34份新選育玉米自交系抗瘤黑粉病鑒定及抗性遺傳分析

摘要：2018—2020年連續(xù)3年對(duì)34份玉米自交系進(jìn)行抗瘤黑粉病人工接種鑒定，篩選到高抗玉米瘤黑粉病材料8份，占鑒定總材料的23.5%；抗材料4份，占鑒定材料的11.8%；中抗材料7份，占鑒定材料的20.6%；感病材料15份，占鑒定材料的44.1%。利用F2群體對(duì)8份高抗材料進(jìn)行瘤黑粉病抗性遺傳分析，抗感植株分離比例和適合性測驗(yàn)證明，自交系Z17HEB-19、Z17HEB-29、Z17HEB-35和Z17HEB-38對(duì)玉蜀黍黑粉菌的抗性可能受1對(duì)顯性單基因控制。該研究結(jié)果為今后我國玉米瘤黑粉病抗性種質(zhì)的引進(jìn)及利用提供重要參考。

關(guān)鍵詞：玉米自交系；瘤黑粉??；抗性評(píng)價(jià)；遺傳分析

中圖分類號(hào)S435.131文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611（2023）06-0141-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.06.034

Identification of 34 Newly Maize Inbred Lines Resistance to Common Smut and Analysis of Resistance Genetics

XIAO Minggang1，2

（1.Biotechnology Institute，Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences，Harbin，Heilongjiang? 150028;2.Postdoctoral Programme，Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences，Harbin，Heilongjiang? 150086）

AbstractFrom 2018 to 2020，34 newly maize inbred lines were identified and evaluated for resistance to common smut.The results showed that eight maize inbreds were highly resistant to common smut，accounting for 23.5%.Four maize inbreds were resistant to common smut，accounting for 11.8%.Seven maize inbreds were moderately resistant to common smut，accounting for 20.6%.Fifteen maize inbreds were susceptible to common smut，accounting for 44.1%.Ustilago zeae was used to test the F2 populations for analyzing the inheritance of common smut resistance in the eight highly resistance maize inbred lines.Genetic analysis suggested that Z17HEB19，Z17HEB29，Z17HEB35 and Z17HEB-38 of eight inbred lines probably carried a single dominant gene conferring their resistance to common smut.The results provided useful information for the introduction of maize germplasms and genetic improvement for resistance to common smut.

Key wordsMaize inbred lines;Common smut;Resistance evaluation;Genetic analysis

玉米瘤黑粉病是我國玉米生產(chǎn)中的一種重要病害，由玉蜀黍黑粉菌（Ustilago zeae（Beckm.） unger）侵染引起，在侵染部位形成形狀各異、大小不一的腫瘤，土壤、氣流和種子均可傳播，且在整個(gè)生育期的不同時(shí)期均可侵染發(fā)病，因此，玉米瘤黑粉病在我國普遍發(fā)生，發(fā)病率一般為5%～10%，嚴(yán)重時(shí)可造成30%～80%的產(chǎn)量損失［1-3］。近年來，因耕作制度的變革、常年連作、推廣品種缺乏抗性及適宜的氣候條件，使得瘤黑粉病在我國各玉米產(chǎn)區(qū)逐漸加重，對(duì)玉米安全生產(chǎn)帶來越來越大的影響［4-8］。河北省隆堯縣2014年玉米瘤黑粉病大發(fā)生，云南省大關(guān)縣2015年玉米瘤黑粉病大發(fā)生，及2016年河北省玉米瘤黑粉病大面積暴發(fā)，均造成玉米大面積減產(chǎn)［9-12］。2014—2016年，前期高溫干旱、中后期低溫多雨等適宜發(fā)病的環(huán)境條件導(dǎo)致玉米瘤黑粉病普遍發(fā)生，東北三省受侵染玉米面積高達(dá)995.33萬hm2［13］。2015—2017年，玉米瘤黑粉病在甘肅省天水市普遍發(fā)生，一般田間病株率為5%～12%，造成玉米產(chǎn)量損失高達(dá)15%以上［14］。因此，有效防治玉米瘤黑粉病的發(fā)生和危害對(duì)于玉米的安全生產(chǎn)具有重要意義。

