0 引言
【研究意义】谷瘟病菌（Pyricularia setariae Nisikado）对谷子（Setaria italica L.）品种的致病性与水稻稻瘟病菌一样,符合基因对基因假说,均具有小种特异性[1]。谷瘟病是中国谷子主产区的主要病害之一[2-3],可造成谷子生产严重减产甚至绝收[4-7]。谷瘟病生理小种的鉴定和划分有利于弄清谷瘟病菌小种类群、区系分布以及谷瘟病菌消长变化规律等,为选育和应用抗病品种以及合理布局和更换品种提供指导。【前人研究进展】谷子在整个生长期都可感染谷瘟病菌,分别引起苗瘟、叶瘟、节瘟、穗颈瘟和穗瘟,其中,叶瘟和穗瘟造成的减产程度最大。20世纪70年代和80年代,吉林省发生大面积的谷瘟病,仅德惠、九台、扶余三县受害面积就达1万公顷,一般减产20%—30%,严重的减产50%—70%,损失粮食达4 000吨[4-5,7]。进入21世纪,谷瘟病仍然危害严重,并呈现出同锈病、纹枯病等病害交替爆发的现象。近几年,谷瘟病发病有加重的趋势：河北、河南、山东等夏谷种植区域,谷瘟病和锈病混合发病,在谷子生产上造成严重减产,高感谷瘟病品种的推广,更加剧了谷瘟病的发生。选择抗病品种是防治谷瘟病最经济、有效的措施,但是单一抗病品种长时间大面积种植容易对田间病菌形成选择压[8],导致生理小种发生变异,寄主抗性减退甚至丧失。因此,需要了解谷瘟病菌田间生理小种组成,鉴定推广品种的抗性,同时挖掘新的抗病资源用于谷瘟病抗病育种。中国农业科学院、吉林省农业科学院、黑龙江省农业科学院等多家育种单位,自20世纪70年代以来先后对不同地区的种质资源和优良品种进行了抗谷瘟病鉴定,筛选出一部分抗谷瘟病材料[9-11]。【本研究切入点】1985年,YAN等[5]用6个谷子鉴别品种将采自10个省份的711个谷瘟病单孢分离菌分为7群32个小种,这是谷子上仅有的1套谷瘟病小种鉴别体系[3],且由于时间太久,该体系6个谷子品种的确切来源和基因型已无从考证,已不能够满足目前谷瘟病生理小种鉴定的需要。JIA等[12]构建了首个谷子核心种质群体,该群体涵盖了国内谷子主要栽培区域的农家品种和育成品种以及国外搜集的材料,最能代表谷子遗传群体结构,为谷瘟病抗性鉴定标准品种的筛选提供了基础。【拟解决的关键问题】本研究用采自谷子主产区的10个谷瘟病单孢菌对60份选自谷子核心种质资源的品种进行苗期接种鉴定,通过聚类和抗性分析,构建谷瘟病生理小种鉴别的标准品种体系,解决谷瘟病小种鉴定缺乏统一的标准品种体系的问题,对摸清中国谷子主产区谷瘟病主要生理小种的分布,以及开展抗病育种和有针对性地进行抗病品种布局都具有重要的意义。1 材料与方法
1.1 材料来源
供试的60份谷子核心种质资源由中国农业科学院作物科学研究所提供,包含国内谷子主要栽培区域的农家品种和育成品种以及部分国外搜集的材料（表1）。Table 1
表1
表160个谷子品种对10个谷瘟病菌株抗感反应
Table 1Sensitive reactions of 60 foxtail millet varieties to 10 millet blast isolates
| 品种 Varieties | 品种来源 Varieties origin | 品种号 Number | GW1 | GW5 | GW7-1 | GW8-1 | GW8-2 | GW9 | GW 10 | GW 11 | GW 12 | GW 2013 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 黄棒头Huangbangtou | 湖南阮陵Ruanling,Hunan | 00014625 | MR | R | R | R | R | R | R | R | HR | R |
| 齐头黄Qitouhuang | 江苏铜山Tongshang, Jiangsu | 00015068 | R | R | R | R | R | R | R | MR | R | R |
| 单皮粘Danpinian | 吉林奈曼Naiman, Jinlin | 00001286 | R | R | R | R | R | HR | HR | R | R | R |
| 白谷Baigu | 西藏林芝Linzhi, Xizang | 00022321 | R | R | R | MR | R | R | R | R | HR | MR |
| 维子那谷Weizinagu | 北京怀柔Huairou, Beijing | 00012010 | R | R | R | MR | MR | R | R | MR | R | MR |
