开发具有抗茎腐病、大荚果和大种子特性的新型花生基因型

《Oil Crop Science》：Development of novel genotypes of peanut with resistance to stem rot, large pod and seed

花生茎腐病（由Agroathelia rolfsii引起）是威胁花生产量的主要生物因素。本研究通过构建中花21与中花212的重组自交系（RIL）群体（242 lines），开展多环境田间试验，评估茎腐病抗性及产量相关性状（荚果重、籽粒重）。结果表明：22条RIL线在三个环境中的抗性表现稳定；50条RIL线荚果重超过180g，52条籽粒重超过80g；其中BJF66、BJF119、BJF137兼具中抗茎腐病和大荚果、大籽粒特性，为培育抗病高产花生新品种提供了重要种质资源。

　　花生茎腐病是由尖孢镰刀菌（*Sclerotium rolfsii*）引发的一种严重危害花生生产的土传病害，尤其在高温高湿的环境下更为常见。这种病害在全球多个地区都有发生，包括中国、印度和美国，其影响范围广泛且危害程度严重。病原菌通过感染花生植株的基部茎秆，导致部分枝条甚至整株植物萎蔫，并引发荚果腐烂，严重影响花生的产量与品质。据研究显示，在印度一些严重感染的田块中，花生茎腐病造成的产量损失高达80%，在中国的部分地区也达到了10%至30%。此外，全球变暖、单一连作种植、未充分腐熟的作物残余物的使用、高密度种植以及简化耕作方式的推广，都加剧了该病害的发生和严重程度。因此，开发具有茎腐病抗性且高产的花生品种，成为保障花生可持续生产的关键策略之一。

目前，花生茎腐病的防控主要依赖于化学药剂，但这种方法存在诸多问题，如成本上升、环境污染、农药残留以及病原菌对药剂的抗性增强等。因此，通过培育抗病品种，成为一种更为经济和环保的解决方案。然而，筛选和评估花生种质资源的抗病性仍然是培育抗病品种的第一步。在过去的几十年里，研究者已经识别出多个具有抗性的花生品种，例如美国的ACG 14和ACG 101，以及印度的ICG721、10479、ICG875、ICG11457、ICG111和ICG2857。此外，中国也发现了一些抗病品种，如中花16、中花212、美阳小紫、华28、山东栽、ICG6326、全花7、全花9和贵花836。这些抗病材料为提高花生的抗病性提供了宝贵的基因资源。

尽管已有许多研究关注花生种质资源的抗病性，但对产量相关性状的关注相对较少。因此，本研究通过构建重组自交系（RIL）群体，旨在筛选出兼具抗病性和高产特性的花生新种质。研究选用中花212（中粒种，抗病亲本）与中花21（大粒种，感病亲本）进行杂交，获得242个F7至F9代的RIL群体。通过在不同环境条件下进行多环境评估，包括病害抗性表型分析和产量相关性状的测定，研究人员成功筛选出具有稳定抗病性的RIL系，并且在产量方面表现出优良特征。

在病害抗性方面，研究发现有22个RIL系在所有测试环境中均表现出中等抗性。这些系的病害指数（DI）在不同环境中表现出一致的中等抗性水平，表明其具有较强的抗病稳定性。此外，还有50个RIL系在两个环境中表现出大荚果（100荚重超过180克）和大种子（100粒重超过80克）的表型特征，显示出良好的产量潜力。其中，三个优异的RIL系（BJF66、BJF119和BJF137）不仅表现出中等抗病性，还在两个环境中展现出大荚果和大种子的优良性状，这为未来培育兼具抗病性和高产性的花生品种提供了重要的遗传材料。

在实验方法上，研究人员采用了田间人工接种的方式进行病害抗性评估。在播种后70至80天，通过将感染了病原菌的燕麦粒（每株10粒）施加于花生植株基部，模拟自然感染条件。随后，对田间土壤进行连续三天的饱和灌溉，以促进病原菌的生长和扩散。在病害症状出现后，研究人员根据视觉评分标准对病害严重程度进行评估，评分范围为0至4，其中0表示无症状，4表示植株完全死亡。基于此，研究人员计算了病害指数（DI）和相对抗性指数（RRI），用于衡量各RIL系的抗病性。根据RRI的数值，抗病性被划分为免疫（RRI=1.0）、高度抗病（HR: 0.8≤RRI<1.0）、抗病（R: 0.6≤RRI<0.8）、中度抗病（MR: 0.4≤RRI<0.6）、感病（S: 0.2≤RRI<0.4）和高度感病（HS: RRI<0.2）。

