72份西北春玉米品種對(duì)絲黑穗病的抗性鑒定與評(píng)價(jià)

王春明　郭成　周天旺

摘要 為明確72份西北春玉米品種對(duì)絲黑穗病的抗性差異，本研究于2015年-2017年間采用人工接種法對(duì)供試品種進(jìn)行了田間抗性鑒定，結(jié)果表明‘軍育179‘創(chuàng)玉102‘金園007‘中博510和‘九圣禾680共5份表現(xiàn)高抗，占供試品種的6.94%;‘先玉1321‘承試288‘興玉018‘金育350‘五谷558‘Km15‘JXQ126‘M420‘HN887‘登海720等30份品種表現(xiàn)抗病，占供試品種的41.67%;‘MC703‘YF3240‘武科609‘宇翔188‘軍育189‘金科玉3306‘經(jīng)禾168‘GXY1204‘豪威168‘真金323等共16份品種表現(xiàn)中抗，占供試品種的22.22%;其余18份和3份分別表現(xiàn)感病和高感，分別占供試品種的25.00%和4.17%。以DPS 2016.1.1數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)其中32份品種的病株率進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析，探討其抗病性，結(jié)果表明，以歐式距離1.0作為最佳聚類距離分割點(diǎn)，將供試品種劃分為5類，但其聚類效果與依據(jù)玉米抗絲黑穗病鑒定技術(shù)規(guī)范劃分的抗性類型結(jié)果存在一定的偏差。

關(guān)鍵詞 玉米; 絲黑穗病; 抗性; 鑒定; 聚類分析

中圖分類號(hào)： S 435.131.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI： 10.16688/j.zwbh.2019178

Identification and analysis of 72 northwest spring maize varieties resistance to head smut

WANG Chunming1，2， GUO Cheng1，2*， ZHOU Tianwang1，2

（1. Institute of Plant Protection， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou 730070， China;

2. Scientific Observing and Experimental Station of Crop Pests in Tianshui， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Tianshui 741299， China）

Abstract

In order to clear the resistance of 72 northwest spring maize varieties to head smut caused by sporisorium reilianum， artificial inoculation in field was conducted from 2015 to 2017. The results showed that five maize varieties were highly resistant， including ‘Junyu179‘Chuangyu102‘Jinyuan007‘Zhongbo510 and ‘Jiushenghe680，accounting for 6.94% of the total varieties. Thirty varieties were resistant， such as ‘Xianyu1321‘Chengshi288‘Xingyu018‘Jinyu350‘Wugu558‘Km15‘JXQ126‘M420‘HN887‘Denghai720 and so on， accounting for 41.67%. Sixteen varieties were moderately resistant， such as ‘MC703‘YF3240‘Wuke609‘Yuxiang188‘Junyu189‘Jinkeyu3306‘Jinghe168‘GXY1204‘Haowei168‘Zhenjin323， etc.， accounting for 22.22%. The remaining 18 and 3 varieties were susceptible and highly susceptible， accounting for 25.00% and 4.17%， respectively. Through DPS 2016.1.1 Data Processing System， the disease rates of 32 varieties were clustered for exploring their resistance. The results showed that 32 maize varieties were grouped into five groups at grouping point 1.0 of euclidean distance. However， there was a certain deviation between the clustering effect and the result of resistance type classified by technical specification for resistance to corn head smut.

Key words

maize; head smut; resistance; identification; clustering analysis

玉米Zea mays是禾本科Poaceae一年生糧飼兼用型作物[1]，素有“飼料之王”的美譽(yù)，是全世界用于生產(chǎn)畜產(chǎn)品最重要的飼料來源之一，其籽?？捎米骶暳希o葉鮮綠度好、營養(yǎng)豐富、產(chǎn)量高，是青貯、配合飼料或直接喂養(yǎng)的優(yōu)質(zhì)飼料。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，2017年玉米種植面積和總產(chǎn)量在我國均居農(nóng)作物之首，分別為3 544.5萬hm2和21 589.1萬t [2]。但由于玉米病蟲害大面積發(fā)生和流行，我國每年因此而導(dǎo)致玉米產(chǎn)量損失約1 000萬t以上[3]。甘肅省作為我國玉米主產(chǎn)區(qū)之一，至2017年玉米種植面積達(dá)96.67萬hm2，占全省糧食種植面積的35%，其中制種玉米面積常年穩(wěn)定在10萬hm2左右，玉米已成為甘肅省第一大糧食作物[4]。然而，隨著玉米種植面積迅速擴(kuò)大，病蟲害的發(fā)生危害也日趨嚴(yán)重。