| 嫩选十二号Nenxuanshier | 黑龙江Heilongjiang | — | MR | R | R | MR | MR | MR | R | MR | MR | S |
| 郑谷4号Zhenggu4 | 河南郑州Zhengzhou, Henan | — | MR | R | R | MR | MR | R | R | MR | MR | MR |
| 新农691Xinnong691 | 河南新乡Xinxiang, Henan | 00010236 | S | R | R | R | MR | R | R | MR | R | R |
| 红苗老来变Hongmiaolaolaibian | 辽宁黑山Heishan, Liaoning | 00002732 | S | R | R | MR | S | R | MR | R | MR | MR |
| 红谷Honggu | 山东郯城Tancheng, Shandong | 00011056 | S | R | MR | MR | MR | MR | MR | MR | MR | S |
| 九谷14 Jiugu14 | 吉林吉林市Jilinshi, Jilin | — | MR | MR | MR | S | R | MR | R | MR | S | R |
| 金屏谷子Jinpingguzi | 山东蓬莱Penglai, Shandong | 00013142 | MR | R | MR | S | R | S | R | R | S | R |
| 广8 Guang8 | 广西北海Beihai, Guangxi | 00023973 | S | R | MR | R | MR | MR | R | R | MR | R |
| 毛大粒Maodali | 天津蓟县Jixian, Tianjin | 00012182 | MR | R | MR | MR | S | R | MR | MR | MR | MR |
| 承农2号Chengnong2 | 河北承德Chengde, Hebei | — | R | MR | MR | MR | MR | MR | MR | R | MR | S |
| 大毛毛谷Damaomaogu | 辽宁赤峰Chifeng, Liaoning | 00002348 | MR | S | MR | S | R | S | R | S | S | R |
| SSR25 | Kenya | — | MR | MR | R | S | S | MR | MR | MR | S | R |
| 黄大粒Huangdali | 河北逐鹿Zhulu, Hebei | 00007627 | MR | MR | R | S | S | MR | S | HS | S | HS |
| 茭谷Jiaogu | 内蒙古莎县Suoxian, Inner Mongolia | 00002971 | S | S | MR | S | MR | S | R | MR | S | HS |
| 锦谷5号Jingu5 | 辽宁锦州Jinzhou, Liaoning | 00002772 | MR | R | R | MR | S | S | R | HS | S | MR |
| 黄苗谷子Huangmiaoguzi | 北京Beijing | 00008278 | S | R | MR | S | S | MR | MR | MR | R | MR |
| 西1-2-4 Xi1-2-4 | 陕西Shaanxi | 00026390 | S | R | MR | S | S | S | R | MR | HS | MR |
| 公谷5号Gonggu5 | 吉林Jilin | — | S | R | R | S | S | S | MR | MR | S | MR |
| 紫力根Ziligen | 安徽Anhui | 00014615 | MR | HS | MR | S | R | MR | R | HS | S | MR |
| 三红苗Sanhongmiao | 河北冀县Jixian, Hebei | 00009322 | MR | S | MR | S | R | S | MR | MR | S | MR |
| 二白谷Erbaigu | 新疆沙湾Shawan, Xinjiang | 00018822 | MR | R | R | S | S | S | S | HS | S | S |
