多环境条件下冬黑麦基因型对赤霉病、叶锈病和麦角菌抗性的综合评价

本研究针对加拿大西部冬黑麦生产中赤霉病(FHB)、叶锈病和麦角菌感染的抗性缺乏系统评价的问题，通过多环境重复试验对61个冬黑麦基因型（包括开放授粉品种和杂交种）进行综合评价。研究发现冬黑麦对FHB表现出显著优于小麦的抗性，杂交种对叶锈病抗性优于开放授粉品种，且麦角菌感染率与授粉方式密切相关。该研究为黑麦育种者和种植者提供了重要抗性资源，对加拿大西部黑麦产业可持续发展具有重要意义。

　　

黑麦作为全球第七大谷类作物，在加拿大主要用作饲料和蒸馏原料。然而随着黑麦种植面积的波动和气候变化的影响，镰刀菌引起的赤霉病(Fusarium Head Blight, FHB)、叶锈病(Leaf Rust)和麦角菌(Ergot)感染成为制约黑麦生产的主要因素。特别是FHB不仅造成产量损失，其产生的脱氧雪腐镰刀菌烯醇(deoxynivalenol, DON)毒素更威胁食品安全。尽管欧洲已有较多相关研究，但加拿大西部黑麦对这些病害的抗性特征仍缺乏系统评价，这严重限制了当地黑麦品种的选育和病害防控策略的制定。

为解决这一问题，曼尼托巴大学联合加拿大农业与农业食品部的科研团队在《Euphytica》发表了重要研究成果。研究人员通过2017-2020年在曼尼托巴省卡曼和温尼伯两地的多环境试验，对61个冬黑麦基因型（54个开放授粉品种和7个杂交种）进行了系统评价。研究采用人工接种结合自然感染的方式，运用病害严重度评分、镰刀菌损伤粒(Fusarium-damaged kernels, FDK)分析、DON含量检测等技术手段，全面评估了不同基因型的抗性特征。

材料与方法：
研究选用来自加拿大、美国、俄罗斯、德国等国的冬黑麦基因型，设置随机完全区组设计。FHB评价采用混合镰刀菌分离物接种，测定发病率(FDI)、严重度(FDS)、病害指数(FIN)、FDK和DON含量；叶锈病评价采用人工接种后对倒数第二叶进行严重度(LDS)和感染类型(LIT)评分；麦角菌感染为自然发生条件下的菌核重量百分比测定。数据分析采用R语言进行混合效应模型和多重比较。

结果：

FHB抗性表现：
研究发现冬黑麦对FHB表现出显著优于小麦的抗性特征。在田间症状方面，大多数冬黑麦基因型的FDS和FIN显著低于感病小麦对照，但FDI与抗性小麦对照相当，表明黑麦对病害在穗内的扩展（II型抗性）具有较强抵抗力，但对初始感染（I型抗性）的抗性有限。FDK和DON含量分析显示，黑麦基因型的DON含量范围为0.01-34.56 ppm，虽低于小麦对照，但部分仍超过2 ppm的粮食安全限值。通过基因型-理想型多性状距离指数(MGIDI)分析，筛选出ACE-1、Antelope、Prima等兼具FHB抗性和低DON积累的优良基因型。

叶锈病抗性差异：
叶锈病评价发现开放授粉品种多表现为中度感病或感病，仅ACE-1、Florida 401等少数品种表现较低病害严重度。而杂交种如KWS Serafino和KWS Trebiano则表现出中度抗性或抗性，LDS显著低于开放授粉品种。研究还建立了基于倒数第二叶症状的评价体系，为黑麦叶锈病抗性筛选提供了可靠方法。

麦角菌感染特征：
自然感染条件下，开放授粉品种的麦角菌感染率显著高于杂交种。特别值得注意的是，具有KWS Pollen PlusTM特性的杂交种如KWS Daniello等表现出极低的麦角菌感染率，证实花粉释放量与麦角菌抗性存在显著相关性。而一些多年生黑麦品种如ACE-1则表现出高达58.66%的感染率。

性状相关性：
统计分析显示FHB田间性状（FDI、FDS、FIN）间存在显著正相关（r=0.93），FDK与DON含量相关性较高（r=0.72），但与田间症状相关性中等（r=0.42-0.59）。麦角菌感染率与其他病害性状无显著关联，而叶锈病的LDS与LIT高度相关（r=0.76）。

讨论与结论：
该研究首次系统评价了加拿大西部冬黑麦对三种主要病害的抗性特征，具有重要理论和应用价值。研究发现黑麦对FHB的II型抗性显著优于小麦，这为小麦抗性育种提供了潜在基因资源。杂交种在叶锈病和麦角菌抗性方面的优势，为黑麦育种指明了方向。研究建立的评价体系和方法为黑麦抗性育种提供了技术支撑。特别值得注意的是，虽然黑麦DON积累量低于小麦，但部分基因型仍超过安全标准，这提示在黑麦食品化利用过程中仍需重视毒素防控。该研究成果对加拿大西部黑麦产业可持续发展具有重要意义，为育种者提供了明确的抗性选择指标，也为种植者品种选择提供了科学依据。随着气候变化可能导致病害流行区扩大，这些抗性资源的价值将进一步凸显。