玉米自交系齊319對彎孢霉葉斑病抗性的遺傳分析

劉翠娜, 代君麗, 吳劉記, 邢小萍， 李洪連, 袁虹霞

(1.河南農(nóng)業(yè)大學植物保護學院，河南 鄭州 450002；2.河南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，河南 鄭州 450002)

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玉米自交系齊319對彎孢霉葉斑病抗性的遺傳分析

劉翠娜1, 代君麗1, 吳劉記2, 邢小萍1， 李洪連1, 袁虹霞1

(1.河南農(nóng)業(yè)大學植物保護學院，河南 鄭州 450002；2.河南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，河南 鄭州 450002)

以玉米自交系齊319(抗)×昌7-2(感)組合的P1、P2、F1、F24個世代為材料,采用植物數(shù)量性狀主基因+多基因混合遺傳模型，分析了該組合苗期及成株期抗病遺傳特點,揭示了齊319對玉米彎孢霉葉斑病的抗性遺傳規(guī)律。結果表明：齊319苗期抗性遺傳符合2對加性-顯性主基因+加性-顯性多基因模型；成株期抗性遺傳符合2對加性-顯性主基因+加性-顯性多基因模型?？刂艶2群體苗期與成株期抗性的主基因遺傳率分別為65.14%和83.98%，表明齊319對彎孢霉葉斑病的抗性是兩對主基因起主要作用。

玉米；齊319；彎孢霉葉斑??；抗性；遺傳分析

玉米彎孢霉葉斑病(Curvularialeaf spot)是近些年在中國主要玉米產(chǎn)區(qū)新發(fā)生的一種重要葉部病害。該病主要危害玉米葉片，發(fā)病嚴重時葉片布滿病斑，提早干枯，可造成玉米減產(chǎn)20%～60%[1-4]。選用抗病品種是防治該病的有效途徑，而抗病育種的成效取決于抗源的篩選和對抗病遺傳規(guī)律的認識。國內外學者主要對玉米彎孢霉葉斑病的生物學特性[5,6]、發(fā)病規(guī)律[7]、防治方法[8]及品種抗性鑒定[9]等方面進行了研究,但在其抗性遺傳方面的報道較少。趙君等[10]用ADAA模型分析了玉米對彎孢霉葉斑病抗性的遺傳效應，并估計了它們的預測值，但對于具體的遺傳模型，并沒有全面清晰的描述。近年來，主基因+多基因遺傳模型在數(shù)量性狀的遺傳分析上得到了廣泛的應用，主基因+多基因遺傳模型分析能使數(shù)量性狀的表型特征得到較全面的描述[11]。齊319是中國玉米育種的骨干自交系,具有抗大斑病、小斑病、彎孢霉葉斑病等多種病害的特征[12]。本研究采用主基因+多基因遺傳模型4世代聯(lián)合分析方法對齊319抗玉米彎孢霉葉斑病的遺傳規(guī)律進行分析，旨在為玉米抗彎孢霉葉斑病遺傳改良和抗病育種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 玉米自交系 抗病自交系齊319和感病自交系昌7-2由河南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院提供，作者對2個自交系的抗病性進行了田間接種驗證。利用齊319和昌7-2構建了雜交組合群體F1和F2代。

1.1.2 玉米彎孢霉葉斑病菌 玉米新月彎孢菌(Curvularialunata)是從商丘市郊采集的病害標樣，經(jīng)分離鑒定保存。

1.2 試驗方法

1.2.1 苗期抗病性鑒定 將齊319×昌7-2雜交組合的P1(15株)、P2(15株)、F1(20株)、F2(287株)4個世代種植在花盆中(15 cm×15 cm)，單株播種。待玉米3葉期時，進行人工接種鑒定。

1.2.2 成株期抗病性鑒定 2013年6月中旬，在河南農(nóng)業(yè)大學科教園區(qū)種植該組合的P1(20株)、P2(20株)、F1(31株)、F2(277株)代。在玉米抽雄期進行人工接種鑒定。

