外引玉米自交系青枯病抗性種質(zhì)資源篩選

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(黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院齊齊哈爾分院，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

玉米是全球第一大糧食作物。近年來，我國的玉米種植面積超過3 000萬hm2，其中2012年的種植面積為3 494.9萬hm2，當年總產(chǎn)量為20 812萬t[1]。目前玉米的種植面積和總產(chǎn)量已超過了水稻、小麥等谷類作物，成為我國第一大糧食作物[2]。玉米的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)對我國糧食安全生產(chǎn)至關(guān)重要。然而，由多種真菌和細菌侵染所引起的玉米青枯病(又稱莖腐病或莖基腐病)，嚴重制約著玉米的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)。據(jù)報道，玉米青枯病在全球各大玉米種植區(qū)均有發(fā)生。近幾十年來，玉米青枯病在我國有著發(fā)展和加重的趨勢，逐漸成為我國玉米抗病育種的主要障礙[3]。

目前，選育和利用優(yōu)異青枯病抗性種質(zhì)資源是防治青枯病最為經(jīng)濟有效的措施，然而由于玉米是外來引進作物，我國的玉米種質(zhì)資源遺傳基礎(chǔ)相對較為狹窄。因此，對外來玉米種質(zhì)資源的引進和利用，有助于我國玉米育種的技術(shù)創(chuàng)新和品種創(chuàng)新[4]。自上個世紀初期，我國引進了一批又一批的優(yōu)異玉米種質(zhì)資源，如Lancaster和Reid等，并且利用這些優(yōu)異自交系成功的選育出大量的優(yōu)良衍生系，包括吉846、齊318和沈137等[5-6]。我國已成功的引進多地區(qū)玉米種質(zhì)材料，初步緩解我國玉米種質(zhì)遺傳基礎(chǔ)狹窄問題，但它們在種質(zhì)擴增方面沒有發(fā)揮完全的作用，這是因為我國引進和改良外來種質(zhì)資源往往刻意追求快速選育自交系或組配雜交組合，針對種質(zhì)長期性的改良研究較少，對引進種質(zhì)缺乏系統(tǒng)性的分析和整理，引進自交系得不到充分利用。因此，種質(zhì)資源引進后對其主要性狀進行綜合評價有著不可替代的作用，是對其消化、利用和吸收的前提和基礎(chǔ)。本試驗對99份引進的玉米自交系進行田間種植鑒定評價其產(chǎn)量性狀、農(nóng)藝性狀，利用人工接種鑒定技術(shù)進行玉米青枯病的抗性評價，通過評價，挖掘農(nóng)藝性狀、抗病性等單一或綜合性狀優(yōu)良的自交系，為其在今后育種中有效利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為齊齊哈爾分院玉米室引進、收集的99份玉米自交系(見表1)。

1.2 病原菌的擴繁與接菌鑒定

將鐮刀菌及腐霉菌的復合菌接種到PDA培養(yǎng)基上，室溫下培養(yǎng)至培養(yǎng)基表面長滿菌絲后，將長滿菌絲的培養(yǎng)基切碎后轉(zhuǎn)移到高粱粒培養(yǎng)基中(無菌條件下進行)，在28 ℃恒溫箱中培養(yǎng)7 d，待高粱粒表面長滿菌絲后，可用作接種源。在大喇叭口期采用土埋法對玉米植株進行人工接菌，接菌前后各灌溉1次，此后保持充足的土壤水分。在乳熟期進行植株青枯病發(fā)病情況調(diào)查及抗性評價。調(diào)查標準見表2。

表1 99份供試玉米自交系

自交系904GEMN-0174LH222PHAW6PHR621538ICI893LH223PHBA6PHT222FACCICI581LH224PHBW8PHT692FADBJ8606LH59PHHH9PHVA92MCDBL135MBUBPHHV4PHV533IIH6L139MBWZPHJ65PHW306M502ALH160MM501DPHJ70PHVJ48M129LH165N209PHJ75PHWG5A661LH166N215PHJ89PHW43B73LH181N507PHJ90PHW53B86LH190N543PHK35R225B97LH192N545PHM10R230BCC03LH195N7APHM57SD102CS405LH202ND245PHN29T173E8501LH209ND249PHN37Tx110F118LH210ND253PHN73W8555GEMN-0110LH213ND301PHN82WIL900GEMN-0117LH214Oh605PHP60WIL901GEMN-0139LH215OQ101PHPR5WIL903GEMN-0141LH220HtOQ403PHR58

