玉米大斑病的研究進(jìn)展

王慧慧++張文忠++蘆明++連培紅++申海斌

摘 要：近年來玉米大斑病連年發(fā)生，給玉米生產(chǎn)造成嚴(yán)重?fù)p失。為了給抗玉米大斑病育種提供可靠的依據(jù)，本文從玉米大斑病的發(fā)生與危害、玉米大斑病菌生理小種的分化、玉米大斑病抗性基因的研究進(jìn)展和抗性材料的篩選等方面闡述了關(guān)于玉米大斑病的相關(guān)研究進(jìn)展，并對存在的問題進(jìn)行分析和展望。

關(guān)鍵詞：玉米大斑??；生理小種；抗性基因；分子標(biāo)記

中圖分類號：S435.131 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2016.12.032

Research Progress of Northern Corn Leaf Blight

WANG Huihui， ZHANG Wenzhong， LU Ming， LIAN Peihong， SHEN Haibin

（Millet Research Institute， Shanxi Academy of Agriculture Sciences， Changzhi， Shanxi 046011， China）

Abstract：Northern corn leaf blight occurred successively in recent years， which caused serious losses to corn production. In order to give a reliable basis for resistance breeding to NCLB， this paper introduced the development and damage of NCLB， the physiological races variation of Exserohilum turcicum， the researches on resistance genes of northern corn leaf blight and the screening of resistant material.The problems were analyzed and prospects were put forward.

Key words： northern corn leaf blight； physiological races； resistance genes； molecular markers

玉米大斑病是玉米生長過程中主要病害之一，自1876年在意大利首次報(bào)道后，在美洲、歐洲、亞洲和大洋洲的冷涼地區(qū)廣泛發(fā)生。大斑病的發(fā)生對玉米產(chǎn)量影響嚴(yán)重，一般減產(chǎn)20%左右，嚴(yán)重時(shí)減產(chǎn)可達(dá)50%[1-2]。在我國玉米大斑病主要發(fā)生在東北、華北春玉米區(qū)和西南部分春玉米區(qū)，近年來，由于新小種出現(xiàn)和品種等原因，玉米大斑病呈現(xiàn)加重的趨勢[2-4]，引起了廣大育種工作者的高度重視。國內(nèi)外的專家學(xué)者對玉米大斑病進(jìn)行了多方面的研究，而且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，取得了一些新的進(jìn)展。

1 玉米大斑病的發(fā)生與危害

玉米大斑病是由大斑病長蠕孢引起的病害，主要危害玉米的葉片，也可侵染葉鞘和苞葉，但不危害果穗。感病的葉片初期出現(xiàn)青灰色斑點(diǎn)，隨病斑擴(kuò)展變成灰褐色或褐色。玉米植株一般從基部葉片開始發(fā)病，逐步侵染中上部葉片，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致植株死亡。大斑病菌可以菌絲體或分生孢子在玉米病殘?bào)w上越冬，而且田間植株葉片的病斑產(chǎn)生的分生孢子可以在風(fēng)力作用下長距離傳播。在玉米生長期，中溫、高濕、寡照的氣候條件有利于大斑病的發(fā)生和流行[5]。玉米大斑病的發(fā)生甚至?xí)又赜衩赘o腐病的發(fā)生，對玉米產(chǎn)量和品質(zhì)影響很大[6]。

調(diào)查表明，2002年以來，玉米大斑病的發(fā)生表現(xiàn)為明顯加重的趨勢，給玉米生產(chǎn)造成嚴(yán)重?fù)p失[7]。2004年山西省北部地區(qū)忻府、定襄、原平、五臺、代縣、繁峙等地發(fā)病面積為種植面積的60%以上，減產(chǎn)約4.95萬kg[8]。2006年烏蘭浩特市玉米大斑病發(fā)病面積為種植面積的80%以上[9]。2011—2012年山西省連續(xù)兩年玉米大斑病大發(fā)生，2011年發(fā)病面積為75萬hm2，2012年達(dá)88.53萬hm2[10]。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，2012年全國玉米大斑病發(fā)病面積達(dá)到568.1萬hm2，持續(xù)近年來的發(fā)病加重趨勢[11]。

