精英菜豆基因型对尖孢镰刀菌和立枯丝核菌根腐病的抗性响应机制及育种应用研究

这篇综述系统评价了菜豆(Phaseolus vulgaris)精英基因型对尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)和立枯丝核菌(Rhizoctonia solani)根腐病的田间与温室抗性表现，通过多环境表型分析发现K20730等基因型具有稳定抗性，并建立根重(r=-0.67)等非破坏性性状与抗性的显著相关性，为高通量表型分析(HTP)和抗病育种提供了重要依据。

　　

研究背景

根腐病是限制菜豆(Phaseolus vulgaris)全球产量的重要土传病害，由尖孢镰刀菌(F. oxysporum)和立枯丝核菌(R. solani)等病原复合体引起。美国密歇根州作为第二大菜豆产区，年产值超1.39亿美元，但大粒安第斯基因型品种尤其易感根腐病。现有防治手段如杀菌剂种子处理成本高且效果有限，培育抗病品种成为最可持续的解决方案。

材料与方法

研究采用裂区设计，在2021-2022年评估了162份材料：

1. 1.

   安第斯多样性群体(ADP)：38份抗F. solani材料+4个对照

2. 2.

   安第斯育种系(KDB)：46个密歇根州立大学(MSU)育种系+13个商业品种

3. 3.

   中美洲群体(MAB)：41个MSU小粒品系+24个商业品种

田间试验采用谷物接种法(F. oxysporum接种量42.65 mL/m，R. solani AG2-2接种量3.28 mL/m)，温室试验采用2g带菌小米/杯的基质接种。表型评价包括：

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  根腐病1-7级评分( Schneider-Kelly标准 )

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  活力1-9级评分

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  出苗数及生物量测定

关键发现

抗性变异：

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  F. oxysporum田间评分呈正态分布(均值3.09)，基因型变异σ²_G=0.08-0.17

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  R. solani引起出苗后猝倒(均值7.84株/60株)，σ²_G达6.72，遗传力H²=0.57

优异种质：

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  ADP群体中ADP444(评分2.05)、ADP481(2.67)显著优于对照VAX3(3.47)

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  KDB群体中K20730在田间(2.39)和温室(4.00)均表现稳定抗性

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  MAB群体中黑珍珠(Black Pearl)猝倒率最低(3.31株)

性状关联：

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  温室根腐评分与鲜根重(r=-0.67)、干根重(r=-0.64)极显著负相关

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  自然感染田块中根腐病与产量(r=-0.62)、成熟期(r=-0.43)显著负相关

讨论与展望

研究揭示了菜豆根腐病抗性的复杂遗传架构：

1. 1.

   温室与田间评价的相关系数r=0.71(p=0.03)，但VAX3等对照品种表现不一致，反映环境互作影响

2. 2.

   中美洲基因型对R. solani抗性更显著，可能与小粒品种根系构型差异有关

3. 3.

   无人机表型分析(UAS)有望替代破坏性"铲组学"(shovelomics)方法

未来需优化接种体系，建立标准化的AUDPC评价流程，并利用鉴定的抗源ADP481、K20730等开展分子标记辅助选择(MAS)。该研究为解析菜豆-病原互作机制和培育广谱抗病品种提供了重要理论依据和实践指导。