表2 玉米青枯病病情分級標準

級別描述標準1全株正常生長,中下部葉片出現(xiàn)青枯、青黃枯癥狀,莖基生長正常,果穗生長正常3全株葉片出現(xiàn)清枯癥狀,莖基生長正常,果穗生長正常5全株葉片出現(xiàn)典型青枯癥狀,莖基部變色且稍有水浸狀,果穗基本正常7全株葉片出現(xiàn)典型青枯癥狀,莖基部明顯變軟但不倒狀,果穗下垂,籽粒不飽滿9全株枯死且倒伏,莖基部維管束破裂,籽粒干癟

注：0<高抗(HR)≤3、3<抗病(R)≤5、5<感病(S)≤7級、7<高感(HS)≤9。

1.3 外引玉米自交系的農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量性狀評價

2015—2016年在黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院齊齊哈爾分院試驗基地，采用隨機區(qū)組設計，單行區(qū)，3次重復，行長4 m，行距65 cm，株距22 cm。在玉米生育期間對各小區(qū)進行調(diào)查，包括出苗期、抽絲期、散粉期和成熟期等，并在乳熟期后測量株高、穗位高、雄穗分支角度、雄穗主軸長和雄穗分枝數(shù)等主要農(nóng)藝性狀。收獲后調(diào)查相關(guān)產(chǎn)量性狀，穗長、穗粗、穗重、行粒數(shù)、穗行數(shù)、百粒重、出籽率和單株產(chǎn)量。

1.4 統(tǒng)計分析

運用Excel軟件和SPSS等軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 外引玉米自交系主要農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量相關(guān)性狀評價

99份外引玉米自交系主要農(nóng)藝性狀和主要產(chǎn)量相關(guān)性狀差異表現(xiàn)見表3。由表3可見，供試自交系的單株產(chǎn)量、出籽率、百粒重、穗長、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、禿尖、軸粗、株高、穗位高、雄穗分枝數(shù)、雄穗主軸長、雄穗分支角度、生育期和花期間隔等16個性狀指標的變幅分別在35.35～112.46、61.41～86.15、10.32～30.87、7.69～20.71、2.77～4.77、9.55～18.95、9.50～39.50、0.00～2.70、1.91～3.11、153.11～246.00、37.17～94.83、3.78～13.75、26.67～40.11、20.67～62.67、92.40～139.33和1.25～5.50之間，變異幅度較大；變異系數(shù)分別為27%、6%、24%、16%、10%、12%、21%、96%、10%、9%、16%、24%、8%、22%、12%和33%，說明供試自交系在主要農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量相關(guān)的各個性狀上都存在著較為明顯的差異。

表3 外引玉米自交系主要農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的差異表現(xiàn)

性狀 平均標準差最小值最大值變異系數(shù)單株產(chǎn)量(g)69.3418.5635.35112.4627%出籽率(%)77.404.7761.4186.156%百粒重(g)19.644.6710.3230.8724%穗長(cm)13.512.137.6920.7116%穗粗(cm)3.760.382.774.7710%穗行數(shù)13.891.699.5518.9512%行粒數(shù)24.925.319.5039.5021%禿尖(cm)0.550.530.002.7096%軸粗(cm)2.470.241.913.1110%株高(cm)206.8819.57153.11246.009%穗位高(cm)70.2911.5337.1794.8316%雄穗分枝數(shù)(個)7.961.903.7813.7524%雄穗主軸長(cm)32.882.7526.6740.118%雄穗分支角度(°)36.258.0720.6762.6722%生育期(d)121.1215.0792.40139.3312%花期間隔(d)2.530.831.255.5033%

根據(jù)實際生產(chǎn)要求，以植株偏矮、穗位適中、單產(chǎn)高、粒數(shù)多、百粒重大、禿尖少等作為主要育種目標。在99份外引自交系中，單株產(chǎn)量大于60 g的有68份，分別為8 M 129、3 IIH 6和2 FADB等；百粒重大于20 g的有50份，分別為2 FADB、PHJ 89和LH 181等；出籽率大于80%的有43份，分別為PHVJ 4、2 FACC和PHT 69等；禿尖小于0.5 cm的有59份，分別為PHBA 6、PHJ 90和2 MCDB等；株高在170～220 cm的有71份，分別為LH 223、PHR 62和J 8606等；穗位高在50～70 cm的有52份，分別為WIL 903、GEMN-0141和PHBA 6等。根據(jù)上述標準，99份外引自交系中共鑒定得到33份(見表4)表現(xiàn)優(yōu)異的自交系，分別為8 M 129、3 IIH 6和2 FADB等。

