“十三五”國(guó)家東華北春玉米區(qū)域試驗(yàn)品種抗病性評(píng)價(jià)

欒 奕 白 巖 盧 實(shí) 李磊鑫 王德強(qiáng) 高婷婷 石 潔 楊洪明,* 路 明,*

研究簡(jiǎn)報(bào)

“十三五”國(guó)家東華北春玉米區(qū)域試驗(yàn)品種抗病性評(píng)價(jià)

欒 奕1白 巖2盧 實(shí)3李磊鑫4王德強(qiáng)5高婷婷3石 潔6,*楊洪明1,*路 明3,*

1吉林省種子管理總站, 吉林長(zhǎng)春 130033;2全國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心, 北京 100125;3吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院玉米研究所 / 主要糧食作物國(guó)家工程研究中心 / 國(guó)家玉米工程技術(shù)研究中心(吉林) / 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部東北中部玉米生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 吉林長(zhǎng)春 130033;4遼寧省農(nóng)業(yè)發(fā)展服務(wù)中心, 遼寧沈陽 110034;5黑龍江省種業(yè)技術(shù)服務(wù)中心, 黑龍江哈爾濱 150008;6河北省農(nóng)林科學(xué)院植物保護(hù)研究所, 河北保定 071000

病害是影響玉米生產(chǎn)的重要生物逆境, 培育抗病品種是玉米病害防控最為經(jīng)濟(jì)、有效和環(huán)保的策略。本研究以我國(guó)“十三五”期間國(guó)家東華北春玉米區(qū)域試驗(yàn)(中早熟、中熟和中晚熟3個(gè)熟期組)中724份(次)參試品種的病害鑒定數(shù)據(jù)進(jìn)行分析, 病害包括玉米大斑病、絲黑穗病、禾谷鐮孢莖腐病、灰斑病和禾谷鐮孢穗腐病。結(jié)果表明, 5種病害抗性級(jí)別以中抗和感病為主, 中早熟、中熟和中晚熟組的這2個(gè)級(jí)別分別占總數(shù)的82.94%、84.12%和72.46%; 中晚熟組抗性強(qiáng)于中熟和中早熟, 中早熟、中熟和中晚熟組達(dá)到中抗(MR)以上的品種分別占總數(shù)的50.24%、56.37%和69.33%, 其中, 達(dá)高抗(HR)的分別占4.52%、4.41%和7.84%, 達(dá)抗(R)的分別占8.73%、10.59%和18.88%; 大斑病和灰斑病的抗原較為缺乏, 均無高抗品種, 中早熟組達(dá)到抗(R)以上水平的病害排序從高到低是禾谷鐮孢莖腐病、絲黑穗病、禾谷鐮孢穗腐病、灰斑病和大斑病, 中熟組排序是禾谷鐮孢穗腐病、禾谷鐮孢莖腐病、絲黑穗病、灰斑病和大斑病, 中晚熟組排序是禾谷鐮孢穗腐病、禾谷鐮孢莖腐病、絲黑穗病、大斑病和灰斑病; 年際間鑒定結(jié)果受氣候環(huán)境影響較大, 2020年總體表現(xiàn)較差; 中早熟、中熟和中晚組5種病害同時(shí)達(dá)到中抗(MR)以上的品種分別占2.78%、6.37%和15.67%, 但最終僅有1個(gè)品種(承玉88)通過審定, 說明高產(chǎn)抗病綠色玉米品種選育難度較大, 建議設(shè)立抗病綠色玉米品種試驗(yàn)組別, 強(qiáng)化抗病綠色玉米品種審定標(biāo)識(shí), 有效快速推動(dòng)綠色品種的選育與推廣。本研究明確了近年來我國(guó)東華北春玉米試驗(yàn)品種的主要病害抗性水平, 為今后品種選育、審定與推廣提供參考依據(jù), 從而支撐我國(guó)玉米種業(yè)綠色發(fā)展。