在产量相关性状的评估中，研究人员测量了主茎高度（MSH）、侧枝长度（LBL）、每株分枝数（NBP）、每株结果分枝数（NFBP）、每株荚果数（NPP）、100荚重（HPW）和100粒重（HSW），以及脱壳率（SP）。通过在不同环境下的田间试验，研究人员发现RIL群体在HPW和HSW方面表现出显著的变异。其中，有108个RIL系在2024年武汉（WC）环境下的100荚重超过180克，164个RIL系在2024年阳逻（YL）环境下的100荚重超过180克。此外，有52个RIL系在两个环境中表现出100粒重超过80克，显示出良好的种子产量潜力。综合HPW和HSW数据，研究人员筛选出50个RIL系，这些系在两个环境中均表现出大荚果和大种子的特征，表明其在抗病性和产量之间达到了良好的平衡。

为了进一步分析抗病性与产量性状之间的关系，研究人员进行了相关性分析。结果显示，病害指数（DI）与主茎高度（MSH）、侧枝长度（LBL）呈显著负相关，而与结果分枝数（FBN）、100粒重（HSW）和脱壳率（SP）呈显著正相关。这表明，植株的形态结构和结果特性在一定程度上影响了其对茎腐病的抗性。此外，100荚重（HPW）与主茎高度（MSH）、总分枝数（TBN）、结果分枝数（FBN）、每株荚果数（NPP）、100粒重（HSW）和脱壳率（SP）呈显著正相关，说明HPW与其他产量性状之间存在一定的关联性。然而，100荚重（HPW）与病害指数（DI）之间没有显著相关性，这可能意味着在某些情况下，HPW可以独立于病害抗性进行选择。因此，进一步研究HPW与DI之间的相互作用，有助于更全面地理解花生抗病性和产量性状的遗传基础。

在田间试验中，研究人员还发现不同环境条件下RIL群体的抗病性表现存在差异。例如，在2023年阳逻环境下的病害指数（DI）最高，这可能与该环境下的病原菌压力较大有关。同时，2023YL环境下的抗病比例明显低于2022WC和2022YL环境，这表明在高病害压力下，抗病材料的抗性可能受到抑制。因此，为了确保抗病品种的稳定性，必须在多个环境条件下进行综合评估。研究发现，有22个RIL系在所有三个环境中均表现出一致的中度抗病性，这为未来培育稳定抗病品种提供了重要依据。

此外，研究人员还发现，某些RIL系在抗病性和产量性状之间存在协同效应。例如，BJF66、BJF119和BJF137这三个RIL系不仅在所有测试环境中表现出中等抗病性，还在两个环境中展现出大荚果和大种子的优良性状。这表明，这些系在抗病性和产量之间达到了较好的平衡，为未来培育高产抗病花生品种提供了理想的遗传资源。通过将这些优异的性状进行聚合，研究人员可以进一步提高花生品种的抗病性和产量，从而实现可持续的花生生产。

本研究不仅为花生抗病育种提供了重要的遗传资源，还建立了多环境下的评估体系，有助于提高抗病品种筛选的准确性。通过构建重组自交系群体，研究人员能够在田间条件下进行系统的抗病性和产量性状评估，从而筛选出同时具备抗病性和高产特性的花生品种。此外，研究还揭示了抗病性与产量性状之间的潜在关联，为后续的分子标记辅助选择（MAS）和基因组选择（GS）提供了理论依据。这些研究成果将为花生育种实践提供新的思路和方法，推动花生产业的可持续发展。

综上所述，本研究通过构建重组自交系群体，系统评估了花生种质资源在抗病性和产量方面的表现，成功筛选出具有稳定抗病性和优良产量性状的RIL系。这些成果不仅有助于提高花生的抗病能力，还能确保花生在不同环境条件下的产量稳定。通过进一步研究这些RIL系的遗传基础，研究人员可以更有效地利用其优良性状，推动花生抗病高产品种的培育，为全球花生生产提供新的解决方案。