甘蔗主要親本自然條件下抗甘蔗花葉病測定

楊榮仲，周會，肖祎，呂達，廖紅香，陳道德，劉昔輝，雷敬超，林垠孚

（1.廣西農業科學院甘蔗研究所/農業部廣西甘蔗生物技術與遺傳改良重點實驗室/廣西甘蔗遺傳改良重點實驗室/中國農業科學院甘蔗研究中心，南寧 530007；2.蔗糖產業省部共建協同創新中心，南寧 530004；3.四川省植物工程研究院,四川資中 641200）

0 引言

甘蔗花葉病是國內甘蔗生產的重要病害，也是國內甘蔗新品種登記注冊要求測試的甘蔗病害。甘蔗花葉病發生將明顯影響甘蔗產量和糖產量[1-4]，而推廣應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。國內外在甘蔗花葉病對甘蔗的影響[1-4]、甘蔗病原物進化[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，發現花葉病可引起10%～40%的產量損失，糖分下降；突變、負選擇作用以及遺傳漂變是驅動甘蔗花葉病毒進化的主要作用力；并篩選出了許多抗甘蔗花葉病的親本、創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，不同地區或不同來源的分離物可能表現出很高程度的遺傳多樣性[5]，進行人工接種鑒定時，受接種病原物分離類型數量及環境的影響[14]，抗性鑒定結果與實際田間抗性表現存在一定的差異。為了解近年甘蔗常用親本花葉病抗性表現，選擇在花葉病高發病生態區的四川省植物工程研究院資中縣試驗基地[15]進行了3年的田間自然抗性測定。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

根據廣西農業科學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；國內親本88份，其中，桂糖親本54份、粵糖及崖城親本15份，臺糖親本7份、福農親本4份、國內其它育種機構親本8份。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計與處理

試驗在四川省植物工程研究院資中縣明心寺試驗基地實施，試驗蔗種取自廣西農業科學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），每個親本種植一行，行長5.57 m，行寬1.20 m；受霜凍蔗種數量不足的影響，2018年設一次重復新植試驗，于2018 年2月28日種植蓋地膜，單行區，行長2.78 m，行寬1.20 m；2019 年設立3 次重復新植試驗，于2019 年3 月3 日種植蓋地膜，單行區，行長4 m，行寬1.20 m。下種量按20 芽/m 計。2017 年新植試驗收獲后保留2 年宿根，2018 年新植試驗收獲后不留宿根，田間管理按當地正常大田生產管理實施。

1.2.2 數據收集與分析

調查新植蔗出苗、分蘗和宿根蔗發株，成熟期調查小區甘蔗有效莖、10 株甘蔗的株高、莖徑和錘度，霜凍發生1個月后調查甘蔗霜凍危害情況[16]，計算甘蔗的蔗產量和錘重[17]。

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

根據花葉病田間自然發病率確定參試親本的抗性等級[18]。方差分解時對甘蔗花葉病發病率進行反正弦轉換，用R軟件的asreml、agricolae和psych程序包進行數據計算，并計算廣義遺傳力[17]。

2 結果與分析

2.1 發病癥狀

分析2019年6月第二年宿根蔗花葉病發病癥狀發現，試驗親本有長條紋線條花葉病、褪綠花葉病和短條紋花葉病3種發病癥狀類型，同時也出現了短條紋花葉病+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%。結果表明甘蔗花葉病發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。沒有發現短條紋花葉病+褪綠花葉病混合類型和同一親本出現3種發病癥狀的混合類型。

2.2 相關分析

用2017 年新植和2018 年宿根6 月最后一次調查數據與其他農藝性狀進行相關分析發現（表1），甘蔗花葉病的發病率與甘蔗株高、有效莖數、蔗產量和凍后的綠葉百分率存在極顯著的負相關，與甘蔗莖徑存在顯著正相關，而與甘蔗錘度、莖長凍損率和宿根發株率等性狀不存在顯著相關。表明在甘蔗親本自然群體中，隨著田間甘蔗花葉病發病率的升高，甘蔗株高、有效莖數和蔗產量都將明顯下降，用凍后綠葉百分率所表示的甘蔗耐寒性也將隨之降低。進一步對甘蔗不同葉位的綠葉百分率進行相關分析發現（數據未列出），甘蔗花葉病發病率的上升，主要表現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相關；而對上部較嫩的葉片（+1至+3葉）幾乎沒影響，他們之間呈現負相關，但相關不顯著。

2.3 不同調查時期、不同年度花葉病發病差異

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

表2 不同調查時期花葉病發病率Table 2 The incidence of sugarcane mosaic disease at different survey stage

比較不同年度6 月份最后一次調查的花葉病發病率數據，發現不同年度發病率有所不同。2018 年的發病率相對較低為17.81%，89.22%的親本發??；2017 年居中為24.55%，96.08%的親本發??；2019 年的發病率最高為39.83%，所有測試親本發病。表明親本的花葉病發病率在年度間存在差異，親本抗性評價時選用發病率較高年份的數據可能更有利于篩選抗病親本。

