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Resistance evaluation of soybean germplasms to soybean cyst nematodes

大豆种质资源对大豆孢囊线虫的抗性评价



全 文 :植物病理学报
ACTA PHYTOPATHOLOGICA SINICA  45(3): 317 ̄325(2015)
收稿日期: 2014 ̄04 ̄06ꎻ 修回日期: 2015 ̄01 ̄20
基金项目: 农业部行业科技专项(201503114ꎻ 200903040)ꎻ 转基因重大专项(2009ZX08009 ̄116B)
通讯作者: 简恒ꎬ教授ꎬ主要从事植物病原线虫研究ꎻTel: 010 ̄62731102ꎬE ̄mail: hengjian@cau.edu.cn
第一作者: 刘树森ꎬ男ꎬ河北献县人ꎬ博士研究生ꎬ主要从事作物孢囊线虫研究ꎻE ̄mail: shusenliu@163.comꎮ
doi:10.13926 / j.cnki.apps.2015.03.011
大豆种质资源对大豆孢囊线虫的抗性评价
刘树森ꎬ 杨 巧ꎬ 简 恒∗
(中国农业大学植物病理系ꎬ北京 100193)
摘要:大豆孢囊线虫(Heterodera glycines IchinoheꎬSCN)是大豆(Glycine max (L.) Merrill)生产中的毁灭性害虫ꎬ种植抗性
品种是控制其危害、减少产量损失的最佳途径ꎮ 本研究通过温室盆栽实验评价了 300份大豆种质对大豆孢囊线虫 3号和 4
号生理小种的抗性ꎮ 分别筛选到高抗和中抗 3号生理小种的大豆种质 27份和 21份ꎻ高抗和中抗 4号生理小种的大豆种质
11份和 9份ꎮ 在所有供试材料中有 10份材料同时对大豆孢囊线虫 3号和 4号生理小种表现高抗ꎮ 线虫侵染实验表明ꎬ抗
性材料对大豆孢囊线虫的发育有阻碍作用ꎬ并能显著降低最终形成的孢囊数ꎮ
关键词:大豆孢囊线虫ꎻ 线虫生理小种ꎻ 大豆种质ꎻ 抗性评价
Resistance evaluation of soybean germplasms to soybean cyst nematodes  LIU Shu ̄
senꎬ YANG Qiaoꎬ JIAN Heng  (Department of Plant Pathologyꎬ China Agricultural Universityꎬ Beijing 100193ꎬ China)
Abstract: Soybean cyst nematode (Heterodera glycines IchinoheꎬSCN) is the most destructive pest of soybean.
Resistant cultivars are the best approach to reduce the losses caused by the parasite. Resistance evaluation of 300
soybean germplasms to soybean cyst nematodes race 3 and race 4 had been conducted with pot experiment in
greenhouse. The result showed that 27 and 21soybean germplasms were highly and moderately resistant to race
3ꎬ respectively. In additionꎬ 11 highly resistant and 9 moderately resistant germplasms to race 4 were obtained.
Andꎬ 10 varieties were common resistance to race 3 and race 4 in all tested germplasms. Infection assay indicated
that the resistant materials can hinder the development of SCN and significantly reduce the final number of cysts.
