山西省玉米莖基腐病抗性鑒定及動態(tài)分析

孟廣軍，王建明，張作剛，暢引東，賀 冰，胡春艷，郝曉娟，董海龍，姚宏亮，鄭戈文，曹改萍

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山西太谷030801；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)，山西太谷030801；3.山西省農(nóng)業(yè)種子總站，山西太原030001）

玉米是山西省主要的糧食作物之一。2018 年山西省玉米種植面積為180.68 萬hm2，占全省糧食種植面積的1/2 以上[1]，被譽(yù)為高產(chǎn)之王、飼料之王和農(nóng)產(chǎn)品加工原料之王。因此，玉米在生產(chǎn)、生活中占據(jù)重要地位。近年來，各玉米產(chǎn)區(qū)莖基腐病呈逐年加重的發(fā)生趨勢，在玉米生產(chǎn)上已成為繼玉米大、小斑病和絲黑穗病后又一重要病害[2]。該病是一種世界性土傳病害，土壤因素被看做是玉米莖基腐病侵染的核心[3]，其主要通過自然孔口、人為或昆蟲造成的傷口及植株的根系侵入組織[4]。一般年份，莖基腐病發(fā)病率為18%，發(fā)病嚴(yán)重的地區(qū)，其發(fā)病率為49%[5]。由此病害導(dǎo)致的產(chǎn)量損失一般在20%左右，嚴(yán)重的減產(chǎn)50%左右[6]。

針對玉米莖基腐病，研究人員對其病原和侵染機(jī)制做了大量研究。目前，我國玉米莖基腐病的主要病原為鐮孢菌（Fusarium）、腐霉菌（Pythium）以及鐮孢菌和腐霉菌三大類[7]。咸洪泉等[8]研究指出，莖基腐病的初侵染源主要是在病土及病殘體內(nèi)越冬的卵孢子、帶菌的玉米種子、田間土壤和病殘體。祁永紅等[9]對病原侵染組織后植株的細(xì)胞結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，結(jié)果表明，鐮孢菌主要分布在韌皮部，而腐霉菌主要分布在導(dǎo)管，寄主細(xì)胞出現(xiàn)明顯的質(zhì)壁分離現(xiàn)象。吳之濤等[10]研究指出，鐮孢菌為玉米優(yōu)勢病原菌之一，北方種植區(qū)以禾谷鐮孢菌為主，南方種植區(qū)以輪枝鐮孢菌為主。還有一些研究證明，玉米禾谷鐮孢菌先侵染根部，然后沿著內(nèi)部結(jié)構(gòu)擴(kuò)展，直到侵染莖基部，甚至擴(kuò)展到整株，為此將整個玉米莖基腐病的侵染過程分為發(fā)病前期、根系顯癥期、病害快速上升期和植株地上部顯癥期4 個階段[3，7，11-12]。王琳娟等[13]對山西省近7 a 玉米上大斑病、穗腐病、絲黑穗病、莖基腐病4 種常見病害的不同類型材料的抗性結(jié)構(gòu)和平均抗性級別的變化動態(tài)進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，在特早熟類型中，抗莖基腐病材料嚴(yán)重缺乏，莖基腐的發(fā)病率呈輕—重—輕的變化動態(tài)。而主要針對玉米中相同類型材料的抗病結(jié)構(gòu)、抗病動態(tài)趨勢以及動態(tài)變化幅度研究較少。

本研究擬基于2011—2018 年通過根埋法獲得的山西省玉米材料莖基腐病田間抗性鑒定結(jié)果，對各種類型玉米材料的抗性結(jié)構(gòu)、抗病動態(tài)趨勢以及動態(tài)變化幅度進(jìn)行了全面系統(tǒng)分析，以期為山西省抗病育種和病害的綜合防治提供理論依據(jù)，從而為山西省玉米的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試玉米由山西省農(nóng)業(yè)種子總站提供。2011—2018 年共鑒定了1 480 份材料，其中，特早熟（S 系列）176 份、早熟（M 系列）364 份、中晚熟（L 系列）696 份、復(fù)播（F 系列）244 份。

供試菌種為禾谷鐮孢菌（Fusarium graminearum），由山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院植物病理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供。菌種鑒定基于BOOTH 的鐮孢菌分類系統(tǒng)[14]。