選育抗病品種是控制玉米瘤黑粉病發(fā)生和危害最經(jīng)濟(jì)有效的措施，而豐富的抗病種質(zhì)資源則是抗病育種的材料基礎(chǔ)。國內(nèi)很多學(xué)者對(duì)于玉米瘤黑粉病抗性種質(zhì)資源篩選和鑒定做了大量工作。通過人工接種鑒定，姜曉穎等［15］、薛春生等［16］、王澤浩［6］、賈嬌等［17］均篩選到對(duì)瘤黑粉病具有抗性的資源，抗性資源占比分別為81.0%、42.1%、100.0%和85.9%。而于玲玲等［18］、王鐵兵等［19］、段燦星等［20］和張文潔［21］的鑒定結(jié)果則相反，在所鑒定材料中，僅有少量玉米自交系對(duì)瘤黑粉病具有抗性，占比分別為25.0%、23.3%、32.9 %和34.3%。嚴(yán)理等［22］采用苗期注射人工接種方法評(píng)價(jià)了22個(gè)玉米品種對(duì)瘤黑粉病的抗性，結(jié)果表明，73%的品種具有抗性。而施艷等［23］的鑒定結(jié)果表明，參試玉米品種對(duì)瘤黑粉病的抗性水平在不同年份間差異較大。鮮食玉米新品種中也存在對(duì)瘤黑粉病具有抗性的品種，周天旺等［24］認(rèn)為鮮食玉米品種中抗瘤黑粉病品種比較豐富，抗性品種占比為89.4%，而郭成等［25］鑒定結(jié)果則表明，鮮食玉米中抗瘤黑粉病的品種較為匱乏，占比僅為11.9%。段燦星等［26］在田間自然發(fā)生條件下通過多年多點(diǎn)田間調(diào)查發(fā)現(xiàn)，玉米瘤黑粉病的發(fā)生受環(huán)境條件影響較大，需要自然發(fā)病和人工接種鑒定相結(jié)合才能獲得精準(zhǔn)表型。

目前玉米瘤黑粉病在我國各玉米種植區(qū)發(fā)生越來越普遍，危害也越來越嚴(yán)重，針對(duì)這種情況，筆者利用人工接種方法，對(duì)新選育的34份玉米種質(zhì)資源進(jìn)行玉米瘤黑粉病抗性鑒定和評(píng)價(jià)，并對(duì)高抗種質(zhì)資源進(jìn)行連續(xù)多年鑒定，探究其真實(shí)抗性水平，以期為玉米抗瘤黑粉病新品種培育篩選有效種質(zhì)資源；利用 F2群體對(duì)高抗瘤黑粉病材料進(jìn)行抗性遺傳分析并初步定位抗病基因，豐富抗玉米瘤黑粉病基因資源，為抗病基因的進(jìn)一步利用奠定基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1供試自交系

34份新選育的穩(wěn)定玉米自交系。抗病鑒定對(duì)照材料齊319高抗玉米瘤黑粉病，掖478高感玉米瘤黑粉病。2018—2020年連續(xù)3年對(duì)這些玉米材料進(jìn)行了抗瘤黑粉病鑒定，抗性評(píng)價(jià)以3年數(shù)據(jù)最高級(jí)別計(jì)算。

1.2供試病原菌

玉蜀黍黑粉菌（Ustilago zeae），分離自黑龍江省玉米發(fā)病組織，由筆者所在課題組采集、分離、純化、培養(yǎng)并保存。

1.3抗病鑒定圃設(shè)置［1］

玉米抗瘤黑粉病鑒定圃設(shè)在哈爾濱呼蘭，鑒定材料順序排列，每份材料種植4行，行長5.00 m，行距0.65 m，每行留25～30株，株距略小于大田生產(chǎn)，每份材料至少保苗100株，田間正常管理。在玉米展6～8葉期，采用注射法接種，7 d后進(jìn)行第2次接種，乳熟后期進(jìn)行抗性調(diào)查。

1.4人工接種及抗性評(píng)價(jià)

接種體制備、具體接種方法、反應(yīng)分級(jí)及抗性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)參見《玉米病蟲害田間鑒別手冊(cè)》［1］。

1.4.1玉米瘤黑粉病接種體準(zhǔn)備。

在田間采集玉米瘤黑粉病植株上的未破裂菌體，放置通風(fēng)處陰干，在干燥條件下保存。接種前，將保存的瘤體破碎，并將厚垣孢子團(tuán)充分碾碎，用50目細(xì)籮過篩，使病原菌成為均一的菌粉。在直徑90 cm培養(yǎng)皿中放置2～3層濾紙并充分浸潤，均勻撒入0.2 g菌粉/皿。25 ℃下保濕72 h，然后將每皿的菌粉洗入1 L水中，配制成濃度約為1×105孢子/mL接種液，接種液中加入0.5 g/L 的葡萄糖［1］。