Key words: Heterodera glycines Ichinoheꎻ nematode racesꎻ soybean germplasmsꎻ evaluation of resistance
中图分类号: S432.45          文献标识码: A          文章编号: 0412 ̄0914(2015)03 ̄0317 ̄09
    大豆孢囊线虫(Heterodera glycines Ichinoheꎬ
Soybean cyst nematodeꎬ SCN)是一种专性、固着
型、内寄生植物病原线虫ꎬ是大豆 (Glycine max
(L.) Merrill)生产上最为重要的病原之一[1]ꎮ 美
国每年因大豆孢囊线虫造成的产量损失约为 4.6 ~
8.18亿美元[2]ꎮ 在中国ꎬ黑龙江、吉林、辽宁、内蒙
古、山西、山东、河南、河北、安徽、江苏和浙江等 10
多个省(自治区)均有不同程度发生ꎬ受害面积达
200万 hm2以上ꎬ以东北地区和黄淮海地区危害较
为严重ꎬ一般减产 30%~50%ꎬ严重时甚至绝产ꎬ造
成直接经济损失约 1.2 亿元人民币[3]ꎮ 大豆孢囊
线虫存在明显的生理分化现象ꎮ 理论上包括 16 个
生理小种ꎬ到目前为止已经发现了除 11和 13 号生
理小种以外的 14 个生理小种ꎮ 中国已报道有 1、
2、3、4、5、6、7和 14号 8个生理小种ꎬ其中 4号生理
小种侵染力最强ꎮ 黄淮海大豆产区以 4 号生理小
种发生最为普遍ꎬ而东北大豆产区则以 3号生理小
种为主[4]ꎮ
    种植抗病品种是控制大豆孢囊线虫危害的有
效措施之一ꎮ 但是ꎬ目前大豆孢囊线虫抗源比较单
 
植物病理学报 45卷
一ꎬ长期、大面积推广种植单一抗性品种容易对田
间孢囊线虫种群造成选择压力ꎬ使孢囊线虫致病力
发生变异ꎬ最终导致品种抗性丧失或者减弱ꎬ因此
筛选并获得优良的抗源显得越发重要ꎮ 美国和日
本的抗源筛选工作较为出色ꎬ并获得了包括 Peking
和 PI437654 在内的多个著名抗源[5]ꎮ Ross 和
Brim(1957)通过双行法从 2800 份材料中获得了
包括 Peking 在内的 8 份高抗材料ꎬ而 Anand 等将
来自世界各地的 9153 份种质对大豆孢囊线虫
3号、5号以及 14 号生理小种的抗性进行了鉴定ꎬ
得到对 3 号小种高抗的材料 19 份、中抗材料 15
份ꎻ对 5号小种高抗的材料 7份、中抗材料 2 份ꎻ对
14号小种高抗的材料 7 份、中抗材料 3 份ꎮ 其中
对 5号和 14 号表现抗性的材料都抗 3 号小种ꎬ其
中的 PI437654则是抗当时所发现的全部生理小种
优质抗源材料[6]ꎮ
    我国从 20 世纪 70 年代后期开始重视抗源的
筛选工作ꎮ 1986~1990年期间鉴定了 13 000 多份
种质对大豆孢囊线虫的抗性ꎬ最终得到抗 1号小种
的品种 128份ꎬ其中免疫的 16 份ꎻ抗 3号生理小种
的 288份ꎬ免疫的 30 份ꎻ抗 4 号生理小种的 11 份
以及抗 5号生理小种的 9份[7]ꎮ 之后ꎬKong等[3]、
Zhang等[8]、Yu 等[9]、Li 等[10]进行了多份大豆材
料对孢囊线虫的抗性鉴定ꎬ并获得多份抗 3 号、4
号、5号小种的材料ꎮ 虽然通过长期、大量筛选鉴
定工作获得了一些抗性材料ꎬ但最终在大豆育种工
作中得以应用的却寥寥无几ꎬ市场上商品化的大多
数抗性品种的抗性主要来自 PI88788、Peking 以及
PI437645[11]ꎮ
    本研究评价了 300 份国内外大豆种质资源对
大豆孢囊线虫 3号和 4号生理小种的抗性ꎬ希望获
得在生产上可以直接推广种植的抗性品种或者对
抗性育种有价值的抗源材料ꎬ并选择若干高抗材料
做进一步抗性分析ꎬ期望为大豆孢囊线虫抗病育种
提供参考ꎮ
1  材料与方法
1.1  实验材料
1.1.1  供试大豆材料  本实验所用大豆种质资源
均由中国农业科学院作物科学研究所提供ꎬ感病对
照为绥农 14ꎮ
1.1.2  供试大豆孢囊线虫  大豆孢囊线虫 3 号生