“十三五”; 東華北; 春玉米; 品種; 抗病性

玉米是我國(guó)最大的作物, 2021年播種面積達(dá)4332萬公頃, 總產(chǎn)量27,255萬噸, 分別占我國(guó)糧食播種面積和總產(chǎn)量的36.85%和39.91% (2021年國(guó)家統(tǒng)計(jì)公報(bào))。東華北春玉米區(qū)是我國(guó)重要的玉米主產(chǎn)區(qū), 包括中早熟、中熟和中晚熟3個(gè)熟期組, 以吉單27、先玉335、鄭單958為試驗(yàn)對(duì)照的代表品種具有高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、抗逆等優(yōu)良特性, 對(duì)我國(guó)糧食增產(chǎn)發(fā)揮了重要作用。黨的“十八大”提出創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享“五大發(fā)展理念”, 將綠色發(fā)展作為關(guān)系我國(guó)發(fā)展全局的一個(gè)重要理念。國(guó)家“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要提出要加快發(fā)展方式綠色轉(zhuǎn)型, 堅(jiān)持生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展, 推進(jìn)資源總量管理、科學(xué)配置、全面節(jié)約、循環(huán)利用, 協(xié)同推進(jìn)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展和生態(tài)環(huán)境高水平保護(hù)。綠色發(fā)展是生態(tài)文明建設(shè)的必然要求, 代表了當(dāng)今科技和產(chǎn)業(yè)變革方向, 推進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展是農(nóng)業(yè)發(fā)展觀的一場(chǎng)深刻革命, 對(duì)農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新提出了更高更新的要求, 而綠色生產(chǎn)方式是綠色發(fā)展理念的基礎(chǔ)支撐、主要載體。玉米病害一直是制約玉米產(chǎn)量的重大限制因素, 2014—2016年東北三省玉米病害累計(jì)發(fā)生995.33萬公頃, 造成實(shí)際損失達(dá)133.71萬噸[1]。玉米大斑病、莖腐病、穗腐病、絲黑穗病和灰斑病是東華北春玉米區(qū)主要病害, 如2012年黑龍江、吉林、遼寧等北方春播玉米區(qū)9省份大斑病共發(fā)生面積為389.3萬公頃, 占全國(guó)發(fā)生面積的68.5%[2]; 2002年東北三省絲黑穗病發(fā)生面積累計(jì)107萬公頃, 直接損失玉米1.2億千克[3]; 此外, 我國(guó)北方春玉米產(chǎn)區(qū)玉米莖腐病、穗腐病、灰斑病也日趨嚴(yán)重[4-6]。種子是農(nóng)業(yè)的“芯片”, 是農(nóng)業(yè)科技進(jìn)步的重要載體, 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部于2019年制定發(fā)布了玉米環(huán)境友好型綠色品種認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn), 國(guó)家級(jí)玉米品種審定標(biāo)準(zhǔn)(2021年修訂)也明確頒布了玉米綠色優(yōu)質(zhì)抗病品種的審定標(biāo)準(zhǔn)。因此, 對(duì)新育成品種的抗病性進(jìn)行分析, 全面了解品種的抗病性和綜合抗性特點(diǎn), 對(duì)于合理利用抗病品種和布局, 推動(dòng)農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

近些年來, 對(duì)我國(guó)東華北春玉米的主要病害(大斑病、莖腐病、穗腐病、絲黑穗病和灰斑病)從基因發(fā)掘、抗病育種技術(shù)研究、種質(zhì)資源和品種抗病性鑒定等方面開展了許多研究, 挖掘克隆出、、等抗病基因位點(diǎn)[7-13], 建立起抗玉米絲黑穗病等育種技術(shù)體系[14-17], 鑒定出齊319、X178等一批抗病種質(zhì)[18-26]。但對(duì)于“十三五”以來國(guó)家東華北春玉米中早熟、中熟和中晚熟3個(gè)區(qū)域試驗(yàn)參試品種的抗病性鑒定還未有報(bào)道, 而這對(duì)于了解當(dāng)前東華北春玉米育種的抗病種質(zhì)基礎(chǔ), 指導(dǎo)今后的育種方向至關(guān)重要。

本研究以“十三五”國(guó)家東華北春玉米品種公益性區(qū)域試驗(yàn)參試品種為研究對(duì)象, 分析明確近年來我國(guó)東華北春玉米試驗(yàn)品種的主要病害抗性程度和水平, 可為今后品種審定、品種選育與推廣提供依據(jù), 支撐我國(guó)玉米種業(yè)綠色發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究以我國(guó)“十三五” (2016—2020年)期間國(guó)家東華北春玉米區(qū)域試驗(yàn)參試品種的病害鑒定數(shù)據(jù)進(jìn)行分析, 包括中早熟、中熟和中晚熟3個(gè)熟期組, 病害有玉米大斑病、絲黑穗病、禾谷鐮孢莖腐病、灰斑病和禾谷鐮孢穗腐病, 數(shù)據(jù)來源于試驗(yàn)主持單位全國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心。

