玉米紋枯病研究進展

趙茂俊　張志明　李晚忱　潘光堂

摘要玉米紋枯病已成為我國玉米生產上一種重要病害．且有逐年加重的趨勢。本文系統(tǒng)介紹了玉米紋枯病癥狀、病原苗、致病機理、發(fā)病規(guī)律、防治措施以及玉米紋枯病抗性遺傳等方面的研究進展，并從實際出發(fā)，提出了抗玉米紋枯病育種的分子標記輔助選擇策略。

關鍵詞植物病理學；玉米紋枯病；發(fā)生與防治

中圖分類號S435．131．49

玉米紋枯病是目前我國玉米產區(qū)一種普遍發(fā)生的玉米病害，1966年僅吉林省有發(fā)生記載^[1]，20世紀70年代以后，隨著玉米種植面積的迅速擴大和高產栽培技術的不斷推廣，該病發(fā)展蔓延較快，病情加重，大多省份均有發(fā)生的報道。在南方玉米種植區(qū)，一般年份發(fā)病率為40％左右，嚴重時達70％，個別地塊或品種高達100％^[2]；制種田發(fā)病率更高，一般年份植株發(fā)病率在50％以上，并且有逐年加重的趨勢^[3]。在西南玉米種植區(qū)，由于玉米生長期氣溫高、濕度大，紋枯病已成為五米第一大病害。

1癥狀

玉米紋枯病主要侵害葉鞘，其次是葉片、果穗及苞葉。發(fā)病嚴重時，能侵入堅實的莖稈。最初多由近地面的1～2節(jié)葉鞘發(fā)病，后侵染葉片并向上蔓延。病斑開始水浸狀，橢圓形或不規(guī)則形，中央灰褐色，邊緣深褐色，常多個病斑擴大匯合成云紋狀斑塊，包圍整個葉鞘，使葉鞘腐敗，并引起葉枯。果穗受害，苞葉上同樣產生褐色云紋狀病斑，內部籽粒、穗軸均變褐色腐爛。莖稈被害病斑褐色，形狀不規(guī)則，后期露出纖維素。環(huán)境潮濕時，病斑上可見菌蝗體白色。病部組織內或葉鞘與莖稈間常產生褐色不規(guī)則顆粒狀菌核，成熟的菌核極易脫離寄主，遺落田間。

2病原菌

多數研究者認為，玉米紋枯病的病原菌有立枯絲核菌(Rhizoctoniasolani)、禾谷絲核菌(R.Cerea-lis)和乇蜀黍絲核菌(R.zeae)3個種^[4-5]，其中玉蜀黍絲核菌常危害果穗導致穗腐，禾谷絲核菌主要侵害小麥，而玉米紋枯病的主要病原菌是立枯絲核菌。

玉米紋枯病的病原菌根據菌絲融合測定可分為不同的融合群。高衛(wèi)東報道，華北地區(qū)玉米上的77個分離菌株分屬R．solani中的AG-1-IA、AG-1-IB、AG-3、AG-5等多核菌絲融合群和R.cerea-lis中的CAG-3、CAG-6、CAG-8、CAG-9、CAG-10等雙核菌絲融合群，以AG-l-IA為優(yōu)勢菌群，CAG-10對玉米致病性也較強^[5]；肖炎農報道，湖北省的玉米紋枯病菌為AG-l-IA、AG-4、AG-5、AGB(0)、AGE和WAG－Z等6個融合群，其中AGB(0)是國內首次在玉米上分離到，且致病性強；陳厚德等發(fā)現(xiàn)江蘇省有AGI－IA和AG－1－IC；譚方河對西南地區(qū)廣泛分布的AG－4和AG－1－IA進行接種檢測，發(fā)現(xiàn)AG-4對玉米幼苗的致病力高于AG-l-IA，而AG-1-IA對玉米成株的致病力高于AG-4；李華榮等報道，四川除了AG-l-IA外，WAG-Z(R．zeue)也有較大比例，且有較強致病性。因此，AG-1-IA是我國玉米紋枯病的主要病原，但其他融合群的絲核菌也應引起重視。