理小种采自辽宁省并经本实验室纯化扩繁ꎻ4 号生
理小种采自中国农业科学院植物保护研究所廊坊
科研中试基地植物线虫室试验地ꎮ
1.2  实验方法
1.2.1  盆土和供试幼苗的准备  在温室采用盆栽
的方法育苗ꎮ 将经热力消毒(180℃ꎬ3h)的田园土
与蛭石、营养土按 1 ∶ 1 ∶ 1的比例混匀后装入塑料
花盆(直径 11cmꎬ高 9cm)ꎮ 调整土壤湿度至适宜
播种后每盆播种大豆种子至少 3粒ꎬ出苗后留一株
用于接种线虫ꎬ每个品种设 7个重复ꎮ 由于需要鉴
定的品种数较多ꎬ试验将分批进行播种ꎬ每批均单
独设置感病对照ꎮ
1.2.2  接种物的制备  收集成熟饱满的孢囊ꎬ在水
中轻轻压碎后使其释放卵和 2 龄幼虫(Juvenile 2ꎬ
J2)ꎮ 然后将混合物自上而下通过 200 目和 500 目
筛ꎬ用自来水冲洗 200目筛后ꎬ收集 500目筛上的卵
和幼虫于烧杯中ꎬ并定容至每毫升约 800 粒未孵化
的卵和 2龄幼虫ꎮ
1.2.3  接种线虫  大豆出苗并展开第一对真叶时
接种大豆孢囊线虫ꎮ 在幼苗周围打 3 个深约 3 ~
4 cm的小孔ꎬ共注入 5 mL 上述接种液(每株约接
种 4 000 粒卵和幼虫的悬浮液)ꎬ然后覆土将孔埋
上ꎮ 接种线虫后幼苗继续在 25℃左右的温室内培
养 30 dꎬ适时浇水保持土壤湿度ꎮ
1.2.4  镜检统计孢囊数  接种大豆孢囊线虫 30 d
后剪去大豆苗地上部分ꎬ并将地下部分在水中浸湿
洗掉根部土壤ꎬ整个过程尽量轻缓ꎬ以避免孢囊脱
落ꎬ计数时只统计根上的孢囊ꎮ 用高压水淋洗根
系ꎬ将根系上的白色雌虫或孢囊冲洗至 100目的筛
网上ꎬ收集后在体式下镜检计数ꎮ 由于每批需要统
计的样品量较大ꎬ将未计数孢囊的大豆根装入自封
塑料袋ꎬ每袋一株并做好标记ꎬ存入 4℃冰箱ꎬ保持
根和孢囊新鲜并阻止根内线虫继续发育为孢囊ꎬ每
批收获的大豆根一般在一周内完成孢囊线虫计数ꎮ
1.2.5  抗性评价标准  参考 Schmitt 等[12]提出的
抗性评价标准ꎬ根据孢囊指数(Female indexꎬ FI)
将抗性分为以下 4个等级:FI<10%为高抗(Highly
Resistantꎬ HR)ꎬFI = 10% ~ 30%为中抗(Moderately
Resistantꎬ MR)ꎬFI= 31%~60%为中感(Moderately
Susceptibleꎬ MS)ꎬFI>60%为感病(Highly Suscepti ̄
bleꎬ HS)ꎮ FI的计算公式为:
813
 
  3期 刘树森ꎬ等:大豆种质资源对大豆孢囊线虫的抗性评价
    FI(%)= 待鉴定品种根上平均孢囊数
感病对照品种根上平均孢囊数
×100
1.2.6  抗性种质对线虫发育的影响  选取抗大豆
孢囊线虫 3号和 4号生理小种的大豆材料ꎬ以绥农
14作为感病对照ꎬ观察抗性材料对孢囊线虫侵染
发育的影响ꎮ 首先将成熟饱满的孢囊置于浅水层
上方的孵化筛上ꎬ25℃孵化 2 龄幼虫ꎬ收集线虫悬
浮液后定容至 1 000 条 / mLꎮ 大豆展开第一对真
叶时接种线虫ꎬ每株大豆根部接种 1 mL 线虫悬浮
液ꎬ然后继续在 25℃培养ꎬ以利于线虫侵染ꎮ 在 8
和 25 dpi(days post inoculation)时分别统计抗性材
料根内的线虫数及根上的孢囊数ꎬ每个品种重复 5
株ꎮ 在进行线虫发育观察时ꎬ为了在根内观察到单
一形态的线虫ꎬ在接种 24 h 后将未侵入根系的 2
龄幼虫用流水洗掉ꎬ再将幼苗重新栽种到装有消毒
湿润土壤的 PVC 塑料管(直径 5 cmꎬ 高 15 cm)
中ꎬ分别在 3、8和 15 dpi取大豆根系进行酸性品红
染色并观察线虫发育状态[13]ꎮ
1.2.7  数据统计分析  所有数据分析均通过Excel
2007和 SPSS 15.0 for windows完成ꎮ 方差分析和
显著性检验采用 Duncan法ꎮ
2  结果分析
2.1  供试大豆种质对大豆孢囊线虫的抗性分布
    通过温室盆栽实验检测了 300 份大豆种质对
大豆孢囊线虫 3号和 4号生理小种的抗性ꎬ并对这
