2. 福建省龙眼枇杷育种工程技术研究中心, 福建 福州 350013
2. Fujian Fruit Breeding Engineering Technology Research Center for Longan & Loquat, Fuzhou, Fujian 350013, China
枇杷Eriobotrya japonica (Thunb.) Lindl.是我国南方特色常绿果树,秋萌冬花,春末夏初成熟,果实色泽艳丽,风味独特且营养价值极高,是一种珍惜名贵果树。枇杷叶斑病是枇杷生产中一类普遍发生的侵染性病害,在福建地区,发病率高达83.2%,严重影响树势、产量和品质,妨碍枇杷产业的发展[1]。随着人们对食品安全的关注,对枇杷叶斑病的防治,除了减少化学杀菌剂的使用量外,提高作物本身抗病性的研究也越来越受到人们的重视,而抗病种质资源的筛选则成为其中最重要的内容之一。
气孔是植物与大气间进行水分和气体交换的门户,也是植物病原菌侵染植物的重要通道。植物下表皮气孔密度、大小和结构等特征直接影响病原菌的侵染成功率[2]。有学者认为,枇杷叶斑病病菌多从嫩叶气孔入侵[3, 4],而关于枇杷气孔与其抗性的关系研究还未见报道。鉴于此,笔者连续2年对168份枇杷种质资源叶斑病的田间发生情况进行调查,对其田间抗性进行评价,并在此基础上对其抗性与气孔的相关性进行研究,以期为枇杷抗叶斑病品种选育提供必要的科学依据。
1 材料与方法 1.1 试验材料供试的168份种质资源保存在福建省农业科学院果树研究所枇杷圃内,树龄4~5年生,树势中庸、一致,除不进行叶斑病防治外,均按常规进行管理。
1.2 试验方法 1.2.1 田间病情调查及抗性评价分别于2008年4~5月和2009年4~5月,在枇杷叶斑病田间大爆发后,进行发病情况调查。调查方法参考《枇杷种质资源描述规范和数据标准》[5],每份种质调查3株,每株树按东南西北中5个方位,每个方位调查春稍叶片10片,共150片。目测观察每片叶叶斑病发病情况,记录各级病叶数,计算病情指数。
田间调查分级标准如下。0级:叶面无病斑;1级:病斑面积占叶面积的比率<5%;2级:病斑面积占叶面积的比率5%~10%;3级:病斑面积占叶面积的比率10%~20%;4级:病斑面积占叶面积的比率20%~50%;5级:病斑面积占叶面积的比率≥50%;
根据病害严重度调查数据,计算各种质资源的病情指数,病情指数计算公式如下:
抗性评价采用聚类分析法:计算各种质资源2年的平均病情指数,采用DPS2000数据处理系统将平均病情指数进行不作转换、欧式距离、最长距离法聚类。依据聚类分析结果,以最佳聚类距离的适当大小作为分割点对供试种质资源抗病性进行划分。
1.2.2 叶片气孔观察根据抗性评价结果,选择木罗枇杷、香槟、尖咀白、白梨和香城4号等5个不同抗病类型的枇杷资源为研究材料,于晴天上午10:00采集各种质嫩梢顶部向下第二轮叶龄相近的健康展开叶作为试验材料。采下叶片后用刀片切取主脉两侧若干大小为1 cm×1 cm的叶片置于2.5%戊二醇固定液中固定,带回实验室于扫描电镜下测量气孔密度及气孔大小。气孔密度在1 000倍镜下计数,气孔大小(纵径、横径)在3 000倍镜下测量,分析枇杷叶片下表皮气孔密度及气孔大小其与抗性的相关性。
2 结果与分析 2.1 田间抗性评价依据2年的平均病情指数,对168份枇杷种质资源叶斑病抗性进行了聚类分析,以欧氏距离10作为聚类分割点,将168份枇杷种质资源分为5类(表 1、图 1)。第一类包含木罗枇杷、 大毛枇杷等8份资源,占调查总数的4.8%,抗性表现为高抗(HR);第二类包含24份资源,占调查总数的14.3%,表现为抗病(R);第三类表现为中抗的资源最多,包含了82份,占调查总数的48.8%;第四类包含52份资源,占调查总数的30.9%,表现为感病(S);第五类最少,仅有森尾早生和香城4号2份资源,表现为高感(HS),占调查总数的1.2%。目前生产上常见的大叶杨墩和冠玉抗性较好,表现为抗病,洛阳青、长红3号、软条白沙、大五星、尖咀白和照种表现为中抗,而解放钟、云霄长红、大红袍、白梨、白玉和乌躬白抗性较差,表现为感病。