1.2.3 病原菌人工接種 新月彎孢菌在PDA培養(yǎng)基上培養(yǎng)后，轉接于高粱米培養(yǎng)基上培養(yǎng)誘導產(chǎn)孢，制成孢子懸浮液，孢子懸浮液濃度為1×105個·mL-1孢子。利用猴頭噴霧器進行葉片噴霧接種，接種后用2小塊吸有水的脫脂棉球放置于葉片上，套保鮮袋保濕24 h。待充分發(fā)病后調查病情級別，病情分級標準參照趙君的標準[13]，按照病斑占葉面積的多少分為0～9級。

2 結果與分析

2.1 齊319×昌7-2雜交組合的親本及F2代單株對彎孢霉葉斑病的抗性分析

苗期2親本病級平均數(shù)分別為1.67和7.40，成株期親本病級平均數(shù)分別為2.40和8.00。獨立樣本t測驗表明，兩親本在玉米,2個生育期的病級均存在顯著差異(P<0.05)(表1)。偏峰度都為0的分布為標準的正態(tài)分布，由F2代不同病級分布頻數(shù)圖(圖1)可知，F(xiàn)2代分離群體成株期分布的偏度值和峰度值分別為0.184、0.761；苗期分布的偏度值和峰度值分別為0.488、-0.887，說明F2代的病級數(shù)在玉米2個生育期均是呈偏態(tài)分布，而且均是右偏，遺傳趨勢是一致的。成株期的分布比正態(tài)分布的陡峭，苗期的分布比正態(tài)分布平緩。由此可知，齊319在2個玉米生育期對彎孢霉葉斑病的抗性表現(xiàn)均屬數(shù)量性狀特征，且可能存在主基因。

2.2 齊319×昌7-2雜交組合抗彎孢霉葉斑病的遺傳分析

表1 親本及F2代單株病級分析Table 1 Analysis of disease grade in the parents and F2 generation

圖1 苗期和成株期的齊319×昌7-2雜交組合F2代單株病級的頻數(shù)分布Fig.1 Frequency distribution of disease grade per plant for the seedling stage and adult stage in F2 generation derived from the cross Qi319×Chang 7-2

模型Model極大似然函數(shù)值Maximumlikelihoodvalue成株期Adultstage苗期SeedlingstageAIC值AICvalue成株期Adultstage苗期SeedlingstageB-1-700.704041-716.9344481423.4080811455.868896B-2-703.242859-718.9257811420.4857181451.851562B-3-707.603271-741.1218871425.2065431492.243774B-4-716.506897-748.5723881441.0137941505.144775B-5-719.250793-729.3185421448.5015871468.637085B-6-720.169739-746.5454711448.3394781501.090942E-0-700.387573-714.5194701424.7751461453.038940E-1-700.405945-714.6508791418.8118901447.301758E-2-703.122559-718.0007321416.2451171446.001465E-3-703.356812-739.9303591412.7136231485.860718E-4-707.627930-744.3242801419.2558591492.648560E-5-714.709961-747.0511471435.4199221500.102295E-6-706.800781-730.0724491417.6015621464.144897A-1-705.425842-720.5956421422.8516851453.191284A-2-707.661316-741.1708371425.3226321492.341675A-3-722.246948-732.5312501454.4938961475.062500A-4-741.270996-770.5639651492.5419921551.127930D-0-702.678162-717.6862791421.3563231451.372559D-1-703.117310-717.9494631420.2346191449.898926D-2-709.989807-739.9296261431.9796141491.859253D-3-710.000549-747.0313111432.0010991506.062622D-4-710.000427-747.0313111432.0008541506.062622C-0-709.133484-746.9628301430.2669681505.925659C-1-709.996216-747.0288091429.9924321504.057617

表3 最適模型適合性測驗結果Table 3 Tests for goodness-of-fit in some models

Notes: Numbers in the parentheses in uniformity text are the probability values; *significantly different at 0.05 probability level, respectively.