些种质的抗性分布做了初步分析ꎮ 对大豆孢囊线
虫 3号生理小种抗性评价的结果显示抗性种质共
有 48份ꎬ其中 27份属于高抗水平ꎬ21 份属于中抗
水平ꎬ分别占 9.0%和 7.0%ꎻ其余 252 份种质为感
病材料ꎬ其中 58 份为中度感病ꎬ194 份为高度感
病ꎬ感病种质占总数的 84.0%ꎮ 对大豆孢囊线虫 4
号生理小种的抗性检测结果显示抗性种质共有 20
份ꎬ其中高抗种质 11 份ꎬ中抗种质 9 份ꎬ分别占
3.7%和 3.0%ꎻ其余 280 份为感病种质ꎬ占总数的
93.3%ꎬ其中 54份为中度感病ꎬ226 份为高度感病ꎮ
初步分析表明抗 3 号生理小种的种质数量明显要
多于抗 4号生理小种的种质ꎮ
2.2  大豆孢囊线虫抗性种质分析
    表1中列出的是所有对大豆孢囊线虫3号和
Table 1  Soybean germplasms resistant to race 3 and race 4 of soybean cyst nematode
Soybean germplasms
HR to race3
FranklinꎬForrestꎬHartwigꎬAnqingheidouꎬBianheidouꎬHeidou(ZDD01922)ꎬHeigundouꎬ
Yuanheidouꎬ Jinshanchamoshidouꎬ Datunxiaoheidouꎬ Bendidahuangdouꎬ Heidou
(ZDD08472)ꎬ Daheidou (ZDD08488)ꎬ Luoyeheidouꎬ Caihuangdouꎬ Heidou
(ZDD09351)ꎬHeidou ( ZDD09566)ꎬ Xiaoheidou ( ZDD10252)ꎬ Heidou ( ZDD10253)ꎬ
San’gutiaoheidouꎬ Yuanboheidouꎬ Xiaoheidou ( ZDD10270 )ꎬ Heidou ( ZDD10734 )ꎬ
ManzhangzixiaoliheiꎬXiataizimoshidouꎬKangxian 1 haoꎬKangxian 2 hao
MR to race 3
PI486355ꎬHeinong 2 haoꎬMandijinꎬXiaohuangdouꎬNiumaohuangꎬSijiaoqihuangdouꎬ7651 ̄
1 ̄1ꎬPingdinghuangheidouꎬBaipihuangdouꎬQingdouꎬDatianedanꎬ Xiaobaidou<2>ꎬHeidou
(ZDD10295)ꎬ Heidouzaiꎬ Dabaidouꎬ Xiaolimoshidouꎬ Huangdaliꎬ Daliheiꎬ Huaheihuꎬ
MaoyandouꎬJiyu47
HR to race 4
WuchangliuyuebaoꎬDatunxiaoheidouꎬBendidahuangdouꎬHeidou (ZDD08472)ꎬDaheidou
(ZDD08488)ꎬ Luoyeheidouꎬ Heidou (ZDD09351)ꎬ Xiaoheidou (ZDD10252)ꎬ Heidou
(ZDD10253)ꎬSan’gutiaoheidouꎬYuanboheidou
MR to race 4
Hartwigꎬ Sijiaoqihuangdouꎬ Xiaobaihuaheidouꎬ Yuanheidouꎬ Caihuangdouꎬ Heidou
(ZDD09566)ꎬXiaoheidou(ZDD10270)ꎬHeidou(ZDD10295)ꎬManzhangzixiaolihei
 
913
 
植物病理学报 45卷
4号生理小种表现抗性的种质ꎮ 有 18 份种质同时
对大豆孢囊线虫 3 号和 4 号两个生理小种具有抗
性ꎬ其中 10份种质同时对两个小种表现高抗ꎬ2 份
种质同时对两个小种表现中抗(表 2)ꎬ这些抗性种
质以黑豆资源为主ꎮ
    在其他高抗大豆孢囊线虫 3 号生理小种的种
质中有 7份对 4号生理小种表现高感ꎬ4 份表现中
感ꎬ6份表现中抗ꎻ而在对 3 号生理小种表现中抗