| 金德Jinde | 美国America | 00015042 | MR | R | R | S | S | S | MR | S | MR | R |
| 安06h-8023 An06h-8023 | 河南安阳Anyang, Henan | — | S | HS | S | HS | MR | HS | R | HS | HS | R |
| 龙爪谷Longzhuagu | 甘肃镇原Zhenyuan, Gansu | 00018559 | S | R | R | HS | S | S | HS | S | S | HS |
| 小红谷Xiaohonggu | 青海化隆Hualong, Qinghai | 00018757 | HS | HS | HS | HS | MR | S | S | HS | HS | HS |
| 沧谷3号Canggu3 | 河北沧州Cangzhou, Hebei | — | S | HS | S | S | S | HS | MR | HS | HS | HS |
| 猪尾巴谷Zhuyibagu | 北京平谷Pinggu, Beijing | 00021989 | S | HS | S | S | MR | S | R | S | S | HS |
| 龙爪Longzhua | 黑龙江汤原Tangyuan, Heilongjiang | 00000512 | HS | HS | HS | S | MR | MR | S | HS | HS | MR |
| 假金苗Jiajinmiao | 内蒙古呼盟扎旗 Humengzhaqi, Inner Mongolia | 00015453 | HS | HS | HS | HS | S | HS | R | HS | HS | R |
| 龙辐60533 Longfu60533 | 黑龙江Heilongjiang | 00020775 | S | R | MR | HS | S | S | S | S | S | MR |
| 鲁谷9号Lugu9 | 山东Shandong | — | S | HS | S | S | MR | S | R | S | S | MR |
| 品种 Varieties | 品种来源 Varieties origin | 品种号 Number | GW1 | GW5 | GW7-1 | GW8-1 | GW8-2 | GW9 | GW 10 | GW 11 | GW 12 | GW 2013 |
| 95307 | 河北Hebei | — | HS | HS | HS | HS | S | HS | R | HS | HS | R |
| 晋谷20 Jingu20 | 山西Shanxi | — | S | R | S | S | S | S | MR | MR | S | S |
| 中谷1 Zhonggu1 | 北京Beijing | — | S | MR | S | S | MR | HS | R | S | HS | R |
| 晚猫爪粘Wanmaozhuanian | 辽宁阜新Fuxin, Liaoning | 00002767 | S | S | MR | S | S | S | MR | S | S | MR |
| 黄谷Huanggu | 西藏墨脱Motuo, Xizang | 00022313 | S | MR | MR | S | MR | S | MR | S | S | S |
| 2015 | 河北Hebei | — | MR | MR | S | S | S | S | MR | S | S | S |
| 豫谷2号Yugu2 | 河南安阳Anyang, Henan | — | HS | HS | S | HS | MR | S | R | HS | HS | S |
| 济谷11 Jigu11 | 山东Shandong | — | MR | S | S | S | S | S | MR | S | S | S |
| 红钙谷Honggaigu | 北京Beijing | — | HS | HS | HS | HS | S | HS | MR | HS | HS | S |
| 饿死牛谷Esiniugu | 内蒙古丰镇Fengzhen, Inner Mongolia | 00003157 | S | HS | HS | HS | HS | HS | S | HS | HS | HS |
| 耧里莠谷Louliyougu | 河北曲阳Quyang, Hebei | 00022033 | HS | HS | HS | HS | S | HS | S | S | S | HS |
