地，对98个甘蔗亲本进行了2次新植3次宿根共5季的黑穗病田间自然发病测试。在鉴定甘蔗亲本抗黑穗病的同时，了解甘蔗黑穗病发生特点与规律，为甘蔗抗黑穗病鉴定及抗黑穗病育种的亲本选配提供帮助。

1 材料与方法

1.1 试验材料

根据广西农业科学院甘蔗研究所海南杂交基地2012—2016年杂交季甘蔗亲本的使用频率，选择了98份甘蔗参试亲本（详见表5），其中，国外亲本15 份，主要来自美国、澳大利亚和法国等国家；国内亲本83 份，其中，‘桂糖’亲本58 份、‘粤糖’及‘崖城’亲本11份，‘台糖’亲本4 份、‘云蔗’亲本4份、国内其它育种机构亲本6份。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计与处理

试验于2017—2019 年在广西百色市农业科学研究所试验基地实施。2017 年的试验蔗种取自广西农业科学院甘蔗研究所海南杂交基地，于2017 年2 月20 日种植，重复1 次，每个亲本种植1 行，行长4.8 m，行宽1.2 m；新植收获后保留宿根2 年。2018 年试验的蔗种取自2017 年试验，于2018 年2 月22 日种植，随机区组设计，3次重复，1行小区，行长4.5 m，行宽1.2 m；新植收获后保留宿根1年。下种量按105 000芽/hm2计。田间管理按当地正常大田生产管理实施。

1.2.2 数据收集与分析

调查甘蔗出苗、分蘖、宿根蔗总苗数和小区甘蔗有效茎，2017、2018年成熟期调查10株甘蔗的株高、茎径和锤度。

黑穗病发病率调查：2017 年新植5 月下旬调查；2018 年新植5 月下旬调查，2017 年试验第一年宿根于4月下旬、5月下旬各调查一次；2019年一年宿根和二年宿根分别在6月中旬和10月下旬调查。后期调查时按MAGAREY[15]的方法进行黑穗病后期等级调查。

小区蔗茎产量计算公式：小区蔗茎产量=0.785 4×茎径2×(株高-20)×有效茎数

应用R 软件的AAfun、asreml、agricolae和psych程序包进行数据分析；方差分解时对甘蔗黑穗病发病率进行反正弦转换，按Aitken的方法[16]计算广义遗传力；按阙友雄等的方法[3]确定参试亲本黑穗病抗性等级。

2 试验结果与分析

2.1 不同年度、不同时期甘蔗黑穗发生情况

不同年度、不同作物季调查的黑穗病发生情况表明（表1），甘蔗黑穗病发生在新植与宿根之间存在较大差异，同一年不同时期也存在明显差异。两轮试验的新植数据都表明，测试亲本材料黑穗病发病率和发病材料平均发病率都明显偏低，因此即使在黑穗发病较重的蔗区，也不宜用新植蔗田间自然发病情况来评价亲本的黑穗病抗性，其结果与国内其他研究人员报道的田间自然测试结果是一致的[4,8]。

表1 不同年度时期甘蔗黑穗发生情况Table 1 Incidence of sugarcane smut in different times

不同时期调查的试验数据表明，上半年调查的发病情况明显较下半年低；不论是第一年宿根试验还第二年宿根试验，2019年上半年调查的发病率较下半年低一倍左右，发病率超过10%的材料数也大致如此，因此选用下半年的试验数据评价亲本抗性表现将更有利于筛选抗性亲本。在上半年调查的数据中，6 月的发病率高于5月，5月的发病率高于4月。

2017 年新植试验还表明，随着宿根年限的延长，黑穗病的发病情况是逐年加重的，第二年宿根蔗的发病率明显较第一年宿根蔗高，而第一年宿根蔗又明显较新植蔗高。与2018 年新植试验比较，2017年试验的第二年宿根蔗的材料发病率与发病材料平均发病率都接近或略低于2018年试验的第一年宿根，表明在黑穗病高发区进行田间自然发病测试，蔗种来源对黑穗病发生有着明显的影响，如果蔗种来源于黑穗病发生相对较轻的蔗区，第一年宿根蔗的黑穗发病率还是相对较轻，不宜用于抗性评价；第二年宿根蔗进一步加重，基本上可以用于抗黑穗病评价。对发病率高于10%的材料数而言，似乎来自黑穗病高发区蔗种的第一年宿根蔗比来自非黑穗病高区蔗种的第二年宿根蔗更多，表明对于甘蔗黑穗病田间自然抗性测试，选用黑穗病高发区蔗种的宿根试验进行抗病评价，其结果将会更好。