的 19份种质中也分别有 11 份和 8 份对 4 号生理
小种表现为高感和中感ꎮ 说明相同的大豆种质对
大豆孢囊线虫不同的生理小种也存在明显的抗性
差异(表 3)ꎮ
    获得的抗性材料基本上都是国内的种质资源ꎬ
像大屯小黑豆、大黑豆(ZDD08488)、落叶黑豆、黑
豆(ZDD09351)、黑豆(ZDD10253)、三股条黑豆、
元钵黑豆、 黑豆 ( ZDD10295 )、 黑滚豆、 黑豆
(ZDD10734)、平顶黄黑豆、圆黑豆、菜黄豆、小粒
秣食豆、黑豆(ZDD09566)等都属于抗大豆孢囊线
虫的核心种质[14ꎬ15]ꎮ 除此之外还有一些国内外推
广种植的抗线品种ꎬ例如抗线 1号、抗线 2号、吉育
47、FranklinꎬForrestꎬHartwig、PI486355等ꎮ
2.3  大豆高抗种质对线虫发育的影响
    对抗大豆孢囊线虫 3 号生理小种的大黑豆
(ZDD08488)、黑豆(ZDD09351)ꎬ以及抗大豆孢囊
线虫 4号生理小种的灰皮支黑豆、小颗黑和黑豆
(ZDD10253)等大豆种质对大豆孢囊线虫发育的
影响进行了初步观察ꎬ以感病品种绥农 14 作为
对照ꎮ
    在大豆孢囊线虫 3 号生理小种侵入寄主的前
期ꎬ即 3和 8 dpi时ꎬ线虫在抗性品种和感病品种上
的发育程度相近(图 1 ̄A、D、G和图 1 ̄B、E、H)ꎻ15
dpi时ꎬ抗性品种根系内线虫仅发育至三龄(图 1 ̄
C、F)ꎬ而感病对照根系内线虫则已经发育为白色
雌虫(图 1 ̄I)ꎮ 同样的现象也出现在高抗大豆孢
囊线虫 4号生理小种的品种上(图 2)ꎮ 3 dpi 时ꎬ
线虫在抗性品种和感病品种根内的发育程度相近
(图 2 ̄A、D、G、J)ꎻ8 dpi线虫在感病对照根系内的
发育进度明显快于抗性品种(图 2 ̄K)ꎻ在 15 dpi
时ꎬ抗性品种小颗黑根内的线虫最高发育至三龄期
幼虫(图 2 ̄F)ꎬ而感病对照根内线虫则已发育为白
色雌虫(图 2 ̄L)ꎮ 实验结果说明在线虫侵入的中、
后期高抗品种能够明显抑制线虫的发育ꎮ
Table 2  Soybean germplasms resistant to both race 3 and race 4 of soybean cyst nematode
Code Germplasms
Number of cysts / plant FI / %
Race 3 Race 4 Race 3 Race 4
Resistant
level
ZDD08251 Datunxiaoheidou 1.86 1.00 5.65 0.69 HR
ZDD08352 Bendidahuangdou 1.83 2.43 5.58 1.67 HR
ZDD08472 Heidou 0.00 0.43 0.00 0.29 HR
ZDD08488 Daheidou 0.14 10.86 0.43 7.47 HR
ZDD09226 Luoyeheidou 2.00 6.66 6.09 4.13 HR
ZDD09351 Heidou 0.00 4.14 0.00 2.85 HR
ZDD10252 Xiaoheidou 0.00 0.14 0.00 0.10 HR
ZDD10253 Heidou 0.00 0.29 0.00 0.20 HR
ZDD10254 San’gutiaoheidou 2.60 0.71 7.91 0.49 HR
ZDD10261 Yuanboheidou 0.00 0.43 0.00 0.29 HR
ZDD01720 Sijiaoqihuangdou 19.83 26.71 12.63 28.17 MR
ZDD10295 Heidou 3.43 19.83 10.43 13.64 MR
 
023
 
  3期 刘树森ꎬ等:大豆种质资源对大豆孢囊线虫的抗性评价
Table 3  Difference in soybean germplasms resistant to race 3 and race 4
Code Germplasms Race 3 Race 4
