甘蔗白叶病抗病性鉴定方法的建立与应用

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  摘要 為建立简便高效、致病性稳定和规范实用的甘蔗抗白叶病鉴定方法,推动甘蔗抗白叶病育种,本文从甘蔗材料处理与种植、接种液配制、接种方式、病情调查、分级标准制定等层面对甘蔗抗白叶病鉴定技术进行了系统研究与探索,首次优化创建了简便高效、致病性稳定和规范实用的甘蔗抗白叶病鉴定方法,即种苗喷雾接种法和生长期切茎接种法。种苗喷雾接种法:直接筛选甘蔗白叶病植原体蔗茎榨汁加10倍量无菌水配制接种液,接种液喷洒蔗种,塑料薄膜保湿,接种材料桶栽置于防虫温室培养,接种种植30 d开始调查病株率,按1~5级标准进行抗病性评价。切茎接种法:直接筛选甘蔗白叶病植原体蔗茎榨汁加10倍量无菌水配制接种液,鉴定材料桶栽置于防虫温室培养,株龄6月时切茎用移液枪将100 μL接种液滴入根部切口接种,接种种植20 d开始调查病株率,按1~5级标准进行抗病性评价。两种方法与自然传播相似,接种后发病显著、灵敏度高、重现性好,抗性鉴定结果与田间自然发病相吻合。通过两种接种方法和田间自然发病调查,鉴定明确了10个主栽品种对甘蔗白叶病抗病性,其抗病性真实、可靠,可作为今后甘蔗抗白叶病鉴定标准品种。
  关键词 甘蔗白叶病; 接种技术; 种苗喷雾接种法; 切茎接种法; 抗病鉴定
  中图分类号: S 435.661
   文献标识码: A
   DOI: 10.16688/j.zwbh.2020313
  Establishment and application of the resistance identification method for sugarcane white leaf disease
  LI Wenfeng#, WANG Xiaoyan#, CANG Xiaoyan, SHAN Hongli, WANG Changmi,
  ZHANG Rongyue, YIN Jiong, Huang Yingkun*
  (Sugarcane Research Institute, Yunnan Academy of Agricultural Sciences, Yunnan Province Key
  Laboratory of Sugarcane Genetic Improvement, Kaiyuan 661699, China)
  Abstract
  This study aims to establish a simple and efficient, standardized and practical resistance identification method with stable pathogenicity for sugarcane white leaf disease (SCWL), and then promote resistance breeding. The resistance identification technology of SCWL was systematically investigated and explored from the aspects of treatment and planting of sugarcane varieties, inoculum preparation, inoculation method, disease investigation and formulation of grading standard. The simple and efficient, stable in pathogenicity, standardized and practical resistance identification method of SCWL namely seedcane-spraying inoculation method and stem-cutting inoculation method during growth period were optimized and established for the first time. The seedcane-spraying inoculation method was established on directly screening the sugarcane stem juice contained SCWL phytoplasma and adding 10-fold of sterile water to prepare the inoculum, spraying with the inoculum to the seedcane on the plastic film to keep moisture, planting the inoculated materials in the pot and cultivating in the insect-proof greenhouse, starting to investigate the disease incidence after 30 days of inoculation and planting, and evaluating the disease resistance according to the 1-5 grade standards. The stem-cutting inoculation method was established on directly screening