不同年度、不同时期黑穗病田间自然发病情况分析表明，新植蔗不宜用于黑穗病抗性评价，选用宿根蔗进行抗性评价时宜选用下半年试验数据；如果试验蔗种来自非黑穗病发病蔗区，宜选用第二年宿根试验进行抗性评价；条件允许时，也可用发病蔗区蔗种的第二年宿根试验进行评价。

2.2 抗黑穗病广义遗传力分析

为了进一步明确不同年度、不同时期调查结果是否可靠，对收集的试验数据进行了黑穗病发病率的方差分析与广义遗传力计算。

2018新植试验数据方差分解发现（表2），新植亲本方差不存在，其亲本方差占比和广义遗传力都为0；从选择的角度看，无法对亲本的黑穗病抗性进行有效选择。说明即使在黑穗病高发蔗区，也不能用新植蔗田间自然发病进行抗性评价。2019 年宿根调查的数据中，不论是上半年调查数据还是下半年调查数据，其广义遗传力值均在69%以上，属高遗传力性状；然而从亲本方差占比与广义遗传力值看，上半年的都较下半年低，其结果与南非的研究一致[12]，表明用下半年的试验数据评价亲本黑穗病抗性将会更好。进行不同时期数据合并分析时发现，不论使用何种方式进行合并分析，亲本方差占比都明显下降，广义遗传力也随之下降，而不同时期的方差占比明显高于亲本方差占比，一方面说明进行黑穗病抗病评价分析时不宜选用不同年度或不同时期的数据进行合并分析，另一方面也表明对于甘蔗黑穗病抗性评价，选择适宜的调查时期尤为重要。

表2 甘蔗黑穗病发病率广义遗传力分析Table 2 Analysis of broad sense heritability of sugarcane smut incidence

2017 年新植试验没有重复，因此对不同时期的调查数据进行合并分析。从亲本方差占比看，较高的分别是2018年和2019年同一年度不同时期数据合并分析，其方差占比分别为42.3%和25.1%，其它方式的数据合并分析的方差占比都低于同一年度数据合并分析。除个别数据合并分析外，时期的方差占比均略低于亲本方差占比。从广义遗传力值看，不论何种方式的数据合并分析，均属中低遗传力性状；说明进行田间抗黑穗病自然测定，设置重复将有利于提高鉴定效率。

亲本抗黑穗病广义遗传力分析表明，黑穗病抗性属高遗传力性状，进行抗黑穗病田间自然测定时设置重复将有利于提高鉴定效率。

2.3 抗黑穗病评价影响因素

黑穗病发生情况及遗传力分析都发现，黑穗病发生受到多种因素的影响，为确定哪些因素显著影响黑穗病发生，对所有调查数据合并进行随机最佳建模分析。结果表明（表3），在方差显著的变异来源中，年度对黑穗病发生影响最大，方差占比为25.44%；其次是作物季和亲本，其方差占比分别占3.07%和1.32%；试验类型和重复差异不显著。在不同因子间互作中，除亲本×试验类型外，其它类型的互作都是不存在的；亲本×试验类型的方差占比为2.32%，高于亲本，表明虽然蔗种来源对黑穗病的发生没有直接影响，但将通过与亲本互作间接地影响黑穗病的发生。计算的亲本广义遗传力仅为7.28%，说明进行合并分析确实无法对亲本的黑穗病抗性进行有效选择。