WDD00602 Franklin HR HS
WDD00632 PI486355 MR MS
WDD00721 Forrest HR HS
WDD01623 Hartwig HR MR
ZDD00003 Heinong 2 hao MR MS
ZDD00310 Anqingheidou HR HS
ZDD00990 Mandijin MR MS
ZDD01138 Xiaohuangdou MR HS
ZDD01169 Niumaohuang MR MS
ZDD01430 Bianheidou HR MS
ZDD01797 7651 ̄1 ̄1 MR MS
ZDD01890 Pingdinghuangheidou MR MS
ZDD01922 Heidou HR MS
ZDD01983 Baipiheidou MR MS
ZDD02195 Qingdou MR MS
ZDD02317 Heigundou HR HS
ZDD02481 Yuanheidou HR MR
ZDD02892 Datianedan MR HS
ZDD07610 Jinshanchamoshidou HR MS
ZDD08986 Xiaobaidou<2> MR HS
ZDD09292 Caihuangdou HR MR
ZDD09566 Heidou HR MR
ZDD10270 Xiaoheidou HR MR
ZDD10734 Heidou HR HS
ZDD16820 Heidouzai MR HS
ZDD17385 Dabaidou MR HS
ZDD17767 Xiaolimoshidou MR HS
ZDD17989 Huangdali MR HS
ZDD18044 Dalihei MR HS
ZDD18512 Manzhangzixiaolihei HR MR
ZDD18524 Xiataizimoshidou HR HS
ZDD18558 Huaheihu MR HS
ZDD18835 Maoyandou MR HS
ZDD22649 Kangxian 1 hao HR MS
ZDD22650 Kangxian 2 hao HR HS
ZDD23713 Jiyu47 MR MS
123
 
植物病理学报 45卷
 
Fig. 1  Development of soybean cyst nematode race 3 parasitized in resistant germplasms
AꎬB and C were SCN penetrated through the roots of Daheidou (ZDD08488) at 3ꎬ 8 and 15 dpiꎻ
DꎬE and F were SCN parasitized in Heidou (ZDD09351)
at 3ꎬ8 and 15 dpiꎻGꎬ H and I were SCN parasitized in roots of susceptible cultivar at 3ꎬ8 and 15 dpi respectively.
Fig. 2  Development of soybean cyst nematode race 4 parasitized in resistant germplasms
AꎬB and C were SCN penetrated through the roots of Huipizhiheidou at 3、8 and 15 dpiꎻ DꎬE and F were SCN parasitized
in Xiaokehei at 3ꎬ8 and 15 dpiꎻ GꎬH and I were SCN parasitized in Heidou (ZDD10253) at 3ꎬ8 and 15 dpiꎬ
and JꎬK and L were SCN parasitized in roots of susceptible cultivar at 3ꎬ8 and 15 dpi respectively.