1.2 鑒定方法

病害鑒定由全國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心委托吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所、黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所、丹東農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所等具有抗病鑒定資質(zhì)單位進(jìn)行, 中早熟和中熟組由吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所、黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所承擔(dān)鑒定, 中晚熟組由吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所、丹東農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所承擔(dān)鑒定, 河北農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所負(fù)責(zé)對(duì)抗病性鑒定進(jìn)行匯總。鑒定方法采用人工接種鑒定, 具體參照“玉米抗病蟲性鑒定技術(shù)規(guī)范第1部分: 玉米抗大斑病鑒定技術(shù)規(guī)范(NY/T 1248.1-2006)”、“玉米抗病蟲性鑒定技術(shù)規(guī)范第3部分: 玉米抗絲黑穗病鑒定技術(shù)規(guī)范(NY/T 1248.3-2006)”、“玉米抗病蟲性鑒定技術(shù)規(guī)范第7部分: 鐮孢莖腐病(NY/T 1248.7-2016)”、“玉米抗病蟲性鑒定技術(shù)規(guī)范第8部分: 鐮孢穗腐病(NY/T 1248.8-2016)”和“玉米抗病蟲性鑒定技術(shù)規(guī)范第11部分: 灰斑病(NY/T 1248.11-2016)”。

1.3 接種體

絲黑穗病病原菌接種體來自抗病鑒定資質(zhì)單位每年田間擴(kuò)繁的冬孢子粉。其他4種病害接種病原菌均為多個(gè)不同來源菌株混合, 菌株來自東華北春玉米區(qū)不同地區(qū)生產(chǎn)上采集的典型病株, 經(jīng)實(shí)驗(yàn)室分離培養(yǎng)并鑒定保存。接種前將各菌株在擴(kuò)繁培養(yǎng)基上擴(kuò)大培養(yǎng)后獲得接種體, 混合后用于接種。

1.4 接種有效性判讀

當(dāng)田間鑒定圃中的一組已知抗感表現(xiàn)的對(duì)照種發(fā)病分別達(dá)到鑒定標(biāo)準(zhǔn)的要求時(shí), 判定該批次鑒定結(jié)果有效, 否則在統(tǒng)計(jì)時(shí)剔除該鑒定點(diǎn)結(jié)果。

2 結(jié)果與分析

2.1 品種抗病性總體分析

“十三五”期間, 國(guó)家東華北春玉米區(qū)域試驗(yàn)對(duì)大斑病、絲黑穗病、禾谷鐮孢莖腐病、灰斑病和禾谷鐮孢穗腐病這5種病害進(jìn)行抗性鑒定, 中早熟、中熟和中晚熟春玉米參試品種分別是252、204和268個(gè)(次), 分析表明(表1和圖1), 中早熟和中熟組的5種病害鑒定級(jí)別的比例排序從高到低為感(susceptible, S)、中抗(medium resistant, MR)、抗(resistant, R)、高抗(highly resistant, HR)、高感(highly susceptible, HS), 而中晚熟組排序則為中抗(MR)、感(S)、抗(R)、高抗(HR)、高感(HS), 中抗和感病級(jí)別占優(yōu)勢(shì), 中早熟、中熟和中晚熟這2個(gè)級(jí)別分別占總數(shù)的82.94%、84.12%和72.46%。從抗性級(jí)別分析, 中早熟、中熟和中晚熟組達(dá)到中抗(MR)以上的品種分別為633、575和929個(gè)(次), 分別占總數(shù)的50.24%、56.37%和69.33%, 其中, 達(dá)到高抗(HR)的品種分別占4.52%、4.41%和7.84%, 達(dá)到抗(R)的品種分別占8.73%、10.59%和18.88%。