| 济谷12 Jigu12 | 山东Shandong | — | S | S | S | HS | S | S | S | S | S | HS |
| 龙爪谷子Longzhuaguzi | 河南新蔡Xincai, Henan | 00010708 | HS | S | MR | S | MR | MR | S | S | S | HS |
| 牛头谷Niutougu | 辽宁喀旗Keqi, Liaoning | 00002248 | HS | HS | HS | HS | HS | HS | HS | HS | HS | HS |
| 白石奏Baishizou | 山西广灵Guangling, Shanxi | 00004718 | HS | HS | S | S | S | HS | HS | HS | HS | HS |
| 红狗蹄粘谷Honggoutiniangu | 河北邯郸Handan, Hebei | 00012757 | S | HS | S | HS | S | S | HS | HS | HS | MR |
| 黄沙突出谷Huangshatuchugu | 黑龙江安达Anda, Heilongjiang | 00000428 | HS | HS | S | HS | S | HS | S | HS | HS | S |
| 大青苗鱼刺Daqingmiaoyuci | 甘肃会宁Huining, Gansu | 00003651 | HS | HS | HS | HS | S | HS | HS | HS | HS | S |
| 青软谷Qingruangu | 山西山阴Shanyin, Shanxi | 00004937 | HS | HS | HS | HS | HS | HS | HS | HS | HS | S |
| 红苗齐头红Hongmiaoqitouhong | 内蒙古林西Linxi, Inner Mongolia | 00015512 | S | HS | S | HS | HS | S | HS | HS | HS | HS |
| 红毛谷Hongmaogu | 甘肃古浪县Gulang, Gansu | 00018695 | S | S | S | S | MR | S | S | S | S | S |
| 红苗牛头沟Hongmiaoniutougou | 内蒙古赤峰Chifeng, Inner Mongolia | 00021646 | HS | HS | S | HS | S | S | S | HS | HS | S |
| 显256B Xian256B | 河北张家口Zhangjiakou, Hebei | 00026008 | S | HS | S | HS | MR | HS | S | S | HS | S |
| 陇谷3号Longgu3 | 甘肃Gansu | — | HS | HS | HS | HS | HS | HS | HS | HS | HS | S |
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采用温室盆栽的方法进行鉴定。将谷子播种在装有肥沃黑土的营养钵内,每个营养钵种植1份材料,每份材料挑取籽粒饱满的谷粒20粒,均匀播种在营养钵内。
60个品种分别接种10个谷瘟病菌株,每个处理设3次重复,共计30个小区,随机区组排列,播种后10—15 d长出1—2片叶时进行间苗,每个营养钵定苗15株。
1.2 供试菌株的准备
10个谷瘟病菌菌株由中国农业科学院作物科学研究所在各地采集（图1）,由黑龙江省农业科学院植物保护研究所分离,并接种高粱粒,经10—15 d,将长满菌丝体的高粱粒用无菌水洗下菌丝,滤干后,平摊在铺有1—2层湿纸的搪瓷盘内,上盖1—2层纱布,置于17—25℃室温下4—5 d,使其生长孢子,制成孢子悬浮液,在显微镜10×10倍的视野下观察,每个视野的孢子数量平均为20—30个,进行接种。每个菌株对60个供试品种均进行接种。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图110个谷瘟病菌在谷子主产区的分布
-->Fig. 1Distribution of 10 blast isolates in foxtail millet planting area
-->
1.3 接种
于苗龄4—5叶期用喷雾器喷雾接种,接种后用遮阳网及塑料薄膜进行全面遮盖,保持高温、高湿条件12—15 h,促进发病。1.4 病情鉴定和分级标准