1.4.2玉米瘤黑粉病人工接種方法。

在玉米6～8葉期時(shí)采用注射法人工接種。接種時(shí)，在植株中部接近生長點(diǎn)的部位從外向內(nèi)且刺入心葉內(nèi)，注射菌液2 mL/株。7 d后進(jìn)行第2次接種，接種后田間正常管理［1］。

1.4.3玉米瘤黑粉病抗性評(píng)價(jià)。

在玉米進(jìn)入乳熟后期進(jìn)行調(diào)查，逐株調(diào)查每份材料，分別調(diào)查總株數(shù)、發(fā)病株數(shù)，計(jì)算發(fā)病株率。發(fā)病株率0～1.0%為1級(jí)（HR），發(fā)病株率1.1%～5.0%為3級(jí)（R），發(fā)病株率5.1%～10.0%為5級(jí)（MR），發(fā)病株率10.1%～40.0%為7級(jí)（S），發(fā)病株率40.1%～100%為9級(jí)（HS）［1］。

1.5高抗玉米瘤黑粉病材料抗性遺傳分析

用高抗玉米材料與感病自交系掖478雜交，產(chǎn)生F2分離群體，在玉米6～8葉期時(shí)人工接種相應(yīng)的F2 群體和感病對(duì)照掖478，7 d后第2次人工接種，乳熟后期調(diào)查每個(gè)F2單株發(fā)病狀況［1］。計(jì)算各群體抗、感個(gè)體的分離比例，用SAS 8.2軟件（SAS Institute，Raleigh，NC，USA）計(jì)算分離比例的χ2值和概率值，進(jìn)行分離比例的適合性測驗(yàn)。

2結(jié)果與分析

2.1新選育自交系對(duì)瘤黑粉病的抗性鑒定與評(píng)價(jià)2018和2019年連續(xù)2年采用注射法評(píng)價(jià)了34份玉米自交系對(duì)瘤黑粉病的抗性，抗病對(duì)照齊319發(fā)病株率分別為0和0.8%，表現(xiàn)為高抗，感病對(duì)照掖478感病株率為89.3%和89.1%，表現(xiàn)為高感，抗感對(duì)照發(fā)病率差異明顯，鑒定結(jié)果有效。在34份待鑒定材料中，共篩選到19份玉米自交系對(duì)瘤黑粉病具有抗性，占鑒定材料的55.9%，其中高抗材料8份（Z17HEB-17、Z17HEB-19、Z17HEB-20、Z17HEB-29、Z17HEB-31、Z17HEB-35、Z17HEB-38和Z17HEB-39），占鑒定材料的23.5%，抗材料4份（Z17HEB-12、Z17HEB-22、Z17HEB-32和Z17HEB-42），占鑒定材料的11.8%，中抗材料7份（Z17HEB-14、Z17HEB-24、Z17HEB-25、Z17HEB-27、Z17HEB-34、Z17HEB-37和Z17HEB-44），占鑒定材料的20.6%，感病材料9份（Z17HEB-11、Z17HEB-16、Z17HEB-18、Z17HEB-21、Z17HEB-30、Z17HEB-33、Z17HEB-36、Z17HEB-40和Z17HEB-43），占鑒定材料的26.5%，高感材料6份（Z17HEB-13、Z17HEB-15、Z17HEB-23、Z17HEB-26、Z17HEB-28和Z17HEB-41），占鑒定材料的17.6%。鑒定結(jié)果表明，在新選育的34份玉米材料中，有豐富的玉米瘤黑粉病抗原，可用于抗病親本的選育及抗病材料的改良，以減輕玉米瘤黑粉病的危害，減少制種成本，提高制種產(chǎn)量。

2.2高抗材料抗玉米瘤黑粉病重復(fù)鑒定

2020年對(duì)8份高抗玉米瘤黑粉病材料，又進(jìn)行了重復(fù)鑒定，感病對(duì)照掖478發(fā)病株率為87.1%，抗病對(duì)照齊319發(fā)病株率為0，抗感對(duì)照充分發(fā)病，人工接種鑒定有效。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，自交系Z17HEB-17、Z17HEB-19、Z17HEB-20、Z17HEB-29、Z17HEB-31、Z17HEB-35、Z17HEB-38和Z17HEB-39共8份材料3年間玉米瘤黑粉病抗性表現(xiàn)穩(wěn)定，反映了其真實(shí)抗性水平（表1）。這些自交系可作為玉米抗瘤黑粉病的重要抗性資源，以拓展我國玉米抗瘤黑粉病種質(zhì)的遺傳基礎(chǔ)。