玉米絲黑穗病是由絲孢堆黑粉菌Sporisorium reilianum引起的對(duì)玉米生產(chǎn)造成極大危害的土傳真菌性病害[5]，在世界各國的玉米種植區(qū)均有不同程度的發(fā)生與危害，嚴(yán)重時(shí)病株率可達(dá)80%[6]。20世紀(jì)90年代以來，由于我國玉米栽培面積增加及‘沈單16等感絲黑穗病品種在西北地區(qū)的大面積種植和推廣，使得輪作倒茬困難，造成連作障礙，加上防治疏忽，致使該病害發(fā)生呈逐年加重趨勢，已成為我國春玉米生產(chǎn)區(qū)的重要病害之一 [7]。據(jù)楊芳蘭等[8]報(bào)道，20世紀(jì)80年代初期，玉米絲黑穗病在甘肅省河西地區(qū)普遍發(fā)生，后隨著品種更替，該病逐漸被控制。90年代以后，由于甘肅省玉米種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整、氣候條件的變化及沈單系列品種種植面積擴(kuò)大，品種的抗性降低、土壤菌量積累、種子包衣劑針對(duì)性不強(qiáng)及種子出苗時(shí)間延長等因素的影響，玉米絲黑穗病的發(fā)生又趨于嚴(yán)重[9-11]。特別是河西走廊的制種區(qū)由于制種自交系絕大多數(shù)不抗絲黑穗病從而導(dǎo)致病害大流行，不僅影響種子產(chǎn)量和質(zhì)量，同時(shí)也為病害的遠(yuǎn)距離傳播提供了初侵染菌源[9]。郭成等[12]2017年在甘肅省平?jīng)鍪嗅轻紖^(qū)調(diào)查發(fā)現(xiàn)部分玉米雜交種發(fā)病率高達(dá)65.2%，受害比較嚴(yán)重;究其原因是甘肅東部地區(qū)氣候冷涼與絲黑穗病菌發(fā)生的溫度條件相一致，因此該地區(qū)在品種布局上應(yīng)重視選擇抗絲黑穗病的品種，避免病害的大流行。

由于玉米絲黑穗病發(fā)病率等于損失率的產(chǎn)量損失特點(diǎn)[13]，該病害已嚴(yán)重阻礙了我國玉米產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，成為甘肅省乃至我國春玉米生產(chǎn)區(qū)的重要病害之一。目前玉米絲黑穗病的防治仍然依賴種子包衣和拌種[14]，但有些種衣劑遇到低溫天氣會(huì)出現(xiàn)藥害，且化學(xué)農(nóng)藥的施用不僅造成環(huán)境污染和農(nóng)藥殘留，而且加大了病菌產(chǎn)生抗藥性的風(fēng)險(xiǎn)。因此，防止玉米絲黑穗病發(fā)生流行和穩(wěn)產(chǎn)增收的最經(jīng)濟(jì)、有效和安全的措施是種植抗病品種，而品種抗性評(píng)價(jià)是品種合理布局和品種更替的基礎(chǔ)。故本研究于 2015年-2017年采用田間人工接種鑒定技術(shù)對(duì)72份參加國家玉米西北組區(qū)試的春玉米品種進(jìn)行了抗性鑒定和評(píng)價(jià)，同時(shí)結(jié)合系統(tǒng)聚類分析對(duì)其抗病類群進(jìn)行劃分，旨在明確不同品種間的抗性差異，為玉米品種審定，布局以及推廣利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 不同玉米品種對(duì)絲黑穗病抗性鑒定

1.1.1 供試品種

供試材料為72份玉米品種，2015年24份，2016年28份，2017年20份，均由內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院提供。