玉米紋枯病菌寄主范圍較廣，在自然情況下可侵害15科200多種植物，包括玉米、高粱、麥類、水稻等主要糧食作物。其菌絲幼嫩時無色，較細，直徑4．35～10．05m，分隔距離較長，主枝30．45～282．75m，第1分枝30．45～181．25m。分枝呈直角、近直角或銳角，分枝處大多有縊縮現(xiàn)象，離分枝不遠處有隔膜。隨菌齡和分枝增加，新分枝細胞漸變粗短，達一定程度后糾結成菌核。菌核初為白色，后變?yōu)椴煌潭群稚习?、底凹或平，球形或橢圓形，表面粗糙，單生或多個結成不規(guī)則形，直徑1～15mm，表面有許多微孔。菌絲生長溫度最低為7～10℃，最適26～30℃，最高38～39℃；菌核形成溫度最低11～14℃．最適22℃，最高34～37℃，屬高溫型菌；菌核形成速度，最低14℃，11d；最高30℃，2d。

3病菌致病機理及侵染途徑

3．1致病機理

立枯絲核菌病害的組織病理學研究雖然早已受到國內外植病工作者的重視，但僅限有限寄主及菌株，這方面的研究在我國起步較晚，有關報道不多，而且侵染過程中的許多問題尚未完全澄清。陳捷等認為紋枯病菌可以產生一系列細胞壁降解酶，其中以多聚半乳糖醛酸酶(PG)、聚甲基半乳糖醛酸酶(PMG)和β－1，4一內切葡聚糖酶(Cx)為主要細胞壁降解酶，其活性受溫度、pH、反應時間和底物濃度等因素影響。紋枯病菌毒素對玉米的作用具有部位選擇性，研究表明，毒素對玉米種子萌發(fā)沒有明顯的抑制作用，但對葉片、葉鞘危害較為明顯，這正說明紋枯病屬于成株期侵染葉鞘葉片的病害。研究表明，在某種程度上病菌單一的毒素或酶在病菌侵染中不起決定作用，這兩種因子復合作用或包括菌絲機械壓力在內的其他因子共同作用決定病害的發(fā)生。已有的結果還表明病菌細胞壁降解酶的作用似乎要比毒素大。究竟以哪種因子為主以及各種因子如何協(xié)調作用還有待進一步研究。

碳水化合物、氮素化合物種類和數量的變化影響玉米抗病性。鄭達認為蔗糖、可溶性糖含量增高，抗病性降低；反之，則玉米的抗病性增高。唐麗認為可溶性蛋白和游離氨基酸含量與葉鞘相對病斑面積呈顯著正相關。這一結果從寄主生理生化角度解釋了過多施氮肥會加重玉米紋枯病發(fā)生。

3．2侵染途徑

陳捷等在研究玉米紋枯病病菌侵染過程中發(fā)現(xiàn)，病菌可通過表皮、氣孔和自然孔門3種途徑侵入寄主，其中以表皮直接侵入為主。病菌的侵入有兩種形式：一種是以菌絲端部侵入，另一種是先形成侵染墊，然后通過侵染釘侵入，侵染墊是病菌主要入侵結構。入侵時間為接種后12～24h。

4發(fā)病規(guī)律及防治措施

4．1病菌侵染循環(huán)

玉米紋枯病菌以遺留在土壤中和病殘株上的菌絲、菌核越冬，翌年土壤中和病殘株上存活的病菌逐漸擴展并接觸寄主莖基部而入侵，表面形成病斑后，病菌氣生菌絲伸長，向上部葉鞘發(fā)展，病菌常穿透葉鞘而危害莖稈，形成下陷的黑色斑塊。濕度大時，病斑長出很多白霉狀菌絲和擔孢子。擔孢子借風力傳播而造成再次侵染。也可以侵害與病部接觸的其他植株。病株上菌核落在土壤中，成為第2次侵染源。