1.2 抗性鑒定試驗(yàn)

1.2.1 材料播種 在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院農(nóng)作站抗病性鑒定病圃進(jìn)行。每一類型材料為一區(qū)組。每個材料種雙行，行長450 cm，行距40 cm，株距25 cm，不同材料的行間距60 cm。播種日期為每年的5 月1 日前后。

1.2.2 菌種準(zhǔn)備 禾谷鐮孢菌株轉(zhuǎn)接到PDA 平板進(jìn)行活化。隨后將活化的菌種轉(zhuǎn)接到滅菌的玉米粒培養(yǎng)基，并放入25 ℃培養(yǎng)箱進(jìn)行大量擴(kuò)繁，以供大田接種用。

1.2.3 田間接種 采用根埋法，在玉米大喇叭口期至抽雄期進(jìn)行接種。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

在玉米乳熟期，每個材料選50 株，測定莖基腐病的發(fā)病率，確定相應(yīng)的抗性級別（表1）。將5 種抗性類型在8 a 所有品種及不同類型品種中所占百分比制作成餅狀圖，以了解其抗性組成和比例。用每年每個類型平均發(fā)病率值與每年整體材料平均發(fā)病率值的比值來表示不同年份相同類型的發(fā)病比率變化動態(tài)。將5 種抗性類型在不同類型品種中所占百分比制作成折線圖，以了解其動態(tài)變化。

表1 玉米莖基腐病抗性評價標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米材料對莖基腐病的抗性結(jié)構(gòu)分析

2.1.1 全部玉米材料對莖基腐病的抗性結(jié)構(gòu) 從圖1 可以看出，在2011—2018 年鑒定1 480 份玉米材料中，中抗和高抗材料占比較大，分別為30.5%和28.1%；抗材料占比最?。?1.5%）；而感病和高感材料占比分別為12.6%和17.3%。說明在全部材料中，抗性以上的材料比感病的材料較多，其中，抗性以上的材料占全部材料的70.1%，其余都為易感病材料，占比為29.9%。

2.1.2 特早熟玉米材料對莖基腐病的抗性結(jié)構(gòu)在2011—2018 年共鑒定了176 份特早熟材料，占8 a全部材料的11.9%。由圖2 可知，在特早熟材料中，中抗材料占比最大，為34.7%；抗材料占比最小（10.8%）；高抗材料占比為13.0%；而感病和高感材料占比分別為14.8%和26.7%。在8 a 鑒定的特早熟材料當(dāng)中，抗玉米莖基腐病的材料多于感病的材料，抗玉米莖基腐病的材料占所有特早熟材料的58.5%，其余都為易感病材料，僅占41.5%。

2.1.3 早熟玉米材料對莖基腐病的抗性結(jié)構(gòu) 在2011—2018 年共鑒定了364 份早熟玉米材料，占8 a 全部材料的24.6%。從圖3 可以看出，高抗材料在早熟材料中占比最大，為43.7%；中抗材料次之（27.5%）；抗材料占比為9.9%；而感病和高感材料占比分別為10.6%和8.3%。在8 a 鑒定的早熟材料中，抗玉米莖基腐病的材料多于感病的材料，抗玉米莖基腐病的材料占所有早熟材料的81.1%，其余都為易感病材料，僅占18.9%。

2.1.4 中晚熟玉米材料對莖基腐病的抗性結(jié)構(gòu)在2011—2018 年共鑒定了696 份中晚熟玉米材料，占8 a 全部材料的47.0%。從圖4 可以看出，高抗材料在中晚熟材料中占比最大，為29.2%；中抗材料占比為28.4%；抗材料占比為12.8%；而感病和高感材料占比為分別為12.6%和17.0%。在8 a 鑒定的中晚熟材料中，抗玉米莖基腐病的材料多于感病的材料，抗玉米莖基腐病的材料占所有中晚熟材料的70.4%，其余都為易感病材料，僅占29.6%。

