栽培大豆對斜紋夜蛾的抗性鑒定

斜尾夜蟲（fab秋季）屬于鱗狀夜蟲科。它的幼蟲吃得很復雜，有許多食物。它是南方大豆生產(chǎn)區(qū)最重要的食葉害蟲之一。農(nóng)藥的應用在殺蟲的同時產(chǎn)生了很多的副作用,如污染環(huán)境、殘害天敵和因害蟲產(chǎn)生抗藥性而不得不增加用藥量以致產(chǎn)生惡性循環(huán)等等,都對周圍生態(tài)環(huán)境和居民的健康構成了嚴重的威脅,同時也增加了生產(chǎn)成本,因此鑒定、篩選一批對斜紋夜蛾具優(yōu)異抗性的基因資源顯得十分重要。國際上大豆抗食葉性害蟲的研究始于20世紀60年代,篩選到了3個高抗食葉害蟲的種質(PI171451,PI227687,PI229358),也相繼開展了育種工作,育成品種因農(nóng)藝性狀差而沒有被廣泛接受。國內(nèi)也篩選了一批高抗的種質資源,但也沒有育成品種的報道。有幾個原因可以解釋,首先大豆抗蟲性狀是一個復雜的數(shù)量性狀,遺傳操作困難,而且抗性種質大多農(nóng)藝性狀差,如3個PI種質都是野生大豆,不利基因的連鎖使得育種家很難獲得農(nóng)藝性狀優(yōu)異的高抗品種。其次,植物抗蟲性有3種不同的機制:抗生性、抗選擇性和耐害性,而大多數(shù)的大豆抗蟲鑒定工作僅僅考慮了1種抗性機制(抗生性或抗選性)。雖然大豆抗蟲性主要表現(xiàn)為抗生性,但并非所有的品種都是抗生性品種,抗性級別相同的材料,其排驅性也存在較大的差異,即排驅性、抗生性和抗性之間沒有一致性,有些材料是以1種抗性機制為主,而另一些材料則是2種或以上機制共同作用。另外,大豆抗蟲性鑒定工作還沒有耐害性評價的報道。對小麥、苜蓿等耐害性的研究發(fā)現(xiàn),不同材料間的耐蟲性存在差異,甚至有些材料在一定蟲口密度下產(chǎn)量還有所增加。陳建明等指出由于耐害性品種能夠忍受比感蟲品種更多的蟲量,產(chǎn)量損失較少,在保護環(huán)境、害蟲的可持續(xù)治理和保持品種抗性的穩(wěn)定方面有著重要的現(xiàn)實意義,因此作物抗蟲育種工作在選育高抗生性、抗選性品種的同時,還要積極開發(fā)和利用耐蟲性好的良種。該文以幼蟲重為大豆抗生性指標,以單蟲食葉量為大豆抗選性指標,以株高、主莖分枝數(shù)、單株粒數(shù)和單株粒重損失率為大豆耐害性和補償能力的指標,以期應用3種抗性機制全面評價大豆對斜紋夜蛾的抗性,篩選一批優(yōu)異的抗性資源,為大豆抗蟲育種提供有效的基因資源。1材料和方法1.1試驗材料所用大豆材料共194份,均為栽培種,來自全國25個省、市、自治區(qū),由國家大豆改良中心種質資源研究室提供。1.2材料種植與試驗播供試材料于2009年種植于南京農(nóng)業(yè)大學江浦試驗站網(wǎng)室內(nèi),隨機區(qū)組設計,2次重復,穴播。每個材料種植1穴,每穴留苗6株,穴距0.65×0.65m。試驗地四周種保護行,播前撒呋喃丹殺死地下害蟲及上年蟲蛹,播后在大豆整個生長期內(nèi)不使用任何殺蟲劑。養(yǎng)蟲前間苗,選擇生長一致的單株掛牌,以區(qū)分對照和處理。1.3抗生物測量測定室內(nèi)用大號塑料杯喂養(yǎng)1~2齡的斜紋夜蛾幼蟲(購自江蘇省農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所),對應田間種植情況每家系1杯,每杯4頭。