于苗龄6叶期调查发病情况。病斑反应型是进行谷瘟病定级的主要依据。用目测法调查记载不同品种叶片上的病斑反应型,谷瘟病分级标准按照谷子谷瘟病0—9级法划分标准进行划分[13],免疫材料（0级）记为IM;高抗材料（1级）记为HR;抗病（3级）记为R;中抗（5级）记为MR;感病（7级）记为S;高感（9级）记为HS（图2）。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图2不同品种谷子对谷瘟病菌的病斑反应类型
-->Fig. 2Reaction type of millet blast for different varieties of foxtail millet
-->
1.5 抗性频率、毒性频率和侵染率计算
参照水稻中稻瘟病抗性频率和毒性频率的计算方法,抗性频率 =（对供试品种表现抗病的菌株数/测试总菌株数）×100%[14];毒性频率 =（对供试品种表现感病菌株数/测试总菌株数）×100%[15]。某一菌株对品种的侵染率 = 能够侵染的品种数量/品种总数量×100%。1.6 聚类分析
分别将供试的10个菌株与60份谷子品种的抗感性转换成0、1数据,用NTSYS软件进行系统聚类分析。1.7 鉴别品种选择原则
参照水稻鉴别品种的选择标准[16],遵循以下几个原则：（1）在3次重复中对菌株的抗感性表现明确并且相对稳定;（2）能够较容易的将不同的生理小种区分,即一个品种可以区分多个小种;（3）在生产和育种中有较高的应用价值;（4）尽量选择国内公知公用的品种。2 结果
2.1 谷子品种对10个菌株抗性结果
接种后7 d,调查60个品种对10个菌株抗感反应（表1）,对10个菌株都表现抗病的品种仅有单皮粘1个品种,黄棒头、齐头黄和白谷对多数菌株表现抗病,仅对其中1到2个菌株表现中抗,对谷瘟病抗病性表现明显;维子那谷和郑谷4号虽然对10个菌株均抗病,但是对4—6个菌株表现为中抗,抗病反应不是十分明确;对10个菌株均表现感病或高感的品种多达11个;其他品种则抗1—9个菌株不等,表现出不同品种谷子对谷瘟病菌株抗性的多样性。
2.2 鉴别品种的筛选及生理小种命名
2.2.1 鉴别品种的筛选 结合60个品种对10个谷瘟病菌的抗性频率（表2）和聚类分析（图3）结果,将参试品种分为高抗品种群、中抗品种群、中感品种群和高感品种群,从中选择鉴别品种。Table 2
表2
表2参试品种的抗性频率
Table 2The resistance frequency of foxtail millet varieties tested
| 品种名称 Varieties | 抗性频率 Resistant frequency (%) | 品种数 Number of varieties | 品种占百分率 Percentage of varieties (%) |
|---|---|---|---|
| 黄棒头、齐头黄、单皮粘、白谷、维子那谷、郑谷4号 Huangbangtou, Qitouhuang, Danpinian, Baigu, Weizinagu, Zhenggu4 | 100 | 6 | 10.00 |
| 广8、毛大粒、嫩选十二号、新农691、承农2号 Guang8, Maodali, Nenxuanshier, Xinnong691, Chengnong2 | 90 | 5 | 8.33 |
| 红谷、红苗老来变、九谷14 Honggu, Hongmiaolaolaibian, Jiugu14 | 80 | 3 | 5.00 |
| 黄苗谷子、SSR25、金屏谷子Huangmiaoguzi, SSR25, Jinpingguzi | 70 | 3 | 5.00 |
| 三红苗、锦谷5号、紫力根、金德Sanhongmiao, Jingu5, Ziligen, Jinde | 60 | 4 | 6.67 |
| 西1-2-4、大毛毛谷、公谷5号Xi-1-2-4, Damaomaogu, Gonggu5 | 50 | 3 | 5.00 |
| 黄大粒、茭谷、中谷1、黄谷Huangdali, Jiaogu, Zhonggu1, Huanggu | 40 | 4 | 6.67 |
| 晋谷20、安06h-8023、2015、晚猫爪粘、龙爪谷子、二白谷、龙辐60533、鲁谷9号、龙爪 Jingu20, An06h-8023, 2015, Wanmaozhuanian, Longzhuaguzi, Erbaigu, Longfu60533, Lugu9, Longzhua | 30 | 9 | 15.00 |