表3 甘蔗黑穗病方差分析Table 3 Analysis of variance of sugarcane smut

最佳随机模型计算的预测值表明，不同年度中最高的是2019 年，2018 年与2017 年相差不大；不同作物季中，新植最低、第一年宿根最高、第二年宿根居中。试验类型的主效应不存在，其作用主要通过与亲本互作呈现，计算的亲本×试验类型的预测值表明，2017 试验即使包括了第二年宿根蔗试验，其黑穗病发病率的预测值仍略低于2018试验。

黑穗病随机最佳建模分析表明黑穗病发生受到年度、作物季、亲本和亲本×试验类型等因素的显著影响，不受作物季、重复及其它类型互作的影响。

2.4 黑穗病相关分析

为了解甘蔗黑穗病发生是否影响甘蔗其它性状，对收集到的数据进行了相关分析（表4），发现黑穗病的发生与甘蔗主要农艺性状总苗数、株高、茎径、单茎重、蔗产量和锤度等不存在显著相关。然而与甘蔗有效茎的相关性则较为复杂，不论是2017 年试验还是2018年试验，虽然与新植、第一年宿根呈弱负相关，但都不显著，因此对甘蔗产量没有显著影响；第二年宿根则明显不同，黑穗病与甘蔗有效茎呈极显著负相关，说明甘蔗黑穗病对有效茎的不利影响在第二年宿根才会明显出现，因此第二年宿根的黑穗病发生将影响甘蔗产量。

表4 黑穗病发病率与其它性状相关Table 4 Correlation among smut incidence and other traits

黑穗病发生与后期等级、抗性等级相关分析表明，他们之间是高度正相关的。亲本的抗性等级与黑穗病发生的相关系数值都在0.94 以上；虽然黑穗病与后期等级存在极显著正相关，但不同调查时期之间差异较大，如果病害发生重且两者间调查时间不一致时则相关系数值将较低，如2019/6的数据；如果两者调查时间一致则相关程较高，如2019/10的数据；表明后期等级是可以用于甘蔗亲本抗黑穗病评价的。

甘蔗黑穗病相关分析表明，黑穗病发生对新植和第一年宿根的甘蔗农艺性状没有显著影响，然而随着宿根年限的延长，黑穗病发生将显著降低第二年宿根蔗有效茎而导致甘蔗减产；参照MAGAREY方法[15]调查的后期等级是可以用于甘蔗黑穗病抗性评价的。

2.5 亲本黑穗病抗性评价

结合遗传力分析、随机建模分析，同时考虑2017 年试验第二年宿根试验中出现‘GT04-1023’、‘GT05-839’、‘YC89-7’、‘ROC25’和‘YZ03-422’等亲本缺失，选用2018年试验在2019年10月所调查的数据进行亲本黑穗病抗性评价（表5）。结果表明，评价为1 级高抗的有‘YC89-7’和‘YZ06-80’等8 个亲本，占测试亲本的8.16%；评价为2 级抗病的有‘GT91-116’和‘GT09-1065’等9 个亲本，占测试亲本的9.18%；评价为3 级抗病的有‘ROC10’和‘YT92-4’等12 个亲本，占测试亲本的12.24%；评价为4 级中抗的有‘FR97-53’和‘GT10-2018’等6个亲本，占测试亲本的6.12%；评价为5级中感的有‘GT08-120’和‘GT02-833’等18个亲本，占测试亲本的18.37%；评价为6 级感病的有‘GT87-7’和‘GT05-955’等11 个亲本，占测试亲本的11.22%；评价为7级感病的有‘LC03-296’和‘GT06-178’等25 个亲本，占测试亲本的25.51%；评价为8 级高感的有‘CP07-1618’和‘GT05-ym3’等8个亲本，占测试亲本的8.16%；仅有‘GT06-1238’的抗性等级为9级高感。

表5 亲本黑穗病抗性评价Table 5 Resistance to smut in evaluated parents

3 讨论与结论

3.1 讨论

3.1.1 甘蔗黑穗病高发区田间自然鉴定

在甘蔗生产中，不同蔗区的黑穗病发病率是存在明显差异的[12,14]，进行甘蔗黑穗病田间自然鉴定时，选择黑穗病高发区进行试验是必不可少的前提条件。将本试验与本所海南杂交基地黑穗病抗性评价结果[17]相比，发现两者间共有89个相同亲本，海南评价的抗性等级较百色低2.99级，表明在海南评价获得的抗病亲本中仍有许多亲本是感病的。事实上，在海南评价为抗病的73个亲本中，在百色只有29个被评价为抗病亲本，因此，超过60%的感病亲本被误判为抗病亲本，所以选择黑穗病高发区进行测试将有利于筛选甘蔗抗病亲本。