1.1.2 玉米絲黑穗病原菌冬孢子制備

玉米絲黑穗病原菌冬孢子制備參考郭成等的方法[15]。

1.1.3 接種圃設(shè)計(jì)及接種方法

玉米絲黑穗病鑒定圃常年設(shè)在甘肅省甘谷縣新興鎮(zhèn)頭甲村，該地區(qū)年平均氣溫9.5～10.9℃，年降雨量大約為480 mm。試驗(yàn)在2015年-2017年每年4月中旬播種。2015年、2016年和2017年4月中旬至下旬平均地溫分別為16.8、14.0℃和13.5℃。按鑒定編號(hào)進(jìn)行人工穴播，每份材料行長5 m，株、行距為20 cm×60 cm，每穴精準(zhǔn)播種1粒種子，然后覆蓋菌土100 g，每處理種植4行，根據(jù)每年材料數(shù)量，在鑒定圃內(nèi)設(shè)‘Mo17（R）和‘黃早四（HS）對(duì)照5組及以上。

1.1.4 病情調(diào)查及抗性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

參照中華人民共和國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部頒布的玉米抗絲黑穗病鑒定技術(shù)規(guī)范進(jìn)行[16]，病情分級(jí)和抗性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表1。在玉米進(jìn)入乳熟期后，對(duì)供試材料逐株進(jìn)行調(diào)查和記載。根據(jù)病株率，評(píng)價(jià)供試材料的抗感水平。供試材料在初次鑒定中表現(xiàn)為抗性及高抗時(shí)次年進(jìn)行重復(fù)鑒定。

1.2 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2007和DPS 2016.1.1數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，用Duncan氏新復(fù)極差多重比較法進(jìn)行差異顯著性分析（P<0.05），選擇歐式距離、最長距離法，以最佳聚類距離的適當(dāng)大小作為分割點(diǎn)[17]，依據(jù)接種后的病株率與抗病性之間的線性關(guān)系，對(duì)32個(gè)供試玉米品種進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)照材料的抗性結(jié)果

結(jié)果表明，玉米絲黑穗抗病對(duì)照材料‘Mo17的3年病株率在0～10.0%，表現(xiàn)為中抗（MR）～高抗（HR），高感病對(duì)照材料‘黃早四的3年病株率為62.32%～86.67%，均表現(xiàn)高感（HS）。說明3年的對(duì)照材料發(fā)病充分，鑒定結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

2.2 不同抗性類型的玉米品種所占比例

調(diào)查結(jié)果表明，72份玉米品種中，表現(xiàn)高抗的品種有5份、抗30份、中抗16份、感18份、高感3份，分別占供試玉米品種的6.94%、41.67%、22.22%、25.00%和4.17%（圖1）。

2.3 玉米品種對(duì)絲黑穗病的抗性鑒定結(jié)果

調(diào)查結(jié)果表明（表2），72份玉米品種中‘軍育179‘創(chuàng)玉102‘金園007‘中博510和‘九圣禾680共5份，病株率為0，表現(xiàn)高抗（HR），占6.94%;‘先玉1321‘承試288‘興玉018‘金育350‘五谷558‘先玉1419‘正成018‘金誠6‘九玉M05‘利禾717‘禾育132‘金園15‘禾育157‘Km15‘JXQ126‘M420‘九玉A02‘HN887‘登海720等30份，病株率為1.1%～4.9%，表現(xiàn)抗?。≧），占41.67%;‘MC703‘昊玉301‘豫禾601‘YF3240‘武科609‘宇翔188‘軍育189‘金科玉3306‘經(jīng)禾168‘龍華369‘銀玉439‘GXY1204‘豪威168‘真金323‘宇翔9號(hào)‘福盛園57共16份，病株率為5.2%～9.9%，表現(xiàn)中抗（MR），占22.22%;‘CM178‘東科1316‘金穗13-2‘忻玉6028‘隴單9號(hào)‘先玉335‘J8525‘五谷638‘優(yōu)迪919‘G7533‘SS467‘陜單628‘豫單186‘昊玉673‘科育186‘豐玉20‘LY410‘MC121共18份，病株率為11.1%～38.4%，表現(xiàn)感?。⊿），占25.00%;‘中單108‘大唐128‘先農(nóng)108共3份，病株率為48.8%～52.0%，表現(xiàn)高感（HS），占4.17%。