| 猪尾巴谷、豫谷2号、龙爪谷、济谷11、假金苗、95307 Zhuyibagu, Yugu2, Longzhuagu, Jigu11, Jiajinmiao, 95307 | 20 | 6 | 10.00 |
| 红毛谷、显256B、小红谷、沧谷3号、红钙谷、红狗蹄粘谷 Hongmaogu, Xian256B,Xiaohonggu, Canggu3, Honggaigu, Honggoutiniangu | 10 | 6 | 10.00 |
| 饿死牛谷、耧里莠谷、济谷12、牛头谷、白石奏、黄沙突出谷、大青苗鱼刺、青软谷、红苗齐头红、红苗牛头沟、陇谷3号 Esiniugu, Louliyougu, Jigu12, Niutougu, Baishizou, Huangshatuchugu, Daqingmiaoyuci,Qingruangu, Hongmiaoqitouhong, Hongmiaoniutougou, Longgu3 | 0 | 11 | 18.33 |
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显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图360个品种对10个谷瘟病菌株抗感性构建的聚类图
-->Fig. 3The cluster of the 60 varieties based on the resistance to 10 millet blast isolates
-->
高抗品种群：包括黄棒头、齐头黄、单皮粘、白谷、维子那谷、郑谷4号、新农691、嫩选十二号、广8、毛大粒、承农2号、红苗老来变、红谷、九谷14等14个品种,抗性频率为80%—100%,它们对大多数参试菌株表现高抗、抗病或中抗。其中单皮粘对10个菌株均表现抗病或高抗,抗性反应更明确、稳定,因此,选择能够代表东北谷子产区且抗性频率为100%的单皮粘作为鉴别品种。
中抗品种群：抗病频率为60%—70%,包括金屏谷子、黄苗谷子、SSR25、紫力根、锦谷5号、金德、三红苗等7个品种。其中金屏谷子、锦谷5号和金德对10个菌株抗病反应比较明确,仅对2—3个菌株抗病反应表现为中抗,其他品种对10个菌株抗病反应中多数表现为中抗,抗病反应不明确,不予选择,金德来源于美国,因此不予选择,最终选择能够代表夏谷种植区域抗性频率为70%的金屏谷子和抗性频率为60%的育成品种锦谷5号作为鉴别品种。
中感品种群：抗性频率为30%—50%,包括西1-2-4、大毛毛谷、公谷5号、黄大粒、茭谷、中谷1、黄谷、二白谷、龙辐60533、鲁谷9号、龙爪、晋谷20、安06h-8023、2015、晚猫爪粘、龙爪谷子等16个品种。大毛毛谷、中谷1、二白谷和安06h-8023抗病反应表现均比较明确,二白谷是新疆农家品种,不是谷子主产区,不予选择,大毛毛谷的抗性频率为50%,中谷1和安06h-8023都对GW8-2、GW10和GW2013有抗性,不具代表性,且中谷1和安06h-8023在种质资源库中无统一编号,因此,选择大毛毛谷作为鉴别品种。
高感品种群：抗性频率0—20%,有23个品种,占参试品种的38.33%。其中,龙爪谷和假金苗抗性频率均为20%,抗感反应十分明确,因此,选择甘肃镇原县的龙爪谷和内蒙古的假金苗作为鉴别品种。在高感品种中,牛头谷对10个菌株均表现高感,因此选择牛头谷作为是否接种上谷瘟病菌的感病指示品种。
根据4个品种群的分析,初步筛选出单皮粘、金屏谷子、锦谷5号、大毛毛谷、龙爪谷、假金苗和牛头谷等7个品种作为鉴别品种。
2.2.2 谷瘟病生理小种的分类和命名 选择的7个鉴别品种根据抗病程度,分别用英文字母A、B、C、D、E、F、G代表,并作为谷瘟病类群划分标识,进行谷瘟病生理小种分类时,在A品种单皮粘上呈感病反应的谷瘟病小种均属A群;在A品种表现抗病而在B品种金屏谷子上呈感病反应的谷瘟病小种均属B群;在A、B品种上表现抗病而在C品种锦谷5号上呈感病反应的谷瘟病小种均属C群;依次类推,分别划分D、E、F、G群,若遇到对全部鉴别品种均显示抗病反应时,另列为H群。按照GILMOUR[17]的八进位法进行谷瘟病生理小种命名,先将鉴别品种分为3组,每个鉴别品种编上固定的数码,第一组的单皮粘、金屏谷子、锦谷5号分别为1、2和4;第二组的大毛毛谷、龙爪谷、假金苗依次为10、20和40;第三组的牛头谷为100。被测的生理小种编号就是能够被菌株侵染的品种数字之和[18]。例如在1—7鉴别品种上的反应为RRRRSSS的菌株,在A、B、C和D品种上表现抗病,在E品种上表现感病,属于E群小种,在后面的其他鉴别品种上都表现为感病,则小种号是E、F和G这3个品种固定数码之和：20+40+100=160,为避免与第一套谷子鉴别体系生理小种命名混淆,用“中国”的“中”的汉语拼音zhong的第一个字母写在首位,Z字以后写上所属类群,小种编号在右下侧表示,因此,该生理小种记作ZE160。10个菌株根据命名规则,分别被分成8个生理小种（表3）。