進一步分析3 年試驗6 月份花葉病發病率數據，發現不僅親本間發病率存在顯著差異，年度間也存在顯著差異。按隨機模型分解方差，親本和年度的方差占比分別為10.32%和22.70%，表明甘蔗花葉病發病率的年度變異比親本更大，如果用發病率直接評價甘蔗親本抗性，需用多年試驗數據才能獲得更為穩定的評價結果。用抗性等級分解方差，親本和年度的方差占比與發病率有所不同，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，用抗性等級評價甘蔗親本的抗性表現，不同年度的結果將會更穩定一些。

2.4 新植蔗與宿根蔗的發病差異

分析2018 年和2019 年同期調查的新植與宿根花葉病發病率表明（表3），新植蔗的花葉病發病率，不論是平均發病率還是小區發病率都明顯低于宿根蔗。如果調查時間相對較早且在發病相對較輕的年份，如2018 年，新植蔗與宿根蔗的平均發病率差異相對較小，而小區發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；如果調查相對較遲且在發病較重的年份，如2019年，新植蔗與宿根蔗的平均發病率差異明顯較大，兩者相差達35.05 個百分點；且宿根蔗約99%的小區都發病，而新植還有四分之一左右的小區未發病。新植蔗與宿根蔗花葉病發病分析表明，宿根蔗的發病率明顯高于新植，且在發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病率Table 3 The incidence of sugarcane mosaic disease for plant cane and ratoon

2.5 花葉病發病率廣義遺傳力

用2019 年新植、宿根6月最后一次調查數據進行方差分解，不論是用發病率還是發病等級，親本方差和重復方差均存在極顯著差異。用固定模型時（表4），親本和重復方差占比相對較低，分別為4.67%和5.96%，用隨機模型時親本和重復的方差占比明顯提高，分別為16.20%和14.25%。計算的廣義遺傳力表明，固定模型時屬遺傳力較高的性狀，隨機模型時屬遺傳力中等偏高的性狀。廣義遺傳力計算結果表明花葉病發病率是遺傳相對較為穩定的性狀。

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

2.6 親本的抗性表現

根據不同時期、不同年度以及新植宿根對甘蔗花葉病發病的影響，分別選取2017—2019年6月份最后一次調查數據以及小區最高發病率對親本花葉病抗性進行評價。結果表明（表5）不論選用哪種數據評價親本抗性表現，參試的102份親本材料中不存在甘蔗花葉病免疫親本。選用小區最高數據評價親本抗性時，近四分之三的參試親本表現為高感花葉病，顯然與廣西的實際情況有較大差異[5,19]，不宜用于甘蔗親本花葉病抗性評價。在3年數據和最重年份數據之間，雖然參試親本的抗性反應存在一定的差異，如發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，但與小區最高數據評價結果相比，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年數據還用最高年份的數據評價甘蔗親本的抗性表現，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6 月份最后一次調查數據評價親本抗性表明，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 多年前同一生態區的測試結果[15]相比，抗甘蔗花葉病育種取得了明顯進步，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現，甘蔗花葉病接種測試結果經常與生產實際有一定的出入，給甘蔗花葉病抗性育種選擇增加了難度。因此，希望通過在高發病生態區進行多年田間自然測定，以期獲得更為可靠的結果；雖然絕大多數親本測試結果與生產實際表現相一致，但仍有個別親本出現異常。如ROC22的抗性鑒定結果，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，然而廣西新品種區試數據[19]表明發病率都低于10%，大面積生產中其發病率也較低，說明抗性測試結果與生產實際確實存在差異。因此，進行甘蔗新品種推廣應用時，建議采取更為靈活方式對待甘蔗花葉病抗性測試結果，以甘蔗生產的田間表現進行評價更為適宜。

3.2 高發病生態區測試

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發現，人工接種測試的抗性平均等級較田間自然測定的結果略低，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，高發病生態區測試等級較人工接種測試高1 個等級或以上。顯然對高抗甘蔗花葉病親本，高發病生態區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，其抗性等級應為免疫；而我們的測試表明GT02-761、ROC26 抗性表現最好為高抗，CZ89-103、GT03-713 和YT94-128 表現為抗病，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基地確屬甘蔗花葉病高發病生態區，通過3 年測試剔除了人工接種或非高發病生態表現為免疫材料和部分高抗材料。

通過與國內其他研究機構測試結果比較表明，甘蔗花葉病高發病生態區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病生態區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病生態區繼續測試，以期獲得更為準確的測試結果。

4 結論

試驗結果表明甘蔗花葉病發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；花葉病發病率屬遺傳力中等偏高性狀，受到調查時期、年度和植期的影響，隨著花葉病發病率的升高，甘蔗株高、有效莖數和蔗產量都將明顯下降，耐寒性也將減弱；抗性評價表明102份測試親本中，GT03-2309、GT02-761 和ROC26 等8 份親本表現高抗，占7.84%；GT03-713、LC03-296 和GT03-557 等47份親本表現抗病，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%。