2.2 大斑病

中早熟、中熟和中晚熟組的大斑病抗性鑒定級(jí)別達(dá)中抗(MR)以上的品種分別為57、64和157個(gè)(表1), 分別占各熟期組總參試品種數(shù)的22.62%、31.37%和58.58%, 其中中早熟和中熟均未有品種達(dá)到高抗(HR)和抗(R), 中晚熟則有41個(gè)品種達(dá)到抗(R), 占15.3%, 但未有品種達(dá)到高抗(HR), 各熟期組的對(duì)照品種吉單27、先玉335和鄭單958的抗性鑒定分別為感(S)、感(S)和中抗(MR)。

表1 2016–2020年東華北春玉米區(qū)域試驗(yàn)參試品種抗病性統(tǒng)計(jì)

HR:highly resistant; R: resistant; MR: medium resistant; S: susceptible; HS: highly susceptible.

圖1 春玉米抗感品種比例

A: 中早熟; B: 中熟; C: 中晚熟。病害級(jí)別縮寫同表1。

A: the early-medium maturity; B: the medium maturity; C: the late- medium maturity. Abbreviations of disease scales are the same as those given in Table 1.

年度間的大斑病分析表明(圖2-A), 2016年各熟期組品種的抗性水平最好, 其后總體呈由下降到穩(wěn)定的趨勢(shì), 2020年中早熟、中熟和中晚熟組品種抗性級(jí)別達(dá)中抗(MR)以上的分別占當(dāng)年參試品種總數(shù)的23.08%、20.59%和64.58%。

2.3 絲黑穗病

中早熟、中熟和中晚熟組的絲黑穗病抗性鑒定級(jí)別達(dá)中抗(MR)以上的品種分別為88、101和158個(gè)(表1), 分別占各熟期組總參試品種數(shù)的34.92%、49.51%和58.96%, 其中中早熟組未有達(dá)到高抗(HR)水平的, 抗(R)和中抗(MR)品種分別占12.30%和22.62%, 中熟組各抗性級(jí)別比例分別占0.49% (HR)、11.27% (R)和37.75% (MR), 中晚熟組分別占13.06% (HR)、23.88% (R)和22.01% (MR), 各熟期組的對(duì)照品種吉單27、先玉335和鄭單958的抗性鑒定全部為感(S)。

年度間的絲黑穗病分析表明(圖2-B), 中早熟和中晚熟組品種抗性水平總體呈由下降到穩(wěn)定的趨勢(shì), 2016年抗性水平最好, 達(dá)中抗(MR)以上的品種分別占當(dāng)年參試的61.22%和84.62%, 到2020年則分別下降到30.77%和54.17%, 而中熟組品種抗性總體呈提高趨勢(shì), 由2016年的38.89%提高到2020年的88.24%。

2.4 禾谷鐮孢莖腐病

中早熟、中熟和中晚熟組的禾谷鐮孢莖腐病抗性鑒定級(jí)別達(dá)中抗(MR)以上的品種分別為233、155和228個(gè)(表1), 分別占各熟期組總參試品種數(shù)的92.46%、75.98%和85.07%, 其中, 中早熟組各抗性級(jí)別比例分別占22.22% (HR)、22.62% (R)和47.62% (MR), 中熟組各抗性級(jí)別比例分別占12.75% (HR)、13.24% (R)和50.00% (MR), 中晚熟組分別占14.55% (HR)、24.25% (R)和46.27% (MR), 各熟期組的對(duì)照品種吉單27、先玉335和鄭單958的抗性鑒定分別為中抗(MR)、感(S)和中抗(MR)。

年度間的莖腐病分析表明(圖2-C), 中早熟組抗性水平較為穩(wěn)定, 達(dá)中抗(MR)以上品種比例保持在90%以上, 中熟和中晚熟組2018年后降幅較大, 2020年分別降至23.53%和62.50%。較為一致的是各熟期組品種抗性級(jí)別達(dá)抗(R)以上的比例呈逐年下降趨勢(shì), 2020年各熟期組所占比例僅為17.31%、0和6.25%, 分別較最高水平年份下降72.49%、60.87%和54.17%。

