评估Medicago spp.植物遗传资源对春黑茎病和叶斑病病原体的抗性

《Crop Design》：Evaluating Medicago spp. plant genetic resources for resistance to spring black stem and leaf spot pathogen

阿尔法草春季黑茎黑斑病抗性种质筛选及接种方法优化研究。通过改进温室幼苗接种工艺，确定5×104孢子/毫升最佳接种浓度，系统筛选了2832份种质资源，发现冷湿环境来源材料及部分商业品种存在抗性，为培育抗病品种提供材料基础。

　　在农业领域，苜蓿作为一种重要的多年生豆科牧草，其种植面积和经济价值在全球范围内都占据重要地位。尤其是在美国，苜蓿不仅是第四大主要作物，还对畜牧业和农业可持续发展起到了关键作用。它不仅提供了高质量的蛋白质来源，还因其固氮能力和土壤保持功能，被广泛用于覆盖作物，有助于减少土壤侵蚀并提升土壤肥力。然而，苜蓿的生产面临着多种病害的挑战，其中叶部病害尤为严重，直接影响到牧草的产量和质量，进而对农业经济和畜牧业生产造成显著影响。

其中，春季黑茎叶斑病（Spring Black Stem and Leaf Spot, SBSLS）是苜蓿种植过程中最具破坏性的叶部病害之一。该病害由一种属于子囊菌门的腐生性真菌 *Ascochyta medicaginicola*（原名为 *Phoma medicaginis*）引起，主要通过孢子传播，感染苜蓿植株的地上部分，导致叶片枯萎、茎部黑化，严重影响牧草的营养价值和产量。在某些情况下，病原菌甚至可以感染根部和茎基部，这进一步增加了病害的复杂性。特别是在春季，当高价值的第一茬牧草受到严重感染时，经济损失尤为显著。此外，近年来的研究还发现，该病害可能导致苜蓿中某些植物雌激素（phytoestrogens）的积累，这可能对动物的生殖健康产生潜在影响。

尽管苜蓿的病害管理已经取得了一定进展，但目前市场上缺乏具有高抗性的商业品种。现有的抗性水平多为中等，这使得依赖化学防治或农业管理措施成为控制该病害的主要手段。然而，这些方法往往存在成本高、环境风险以及病原菌抗药性发展等问题。因此，寻找具有高抗性的苜蓿种质资源，成为提升苜蓿产量和质量、保障农业可持续发展的关键途径。

为了应对这一挑战，研究人员设计并实施了一项系统性的工作，旨在通过优化病害接种实验方法，识别出潜在的抗病种质资源。这项研究的主要目标包括：1）优化春季黑茎叶斑病的接种实验流程；2）评估标准苜蓿品种对病害的反应；3）分析代表性的 *Medicago* 物种（包括可能的作物野生近缘种）的抗病表现；4）对大量苜蓿种质资源进行系统性筛选，以确定其对病害的抗性程度。此外，研究还强调了通过反复选择的方法，将具有抗性的植物材料进一步培育，以期开发出更适合广泛种植的改良种群。

在优化接种实验的过程中，研究人员首先对多种 *A. medicaginicola* 隔离株进行了致病性测试，并通过实验确定了最适宜的孢子浓度，以达到理想的病害压力。这一浓度的确定基于对标准易感品种（如 Lahontan）和中等抗性品种（如 Ramsey）的反应评估，确保了实验条件的准确性和可重复性。此外，实验还对植物生长环境进行了调整，包括接种前后的温湿度控制、光照条件以及土壤类型的选择，这些因素都被认为是影响病害发展的重要变量。

在植物材料的选择上，研究人员从多个来源获取了 *Medicago* 物种的种子，包括来自美国农业部国家植物种质资源库（USDA NPGS）的种质资源。这些种质资源不仅涵盖了现代苜蓿品种的祖先，还包括来自不同地理区域的作物野生近缘种（CWR）。通过这些种质资源的评估，研究人员希望找到具有潜在抗病能力的植物材料，并将其纳入未来的育种计划中。值得注意的是，许多来自寒冷和湿润环境的苜蓿种质表现出比标准品种更强的抗病性，这可能与这些地区的自然选择压力有关，也可能反映了抗病性在不同环境条件下的适应性。

通过这些优化后的实验方法，研究人员对78个标准苜蓿品种和188个 *Medicago* 物种的种质进行了重复试验，同时对2,832个苜蓿种质进行了非重复性评估。这一大规模的筛选工作不仅提高了抗病性识别的准确性，还为未来的育种工作提供了丰富的数据支持。在筛选过程中，研究人员采用了一种改进的评分系统，以更精细地区分不同种质对病害的反应程度。这一评分系统基于已有的评估方法进行了调整，以提高分辨率和实用性。

在实验结果方面，研究人员发现，一些苜蓿品种和相关 *Medicago* 物种表现出比标准中等抗性品种更高的抗病性。这表明，苜蓿的抗病性并非单一，而是可能存在于多种基因型中，尤其是在一些传统上被认为具有较高适应性的种质中。这些发现为未来的抗病育种工作提供了新的方向，也为开发更具抗性的苜蓿品种奠定了基础。

除了识别抗病种质，研究人员还关注如何将这些抗性特性有效地整合到现代苜蓿品种中。为此，他们计划通过反复选择的方法，对具有抗性的植物材料进行进一步的培育，以开发出适合大规模种植的改良种群。这一过程不仅需要对种质的抗病性进行持续评估，还需要结合其他农艺性状（如产量、生长速度、适应性等）进行综合选择，以确保新品种在抗病性的同时具备良好的生产性能。

此外，研究人员还强调了数据共享的重要性。所有实验数据和相关信息都已通过美国农业部国家植物种质资源库（NPGS）的 Germplasm Resources Information Network（GRIN）-Global 数据库进行公开。这一数据库不仅为农业科研人员提供了重要的种质资源信息，也为农业从业者和政策制定者提供了决策支持。通过数据的公开共享，研究人员希望促进更多关于苜蓿抗病性的研究，推动抗病品种的快速开发和应用。

总体而言，这项研究不仅为苜蓿的抗病育种提供了重要的理论支持和实践依据，还为农业可持续发展和畜牧业生产的安全性提供了保障。通过优化实验方法、系统性筛选种质资源以及推动抗性性状的整合，研究人员希望能够为未来的苜蓿种植提供更加稳定和高效的解决方案。同时，这项研究也体现了跨学科合作的重要性，涉及植物病理学、遗传学、农业生态学等多个领域，展示了科学研究在解决实际问题中的巨大潜力。