然而，即使在黑穗病高发区测试，某些亲本的评价结果仍可能存在抗性等级低偏的问题，如本试验中‘ROC10’[18]等亲本；观察这些亲本相关性状发现，他们的脱叶性都相对较差，在试验过程中蔗芽受到叶鞘有效保护，降低了蔗芽接触黑穗病孢子的机率，导致其发病率较低。因此对于甘蔗黑穗病田间自然鉴定，脱叶性较差的品种其抗性评价等级仍可能存在偏低的问题。

3.1.2 甘蔗抗黑穗病育种

相对甘蔗抗花叶病育种[19]，黑穗病的抗病育种进展较为缓慢，与20 多年前相比[20]，虽然出现了8.16%的高抗亲本，但是抗病亲本的占有率并没有提高，60%左右的感病亲本现状将为甘蔗抗黑穗病育种亲本选配带来严峻的挑战。分析其原因可能与下面一些因素有关，一是与2 新1 宿的区试方法有关，由于黑穗病的发生只有在第二年宿根才会对甘蔗有效茎造成极显著的不利影响，因此2018 年前实行的2 新1 宿的区试方法是无法有效去除感黑穗病试验材料的，因此作亲本成为抗病亲本的机率不高；事实上，实施1 新2 宿区试方法后，进行国家区试和广西区试田间评估时发现，当试验进入第二年宿根时，感病材料的黑穗病发生在黑穗病高发试验区明显增加。二是受早期试验经费的影响，开展黑穗病抗性接种鉴定的机会不多，即使近年来开展抗性鉴定工作，可能受试验地点、病源物来源[21]等因素的影响，鉴定评价等级出现较大差异，导致育种者不易接受而影响了抗黑穗病育种工作的推进。三是，与澳大利亚相比，国内抗黑穗育种进展缓慢还可能与鉴定时对照种设定有关。如果对抗性进行5级分类，原则上每个等级都应有1～2个对照品种，一方面可以通过对照判断试验结果是否可靠，另一方面也可以在一定程度上克服因试验发病程度不同而引起的抗性等级变化带来的问题[22]。因此国内进行甘蔗黑穗病抗性鉴定，应建立一套与甘蔗生产相适应的对照组试验材料。

从甘蔗抗黑穗病育种的角度看，确定蔗区黑穗病抗性适应等级对甘蔗新品种推广应用具有极为重要的意义。不同蔗区的黑穗病发生程度不同，对黑穗病发病相对较轻或无黑穗病蔗区应推广应用与其黑穗病抗性等级相适应的甘蔗新品种，有利于蔗区的甘蔗品种多样化，实现甘蔗抗黑穗病分区育种，提高甘蔗抗黑穗病育种效率。

3.2 结论

试验结果表明田间自然黑穗病发生在不同年度、不同时期存在较大差异，宿根蔗下半年的发病率相对较高，新植蔗不宜用于黑穗病抗性评价。黑穗病发病率属较高遗传力性状，受到试验年度、作物季、亲本和亲本×试验类型互作等因素的影响；随着甘蔗宿根年限的延长，甘蔗黑穗病发生将明显降低第二年宿根蔗有效茎而导致甘蔗减产。抗性评价表明98 个测试亲本中，有‘YC89-7’和‘YZ06-80’等29 个为抗病亲本，占29.59%；有‘FR97-53’和‘GT10-2018’等6 个中抗亲本，占6.12%；有‘GT08-120’和‘GT02-833’等18 个中感亲本，占18.37%；有‘GT87-7’和‘GT05-955’等36个感病亲本，占36.74%；有‘CP07-1618’和‘GT05-ym3’等9个高感亲本，占9.18%。