Table 3
表3
表38个谷瘟病菌生理小种侵染率
Table 3The infection rate of 8 millet blast physiological races
| 菌株编号 Isolates number | GW1 | GW5 | GW7-1 | GW8-1 | GW8-2 | GW9 | GW 10 | GW 11 | GW 12 | GW2013 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 生理小种名称 Physiological races name | ZE160 | ZD150 | ZF140 | ZB172 | ZC164 | ZB176 | ZE120 | ZC174 | ZB176 | ZE160 |
| 采集地点 Collecting location | 河北省 Hebei | 河南省 Henan | 山西省Shanxi | 辽宁省 Liaoning | 辽宁省Liaoning | 黑龙江省 Heilongjiang | 山西省Shanxi | 山东省Shandong | 甘肃省 Gansu | 海南省Hainan |
| 侵染率 Infection rate (%） | 65.00 | 51.67 | 46.67 | 76.67 | 53.33 | 66.67 | 35.00 | 63.33 | 75.00 | 50.00 |
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2.3 谷子品种的抗病性分析
根据60个品种对10个谷瘟病菌株抗感性不同,对10个谷瘟病菌株的抗性频率进行统计分析（表2）供试品种的抗性存在明显差异,其中,抗性频率100%的品种有6个,包括黄棒头、齐头黄、单皮粘、白谷、维子那谷、郑谷4号等,占参试品种的10.00%;抗性频率为0的品种有11个,占参试品种的18.33%;抗性频率低于30.00%的品种占到了53.33%,对大多数谷瘟病菌感病,抗谱较窄;其他43个品种对不同的谷瘟病生理小种表现了不同反应。将供试品种对10个谷瘟病菌株的抗感反应数据用NTSYS软件进行聚类分析,以相似系数0.65为界,将60个品种分为五组（图3）：第一组有13个品种,这一组的抗性频率从80%到100%,高抗谷瘟病;第二组有8个品种,抗性频率从50%到80%,中抗谷瘟病;第三组包括5个品种,抗性频率从40%到60%,中感谷瘟病;第四组仅包含4个品种,抗性频率从20%到40%,中感谷瘟病;第五组包含30个品种,抗性频率从0到30%,其中牛头谷、饿死牛、陇谷3号等11个品种对8个生理小种都表现感病,高感谷瘟病。
2.4 生理小种的致病性分析
对8个生理小种的侵染率进行统计（表3）,结果表明,不同地理来源的生理小种侵染率存在较大差异。大多数生理小种的侵染率较高,致病能力较强,其中来自辽宁水保所试验基地的谷瘟病菌致病能力最强,侵染率达76.67%,只有在山西采集的2个谷瘟病菌株致病能力相对较弱,侵染率均低于50%。这说明不同菌株在侵染能力和致病性方面表现了较丰富遗传多样性。通过分析10个谷瘟病菌株对60个谷子核心种质资源的致病性,用NTSYS软件对结果进行聚类分析,以相似系数0.70为界,10个谷瘟病菌株被分为Ⅲ类（图4）,第Ⅰ类侵染率46.67%—76.67%,包含6个生理小种：ZE160、ZD150、ZF140、ZB172、ZB174和ZB176;第Ⅱ类包括2个生理小种：ZE120和ZE160;侵染率分别为35.00%和50.00%;第Ⅲ和只包括一个生理小种ZC164,侵染率为53.33%。10个谷瘟病菌株被分为B、C、D、E和F等5群8个生理小种,其中B群、C群和E群各有2个生理小种;D群和F 群各有1个生理小种。谷瘟病菌株侵染率均较高,如黑龙江、山东、辽宁、甘肃等谷子主产区的生理小种侵染率均超过了60%,不同种群的生理小种分布不存在地理偏向性。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图410个谷瘟病菌株之间的致病性关系