the sugarcane stem juice contained SCWL phytoplasma and adding 10-fold of sterile water to prepare the inoculum, planting the tested materials in the pot and cultivating in the insect-proof greenhouse, using a pipette to drop 100 μL inoculum into the cut section of the six month old stem, starting to investigate the disease incidence after 20 days of inoculation and planting, and evaluating the disease resistance according to the 1-5 grade standards. These two inoculation methods were similar to the natural transmission, and the incidence was obvious after inoculation, the sensitivity was high, the reproducibility was good, and the resistance identified result was consistent with the natural incidence in the field. Through two methods and natural disease investigation in the field, the SCWL resistance of 10 main cultivated varieties was identified, and their resistance was true and reliable, which could be used as the SCWL resistance identification standard varieties in the future.   Key words
  sugarcane white leaf disease; inoculation technology; seedcane-spraying inoculation method; stem-cutting inoculation method; resistance identification
  甘蔗白叶病(sugarcane white leaf, SCWL)是由16Sr XI组植原体引起的危险性甘蔗重要病害[1-2]。此病1954年首次在泰国发现[3],现已广泛发生于印度、巴基斯坦、斯里兰卡、日本、老挝、缅甸、越南、菲律宾等东南亚国家,给当地造成巨大经济损失[4-7]。2013年Li等[8]首次检测确定云南保山蔗区存在SCWL,随后云南临沧和普洱蔗区也相继发现SCWL[9-11]。SCWL扩散蔓延十分迅速,严重威胁着我国甘蔗生产和发展。
  SCWL的症状主要表现为叶质柔软、白化,分蘖明显增多,植株矮缩,节间缩短,顶部叶片丛生。甘蔗感染SCWL植原体后,株高、茎粗、有效茎数和单茎重量显著减少,导致甘蔗产量和糖分损失严重[2]。SCWL植原体主要通过带病蔗种进行远距离传播,在田间还可通过叶蝉自然传播[2, 6]。田间调查结果表明,不同品种植期田间自然发病率不同[12]。SCWL发生受品种抗性,种蔗带毒率、传毒虫媒叶蝉数量及环境条件等诸因素影响。如品种高度感病,种蔗带毒率高,加上环境条件有利于介体昆虫繁殖和传毒活动,则SCWL发生重[2]。
  选育和推广抗病品种是防控甘蔗病害最经济有效的方法[2],也是最具潜力的绿色生态防控技术,而抗病性鉴定方法直接影响抗病育种成效。甘蔗白叶病是近年快速发展起来的新病害,引起甘蔗白叶病的植原体是无细胞壁原核微生物,尚不能采用人工培养基离体培养[2],至今国内外在甘蔗抗白叶病鉴定方面研究甚少、尚未建立甘蔗白叶病抗性鉴定方法。如何准确高效评价甘蔗品种的白叶病抗病性是目前甘蔗育种家选育抗病品种面临的一个技术瓶颈。鉴于我国甘蔗白叶病蔓延扩展和日趋加重态势,急需研究建立一套简便高效、致病性稳定和规范实用的甘蔗白叶病抗性鉴定方法,以推动甘蔗抗白叶病育种。
  1 材料与方法
  1.1 供试甘蔗品种
  选取‘粤糖60号’‘新台糖25号’‘盈育91-59’‘粤糖93-159’‘新台糖22号’‘云蔗86-161’‘云蔗03-194’‘新台糖10号’‘柳城05-136’‘云蔗05-51’共10个主栽品种作供试品种,以‘粤糖86-368’作感病对照,‘粤糖83-88’作抗病对照。
  1.2 接种病原及接种液配制
  从云南省临沧耿马县甘蔗白叶病发病区域选择具典型白叶病症状的高感品种‘粤糖86-368’蔗株,按文献[13]中的方法经巢式PCR检测筛选含甘蔗白叶病植原体的蔗茎作接种病原。接种前压榨作接种病原的蔗茎获得携带甘蔗白叶病植原体蔗汁,加入10倍体积的无菌水稀释混匀,用双层纱布过滤,滤液即为甘蔗白叶病植原体接种液,现配现用。
  1.3 鉴定方法
  1.3.1 种苗喷雾接种法
  材料处理:各供试品种按文献[13]中的方法经巢式PCR检测筛选不带甘蔗白叶病植原体的无病健壮蔗株,分别切成带2个芽的甘蔗茎段(即双芽段),在常温流动自来水中浸泡48 h之后,用50℃±0.5℃热水处理2 h,再用70%噻虫嗪水分散剂和50%多菌灵可湿性粉剂1∶800倍液浸泡甘蔗茎段10 min。