2.4 不同抗性玉米品種病株率差異顯著性分析

對(duì)72份玉米品種的病株率進(jìn)行方差分析結(jié)果可知，51份抗病品種中，5份高抗品種之間及其與‘先玉1321‘興玉018‘金育350‘五谷558‘金誠6等23份抗病品種病株率不存在顯著差異（P>0.05）;但與‘寧研518‘九玉J01‘聯(lián)創(chuàng)803‘先玉1731‘鄭單958‘DF607等23份抗病及中抗品種之間差異顯著（P<0.05）;21份感病品種中，高感品種‘大唐128和‘中單108與高感品種‘先農(nóng)108及其感病品種‘MC121‘LY410‘CM178‘東科1316‘金穗13-2等19份品種差異顯著（P<0.05），但其兩者之間差異不顯著（P>0.05）（表2）;且3份中抗品種 ‘真金323‘宇翔9號(hào)和‘福盛園57與感病品種‘CM178‘東科1316‘金穗13-2‘隴單9號(hào)及‘忻玉6028之間病株率差異不顯著（P>0.05）。

2.5 不同抗性類型的玉米品種聚類分析

選取不同抗性類型的春玉米品種32份，根據(jù)其對(duì)玉米絲黑穗抗性反應(yīng)表型相似程度的差異，將各重復(fù)病株率原始數(shù)值對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換，聚類方法采用最長距離法所得聚類效果與抗性反應(yīng)類型吻合度最好，據(jù)此以歐式距離1.0作為聚類分割點(diǎn)，可以將32份玉米品種分為五類。其中第Ⅰ類為高抗品種，為‘軍育179‘創(chuàng)玉102‘金園007‘中博510和‘九圣禾680共5份材料，病株率為0;第Ⅱ類為抗性品種，由‘Km15‘ JXQ126‘M420‘HN887‘MC1410共5份材料組成，病株率為2.5%～3.5%;第Ⅲ類是中等抗性品種，包括‘DF607‘DF738‘MC703‘YF3240‘宇翔188‘GXY1204和‘豪威168等9份品種，病株率為4.5%～8.8%;第Ⅳ類為感病品種，分別為‘隴單9號(hào)‘G7533‘SS467‘科育186等9份品種，病株率為12.7%～27.6%;第Ⅴ類為高感病品種，‘MC121‘中單108‘大唐128‘先農(nóng)108共4份品種組成（圖 2）。

3 結(jié)論與討論

選育和利用抗性品種是控制玉米絲黑穗病最為經(jīng)濟(jì)有效的途徑[18-19]。為此許多專家和學(xué)者搜集和引進(jìn)國內(nèi)外材料，通過田間接種鑒定，篩選出了一批高抗自交系，如郭滿庫等[20]對(duì)我國153份玉米自交系材料進(jìn)行了抗絲黑穗病的鑒定評(píng)價(jià)，結(jié)果表明對(duì)玉米絲黑穗病表現(xiàn)高抗的自交系僅占供試材料的6.54%;謝志軍等[21]對(duì)893份玉米種質(zhì)資源材料進(jìn)行了抗絲黑穗病的鑒定與評(píng)價(jià)，結(jié)果表明表現(xiàn)中抗以上的自交系材料占鑒定自交系材料總數(shù)的 20.5%。宋淑云等[22]對(duì)673份玉米種質(zhì)資源進(jìn)行抗絲黑穗病評(píng)價(jià)，通過初鑒和復(fù)鑒篩選出高抗材料36份。郭成等[23]在933份供試玉米自交系中篩選出高抗玉米絲黑穗病材料44份，占供試材料的4.72%。這些高抗自交系的發(fā)現(xiàn)，拓寬了玉米抗絲黑穗的種質(zhì)資源譜，為抗病育種提供了有效的抗源材料。