表7 高抗玉米自交系抗病性

自交系2015年病級2016年病級平均自交系2015年病級2016年病級平均2MCDB23.32.7PHJ6512.31.7B973.21.72.5PHK352.33.83GEMN-01172.72.12.4PHPR513.52.2J8606111PHR5813.52.2L13912.21.6PHVA90.55.32.9LH1661.23.62.4PHWG51.64.12.9LH1811.73.72.7LH1952.52.82.7LH1951.742.9PHPR51.642.8LH209132LH2140.210.6LH2152.31.31.8LH2132.43.63MBUB12.51.8LH209243N5430.710.8LH2151.31.71.5OQ10112.71.8

表4 33份優(yōu)異外引自交系

標準 自交系單產(chǎn)>60g;8M129、3IIH6、2FADB、 PHJ89、LH181、PHW30、PHVJ4、百粒重>20g;2FACC、WIL903、PHBA6、PHJ90、MBUB、LH214、LH213、 出籽率>80%;PHWG5、 PHJ65、 PHR58、 PHVA9、 GEMN-0141、PHT69、禿尖<0.5cm;OQ403、PHN73、LH165、BCC03、ND301、ND253、170<株高<220cm;PHJ75、PHN37、GEMN-0174、PHM10、LH224、CS405、50cm<穗位高<70cm;ND245

2.2 外引玉米自交系的熟期

生育期變幅在92.40～139.33 d之間，平均值為121.12 d，變異系數(shù)為12，變異系數(shù)較小。本研究采用王振華等[7]的標準對供試自交系生育期進行初步熟期劃分。結(jié)果見表5。外引99份自交系跨度5個熟期組，其中22份屬于早熟材料，占供試材料22.22%；3份屬于中早熟材料，占供試材料3.03%；10份屬于中熟材料，占供試材料10.1%；5份屬于中晚熟材料，占供試材料5.05%；59份屬于晚熟材料，占供試材料59.6%。引進該批次自交系整體熟期偏晚。

表5 玉米品種標準劃分熟期類型(黑龍江)

類型生育期(d)自交系早熟86～99OQ403、ND245、ND253、OQ101、PHJ75、PHW30、LH160、LH222、3IIH6、SD102、PHBA6、PHBW8、2MCDB、PHN29、L135、LH223、LH224、LH220Ht、N507、2FACC、J8606、LH165中早熟100～109ND249、PHR58、ND301中熟110～119A661、LH190、1538、PHVA9、PHN37、PHVJ4、LH166、PHWG5中晚熟120～124PHHV4、PHT69、LH202、CS405、PHJ89晚熟≥125L139、GEMN-0141、2FADB、PHJ90、PHM10、Oh605、PHN82、PHW43、MBUB、N543、B73、PHPR5、R230、PHW53、LH59、Tx110、B97、PHR62、LH181、LH210、PHK35、PHN73、BCC03、ICI581、GEMN-0117、6M502A、MBWZ、N209、PHT22、LH213、ICI893、LH192、N7A、GEMN-0110、8M129、LH214、E8501、PHHH9、MM501D、WIL903、N215、WIL900、PHJ65、LH215、PHJ70、N545、PHAW6、B86、WIL901、GEMN-0139、GEMN-0174、LH195、W8555、T173、R225、PHP60、PHM57、PHV53、F118

2.3 外引玉米自交系青枯病抗病性鑒定

99份外引玉米自交系的田間接菌鑒定結(jié)果見表6。99份外引玉米自交系的病害級別為0.6～9，平均病害級別為4.81。供試自交系的病害級別越高，說明該自交系的抗病性越差，易受到病原小種的侵染，這類外引自交系對本地品種的抗性病改良方面價值較低，但是在對于青枯病抗病研究具有重要意義，其中高抗自交系有25份(見表7)，占供試自交系的25.3%。

表6 99份玉米自交系抗病性

抗病性分類自交系數(shù)量病害級別高抗(HR)250.6～3抗病(R)283.1～5感病(S)305.1～7高感(HS)167.2～9

抗病自交系有28份，占供試自交系的28.3%。感病自交系有30份，占供試自交系的30.2%。高感自交系有16份，占供試自交系的16.2%(見表7)。

2.4 99份外引玉米自交系的主要性狀綜合評價

通過2年田間試驗，對99份外引自交系的主要農(nóng)藝、產(chǎn)量及青枯病抗病性進行綜合評價，從中篩選出12份育種潛力大、綜合性狀優(yōu)良的玉米自交系(表8)。