2 玉米大斑病病菌的生理小種分化

玉米大斑病的寄主很廣泛，玉米、高粱、蘇丹草、約翰遜草、大芻草和摩擦禾，還有其他禾本科植物。玉米大斑病菌分非專化型（玉米、高粱都能致病的菌系，多核細(xì)胞菌絲體為異核體）和?；停ǘ嗪思?xì)胞菌絲體為同核體，分為玉米專化型和高粱?；停?。對于玉米?；痛蟀卟【鶕?jù)對單基因Ht1、Ht2、Ht3和HtN的毒性差異分為1號小種（0小種）、2號小種（1小種）、3號小種（23小種）、4號小種（23N小種）和5號小種（2N小種）[5]。

20世紀(jì)70年代起我國開始開展對玉米大斑病菌生理分化的監(jiān)測工作。最初鑒定結(jié)果表明只有0小種，后來陸續(xù)監(jiān)測到1小種和23小種，以0小種為優(yōu)勢小種[12-14]。但是隨著人們對玉米大斑病的研究及對抗玉米大斑病材料的篩選和應(yīng)用，玉米大斑病小種分化和變異也在加劇，目前玉米大斑病的全部16個(gè)生理小種均有報(bào)道。2005—2006年王玉萍等[15]在對100個(gè)玉米大斑病菌菌株分析鑒定后，發(fā)現(xiàn)0、1、2、3、N、12、13、1N、23、2N、3N、12N、123N、123和23N共15個(gè)生理小種，優(yōu)勢生理小種仍是0和1小種。隗爽[16]在山西省不同地區(qū)的28個(gè)分離物中共鑒定出0、1、2、12、13、23、12N和123N 8個(gè)生理小種，其中12和12N小種分別占17.9%，其他小種所占比例均低于15%。2008—2010年張小飛等[17]對西南地區(qū)采集分離到的146個(gè)菌株鑒定，鑒定出9個(gè)生理小種，0小種為絕對優(yōu)勢小種。張秀霞等[18]對東北三省22個(gè)縣的玉米大斑病生理小種動態(tài)變化進(jìn)行研究，共鑒定出14個(gè)生理小種，0和1小種為優(yōu)勢小種。郭麗婕[19]對19個(gè)菌株的生理小種進(jìn)行鑒定后得到9個(gè)生理小種，包括13、12、N、2、0、1N、2N、12N和13N。

3 玉米大斑病抗性基因的研究進(jìn)展

玉米大斑病抗性分多基因抗性和單基因抗性。多基因控制的抗性也稱為病斑數(shù)抗性，明顯的作用是延遲病斑發(fā)展，減少病斑數(shù)。由單基因控制的抗性稱為褪綠病斑抗性，其作用是限制病斑擴(kuò)展，但不減少病斑數(shù)目[5]。

多基因抗性屬于數(shù)量性狀，發(fā)病后表現(xiàn)為萎蔫型病斑。大部分玉米品種都有這種抗性，但抗性強(qiáng)度存在差異。研究表明，控制多基因抗性的基因定位于多條染色體上。這種抗性的遺傳效應(yīng)分為加性、顯性和上位效應(yīng)，在雜交組合中加性效應(yīng)作用較大，非加性效應(yīng)作用較小，雜交種的抗性介于親本之間，多傾向于抗性強(qiáng)的親本。多基因抗性不易因新小種出現(xiàn)影響抗病性，能夠在較長時(shí)間里保持穩(wěn)定[20-22]。H.G.Welz等[23]用D32和D145構(gòu)建了F3家系，研究發(fā)現(xiàn)，通過區(qū)間作圖在LOD=2.5時(shí)，A、B、C組均有12～13個(gè)QTL，且均在3（bin3.06/07）、5（bin5.04）、8（bin8.05/06）定位了QTL。黃烈健等[24]用P138和綜3構(gòu)建了F2：3家系群體，分別定位了3個(gè)玉米大斑病病斑長的QTL（分別位于1、3、5號染色體）、3個(gè)病斑寬的QTL（分別位于3、5、8號染色體）和2個(gè)病斑面積的QTL（分別位于3、5號染色體）。鄭祖平等[25]以Mo17和黃早四親本構(gòu)建了重組自交系，并用 103個(gè)SSR標(biāo)記構(gòu)建遺傳連鎖圖譜，通過復(fù)合區(qū)間作圖在2號染色體上定位了3個(gè)QTL，在8號染色體上定位了2個(gè)QTL。