本研究利用人工接種進(jìn)行了玉米抗絲黑穗病鑒定，篩選出具有抗性的春玉米品種51份，占供試品種的70.83%，其中高抗品種僅5份，占6.94%?！鹂朴?306 和‘陜單628在陜西省審定時(shí)對(duì)絲黑穗病分別表現(xiàn)中抗和感病，與此次鑒定結(jié)果一致; ‘金園007在遼寧省，‘中博510在河南省審定時(shí)表現(xiàn)抗病，此次鑒定中這2個(gè)品種均表現(xiàn)高抗;‘正成018在山西，‘真金308和‘MC703在內(nèi)蒙古審定時(shí)表現(xiàn)高抗，此次鑒定中這3個(gè)品種表現(xiàn)抗和中抗;‘先玉1312和 ‘金園15在吉林省審定時(shí)表現(xiàn)感病，此次鑒定中表現(xiàn)抗病;‘隴單9號(hào)2013年在甘肅省審定及‘科育186在吉林省審定表現(xiàn)中抗，但此次鑒定中表現(xiàn)感病。分析造成這些鑒定結(jié)果不一致的主要原因與病菌的生理小種致病力不同，以及不同地區(qū)、不同年份土壤溫度、水肥條件等不同有關(guān)。因此，應(yīng)加大在不同生態(tài)區(qū)進(jìn)行品種抗病性鑒定，以便篩選出適合于不同生態(tài)區(qū)種植的品種。通過這些抗病品種的推廣應(yīng)用，可在部分區(qū)域淘汰高感品種，將對(duì)減輕玉米絲黑穗病的發(fā)生和流行起積極的作用，同時(shí)為挖掘目標(biāo)性狀的優(yōu)良抗性基因提供了基礎(chǔ)材料。

2015年-2017年4月中旬至4月下旬玉米播種到出苗期（即絲黑穗病侵染時(shí)期）試驗(yàn)地0～10 cm平均土壤溫度分別為16.8、14.0℃和13.5℃，與玉米絲黑穗病發(fā)病的溫度條件相一致。故能保證絲黑穗病充分發(fā)病，使此次鑒定結(jié)果更加可靠、準(zhǔn)確。

郭成等[12]利用聚類分析對(duì)41份玉米農(nóng)家種資源抗絲黑穗進(jìn)行了分析，結(jié)果表明在譜系圖上，抗病性相同的種質(zhì)大致劃分在同一類中。陳紅梅等[24]利用聚類分析對(duì)32個(gè)馬鈴薯品種抗鐮刀菌干腐病進(jìn)行分析，結(jié)果表明抗病性評(píng)價(jià)和聚類分析結(jié)果相吻合。在本研究中，采用DPS 2016.1.1數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以最長距離法對(duì)32份西北春玉米品種抗絲黑穗病抗性類型進(jìn)行聚類分析。結(jié)果表明，以歐式距離1.0作為聚類分割點(diǎn)可將32份西北春玉米品種劃分為高抗、抗病、中抗、感病和高感5大類。且在聚類分析圖上，抗病性相同的品種大致可以聚在同一個(gè)類群中，但通過與農(nóng)業(yè)部頒布的玉米抗絲黑穗病鑒定技術(shù)規(guī)范所列出的基于對(duì)產(chǎn)量損失直觀考慮的抗性比較，發(fā)現(xiàn)兩者之間存在一定的偏差。如‘DF607和‘DF738病株率分別為4.5%和4.9%，根據(jù)玉米絲黑穗病鑒定技術(shù)規(guī)范應(yīng)劃分為抗?。≧），但在聚類分析圖中卻與‘MC703‘YF3240‘宇翔188‘金科玉3306等7個(gè)中抗（MR）品種歸為一類;‘MC121病株率為38.4%，根據(jù)玉米絲黑穗病鑒定技術(shù)規(guī)范應(yīng)劃分為感病，但在聚類分析圖上卻與‘先農(nóng)108‘中單108和‘大唐1283個(gè)高感品種歸為一類。由此可見，聚類分析在一定程度上能夠反映品種的抗病性類群，其分析方法優(yōu)于鑒定技術(shù)規(guī)范。

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