2.1.5 復(fù)播玉米材料對莖基腐病的抗性結(jié)構(gòu) 在2011—2018 年共鑒定了244 份復(fù)播玉米材料，占8 a全部材料的16.5%。由圖5 可知，中抗材料在復(fù)播材料中占比最大，為37.3%；抗材料占比最小，為11.1%；高抗材料占比為12.7%；而感病和高感材料占比分別為13.9%和25.0%。在8 a 鑒定的復(fù)播材料中，抗玉米莖基腐病的材料多于感病的材料，抗玉米莖基腐病的材料占所有復(fù)播材料的61.1%，其余都為易感病材料，僅占38.9%。

2.2 玉米材料對莖基腐病的抗性動態(tài)分析

2.2.1 不同類型玉米材料對莖基腐病的抗性動態(tài)由圖6 可知，特早熟材料（2015 年沒有該類型材料）的8 a 比率整體波動較大，其中，比率最大為1.8，最小為0.8，而且有4 a 的比值均大于1，說明這4 a 特早熟材料的平均發(fā)病率比相同年份各自所有材料的平均發(fā)病率高；其比率折線整體呈下降趨勢，說明該材料的平均發(fā)病率逐年降低。早熟材料的8 a 比率整體波動較小，其中，有7 a 的比率低于1，僅2018 年的等于1，說明這7 a 早熟材料的平均發(fā)病率比相同年份各自所有材料的平均發(fā)病率低；其比率的動態(tài)變化折線整體呈上升趨勢，說明在該材料中平均發(fā)病率逐年升高，但基本都低于年平均發(fā)病率。中晚熟材料8 a 比率整體波動較小，但是比率大部分都小于1，只有2015 年和2018 年的略大于或等于1，分別為1.0、1.1，說明這6 a 中晚熟材料的平均發(fā)病率比相同年份各自所有材料的平均發(fā)病率低；其比率的動態(tài)變化折線整體呈上升趨勢，說明該材料平均發(fā)病率逐年升高，但基本都低于年平均發(fā)病率。復(fù)播材料（2016 年沒有該類型材料）的8 a 比率整體波動較大，其中，有6 a 的比率大于1，僅有2014 年的小于1，為0.7，說明這6 a 復(fù)播材料的平均發(fā)病率比相同年份各自所有材料的平均發(fā)病率高；其比率的動態(tài)變化折線整體呈下降的趨勢，說明該材料的平均發(fā)病率逐年降低。從特早熟、早熟、中晚熟、復(fù)播4 個類型比率的折線變化趨勢可以得出，整體每年特早熟和復(fù)播的平均發(fā)病率的比率較其他2 個類型高，其中，特早熟材料的發(fā)病率比率最高，早熟材料的最低。

2.2.2 特早熟材料對莖基腐病的抗性動態(tài) 由圖7 可知，8 a 中特早熟玉米莖基腐病的抗性結(jié)構(gòu)差異較大，高感材料的折線波動幅度最大，整體呈下降趨勢；2014 年其比例最大，為79.3%，說明2014 年的高感材料占整個類型材料的比例較大；而2017 年其占比為0，說明此年份沒有高感材料。中抗材料的折線波動幅度較大，整體呈上升趨勢，2013 年其占比最大，為72.2%；2014 年其占比最小，為3.4%。高抗材料的折線波動幅度相對小，整體呈下降趨勢，只有2012 年的占比值較大，為43.5%；而在2013 年和2014 年，沒有篩選出高抗材料。抗材料的折線波動幅度小，整體呈下降趨勢，2012 年其占比最大（21.7%）；而2014 年沒有篩選出抗材料。感病材料中的折線波動幅度較小，整體呈下降趨勢，只有2011 年和2018 年其占比相對較大，分別為31.8%、24.1%。

2.2.3 早熟玉米材料對莖基腐病的抗性動態(tài) 由圖8 可知，8 a 當(dāng)中早熟玉米莖基腐的抗病結(jié)構(gòu)差異較大。高抗材料的折線波動幅度最大，整體呈下降趨勢，其中，2012 年所占比例最大，為84.7%，說明2012 年的高抗材料在早熟材料占比為84.7%；2017 年次之，為83.3%；而2018 年其占比為0，說明此年份沒有高抗材料。中抗材料的占比波動變化幅度僅次于高抗，整體呈上升趨勢，其中，2013 年所占比例最大，為64.7%；2017 年所占比例最小，為5.6%。在高感、抗、感病材料當(dāng)中，其占比的折線波動比較平緩，其中，抗材料所占比例的折線呈下降趨勢，而高感和感病材料的占比折線呈上升趨勢，而這3 種抗性級別的占比基本都小于30.0%，說明這3 種抗病級別的材料在其相應(yīng)年份中所占比例較小。