2.5 灰斑病

中早熟、中熟和中晚熟組的灰斑病抗性鑒定級(jí)別達(dá)中抗(MR)以上的品種分別為105、103和155個(gè)(表1), 分別占各熟期組總參試品種數(shù)的41.67%、50.49%和57.84%, 其中, 中早熟組未有品種達(dá)到高抗(HR)和抗(R), 其他2個(gè)熟期組也未有品種達(dá)到高抗(HR)水平, 中熟組和中晚熟組達(dá)到抗(R)的品種分別占5.39%和2.99%, 各熟期組的對(duì)照品種吉單27、先玉335和鄭單958的抗性鑒定全部為感(S)。

年度間的灰斑病分析表明(圖2-D), 中早熟和中熟組品種抗性水平呈逐年下降趨勢(shì), 中早熟組各年度抗性級(jí)別達(dá)中抗(MR)以上的品種分別占當(dāng)年參試品種的83.67%、67.35%、37.78%、14.04%和11.54%, 中熟組分別占83.33%、73.91%、44.19%、20.0%和32.35%。中晚熟組除2019年抗性表現(xiàn)較差外(僅33.33%), 其余年份均在50%～70%之間。

2.6 禾谷鐮孢穗腐病

中早熟、中熟和中晚熟組的禾谷鐮孢穗腐病抗性鑒定級(jí)別達(dá)中抗(MR)以上的品種分別為150、152和231個(gè)(表1), 分別占各熟期組總參試品種數(shù)的59.52%、74.51%和86.19%, 其中, 中早熟組各抗性級(jí)別比例分別占0.40% (HR)、8.73% (R)和50.40% (MR), 中熟組各抗性級(jí)別比例分別占8.82% (HR)、23.04% (R)和42.65% (MR), 中晚熟組分別占11.57% (HR)、27.99% (R)和46.64% (MR), 各熟期組的對(duì)照品種吉單27、先玉335和鄭單958的抗性鑒定分別為中抗(MR)、中抗(MR)和感(S)。

(圖2)

A: 大斑病; B: 絲黑穗病; C: 莖腐病; D: 灰斑病; E: 穗腐病。病害級(jí)別縮寫同表1。

A: northern corn leaf blight; B: head smut; C: stalk rot; D: gray leaf spot; E: ear rot. Abbreviations of disease scales are the same as those given in Table 1.

年度間的穗腐病分析表明(圖2-E), 各熟期組品種抗性在后3年表現(xiàn)不穩(wěn)定, 尤其是2020年均下降到最低水平, 中早熟、中熟和中晚熟組品種抗性級(jí)別達(dá)中抗(MR)以上的品種分別占當(dāng)年參試品種的9.62%、38.24%和56.25%, 分別較最高水平年份下降79.86%、59.59%和43.75%。

2.7 品種綜合抗病性分析

對(duì)上述5種病害表現(xiàn)中抗以上的品種分析表明(圖3-A), 中早熟、中熟和中晚組5種病害同時(shí)達(dá)到中抗(MR)以上的品種分別占2.78%、6.37%和15.67%, 4種病害同時(shí)達(dá)到中抗(MR)以上的品種分別占20.63%、18.63%和38.43%, 3種病害同時(shí)達(dá)到中抗(MR)以上的品種分別占23.41%、34.31%和27.24%, 說明中晚熟組品種綜合抗病性要強(qiáng)于中熟和中早熟。

年度間的品種綜合抗病性分析表明年度間存在明顯差異(圖3-B～D), 2016年整體抗性相對(duì)較高, 中早熟、中熟和中晚組5種病害同時(shí)達(dá)到中抗(MR)以上的品種分別占12.24%、25.0%和38.46%, 而2017—2020年期間所占比例范圍為0～9.23%, 平均占比僅為3.04%, 尤其是中早熟和中熟組在2018—2020年期間, 綜合抗病性表現(xiàn)不好, 3種以上病害同時(shí)達(dá)到中抗(MR)以上的品種分別占30.52%和45.08%, 2020年則分別為13.46%和26.50%, 中晚熟3年達(dá)到72.46%。