2.3高抗玉米瘤黑粉病材料抗性遺傳分析

8份高抗自交系與感病對(duì)照掖478配制雜交組合，人工接種 F2群體，F(xiàn)2單株對(duì)玉蜀黍黑粉菌的抗感表現(xiàn)結(jié)果表明，組合掖478/Z17HEB-19、掖478/Z17HEB-29、掖478/Z17HEB-35和掖478/Z17HEB-38的F2群體抗感植株比例都符合3∶1的分離比，而組合掖478/Z17HEB-17 、掖478/Z17HEB-20、掖478/Z17HEB-31和掖478/Z17HEB-39的F2群體抗、感植株比例不符合3∶1的分離比（表2），說明自交系Z17HEB-19、Z17HEB-29、Z17HEB-35和Z17HEB-38對(duì)玉蜀黍黑粉菌的抗性可能受1對(duì)顯性單基因控制。

3討論

玉米瘤黑粉病屬于土傳病害，一旦傳入很難根除，防治困難。玉米瘤黑粉病在整個(gè)生育期都能發(fā)生，田間噴藥很難起效，同時(shí)從生產(chǎn)成本和環(huán)境保護(hù)角度看，化學(xué)方法也不能作為防治玉米瘤黑粉病的首選措施。

連續(xù)2年人工接種鑒定評(píng)價(jià)了34份玉米自交系對(duì)瘤黑粉病的抗性，共篩選到19份玉米自交系對(duì)瘤黑粉病具有抗性，占鑒定材料的55.9%，其中高抗材料8份，且抗性穩(wěn)定，感病材料15份，占鑒定材料的44.1%。這些抗病資源將會(huì)在一定程度上拓寬我國玉米抗病種質(zhì)遺傳基礎(chǔ)，對(duì)我國玉米抗病資源創(chuàng)制及抗病品種培育具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

8份高抗自交系與感病對(duì)照掖478配制雜交組合，人工接種 F2群體，利用F2群體抗感表現(xiàn)型對(duì)11份高抗玉米瘤黑粉病材料進(jìn)行抗性遺傳分析，結(jié)果表明組合掖478/Z17HEB-19、掖478/Z17HEB-29、掖478/Z17HEB-35和掖478/Z17HEB-38的F2群體抗感植株比例都符合3∶1的分離比，說明自交系Z17HEB-19、Z17HEB-29、Z17HEB-35和Z17HEB-38對(duì)玉蜀黍黑粉菌的抗性可能受1對(duì)顯性單基因控制。

盡管質(zhì)量抗性基因和數(shù)量抗性基因有明顯的不同，但在某些情況下，質(zhì)量抗性基因更像是一個(gè)主效QTL［27-28］。自交系Z17HEB-17、Z17HEB-19、Z17HEB-29、Z17HEB-31、Z17HEB-35和Z17HEB-38年際間感病植株百分率均有波動(dòng)，而自交系Z17HEB-20和Z17HEB-39年際間感病植株百分率比較恒定，均為0.8%，但病瘤數(shù)量、病瘤大小和病瘤產(chǎn)生部位可能有差異。僅根據(jù)病情級(jí)別，自交系Z17HEB-19、Z17HEB-29、Z17HEB-35和Z17HEB-38對(duì)瘤黑粉病的抗性可能受1對(duì)顯性單基因控制，而如果綜合考慮病情級(jí)別、病瘤大小、病瘤數(shù)量、危害程度及環(huán)境因素，自交系Z17HEB-19、Z17HEB-29、Z17HEB-35和Z17HEB-38對(duì)瘤黑粉病的抗性也可能受少數(shù)主效QTL控制，存在微效基因的作用。下一步將重點(diǎn)開展質(zhì)量單基因或主效QTL 位點(diǎn)的定位。

參考文獻(xiàn)

［1］王曉鳴，石潔，晉齊鳴，等.玉米病蟲害田間手冊(cè)：病蟲害鑒別與抗性鑒定［M］.北京： 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2010.

［2］李春民，徐雅潔，于俊香，等.2000年巴林左旗玉米瘤黑粉病大發(fā)生的原因及防治對(duì)策［J］.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科技，2001（5）：42-43.

［3］鄂文弟，王振華，張立國，等.玉米瘤黑粉病的研究進(jìn)展［J］.玉米科學(xué)，2006，14（1）：153-157.

［4］張成華，劉鐵山，高新學(xué)，等.我國玉米抗病育種進(jìn)展及育種對(duì)策［J］.玉米科學(xué)，2006，14（S1）：5-6.

［5］石菁，張金文，陸繼有.玉米瘤黑粉病抗性鑒定技術(shù)的評(píng)價(jià)［J］.玉米科學(xué)，2010，18（1）：131-134.