在V6期采摘大豆植株上的倒3葉喂養(yǎng)斜紋夜蛾。每天更換新鮮葉片,喂養(yǎng)至第7天時稱量、記錄每杯活體幼蟲的重量并記為幼蟲總重,以幼蟲重作為大豆抗生性的鑒定指標。同時記錄每次加入和取出的葉片重量,以單蟲食葉量作為大豆抗選性的鑒定指標。具體計算公式為:幼蟲重=幼蟲總重/存活蟲頭數(shù);單蟲食葉量=(總進葉量-總剩葉量)/存活蟲頭數(shù)。1.4材料間補償能力調(diào)查農(nóng)藝性狀調(diào)查分2次進行。第1次:在養(yǎng)蟲前后分別調(diào)查1次株高和主莖分枝數(shù),以養(yǎng)蟲后2個性狀處理與對照的比值作為評價材料間補償能力的依據(jù)。第2次:在收獲后,單株考種,調(diào)查每個材料單株粒數(shù)和單株粒重,以2個性狀處理與對照的比值評價材料間補償能力。各指標的計算公式為:I1=處理單株的株高/對照單株的株高;I2=處理單株的主莖分枝數(shù)/對照單株的主莖分枝數(shù);I3=處理單株的種子粒數(shù)/對照單株的種子粒數(shù);I4=處理單株的種子粒重/對照單株的種子粒重。1.5取葉日期作固定模型方差分析采用SAS統(tǒng)計軟件。品種、處理效應和取葉日期看作固定模型,區(qū)組為隨機模型。抗蟲性分級,參考Duncan氏多重比較結果,采用蓋鈞鎰等提出的標準品種分級法(表1)。2結果與分析2.1抗食性和抗選性從各性狀指標的方差分析表中(表2)可以看出,幼蟲重和單蟲食葉量在材料間的差異都達到了極顯著水平,說明各材料在抗生性和抗選性上存在差異。單蟲食葉量在品種間的差異達到極顯著水平,說明在強迫喂食條件下斜紋夜蛾對于品種仍然具有選擇性,因此該指標可以用于評價大豆對斜紋夜蛾的抗選性。摘葉處理對株高、主莖分枝數(shù)、單株粒數(shù)和單株粒重4個性狀上的影響都達到了極顯著水平,說明材料間在耐害性和補償能力上也存在差異。2.2抗抗測定量的分級根據(jù)蓋鈞鎰等提出的標準品種分級法(表1)分別計算幼蟲重和單蟲食葉量的分級標準(表3、4),然后分別對2個性狀進行分級,分級情況見表5。從表5可以看出,以幼蟲重為抗性指標,有77份材料表現(xiàn)為高抗或抗;而以單蟲食葉量為抗性指標時,則有107份材料表現(xiàn)為高抗或抗。2.3材料株高和枝條數(shù)養(yǎng)蟲前,各材料在株高、主莖分枝數(shù)上對照單株與處理單株間差異不顯著(結果未顯示),因此可以認為對照單株與處理單株在摘葉處理前是相對一致的。對摘葉后株高與主莖分枝數(shù)的分析發(fā)現(xiàn)各材料在這2個性狀上表現(xiàn)不同(表6)。71%的大豆材料株高呈不同幅度的降低(138/194),68%的材料主莖分枝數(shù)減少(131/194),49%的材料株高降低且主莖分枝數(shù)減少(96/194)。摘除葉片雖然大部分材料的株高降低和分枝數(shù)減少,但與對照相比,仍有45份材料株高增加,11份材料株高沒有變化,56份材料主莖分枝數(shù)增加,11份材料主莖分枝數(shù)沒有受到影響,15份材料的株高和主莖分枝數(shù)都增加。可見,在V6期摘除功能葉片對大多數(shù)材料有負面影響,具體表現(xiàn)為株高降低,主莖分枝數(shù)減少,但對有些材料的影響卻是正向而有益的,具體表現(xiàn)為株高和主莖分枝數(shù)呈不同程度的增加。