于扫描电镜下对5个不同抗性水平的枇杷资源叶下表皮气孔进行观察测量(图 2),结果表明(表 2):5个种质间气孔密度有一定差异,气孔密度以抗性中等的尖咀白最高,达到627.2个·mm-2,其次为抗性最好的木罗枇杷,接着是抗性较差的白梨,气孔密度最小的是抗性最差的香城4号,但气孔密度的变化趋势与抗性变化不呈规律性,既没有随抗性增强而增大,也没有随抗性减弱而减小,二者之间相关系数也没达到显著水平,可见,枇杷种质资源对叶斑病的抗性与气孔密度无关;气孔大小方面,5个种质间气孔纵径有一定差异,气孔横径无差异,二者均与抗性无显著相关性(相关系数分别为-0.1和0.35)。
抗病性鉴定是植物资源评价、抗病育种工作的重要环节。传统的抗病性鉴定方法主要有田间鉴定、室内鉴定、离体鉴定和间接鉴定,这几种鉴定方法各有所长,但田间鉴定是最基本的鉴定方法,能在植物群体和个体两个层次认识抗病性,尤适于鉴定成株抗病性、慢发抗病性、耐病性和避病性等,只有当其他鉴定结果与田间鉴定结果一致时,才有可能付诸实用[6, 7]。因此,本试验直接选择在田间自然发病情况下进行抗病性鉴定,2年的调查结果基本吻合,说明在自然条件下对枇杷种质资源进行叶斑病抗性鉴定是可靠、可行的。
聚类分析是从数量方面对植物的抗病性及其他性状进行分类研究的重要手段,它将一批样品和变量按照其性质上的亲疏程度进行分类[8, 9, 10]。本研究以田间病情指数为基础,采用欧氏距离、最长距离法将168份枇杷种质资源对叶斑病的抗性分为5类,其中79.9%的资源表现为中抗或者感病,说明枇杷种质资源对叶斑病整体抗性较差,但木罗枇杷、大毛枇杷、栎叶枇杷、卓南1号、荔枝枇杷、龙早1号、塘头3号和港口11号等8份资源表现为高抗,说明在众多的种质资源中寻找抗性材料是可行的。这一结果与笔者初次鉴定结果[11]相比较,虽部分有所出入,但多数是一致的。从不同抗性资源所占比例来看,此次分类更为科学,因此,笔者认为,聚类分析法更适用于对大量种质进行鉴定。
枇杷叶斑病是枇杷叶部病害的总称,主要包括灰斑病、斑点病和角斑病,这3种病害发病条件相似,往往混合发生[12],难于区分,所以本研究将这3种病害作为一类病害进行调查研究。但针对这3种不同病害,不同种质资源间的抗性又有差别[13],这可能就是本研究结果与姜琬[3]、蔡平[12] 、衷尔均[14]等学者的研究结果部分有所出入的原因所在。
3.2 气孔与抗性的相关性本试验研究了不同抗性水平种质资源叶下表皮气孔密度、气孔大小与抗性的关系,以期对枇杷叶斑病抗性机理有所了解,这在枇杷研究中尚属首次。结果表明,枇杷叶下表皮气孔密度、气孔大小与其对叶斑病的抗性无显著相关性。这与冯丽贞[15]、蒙进芳[16]、刘天明[17]和邢会琴[18]分别在桉树、华山松、葡萄和苜蓿上的研究结果相一致,但与赵振玲[19]、顾振芳[20]和谢文华[21]分别对蚕豆、黄瓜和丝瓜的研究结果认为叶下表皮气孔密度与其抗病性呈负相关的结论不一致,也与前人认为是通过气孔入侵的推测不一致。因此,不能将枇杷叶气孔密度及气孔大小作为叶斑病抗性鉴定的参考指标。
本试验气孔密度是在扫描电镜1 000倍下观察计数的,因为枇杷叶下表皮布满茸毛,只有不低于1000倍,气孔观察才不受茸毛的遮挡。此外,试验操作过程中还发现,不同抗性的枇杷资源间气孔保卫细胞形态和叶背茸毛密度差异不大,二者均与叶斑病抗性无显著关系。因此,要清楚了解枇杷叶片结构与其对叶斑病抗性的关系,还需从叶片蜡质层、角质层和叶绿素含量等方面进行深一步的研究。
致谢:福建省龙眼枇杷育种工程技术研究中心为本研究提供试验材料及诸多帮助,在此表示由衷的感谢!
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