3 討論

病害是影響玉米生產(chǎn)的主要災(zāi)害, 常年損失6%～ 10%。大斑病、絲黑穗病、莖腐病、灰斑病和穗腐病是東北地區(qū)的主要玉米病害。本研究表明, “十三五”期間國(guó)家東華北春玉米試驗(yàn)參試品種對(duì)不同病害的抗性存在差異。大斑病和灰斑病的抗原較為缺乏, 大斑病抗性水平最差, 中早熟、中熟和中晚熟組的抗性級(jí)別達(dá)中抗(MR) 以上的品種分別占22.62%、31.37%和58.58%, 其中中早熟和中熟均未達(dá)到高抗(HR)和抗(R), 中晚熟未有品種達(dá)到高抗(HR)。這與東北區(qū)大面積推廣應(yīng)用以先玉335等為代表的國(guó)外種質(zhì)基礎(chǔ)易感大斑病密切相關(guān)[27], 肖明綱等[20]在2014—2016年連續(xù)3年對(duì)43份來自美國(guó)、法國(guó)、俄羅斯和德國(guó)的玉米資源進(jìn)行了抗大斑病人工接種鑒定, 抗性材料占鑒定總材料的比例為32.6%。因此還需繼續(xù)強(qiáng)化對(duì)國(guó)外種質(zhì)的大斑病改良?；野卟∈橇硪粋€(gè)抗性水平較差的病害, 中早熟、中熟和中晚熟組的抗性級(jí)別達(dá)中抗(MR)以上的品種分別占41.67%、50.49%和57.84%, 其中, 中早熟組未有品種達(dá)到高抗(HR)和抗(R), 其他2個(gè)熟期組也未有品種達(dá)到高抗(HR)水平, 中熟組和中晚熟組達(dá)到抗(R)的品種分別占5.39%和2.99%, 尤其近些年抗性更是逐年下降。目前, 高抗灰斑病的種質(zhì)還比較缺乏[28]。趙立萍等[29]預(yù)測(cè)了今后玉米尾孢灰斑病將在季風(fēng)作用下繼續(xù)緩慢向北方玉米區(qū)擴(kuò)散, 對(duì)中國(guó)春玉米主產(chǎn)區(qū)構(gòu)成重大威脅, 而2021年北方灰斑病大發(fā)生也給春玉米生產(chǎn)帶來嚴(yán)重挑戰(zhàn)。穗腐病是一種危害嚴(yán)重的真菌性病害, 近年來隨著東北地區(qū)頻發(fā)臺(tái)風(fēng)導(dǎo)致玉米大面積倒伏, 造成病害大面積發(fā)生, 以2020年東北遭受的3場(chǎng)臺(tái)風(fēng)來看, 中早熟、中熟和中晚熟組的品種抗性均下降到最低水平, 所占比例分別9.62%、38.24%和56.25%。穗腐病可產(chǎn)生較強(qiáng)的毒素[30], 嚴(yán)重威脅人畜安全及食品安全供給。在現(xiàn)今高度重視食品安全的情況下, 還需強(qiáng)化玉米穗腐病抗病種質(zhì)資源的創(chuàng)制, 促進(jìn)抗病新品種的選育[31]。莖腐病是國(guó)內(nèi)外玉米生產(chǎn)中的重要病害之一, 近年來, 隨著機(jī)械收獲和籽粒直收, 莖腐病已成為玉米生產(chǎn)中最具威脅性的病害[32],與抗倒性一起成為機(jī)收品種篩選的重要指標(biāo)[33], 總體來看, 各熟期組莖腐病抗性較好, 尤其是中早熟組, 但如遇極端氣候影響, 發(fā)生也較嚴(yán)重, 2020年各熟期組分別較最高水平年份下降72.49%、60.87%和54.17%。因此, 仍需強(qiáng)化莖腐病抗性遺傳改良。絲黑穗病是春玉米生產(chǎn)中的主要病害之一, 本研究中早熟組絲黑穗病抗性不高, 達(dá)中抗(MR)以上的品種占34.92%, 且無高抗水平的, 中熟組抗性顯著提高, 由2016年38.89%提高到2020年88.24%。由于在生產(chǎn)上通過種子處理可以有效防治絲黑穗病[34-35], 因此, 在玉米絲黑穗病上抗性遺傳改良可不作為重點(diǎn)。

(圖3)

A: 3個(gè)熟期的平均比例; B: 中早熟; C: 中熟; D: 中晚熟。

A: the average ratios of three maturing dates; B: the early-medium maturity; C: the medium maturity; D: the late-medium maturity.