4．2玉米發(fā)育階段與感病性

玉米紋枯病的發(fā)生發(fā)展受玉米生育期的影響，張春山等認為玉米從拔節(jié)期至灌漿期均可發(fā)病，但以抽穗揚花期危害最重，侵染蔓延最快，灌漿后期危害逐漸減輕；楊世文等報道，玉米苗期很少發(fā)病，喇叭口期至抽雄期始病，抽雄期病害開始擴展蔓延，揚花至成熟期發(fā)展速度逐漸增快，灌漿至成熟期病

情垂直發(fā)展最快，是危害的關鍵時期。

4．3病害流行條件

玉米紋枯病是靠接觸蔓延而短距離傳染的病害。因此，病害流行與否主要看菌絲的侵染力及其相應的適宜條件。菌絲的致病力受營養(yǎng)、病斑類型、菌齡以及各種生態(tài)條件影響而有很大差異。一般營養(yǎng)豐富，尤其是氮肥充足時菌絲和菌核生長好而且速度快，致病力強。病斑類型不同，其所產生的菌絲致病力亦有差異。新生病斑產生菌絲多、致病力強，老化病斑很少產生菌絲，即使產生少量菌絲，致病力也不強。此外，玉米紋枯病流行還與氣候、品種、種植密度、肥水條件和地勢等因素有關，其中氣候因素對玉米紋枯病的發(fā)展有重要影響，玉米紋枯病發(fā)生的最低溫度為13～15℃，最適溫度20～26℃，最高溫度29～30℃。病害發(fā)生期內，雨日多、濕度高，病情發(fā)展快；而少雨低濕則明顯抑制病害發(fā)展。

4．4防治措施

玉米紋枯病為多寄主的土傳病害，隨肥水提高而趨嚴重。目前防治此病大多采取減少越冬菌源，選用抗病品種，加強栽培管理，輔以噴藥保護的綜合措施。

4．4．1清除病原菌菌絲和菌核

遺落田問越冬的菌核是該病發(fā)生的重要初侵染來源，因此，倒茬輪作是經濟有效的防病措施。因病菌寄主范圍較廣，為了提高輪作防病效果，應盡量避免選用高粱、谷子、水稻、麥類等禾本科作物做輪作作物。此外，還應注意及時剝去基部感病葉鞘和葉片，以切斷病害發(fā)生的“橋梁”，防止病害繼續(xù)擴大蔓延；鏟除田邊雜草，清除遺留田問的病殘體，并進行深翻土地，將帶有菌核和病殘株的表土層翻壓在活土以下，消滅越冬菌源，以減少次年初侵染源。

4．4.2栽培防治

栽培防治是在高產：的前提下，利用耕作栽培措施以控制玉米紋枯病的發(fā)生和發(fā)展，此舉既有利于生態(tài)環(huán)境的平衡，也有利于寄主作物的生長發(fā)育。通常采用的方法有：

1)選擇優(yōu)良抗病的雜交種。品種間抗性有一定的差異，選用抗病或耐病的品種是防治該病最經濟有效的措施；

2)選擇播期。盡可能避免病害的發(fā)生高峰期與雨季相遇。大量實踐旺明：播期越早，玉米紋枯病發(fā)病越早，嚴重度越高，產量損失越大；

3)施肥。注意均衡施肥，防止后期脫肥，避免偏施氮肥，適量增施鉀肥；

4)排水及合理密植。注意及時開溝排水，合理密植，降低田間濕度，以減輕發(fā)病程度。

4．4．3藥物防治

化學藥劑多用于玉米基部，保護玉米葉鞘，早期防治效果好。現(xiàn)階段在農業(yè)生產上普遍應用的農藥有井岡霉素、硫菌靈(托布滓)、退菌特、多菌靈、代森鋅等，而以井岡霉素的防治效果為最好。