表8 12份玉米自交系的綜合性狀分析

自交系 特點LH181株高和穗位較低、花期間隔較短、高抗青枯病MBUB出籽率高、株高和穗位較低、花期間隔短、高抗青枯病LH195無禿尖、株高和穗位較低、高抗青枯病PHPR5產(chǎn)量高、出籽率高、株高和穗位較低、高抗青枯病LH214產(chǎn)量高、雄穗分支少、花期間隔較短、高抗青枯病LH213穗位較低、軸粗較細、高抗青枯病PHJ65出籽率較高、花期間隔較短、高抗青枯病LH209穗位較低、雄穗主軸較短、花期間隔較短、高抗青枯病PHR58產(chǎn)量高、出籽率高、穗位較低、雄穗分支角度較小、花期間隔短、高抗青枯病PHVA9出籽率較高、百粒重較重、雄穗主軸較短、生育期較短、花期間隔短、高抗青枯病LH215雄穗分支較少、雄穗分支角度較小、花期間隔短、高抗青枯病PHWG5出籽率較低、花期間隔較短、高抗青枯病

3 討 論

種質(zhì)資源匱乏、遺傳基礎(chǔ)狹窄嚴重制約著我國玉米育種的發(fā)展。同時，我國玉米生產(chǎn)面臨著遺傳脆弱性的威脅[8]。針對此狀況，我國玉米遺傳育種工作者開展了引進和改良外來種質(zhì)的工作，拓寬了我國的玉米遺傳基礎(chǔ)。外來種質(zhì)及改良系利用的前提是掌握其農(nóng)藝及產(chǎn)量基本性狀并進行配合力的分析，這對提高育種效率具有重要的指導意義。農(nóng)藝和產(chǎn)量性狀的研究是玉米育種一項重要的研究任務，在玉米種質(zhì)改良中起著不可替代的作用，盡管在生物技術(shù)和生物信息學快速發(fā)展的今天，科學、系統(tǒng)的評價種質(zhì)農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量性狀，并通過統(tǒng)計分析，對優(yōu)異種質(zhì)資源的挖掘和利用仍具有重要意義。以往許多學者對外來玉米種質(zhì)進行了諸多方面的研究[9-14]，一般認為我國應用引進種質(zhì)資源可采用直接或間接利用。

本研究對99份外引玉米自交系農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量性狀和抗病性進行了分析，結(jié)果表明，99份供試自交系中22份屬于早熟材料，3份屬于中早熟材料，10份屬于中熟材料，5份屬于中晚熟材料，59份屬于晚熟材料，引進該批次自交系整體熟期偏晚；其中LH 181、MBUB、LH 195、LH 214、PHPR 5、PHJ 65、LH 213、LH 209、PHR 58、PHVA 9、LH 215和PHWG 5等12個自交系育種潛力大、綜合性狀優(yōu)良、適合黑龍江省種植，育種中可以優(yōu)先加以利用，將其作為親本較易選育出綜合表現(xiàn)好或高產(chǎn)組合。通過2年的田間接菌鑒定，2 MCDB、B 97 和GEMN-0117等25份自交系對青枯病具有較高抗性，可作為新的青枯病抗性種質(zhì)擴充現(xiàn)有的種質(zhì)資源，在育種中進一步利用。

針對供試材料，為加快優(yōu)良外引自交系的利用，可將單一性狀表現(xiàn)較好的玉米自交系，如8 M 129(單產(chǎn))、3 IIH 6(出籽率)、OQ 403(禿尖)、2 MCDB(青枯病抗性)等，以及綜合性狀表現(xiàn)較好的LH 181(穗粗、百粒重、出籽率、單株產(chǎn)量、花期間隔)、PHPR 5(行粒數(shù)、穗粗、穗長、單株產(chǎn)量)、PHJ 65(花期間隔、主軸長、穗位高、株高)等自交系盡快投入到育種實踐中，用于選育優(yōu)良雜交組合；利用多種育種途徑和方法，通過外來基因與當?shù)鼗虻闹亟M，培育出適合當?shù)馗鼮閮?yōu)良的自交系。