提升品種的抗病性一直以來是育種家們努力的方向, 挖掘抗病蟲性狀, 選育多抗廣適、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)型玉米品種仍將是生產(chǎn)和市場(chǎng)最為需求的[36]。東華北春玉米中早熟、中熟和中晚熟組的主推代表品種吉單27、先玉335和鄭單958已推廣了近20年, 多年鑒定表明, 吉單27中抗莖腐病、穗腐病, 感大斑病、絲黑穗病和灰斑病, 先玉335中抗穗腐病, 其他均為感, 鄭單958中抗大斑病、莖腐病, 感絲黑穗病、灰斑病和穗腐病。我們以“十三五”東華北國(guó)審的品種為例, 來對(duì)比這些新品種與對(duì)照品種的抗病性差異?！笆濉逼陂g中早熟組推廣面積累計(jì)大于2萬公頃的品種有鑫鑫1號(hào)、東農(nóng)264、豐墾139、東農(nóng)261、東農(nóng)275、協(xié)玉306, 其中5個(gè)品種抗病性較吉單27提高。中熟品種有優(yōu)迪919、富民985、MC703、鑫鑫2號(hào)、利禾5、翔玉558、春玉101, 其中6個(gè)品種抗病性較先玉335提高。中晚熟品種有華農(nóng)887、遼單575、正成018、農(nóng)單476、先玉1225、吉農(nóng)大778、裕豐201、魯單9088、優(yōu)迪598, 其中8個(gè)品種抗病性較鄭單958提高?？梢? “十三五”審定的各熟期主推品種抗病性均較對(duì)照品種有了明顯提高。

選育和推廣綠色抗病玉米品種是節(jié)藥、節(jié)本, 推進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的根本途徑。2021年修訂實(shí)行的國(guó)家級(jí)玉米品種審定標(biāo)準(zhǔn)首次規(guī)定了綠色優(yōu)質(zhì)抗病玉米品種的審定標(biāo)準(zhǔn), 即田間自然發(fā)病和人工接種鑒定所在區(qū)域鑒定病害均達(dá)到中抗及以上。在本研究中, “十三五”國(guó)家東華北中早熟、中熟和中晚組試驗(yàn)5種病害同時(shí)達(dá)到中抗(MR)以上的品種分別為7、13和42個(gè), 分別占2.78%、6.37%和15.67%, 但對(duì)年度結(jié)果分析發(fā)現(xiàn), 2016年整體抗性相對(duì)較高, 3個(gè)熟期組5種病害同時(shí)達(dá)到中抗(MR)以上的品種分別占12.24%、25.0%和38.46%, 而2018—2020年期間比例嚴(yán)重下降, 中早熟組和中熟組各有1個(gè)品種符合綠色抗病品種, 晚熟組11個(gè), 平均每年有3～4個(gè)品種符合。再對(duì)這12個(gè)品種的不同年份重復(fù)鑒定分析表明, 最后通過國(guó)家審定的僅有1個(gè)品種(承玉88), 這表明培育出高產(chǎn)抗病綠色玉米品種有相當(dāng)?shù)碾y度, 從能量守恒原理來看, 高產(chǎn)與高抗性之間是相互矛盾的, 如何實(shí)現(xiàn)玉米產(chǎn)量與抗病性之間的協(xié)同是亟需解決的問題。最新研究表明, 在水稻上挖掘出的理想株型建成關(guān)鍵基因、通過多重基因組編輯創(chuàng)制出的小麥新型突變體已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了高產(chǎn)與抗病性協(xié)同調(diào)控[37-38]。今后, 要強(qiáng)化高產(chǎn)抗病綠色玉米品種選育, 一是應(yīng)加大玉米種質(zhì)資源的抗病性精準(zhǔn)鑒定, 尤其關(guān)注廣譜抗病資源的發(fā)掘; 二是加強(qiáng)對(duì)抗病基因的克隆和抗病機(jī)制解析; 三是強(qiáng)化基礎(chǔ)研究的實(shí)際應(yīng)用, 應(yīng)用基因編輯等新技術(shù)高效創(chuàng)制新型抗病種質(zhì); 四是發(fā)展高產(chǎn)綠色廣譜抗病玉米設(shè)計(jì)育種的理論與技術(shù)體系, 開展抗病廣譜多基因聚合育種, 平衡品種抗性和產(chǎn)量, 為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色生態(tài)和可持續(xù)發(fā)展提供重要支撐。此外, 在今后的國(guó)家和省級(jí)玉米新品種審定上, 建議設(shè)立抗病綠色玉米品種試驗(yàn)組別, 強(qiáng)化抗病綠色玉米品種審定標(biāo)識(shí), 有效快速推動(dòng)綠色品種的選育與推廣。