223
 
  3期 刘树森ꎬ等:大豆种质资源对大豆孢囊线虫的抗性评价
Fig. 3  Number of soybean cyst nematode race 3 invaded in resistant materials at 8 dpi
Bars with the different lowercase letters indicate significant differences between different soybean materials (P<0.05) .
Fig. 4  Number of cysts on resistant materials at 25 dpi
Left: Soybean materials resistant to race 3ꎻ Right: Soybean materials resistant to race 4.
Bars with the different lowercase letters indicate significant differences between different soybean materials (P<0.05) .
    在 8 dpi时侵入感病对照根系内的线虫数量为
334条ꎬ抗性种质黑豆 (ZDD09351)根系内线虫数
量为 288 条ꎬ 略 低 于 感 病 对 照ꎬ 而 大 黑 豆
(ZDD08488)根系内线虫数量为 96 条ꎬ显著低于
感病对照(P<0.05)ꎮ 25 dpi 统计大豆根上的孢囊
数量ꎮ 抗 3号生理小种的大黑豆和黑豆平均每株
孢囊数为 2 和 0ꎬ显著低于感病对照品种的 81 个
(P < 0. 05 )ꎻ抗 4 号生理小种的灰皮支黑豆
( ZDD02315 )、 小 颗 黑 ( ZDD02450 )、 黑 豆
(ZDD10253)平均每株孢囊数分别为 2、10 和 8ꎬ同
样显著低于对照感病品种(414)(P<0.05)ꎮ
    从以上结果来看ꎬ抗性种质对大豆孢囊线虫侵
染的影响主要表现在寄生后期ꎬ使侵入根系的大部
分线虫发育停滞在四龄之前ꎬ从而有效地抑制大豆
孢囊线虫的发育ꎬ最终导致极少甚至是不能形成成
熟孢囊ꎮ
3  讨论
    一个好的抗源材料对于抗病育种工作具有
重要意义ꎮ 众所周知ꎬ史上第一个抗大豆孢囊线虫
品种 Pickett 就是以抗源 Peking 为供体亲本与黄
种皮栽培品种 Lee 进行三次回交育成的ꎮ 而截
至 1991年ꎬ美国育成的 130个抗病品种中有 69 个
抗 3号生理小种ꎬ它们的抗性基因均可追溯到 Pe ̄
king的血源ꎮ 中国作为大豆原产国具有庞大的种
质资源ꎬ现存有 23 000多份栽培大豆和 7 600多份
野生大豆ꎬ但其中仅有北京小黑豆、灰皮支黑豆和
哈尔滨小黑豆 3 个抗源在抗病育种中得到有效利
用[6]ꎮ
    本研究通过温室盆栽实验ꎬ筛选到高抗和中抗
323
 
植物病理学报 45卷
大豆孢囊线虫 3 号生理小种的大豆种质 27 份和
21份ꎬ以及高抗和中抗大豆孢囊线虫 4 号生理小
种的种质 11 份和 9 份ꎮ 在所有抗性材料中有 18
份同时对 3 号和 4 号生理小种表现抗性ꎬ其中有
10份同时表现高抗ꎮ 这些材料可能存在一定的广
谱抗性ꎬ有必要进一步验证这些材料对大豆孢囊线
虫其他生理小种的抗性ꎮ 在获得的抗性材料中有
一部分属于国内抗大豆孢囊线虫的核心种质ꎬ例如
三股条黑豆、元钵黑豆、大屯小黑豆、平顶黄
黑豆、大黑豆 ( ZDD08488 )、 落 叶 黑 豆、 黑 豆