［6］王澤浩.張掖市制種玉米品種對(duì)瘤黑粉病和絲黑穗病抗病性鑒定［J］.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2013（19）：141-143.

［7］謝穎，喬喜紅，楊成德.張掖市玉米瘤黑粉病及銹病發(fā)生進(jìn)程初探［J］.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，48（2）：58-61.

［8］李錦龍，賀建華，柳曉玲.蘭州市旱作玉米瘤黑粉病發(fā)生特點(diǎn)及防治措施初探［J］.中國植保導(dǎo)刊，2015，35（3）：41-44.

［9］高炳華.隆堯縣玉米瘤黑粉病發(fā)生情況及防治措施［J］.中國農(nóng)技推廣，2015，31（5）：48-49.

［10］袁曉逸.玉米瘤黑粉病發(fā)生與防治［J］.中國農(nóng)業(yè)信息，2016（4）：108-109.

［11］邊亞輝.玉米瘤黑粉病的危害與防治［J］.河北農(nóng)業(yè)，2016（1）：39-40.

［12］張書.皖北玉米瘤黑粉病的發(fā)生與防治［J］.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2017（12）：124，128.

［13］梁爽.玉米抗瘤黑粉病QTL定位［D］.沈陽：沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)，2018.

［14］王雙全，謝謙，張升恒，等.天水市玉米瘤黑粉病發(fā)生情況調(diào)查及藥劑防治研究［J］.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2018（9）：135-136.

［15］姜曉穎，薛春生，高穎，等.東北地區(qū)玉米骨干自交系對(duì)瘤黑粉病抗性的研究［J］.種子，2009，28（2）：57-58.

［16］薛春生，姜曉穎，高穎，等.19 種骨干自交系對(duì) 5 種玉米主要病害的抗性鑒定研究初報(bào)［J］.玉米科學(xué)，2009，17（3）：124-126.

［17］賈嬌，張偉，孟玲敏，等.71 份新選育自交系對(duì)主要玉米病害的抗性分析［J］.東北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2021，46（5）：47-50.

［18］于玲玲，李媛，黃艷紅，等.20份黃改系玉米自交系抗病性鑒定及配合力分析［J］.種子，2020，39（5）：110-113.

［19］王鐵兵，王鵬，蔣建軍，等.玉米自交系對(duì)瘤黑粉病抗性鑒定及遺傳多樣性分析［J］.西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2020，29（11）：1729-1740.

［20］段燦星，朱振東，武小菲，等.玉米種質(zhì)資源對(duì)六種重要病蟲害的抗性鑒定與評(píng)價(jià)［J］.植物遺傳資源學(xué)報(bào)，2012，13（2）：169-174.

［21］張文潔.瘤黑粉菌侵染玉米的組織細(xì)胞學(xué)差異及自交系抗性鑒定［D］.沈陽：沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)，2020.

［22］嚴(yán)理，李智敏，陳佳，等.不同玉米品種對(duì)瘤黑粉病抗性的初步鑒定［J］.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2017，43（1）：42-46.

［23］施艷，燕照玲，王珂，等.河南省夏玉米品種對(duì)6種主要病害的抗性評(píng)價(jià)［J］.河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，48（6）：95-98，105.

［24］周天旺，王春明，張小杰，等.47份鮮食玉米對(duì)絲黑穗病和瘤黑粉病的抗性鑒定與評(píng)價(jià)［J］.中國蔬菜，2020（3）：51-55.

［25］郭成，張小杰，王春明，等.42份鮮食玉米品種對(duì)絲黑穗病和瘤黑粉病的抗性［J］.西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2021，30（9）：1427-1433.

［26］段燦星，董懷玉，李曉，等.玉米種質(zhì)資源大規(guī)模多年多點(diǎn)多病害的自然發(fā)病抗性鑒定［J］.作物學(xué)報(bào)，2020，46（8）：1135-1145.

［27］BADUAPRAKU B，GRACEN V，BERGSTROM G.A major gene for resistance to anthracnose stalk rot in maize［J］.Phytopathology，1987，77（6）：957-959.

［28］JUNG M，WELDEKIDAN T，SCHAFF D，et al.Generationmeans analysis and quantitative trait locus mapping of anthracnose stalk rot genes in maize［J］.Theoretical and applied genetic，1994，89（4）：413-418.

基金項(xiàng)目黑龍江省博士后基金項(xiàng)目（LB-Z14186）。

作者簡介肖明綱（ 1974—） ，男，河南虞城人，副研究員，博士，從事玉米抗病種質(zhì)資源鑒定及抗性遺傳分析。

收稿日期2022-05-15