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Multi-disease resistance evaluation of spring maize varieties for the national regional test in Northeast and North China during 2016–2020

LUAN Yi1, BAI Yan2, LU Shi3, LI Lei-Xin4, WANG De-Qiang5, GAO Ting-Ting3, SHI Jie6,*, YANG Hong-Ming1,*, and LU Ming3,*

1Jilin Provincial Seed Management Station, Changchun 130033, Jilin, China;2National Agro-Technical Extension and Service Center, Beijing 100125, China;3Jilin Academy of Agricultural Sciences / National Engineering Research Center of Major Food Crops / National Engineering Research Center for Maize (Jilin) / Key Laboratory Biology and Genetic Improvement of Maize in Northeast Region, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Changchun 130033, Jilin, China;4Service Center for Agricultural Development in Liaoning Province, Shenyang 110034, Liaoning, China;5Heilongjiang Seed Technology Service Centre, Harbin 150008, Heilongjiang, China;6Plant Protection Institute, Hebei Academy of Agricultural and Forestry Sciences, Baoding 071000, Hebei, China

Diseases have been major biological adversity affecting maize production. Developing disease resistant varieties is the most economical, effective, and environment-friendly strategy for maize disease prevention. In this study, the disease identification data of 724 tested varieties in the national regional test (early-medium maturity, medium maturity, and late-medium maturity) were analyzed in Northeast and North China from 2016 to 2020, including northern corn leaf blight, head smut, fusarium stalk rot, gray leaf spot, and fusarium ear rot. The results revealed that medium resistance and susceptibility dominated the five disease resistance categories, accounting for 82.94%, 84.12%, and 72.46% in the early-medium maturity, medium maturity, and late-medium maturity groups, respectively. The varieties with early-medium maturity, medium maturity, and late-medium maturity groups with medium resistance (MR) or above accounted for 50.24%, 56.37%, and 69.33% of the total varieties, with high resistance (HR) accounting for 4.52%, 4.41%, and 7.84% of the total, respectively. Northern corn leaf blight and gray leaf spot antigens were few, and no high-resistance varieties existed. Fusarium stalk rot, head smut, fusarium ear rot, gray leaf spot, and northern corn leaf blight were ranked from high to low in terms of resistance (R) in early-medium maturity. The medium maturity group was fusarium ear rot, fusarium stalk rot, head smut, gray leaf spot, and northern corn leaf blight. The order of late-medium maturity group was fusarium ear rot, fusarium stalk rot, head smut, northern corn leaf blight, and gray leaf spot, respectively. Climate and environment had an impact on inter-annual identification results, and the overall performance in 2020 was worse. The varieties with the five kinds of diseases in the early-medium maturity, medium maturity, and late-medium maturity groups reaching the medium resistance (MR) or above at the same time accounted for 2.78%, 6.37%, and 15.67%, respectively. However, only one variety (Chengyu 88) passed the test, demonstrating that breeding high yielding, disease-resistant green maize variants was challenging. It was recommended that a disease-resistant green maize variety test group could be established, that disease-resistant green maize varieties be identified more successfully, and that green maize varieties be promoted more effectively and rapidly. This study clarifies the main disease resistance level of northeast and north spring maize test varieties in recent year, and provides a reference for future variety breeding, validation, and promotion, so as to support the green development of China’s maize seed industry.

13th Five-Year; Northeast and North China; spring maize; variety; disease resistance

10.3724/SP.J.1006.2023.23031

本研究由國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2021YFD1201002)和全國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心橫向委托項(xiàng)目資助。

This study was supported by the National Key Research and Development Program of China (2021YFD1201002) and the Horizontal Scientific Research Program of National Agro-Technical Extension and Service Center.

路明, E-mail: lum7893@163.com; 楊洪明, E-mail: yhmym@126.com; 石潔, E-mail: shij99@163.com

E-mail: ccly0505@163.com

2022-04-13;

2022-07-22;

2022-08-19.

URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20220817.1644.006.html

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