目前，國內(nèi)外對單基因抗性基因研究報(bào)道較多的是Ht1、Ht2、Ht3和HtN。Bentolid等[26]通過RFLP分子標(biāo)記將Ht1定位于2號染色體上，標(biāo)記umc1508與Ht1的遺傳距離為1 cm。Ht2首次由Zaitlin等[27]定位于8號染色體上。王靜暉等[28]通過分子標(biāo)記bn112.30和umc93把Ht2定位于8號染色體長臂上，并且發(fā)現(xiàn)在3號染色體長臂上這兩個(gè)標(biāo)記分布區(qū)間可能有Ht2同源序列。HtN也被定位在8號染色體長臂上，分別距離umc30a和umc117這兩個(gè)標(biāo)記5，7 cm，與Ht2的距離大約是10 cm[29]。Van Staden等[30]利用SCAR標(biāo)記首次把Ht3定位在7號染色體7.04區(qū)域，并驗(yàn)證了關(guān)于Ht1、Ht2和HtN的報(bào)道。程品冰[31]對與基因Ht2連鎖的4對引物和與Ht3連鎖的1對引物進(jìn)行檢測，認(rèn)為它們的可靠與使用性不大，對29對SSR引物檢測發(fā)現(xiàn)只有umc1684具有多態(tài)性，對30個(gè)RAPD引物分析得到一對與Ht3連鎖的特異性引物和一對與HtN連鎖的特異性引物，隗爽[16]在對22對SSR引物進(jìn)行檢測后未發(fā)現(xiàn)與Ht基因連鎖的SSR標(biāo)記，對300個(gè)RAPD引物分析發(fā)現(xiàn)5個(gè)比較穩(wěn)定的引物，但只得到兩個(gè)引物的序列，所以還需要更多地開展對Ht基因分子標(biāo)記的研究。

4 玉米大斑病抗性材料的篩選

影響玉米大斑病流行強(qiáng)度的因素中，除了氣候條件外，品種的抗性也是重要因素。所以利用抗病種質(zhì)資源，選育和種植抗病品種是控制玉米大斑病流行的有效措施。為選育優(yōu)良品種，專家學(xué)者對現(xiàn)有種質(zhì)資源和品種對玉米大斑病的抗性進(jìn)行了鑒定篩選。

桑立君等[32]對230份自交系資源進(jìn)行大斑病接種鑒定，鑒定結(jié)果顯示高抗系11份，占總份數(shù)的4.8%，高感系45份，占19.6%。趙輝[33]對28個(gè)遼寧省推廣玉米品種采用7個(gè)生理小種進(jìn)行抗性鑒定，結(jié)果顯示，生理小種混合接種后高抗品種占17.86%。張小利[34]對499份玉米種質(zhì)進(jìn)行0、1和N小種接種鑒定，篩選出抗病材料分別為11份、15份和18份（分別占2.2%，3.01%和3.61%），在對150份材料對123N抗性鑒定中沒有發(fā)現(xiàn)表現(xiàn)高抗的材料。張治家等[35]對山西省推廣的部分玉米品種進(jìn)行大斑病抗性鑒定，發(fā)現(xiàn)高抗材料3份，其中潞玉39抗性最好。

5 玉米大斑病抗性育種存在的問題及展望

盡管國內(nèi)外對玉米大斑病進(jìn)行了多方面的研究，但在抗病育種方面還是存在諸多問題的。第一，我國玉米大斑病生理小種分化復(fù)雜，且存在豐富的遺傳多態(tài)性[19，33]。因此應(yīng)繼續(xù)監(jiān)測玉米大斑病生理小種分化，進(jìn)一步明確其分布情況，以便有針對性地選育抗病品種。第二，對玉米大斑病分子標(biāo)記的研究還需要加強(qiáng)。鑒于生理小種的復(fù)雜性，將單基因抗性與多基因抗性有效結(jié)合，不僅可以增強(qiáng)品種抗病性，而且可以使其抗病性相對保持穩(wěn)定[5]。利用分子標(biāo)記輔助選擇將大大推進(jìn)玉米大斑病抗性育種的進(jìn)程。第三，我們目前的抗玉米大斑病種質(zhì)資源還比較少。優(yōu)良的種質(zhì)資源是選育抗病品種的基礎(chǔ)，所以豐富現(xiàn)有種質(zhì)資源是非常重要的工作，應(yīng)積極創(chuàng)新改良玉米種質(zhì)資源，同時(shí)加強(qiáng)引進(jìn)優(yōu)良種質(zhì)資源。

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