因此,各材料在株高和主莖分枝數(shù)性狀上存在不同程度的耐害性和補償能力。2.4葉綠素在籽粒性狀上的耐害性和補償能力收獲后單株考種,以單株粒數(shù)和單株粒重為指標考查摘葉對籽粒性狀的影響。從表7中可以看出,單株粒數(shù)減少的材料有171份,其中167份單株粒重也降低,4份品種單株粒重增加。單株粒數(shù)增加的材料有23份(變幅為7%~101%),同時單株粒重也增加(變幅為2%~124%)。可見,摘葉對籽粒性狀的影響不同,對有些材料甚至是增加的。因此這些材料在籽粒性狀上也存在不同程度的耐害性和補償能力。以單株粒數(shù)為例,分析大豆生育前期補償能力和生育后期補償能力之間的關系。摘葉后主莖分枝數(shù)和株高同時降低的品種有96份,其中90份材料單株粒數(shù)降低,6份材料單株粒數(shù)增加(表8)。對單株粒數(shù)補償能力較強的23份大豆材料分析,發(fā)現(xiàn)有5份材料株高和主莖分枝數(shù)的補償能力也較強,有6份材料株高降低和主莖分枝數(shù)減少,其它12份材料僅是在株高或主莖分枝數(shù)的補償能力上較強(表8)。可見,摘除葉片對大部分材料前期補償能力和后期都有很大的影響,但對某些材料不論前期補償能力的強弱,隨著大豆生育期進程,后期籽粒性狀仍然有很好的補償能力。2.5摘葉、枝條數(shù)對大豆農(nóng)藝性狀的影響通過各指標的相關分析發(fā)現(xiàn)(表9),6個性狀指標之間都呈正相關,但各指標間的相關程度不同。幼蟲重與單蟲食葉量相關水平達到極顯著,說明幼蟲的重量與其食葉量相關,即無論大豆材料的葉片是不是對斜紋夜蛾發(fā)育有利,所食葉片量的多少仍然是影響幼蟲體重的一個重要因素。對于4個農(nóng)藝性狀,摘葉對株高的影響與摘葉對主莖分枝數(shù)的影響間存在顯著的相關關系,這表明摘除葉片影響大豆的株高和分枝數(shù)的同時,株高變化也影響了主莖分枝數(shù)的變化。從表9相關分析也可以看出,以幼蟲重為指標的大豆對斜紋夜蛾的抗生性和以單蟲食葉量為指標的大豆對斜紋夜蛾的抗選性與以I1、I2、I3和I4為指標的大豆對斜紋夜蛾的耐害性之間也呈正相關關系,但沒有達到顯著水平,說明大豆抗生性、抗選性的強弱不是影響大豆補償能力強弱的關鍵因素,因此在大豆抗蟲育種過程中除了選擇抗生性強的種質外還要選擇補償能力強的種質,才容易獲得對斜紋夜蛾具有高抗性的材料。2.6能力的選擇依據(jù)由于單株粒數(shù)和單株粒重最終決定大豆的產(chǎn)量,所以在優(yōu)異資源的篩選上,以I3和I4作為大豆補償能力的選擇依據(jù)。同時如果材料前期抗性差,葉片損失的過多,也很難在后期有較強的補償,因此篩選優(yōu)異的抗性材料時,把抗生性和抗選性2個指標中的一個指標表現(xiàn)為高抗或抗,另一個指標表現(xiàn)為中等及以上抗性作為選擇優(yōu)異種質的依據(jù)。根據(jù)以上2個標準共篩選出優(yōu)異抗性資源25份,列入表10。3以幼蟲為蟲源并進行復育引導的抗蟲品種的篩選大豆對食葉性害蟲的抗性鑒定工作是抗蟲育種過程中一個重要的環(huán)節(jié),而充足的蟲源、合適的鑒定時期、適宜的鑒定方法與有效的鑒定指標是抗蟲性鑒定成敗的關鍵。自20世紀60年代后期國際上展開大豆對食葉性害蟲抗性研究以來,研究者相繼提出了田間自然蟲源鑒定、網(wǎng)室溫室人工接蟲鑒定和實驗室生物學鑒定的鑒定方法。