2.2.2 遺傳參數(shù)估計 根據(jù)最適遺傳模型各成分分布參數(shù)，采用最小二乘法估計出一階遺傳參數(shù)和二階遺傳參數(shù)(表4)。苗期4個世代平均病級數(shù)為4.450，第1對基因的加性效應、顯性效應、顯性度分別為-2.285、0.875 9；第2對主基因的加性效應、顯性效應、顯性度分別為-0.470 9、-0.466 3、0.990 2。結果表明，第1對主基因的加性效應較大，可降低2.29%的發(fā)病程度，第2對主基因的加性效應較小，可降低0.47%的發(fā)病程度，且第1對主基因對玉米彎孢霉葉斑病的抗性起主要作用，顯性效應和加性效應的比值均小于1，說明控制玉米彎孢霉葉斑病發(fā)病程度的2對主基因均為負向的部分顯性，并且都以加性效應為主；2對基因的顯性效應均為負，說明其減輕了發(fā)病程度，增強了抗病性。

成株期4個世代平均病級數(shù)為5.181，第1對基因的加性效應為-2.571；第2對主基因的加性效應為-1.049。結果表明，第1對主基因的加性效應較大，可降低2.57%的發(fā)病程度，第2對主基因的加性效應較小，可降低1.05%的發(fā)病程度，第1對主基因對彎孢霉葉斑病的抗性起主要作用，主基因間無顯性效應。

F2代苗期抗性主基因遺傳率為65.14%,多基因遺傳率為13.44%。F2代成株期抗性主基因遺傳率為83.98%，多基因遺傳率為13.21%，說明該組合2個生長時期的抗性主基因遺傳率均為高度遺傳力。

表4 遺傳參數(shù)估計值Table 4 Estimates of genetic parameter

注：m為群體均值；d為主基因的加性效應；a和b表示2對主基因的序列號；h表示2對主基因的顯性效應；[d]和[h]分別為多基因的加性效應和顯性效應；σ2mg為主基因方差；σ2p為表型方差；σ2pg為多基因方差；h2pg為群體多基因遺傳率；h2mg為群體主基因遺傳率。

Notes: misthemeanofthepopulation, distheadditiveeffectofmajorgene, aandbisserial-numberoftwomajorgenes; histhedominanteffectoftwomajorgenes; [d]and[h]istheadditiveeffectandthedominanteffectofpolygene,respectively; σ2mgisthevarianceofmajorgene; σ2pisthephenoypicvariance, σ2pgisthevarianceofpolygene; h2pgistheheritabilityofpolygeneandh2mgistheheritabilityofmajorgene．

3 結論與討論

齊319對玉米彎孢霉葉斑病的抗性是數(shù)量性狀遺傳，苗期抗性的遺傳模型為E-2模型，即2對加性-顯性主基因+加性-顯性多基因模型；成株期抗性遺傳模型為E-3模型，即2對加性主基因+加性-顯性多基因模型?？刂泼缙诤统芍昶诳剐赃z傳的主基因遺傳率分別為65.14%,83.98%，均為高度遺傳力，說明齊319對彎孢霉葉斑病的抗性是主基因起主要控制作用。趙君等[13]對P138等8個玉米自交系的不完全雙列雜交組合進行遺傳分析，結果在所有抗感組合中均檢測到了加性效應，部分組合中發(fā)現(xiàn)了顯性效應，并在其中1個抗感組合的抗性遺傳組分中檢測到了上位性效應。本研究同樣發(fā)現(xiàn)加性效應是主要的遺傳組分，顯性效應次之，沒有檢測到上位性效應的存在。

戴法超等[3]對玉米不同生育期對玉米彎孢霉葉斑病的抗性表現(xiàn)進行了研究，發(fā)現(xiàn)玉米苗期抗病性較強，隨著生育期的進展，抗性逐漸減弱，在13葉期最感病，說明玉米對彎孢霉葉斑病的抗性具有階段性。本研究在苗期抗性遺傳組分中發(fā)現(xiàn)了加性效應和顯性效應并存，而在成株期抗性遺傳組分中只發(fā)現(xiàn)了加性效應。因此推測，這種階段性的抗性可能是導致苗期與成株期基因間效應存在差異的重要原因。本研究中控制苗期和成株期抗性遺傳的主基因遺傳率分別為65.14%和83.98%，存在一定差異，造成這種差異的原因可能是苗期抗病性較強，苗期F2代群體抗性級別方差比成株期大，導致主基因遺傳率較小。

植物數(shù)量性狀主基因+多基因混合遺傳模型多世代聯(lián)合分析方法與QTL(Quantitative trait locus)定位檢測主基因的數(shù)量相對一致[14]。作者正在用齊319×昌7-2組合的F2群體開展抗彎孢霉葉斑病的QTL定位研究，以期從分子水平進一步闡明齊319抗彎孢霉葉斑病的遺傳機制，發(fā)掘與主基因效應緊密連鎖的分子標記，為玉米抗彎孢霉葉斑病的分子標記輔助育種提供理論依據(jù)。

致謝：河南農(nóng)業(yè)大學李玉玲教授幫助構建了2個玉米自交系雜交組合F1代群體，特此表示感謝。

[1] 法 超,王曉鳴,朱振東,等.玉米彎孢菌葉斑病研究[J].植物病理學報,1998, 28(2): 123-129.