-->Fig. 4The relationship of pathogenicity among 10 millet blast isolates
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3 讨论
谷瘟病对谷子生产造成巨大危害,其生理小种由于环境和寄主的变化不断发生变异,导致寄主抗性逐渐减退甚至丧失。因此,从谷子核心种质资源库筛选抗病品种,建立谷瘟病鉴别品种体系,明确谷子主产区谷瘟病菌的田间生理小种组成以及优势生理小种的分布和状态,监测推广品种的抗性,根据品种对不同生理小种的抗性,合理种植对当地优势生理小种具有相应抗性的品种[7],对防范谷瘟病严重发生具有重要意义。3.1 广谱抗性材料的筛选
对核心种质资源进行抗谷瘟病鉴定,筛选广谱抗谷瘟病材料,是挖掘谷子中蕴含的抗谷瘟病基因的有效方法。本研究采用的是温室苗期鉴定法,从60份核心种质资源中筛选出6份广谱抗性材料,这些宝贵的抗谷瘟病资源可以作为杂交亲本用于抗病育种;也可以用于谷瘟病抗性基因的标记和克隆等基础研究。抗性频率越高,品种携带多个谷瘟病抗性基因的几率越大,品种对谷瘟病生理小种的抗谱越广,品种的抗病性越好,在谷子生产中应用价值越大。本研究中,抗性频率大于50%的有24个品种,占参试品种的40%,它们可以作为抗性资源,用于改良谷子品种的谷瘟病抗性;抗性频率较低的品种抗谱较窄,不宜在谷子主产区大规模种植,育种选作亲本也应当慎重。在60份核心种质资源中,沧谷3号和红钙谷、假金苗和95307、齐头黄和单皮粘等品种对10个谷瘟病菌的抗感反应表现完全相同,表明它们对这些谷瘟病菌株的抗性基因可能是完全相同的,或者说是等效的。齐头黄和单皮粘分别是江苏和吉林的农家品种,地理环境相差巨大,但对谷瘟病的抗性则表现一致,说明谷子对谷瘟病的抗性和地理分布没有直接关系,而跟品种本身的基因组成有关,因此,今后可以通过挖掘国内外不同地理来源的谷子品种蕴含的广谱抗谷瘟病基因,为农业生产服务。谷子品种资源多数对谷瘟病菌生理小种抗谱不广,谷瘟病生理小种分布规律尚不明确,需要在挖掘现有抗谷瘟病资源基础上,利用远缘杂交等手段,寻找更多的抗源。水稻种质资源蕴涵丰富的抗稻瘟病资源[19-20],杨健源等[21]研究发现,在水稻三黄占2号EMS诱变突变体库中包含多种稻瘟病抗性类型,因此,也可利用谷子EMS突变体库,挖掘新的抗谷瘟病资源,为抗谷瘟病基因的克隆和育种应用奠定物质基础。
3.2 谷瘟病生理小种鉴定的标准体系建立
1974年,曹功懋等[22]首先报道了粟瘟病菌存在致病性分化,阎万元等[5]用吉林省地区的18个单孢分离菌,对246个谷子品种进行测定,最后选定了白沙粘310、衡研130、鲁谷2号、新农761、罗谷6号、金镶玉等6个品种作为鉴别品种,将来自北方10个省（区）的711株单孢分离菌划分为7群32个生理小种,建立了第一套鉴别谷瘟病菌生理小种的鉴别品种,明确了中国北方谷子产区谷瘟病的优势小种,在当时起到非常重要的作用。但是,随着谷瘟病菌致病性的演化[23-24],目前,一套鉴定品种已经很难适应中国不同省（市,地区）鉴别谷瘟病菌生理小种的需要[5],且这套谷子品种材料因多年无人应用和管理,确切基因型和种子来源已不清楚。本研究利用谷子主产区的10个谷瘟病单胞菌株,对60份谷子核心种质资源接种鉴定,从谷子核心种质资源中初步筛选出7份谷子品种作为鉴别品种,建立了第二套谷瘟菌小种鉴别标准品种。但限于本研究涉及的谷瘟病采样数目,本研究所建立的小种鉴定标准品种体系也需进一步核实验证,在应用中逐步完善。在抗病育种中,品种所携带的基因数目越多越好,而鉴别标准品种则需要为单基因控制[25],谷子的两套鉴别品种均未实现抗病基因的克隆,仅仅是按照菌株分类选择的品种,随着谷子测序的完成以及谷子功能基因组研究平台的建立,利用抗性频率低的谷子品种携带抗谷瘟病单基因可能性较大的特点,通过与普感品种杂交,可快速获得携带单抗基因的材料,并应用于今后的近等基因系构建及抗病基因的定位与克隆研究。
4 结论
选用60份谷子核心种质资源,从中选出单皮粘、金屏谷子、锦谷5号、大毛毛谷、龙爪谷、假金苗和牛头谷7个品种作为鉴别品种,建立了第二套谷瘟病生理小种鉴别标准品种。将来自包括河北、河南、山西、内蒙古、黑龙江等谷子主产区采集分离的10份谷瘟病菌单孢分成8个生理小种,筛选出黄棒头、齐头黄、单皮粘、白谷、维子那谷和郑谷4号等6个抗广谱菌株的基础材料,作为谷子抗谷瘟病育种的抗病基因来源。The authors have declared that no competing interests exist.