田間自然蟲源鑒定目測小區(qū)葉面積損失百分率,據(jù)此劃分抗性等級。其優(yōu)點是能夠評價植株對自然蟲源的綜合反應;缺點是抗性等級標準和觀察記載的日期、次數(shù)受到研究者的限制。網(wǎng)室溫室人工接蟲鑒定以人工繼代或人工采卵孵化的幼蟲為蟲源,人工接蟲,以大豆植株的反應(葉面積損失百分率,著卵量)評價各品種的抗性。優(yōu)點是可設置重復,不受自然條件和蟲源的限制,評價大豆對單一蟲種的抗性;缺點是材料不能太多,試驗結果受研究者的限制,只能評價植株對單一蟲種的抗選性和綜合反應。實驗室生物學鑒定以人工繼代或人工采卵孵化的幼蟲為蟲源,以蟲體反應(幼蟲的發(fā)育指標)評價各品種的抗性。優(yōu)點是可設置重復,進行大規(guī)模試驗,不受自然條件和蟲源的限制。缺點是幼蟲發(fā)育指標只能間接反應大豆的抗性,僅能評價植株對害蟲的抗生性。但這一鑒定方法由于其自身的優(yōu)點而受到眾多大豆研究者的青睞[7,8,9,20,21,22,23,24,25]。我國的研究者對以上3種抗蟲鑒定方法進行了大量的嘗試和改進,提出了完善的標準品種分級系統(tǒng)[10,15,19,20,21,22,26]。但至今沒有研究能夠同時評價大豆對某單一蟲種的2種以上機制的抗性表現(xiàn)。該研究采用了經(jīng)典的室內(nèi)生物學鑒定方法,以幼蟲重為指標研究大豆對害蟲的抗生性,在此基礎上以單蟲食葉量為指標評價了大豆對斜紋夜蛾的抗選性。在試驗中,在強迫喂食條件下,品種間在單蟲食葉量上仍然有極顯著的差異,說明該指標用于評價大豆對斜紋夜蛾的抗選性是可行的。研究結果表明,有的材料在抗生性上表現(xiàn)為抗,如欒川城關小黑豆(文中沒有列出),而有的材料在抗選性上表現(xiàn)為抗,如同安油仔豆。這些結果說明大豆抗蟲性是多個抗性水平的綜合表現(xiàn),僅僅評價其一個方面不夠全面。詹秋文等和吳巧娟等用同一批材料分別鑒定了大豆對斜紋夜蛾的綜合抗性和抗生性,結果不能完全吻合,也進一步證明了上述結論。大豆抗蟲研究近40a,高抗食葉性害蟲的品種一直沒有培育成功。Narvel等認為抗蟲性自身的數(shù)量遺傳特性和連鎖累贅也許是其主要原因。在該假設的基礎上,國內(nèi)外的研究者在QTL定位方面進行了大量的研究,期望通過分子標記輔助選擇打破不利基因與抗性基因間的連鎖[7,8,9,22,23,24,25],但仍未有高抗品種培育成功的報道。從另一方面講,在大豆材料中也應該存在抗性基因與有利基因的連鎖,但在國內(nèi)外的研究中還沒有看到相關研究的報道。該研究在V6期摘除葉片模擬大豆葉面積損失,以株高、主莖分枝數(shù)、單株粒數(shù)和單株粒重的處理與對照比值評價大豆在株高、主莖分枝數(shù)、單株粒數(shù)和單株粒重上的補償能力,發(fā)現(xiàn)各材料在這些性狀上的補償能力存在差異,有些材料耐害性和補償能力較強(比值≥1)。胡桂馨等在不同苜蓿品種對牛角花齒薊馬的耐害性研究中也得到了相同的結論。通過對3種抗性機制的指標相關分析發(fā)現(xiàn),大豆對斜紋夜蛾的抗生性、抗選性與大豆自身的補償能力間相關不顯著,因此大豆對斜紋夜蛾的抗生性、抗選性鑒定并不能完全代表大豆抗蟲性水平。這也表明通過對同一批材料研究其抗生性、抗選性和耐害性及補償能力是一種鑒定抗性基因與農(nóng)藝性狀有利基因存在于同一個資源的可行性嘗試。該研究通過對194份大豆材料的抗性評價,獲得一批