  种苗喷雾接种:将处理好的蔗种晾干表面水分后置于塑料膜表面,采用电动喷雾器按1 000 kg处理好的蔗种用15 kg接种液的比例,将接种液均匀喷洒置于塑料膜表面的蔗种,边喷边翻动蔗种,喷完后将该塑料膜的一半覆盖蔗种,并在25℃下保湿24 h。
  材料种植:接种后的供试品种分别种植在直径35 cm、高30 cm的塑料桶内,桶内装入2/3的高温蒸煮消毒土壤和有机质(3∶1),各供试品种种植4桶,每桶8芽,共32芽,置于云南省农业科学院甘蔗研究所(云南开远)的20~30℃抗病虫鉴定防虫温室中培养。
  病情调查:接种种植30 d后,各供试品种标记20株调查发病株率,以后每隔15 d调查1次,直至感病对照品种发病株率稳定为止。记录接种日期、出苗数、病害症状始现期、累計发病株数。
  分级标准:根据各供试品种发病株率进行抗性水平分类,划分为1~5级,分别表示高抗、抗病、中抗、感病和高感,其发病株率范围相应为0~3%、31%~10%、10.1%~20%、20.1%~40%和401%~100%。
  1.3.2 切茎接种法
  材料处理和种植与1.3.1相同。
  切茎接种:供试品种6个月株龄时,在阴天的傍晚用灭菌锋利切刀(或枝剪)把供试材料植株地上部分沿土表快速切去,再用移液枪将 100 μL甘蔗白叶病植原体病原接种液滴入蔗株根部切口上,每个品种接种20株,遮光24 h。接种后继续置于20~30℃抗病虫鉴定防虫温室中培养。
  病情调查:接种种植20 d后,各供试品种标记20株接种株,调查发病株率,以后每隔15 d调查1次,直至感病对照品种发病株率稳定为止。记录接种日期、出苗数、病害症状始现期、累计发病株数。
  病害分级标准同1.3.1。
  1.3.3 田间自然发病调查
  于5月甘蔗白叶病发病稳定后,对云南发病最重的耿马芒翁蔗区各供试品种进行田间自然发病调查。调查地块各品种新植下种时间为当年2月、收砍留养宿根时间为当年2月,种植行距均为1 m,旱地,砖红壤,pH 6.0,有机质含量2.5%,肥力中等,水肥管理及甘蔗长势均匀一致。各品种随机选择3块地,每块地随机选择3个点,每点连续调查100株,共300株,记录发病株数。自然发病株率=(病株数/总调查株数)×100%。病害分级标准同13.1。   2 结果与分析
  由表1可以看出,两种接种方法10个供试主栽品种和1个感病、1个抗病对照品种发病株率略有差异,其抗病等级和抗病性结果完全一致;且两种接种方法对各供试品种的抗性鉴定结果与田间自然发病情况相吻合,说明两种接种方法鉴定结果均能真实反映甘蔗品种的自然抗感性。
  种苗喷雾接种法:‘粤糖60号’‘新台糖25号’‘盈育91-59’‘粤糖93-159’‘新台糖22号’‘云蔗86-161’‘云蔗03-194’‘新台糖10号’‘柳城05-136’病害症状始现期分别为30、30、30、30、30、45、45、60、60 d;切茎接种法:‘粤糖60号’‘新台糖25号’‘盈育91-59’‘粤糖93-159’‘新台糖22号’‘云蔗86-161’‘云蔗03-194’‘新台糖10号’‘柳城05-136’‘云蔗05-51’病害症状始现期分别为20、20、20、20、20、35、35、50、50、50 d。
  根据各供试品种材料发病株率按1~5级分级进行抗性水平分类,其中:‘粤糖60号’‘新台糖25号’‘盈育91-59’表现为5级高感,‘粤糖93-159’‘新台糖22号’表现为4级感病,‘云蔗86-161’表现为3级中抗,‘云蔗03-194’‘新台糖10号’表现为2级抗病,‘柳城05-136’‘云蔗05-51’表现为1级高抗(表1)。
  3 结论与讨论
  甘蔗白叶病是近年快速发展起来的植原体新病害,至今尚未建立甘蔗白叶病抗性鉴定方法[2]。如何准确高效评价甘蔗品种的白叶病抗性是目前甘蔗育种研究者选育抗病品种面临的一个技术瓶颈。为此,云南省农业科学院甘蔗研究所在前期调查研究基础上,从甘蔗材料处理与种植、接种液配制、接种方式、病情调查、分级标准制定等层面对甘蔗抗白叶病鉴定技术进行了系统性研究与探索,首次优化创建了两套简便高效、致病性稳定和规范实用的甘蔗白叶病抗性鉴定方法,即种苗喷雾接种法和生长期切茎接种法,为我国甘蔗抗白叶病育种提供了关键技术支撑。利用两种鉴定方法可实现对甘蔗优异种质资源、常用杂交亲本及新品种(系)抗白叶病的快速、准确评价,将切实提高抗白叶病育种的可靠性和选育效率,对于抗白叶病种质资源筛选和生产用种选择具有重大意义和现实作用。
  两种接种方法各供试品种的抗性鉴定结果与田间自然发病情况相吻合[9, 12],均能真实反映甘蔗品种材料的自然抗感性。种苗喷雾接种法通过病原接种液喷洒蔗种塑料薄膜包衣接种,具备和满足甘蔗白叶病侵染发病生境条件,能直观表现出甘蔗品种对甘蔗白叶病抗性水平。切茎接种法与自然传播相似,鉴定结果更接近于田间自然感病结果,制造的伤口均匀,接种病原量一致,发病均匀。两种接种方法接种液不用分离培养,直接从田间采集制备;接种方法快速简便,可操作性强;接种后甘蔗白叶病发病显著、灵敏度高、重复性好,鉴定结果可靠。因此,方便对大批量材料进行鉴定和筛选,为育种和生产部门提供更多更广泛的抗病品种和抗源材料。
  本研究通过两种接种方法和田间自然发病调查,鉴定明确了10个主栽品种对甘蔗白叶病抗病性,其抗病性真实、可靠,可作为今后甘蔗抗白叶病鉴定标准品种。
  参考文献
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  (责任编辑:田 喆)
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