[2] 石 潔,劉玉瑛,魏利民.玉米彎孢菌葉斑病病原菌的研究[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學學報,2000, 31(5): 479-481.

[3] 戴法超,高衛(wèi)東,王曉鳴,等.玉米彎孢菌葉斑病的初步研究簡報[J].植物保護,1996, 22(4): 36-37.

[4] 石 潔,劉玉瑛,劉愛國,等.河北省玉米彎孢霉葉斑病發(fā)生調查[J].河北農(nóng)業(yè)大學學報,1998, 21(2): 94-98.

[5] SHAMSI S, YASMIN A.Curvulariaharveyishipton:a new hyphomycetes record for Bangldaesh.Bangladesh[J]. Plant Taxon, 2007, 14(1): 67-69.

[6] 白元俊,陳 彥.玉米彎孢霉葉斑病菌的生物學特性研究[J].遼寧農(nóng)業(yè)科學,1998(5): 9-13.

[7] 張定法.玉米彎孢霉葉斑病初侵染源的研究[J].河南農(nóng)業(yè)科學,1998(8): 24-25.

[8] 趙寶祥,于興昌,趙曉玲,等.玉米彎孢霉葉斑病的發(fā)病因素及綜合防治技術[J].山東農(nóng)業(yè)科學,2001(3): 28.

[9] 李賀年,齊巧麗,趙來順，等.玉米黃斑病研究IV.品種抗病性鑒定[J].河南農(nóng)業(yè)大學學報,1998, 21(4): 64-67.

[10]趙 君,王國英,胡 劍, 等.玉米彎孢菌葉斑病抗性的ADAA遺傳模型的分析[J].作物學報,2002, 28(1): 127-130.

[11]蓋鈞鎰.植物數(shù)量性狀遺傳體系的分離分析方法研究[J]. 遺傳,2005, 27(1): 130-136．

[12]王艷麗,吳 堅,吳芳勇.齊319在種質改良中的應用[J].農(nóng)業(yè)科技通訊,2013(8): 87-89.

(責任編輯：蔣國良)

Genetic analysis of resistance toCurvularialeaf spot of maize(ZeamaysL.) inbred line Qi319

LIU Cuina1, DAI Junli1, WU Liuji2, XING Xiaoping1， LI Honglian1, YUAN Hongxia1

(1.College of Plant Protection, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China;2.College of Agronomy, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China)

The experiment was conducted by the method of major gene plus polygenes mixed genetic model with materials of four generations (P1， P2，F(xiàn)1， F2) from a cross of maize(ZeamaysL.) inbred line Qi319 (resistance)× Chang7-2 (susceptible). The aim was to reveal the resistant heredity rule of inbred line Qi319 toCurvularialeaf spot by analyzing the resistance in seedling stage and adult stage for four generations (P1， P2， F1， F2). The experimental results indicated that the resistant heredity in seedling stage fit two pairs of additive-dominance major genes+additive-dominance polygenes model; the resistant heredity in adult stage fit two pairs of additive major genes +additive-dominance polygenes model. The major gene heribility of F2generation in two growth periods was 65.14% and 83.98% respectively, which indicated the two major genes of inbred line Qi319 played the dominant role in resistance toCurvularialeaf spot .

maize; Qi319;Curvularialeaf spot; resistance; genetic analysis

2014-07-28

河南省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系項目(S2010-02-G05)；“十二五”國家糧豐工程項目(2012BAD04B07)

劉翠娜(1987-)，女，河南長垣人，碩士研究生，從事玉米抗病遺傳方面的研究。

袁虹霞(1966-)，女，河南項城人，副教授，碩士研究生導師。

1000-2340(2015)02-0234-05

S435

A