2.2.4 中晚熟玉米材料對莖基腐病的抗性動態(tài)從圖9 可以看出，8 a 來中晚熟玉米材料對莖基腐病的抗性結(jié)構(gòu)差異相對較小。高抗材料的折線波動幅度最大，整體呈下降趨勢。2012 年的高抗材料占中晚熟材料的比例高達(dá)85.5%；而2018 年的占比為0，說明此年份沒有高抗材料。中抗材料的折線波動幅度僅次于高抗，整體呈上升趨勢，2013 年的占比最大，為57.5%；2012 年的占比最低，為2.9%。在抗、感、高感3 個材料當(dāng)中，其折線的波動趨勢都比較平緩，且這3 種材料所占比例的折線動態(tài)整體都呈上升趨勢，其相應(yīng)的比例基本都小于30.0%；2011—2012 年的感病和高感的占比均為0，說明在2011—2012 年沒有篩選出感病和高感材料。

2.2.5 復(fù)播玉米材料對莖基腐病的抗性動態(tài) 從圖10 可以看出，8 a 當(dāng)中復(fù)播玉米莖基腐病的抗病結(jié)構(gòu)差異較大。高感材料的折線波動幅度最大，整體呈下降趨勢；其中，2018 年其占比最大，為42.3%；而2017 年其占比為0，說明2017 年沒有篩選出高感材料。中抗材料的折線波動幅度較大，整體呈下降趨勢；其中，2011 年其占比最大，為50.0%；其余占比均大于20.0%。高抗材料的折線波動幅度相對小，整體呈上升趨勢；其中，2017 年的占比最大，為37.1%；2018 年，僅為1.9%?？共牧系恼劬€波動幅度相對小，整體呈下降趨勢；其中，2017 年其占比最大，為34.3%；2018 年其占比最小，僅為1.9%。感病材料的折線波動相對較小，整體呈上升趨勢；其中，2013 年其占比最大，為26.8%；2011、2017 年其占比均為0，說明這2 a 沒有篩選出感病材料。

3 結(jié)論與討論

本研究表明，在1 480 份山西省玉米材料中，抗玉米莖基腐病的材料有1 038 份，其余均沒有抗性。在特早熟、早熟、中晚熟和復(fù)播這4 個類型材料中，抗病材料數(shù)量比感病材料的多，且早熟材料中抗病材料的占比高于其他3 個類型。因此，可以從供試的早熟抗莖基腐病材料中篩選抗病基因，或引進(jìn)和發(fā)掘更多外源抗病種質(zhì)資源，用于玉米莖基腐病抗病育種。劉日尊等[15]的試驗(yàn)證明，將美國種質(zhì)與中國傳統(tǒng)核心種質(zhì)進(jìn)行有利基因的漸滲，可提高玉米種質(zhì)資源的抗病性。

不同類型材料的抗病動態(tài)不同，特早熟材料中感病、高感、抗、中抗和高抗5 個抗性級別的動態(tài)基本都呈下降趨勢。早熟和中晚熟材料中高抗材料的動態(tài)整體呈下降趨勢，而其他4 個抗性級別呈上升趨勢。復(fù)播材料中高抗和感病材料的動態(tài)整體呈上升趨勢，而其他3 個抗性級別呈下降趨勢。特早熟材料中，感病、高感材料的變化動態(tài)呈下降趨勢，可能是由于特早熟材料的生育期與病原物適合侵染寄主時期不適宜；在其他3 個類型材料中，感病、高感材料的變化動態(tài)基本都呈上升趨勢，且玉米莖基腐病是土傳病害，因此，符合土傳病害的發(fā)病規(guī)律[16]。因此，在種植玉米時，應(yīng)該及時將病殘體清理干凈，然后2～3 a 與豆類和馬鈴薯等作物進(jìn)行輪種，同時合理施肥，尤其是增施鉀肥來防治莖基腐病的發(fā)生，提高山西省玉米產(chǎn)量。