5抗性遺傳和抗病分子標記輔助選擇策略

5．1抗病資源篩選

不同玉米品系、品種間對紋枯病抗性有一定差異。王朝海等通過田間調查和人工接種，鑒定了627份品種資源和16個生產上主推品種，其中抗病品種資源198份，占總鑒定數的31．0％，抗病品種5個，占總鑒定數的0．8%。張敏等在人工接種條件下，對65個不同來源和遺傳類型的玉米材料進行廠抗紋枯病鑒定，未發(fā)現(xiàn)免疫和高抗的材料，抗和中抗的材料也很少，分別占3．1％和13．9％。楊愛國等連續(xù)兩年對全國范圍收集的45個玉米自交系進行田間抗病性鑒定。未發(fā)現(xiàn)對紋枯病免疫的自交系，高杭材料占昕鑒定總數的2．2％，中抗占17．S％，中感占55．6％，高感24．4％。其中Mol7、黃早四、478等我國玉米育種中應用較多的優(yōu)良自交系，對玉米紋枯病的抗性表現(xiàn)為中感到高感。

5．2抗性的數量性狀位點定位

近年來，玉米上許多抗病基因已被定位，如玉米大斑病、灰斑病、赤霉病、炭疽病、條斑病等，但對于抗玉米紋枯病基因的定位，國內外尚未見公開報道。關于這方面的研究，本課題組正在進行之中?？谇拔覀円呀洏嫿税?46個標記的SSR遺傳連鎖圖譜，并通過四川雅安和重慶一年兩點的田間抗病性鑒定，進行了玉米對紋枯病抗性數量性狀位點(quantttattvetrailloci，QFL)的初步定位；并將進一步加大連鎖圖譜的飽和度以及進行多年多點的田間抗病性鑒定．為抗紋枯病的QTL。精細定位和分子標記輔助選擇奠定基礎。

5.3玉米抗病育種分子標記輔助選擇

基因定位的應用之一就是進行分子標記輔助選擇，提高育種效率．為大規(guī)模培育優(yōu)良品系或品種創(chuàng)造條件。對于抗病育種，直接選擇需要創(chuàng)造特殊環(huán)境(人工接種)進行篩選鑒定，不僅育種時間長，而且受許多條件限制。借助與抗病基因緊密連鎖的分子標記，不但可以克服人工接種的局限，而且還可以在雜種早代進行準確選擇、清除連鎖累贅、縮短育種年限，大大提高選擇效率。

十多年來，關于分子標記的研究仍基本停留在標記鑒定、定位、作圖等基礎環(huán)節(jié)上，在育種中的成功應用還很不夠，其原因之一是定位工作與育種過程脫節(jié)。許多研究為了成功地篩選高效應值的QTL，總是首先選擇目標性狀差異大的親本構建作圖群體，一旦篩選到QTL。后，再與商業(yè)品種回交進行標記輔助選擇。這一過程不但增加了品種培育的時間，而且在不同的遺傳背景下，由于上位性的作用或者與QTL。相連鎖的標記在不同親本間多態(tài)性消失，導致選擇效率降低或分子標記輔助選擇無法進行。因此在今后抗紋枯病研究中應重視分子標記與輔助選擇相結合，選擇親本時采用分子標記輔助選擇與育種直接相關的材料，所構建的群體應盡可能做到既是遺傳研究群體，又是育種群體，從而縮短基因定位研究與育種應用的距離。

在分子標記輔助選擇中遇到的另一個問題是由于存在基因型與環(huán)境互作，導致不同環(huán)境下檢測到的QTL有差異，那些在不同環(huán)境下表現(xiàn)一致的基因型是需要的基因型。因此，在紋枯病的抗性遺傳研究中需進行多年多點的試驗，以找出在不同環(huán)境和條件下都存在的主效QTL，進而通過分子標記輔助選擇等方法進行基囚轉育和基因聚合，再輔之改良農藝性狀，就可望培育出抗病性較好，而綜合農藝性狀又優(yōu)良的目標品種。

分析當前對QTL。的研究狀況，由于QTL。定位的位置、效應因材料和試驗時間、地點不同而差異較大，不同群體間可比性較差，故在利用上可靠性較低。因此，對數量性狀標記輔助選擇的研究主要局限在理論上，育種應用中僅有少量報道。隨著QTL。精細定位的開展，在闡明QTL的位置、效應、作用方式后，數量性狀的分子標記輔助育種的應用前景是光明的。