(ZDD10253)、黑滚豆、圆黑豆等小黑豆资源ꎮ 而
Franklin、Forrest、Hartwig、抗线 1 号、抗线 2 号、吉
育 47等则是国内外推广种植多年的育成品种ꎮ 由
于实验方法以及评价标准的不同ꎬ抗性水平与以往
研究相比略有差异ꎬ但抗性趋势是一致的ꎮ 例如本
研究结果中元钵黑豆、满帐子小粒黑高抗 3 号小
种ꎬ小白花黑豆中抗 4 号小种ꎬ而在 Kong 等[3]的
结果中分别为中抗 3号小种和对 4号小种免疫ꎮ
    有研究表明ꎬ大豆孢囊线虫对抗、感品种的侵
染差异并不大ꎬ但在感病品种中 14%的幼虫可以
发育为成熟雌虫ꎬ而抗病品种中只有 1%的幼虫发
育为成熟雌虫[6]ꎮ Yan等[16]发现抗源材料灰皮支
黑豆和元钵黑豆在侵染初期抗、感品种根内线虫数
差异并不显著ꎬ但侵染 15~17 d 后抗病品种根内 4
龄幼虫以及雌成虫数显著低于感病对照ꎮ 本研究
结果显示抗性大豆种质根上最终形成的孢囊数量
显著低于感病对照ꎬ与上述研究基本一致ꎮ 但在
8 dpi时ꎬ抗性种质大黑豆(ZDD08488)根系内的线
虫数为 96条ꎬ显著低于感病对照根内的 334 条ꎬ这
个结果是由于观察时间较晚的原因ꎬ还是存在一定
的抗侵入机制ꎬ还需进一步实验证明ꎮ
    Yan等[17]对灰皮支黑豆的组织病理学研究发
现ꎬ4 dpi时感病品种能形成较大的合胞体ꎬ而抗病
品种的合胞体较小ꎬ且颜色较深ꎬ并呈坏死反应特
征ꎮ 本研究通过对根系染色观察发现ꎬ当感病对照
根内线虫发育成白色雌虫时(15 dpi)ꎬ灰皮支黑豆
根内线虫大部分停留在 3 龄或 4 龄的阶段而未能
发育成熟ꎬ这可能与合胞体降解导致线虫失去营养
供应有关ꎮ 同样ꎬ 大黑豆 ( ZDD08488 )、 黑豆
(ZDD09351 )、 小颗黑 ( ZDD02450 ) 以及黑豆
(ZDD10253)等抗性材料也表现出抑制大豆孢囊
线虫发育的现象ꎬ但是否与合胞体发育有关有待进
一步观察ꎮ
    研究人员虽然在组织病理学方面对抗性机理
做了许多工作ꎬ但仍未取得突破性进展ꎮ 在生理机
制方面有研究表明ꎬ接种大豆孢囊线虫后抗病品种
的苯丙氨酸裂解酶活性增加的程度以及超氧化物
歧化酶活性降低的程度均高于感病品种ꎬ同时总
酚、绿原酸和阿魏酸含量较感病品种高一至数倍ꎬ
而类黄酮和木质素含量在抗感品种中的变化则呈
相反趋势ꎮ 另外ꎬ大豆素 I也可能与大豆抗孢囊线
虫抗性相关[18]ꎮ Liu等[19]发现线虫侵染后抗病品
种根内丙二醛(MDA)和可溶性糖含量低于感病品
种ꎬ而可溶性蛋白含量则高于感病品种ꎮ 分子水平
上同样未能充分阐明抗性机制ꎬ虽然定位了一些与
大豆孢囊线虫抗性相关的 QTLꎬ但重要的只有
Rhg1和 Rhg4ꎮ Liu 等[20]利用定位克隆获得了一
个编码丝氨酸羟甲基转移酶的基因 SHMTꎬ并通过
VIGS、RNAi以及回补实验证明了该基因是一个
rhg4 抗性基因ꎮ Klink 等[2]、 Alkharouf 等[21] 和
Ithal等[22]基于基因芯片技术鉴定出来一批抗性候
选基因ꎬ而 Li等[23]通过 RNAseq鉴定了 40个家族
的 101个miRNAs可能响应大豆孢囊线虫的侵染ꎮ
本研究获得的抗性新材料为利用基因芯片、新一代
测序等高通量技术快速、大量挖掘抗性基因以及进
一步研究其抗性机理提供了参考依据ꎮ
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责任编辑:曾晓葳
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