玉米自交系對大斑病菌的抗性鑒定及抗性來源分析

孫瑞東 臧振原 慈佳賓 楊 巍 任雪嬌 姜良宇 ，2 楊偉光

（1吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，130118，吉林長春；2吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)博士后流動(dòng)站，130118，吉林長春）

玉米大斑病是由大斑病菌引起的真菌性病害，1876年首次在意大利[1]報(bào)道，而后相繼在美國、墨西哥等地發(fā)現(xiàn)，我國于1899年首次發(fā)現(xiàn)。近年來，玉米大斑病在我國多有發(fā)生，且危害嚴(yán)重，尤其發(fā)生在西南地區(qū)和東北地區(qū)[2]，一般會(huì)造成玉米減產(chǎn)15%～20%，嚴(yán)重時(shí)會(huì)減產(chǎn)50%以上，甚至絕產(chǎn)[3]，因此，防治玉米大斑病勢在必行。

目前，國內(nèi)外已報(bào)道0、1、2、3、N、1N、2N等16個(gè)玉米大斑病菌生理小種[4]，10個(gè)主效抗病基因，分別為Ht1、Ht2、Ht3、HtN、HtM、HtP、NNc、St、Ht4和Rt[5-9]。由于大斑病菌的生理小種數(shù)量眾多，變異復(fù)雜，目前推廣的品種多屬于?；云贩N，推廣幾年后抗性下降，所以應(yīng)用抗病品種是防治玉米大斑病最有效的途徑，而在常規(guī)抗病育種中篩選抗源材料是抗病育種最為重要的一環(huán)。桑立君等[10]通過對國內(nèi)外180份玉米自交系進(jìn)行抗性鑒定，高抗系僅占5.5%。曹天昌等[11]對496份玉米自交系進(jìn)行抗性鑒定，篩選出高抗材料僅為5份，抗病材料58份。前人研究多為單一抗性鑒定，本研究對玉米自選系抗性來源進(jìn)行分析，對185份玉米自交系進(jìn)行抗病鑒定并進(jìn)行分級，篩選抗病玉米自交系，為玉米抗病品種的研究提供基礎(chǔ)材料和理論參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料為185份玉米自交系，分為自選自交系和骨干系，自選系95份，骨干系90份。自交系Mo17（中抗）和獲白（高感）分別為抗、感對照。供試大斑病病菌株為混合菌，由吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)種子科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)室分離保存。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 接種菌的制備 將高粱粒用水煮沸30min，再用高壓滅菌鍋滅菌1h，取出備用。接種前把菌株放在PDA培養(yǎng)基平板上，在25℃條件下培養(yǎng)4～5d，對滅菌后的高粱粒進(jìn)行接種，繼續(xù)25℃培養(yǎng)至高粱粒長滿菌絲，將高粱粒備用。

1.2.2 鑒定方法 采用人工接種鑒定的方法，在玉米大喇叭口期，將高粱粒放入植株心葉中，每株接種5～10粒，每個(gè)自交系至少接種10株。接種后24h內(nèi)人工輔助噴施清水，提高植株心葉內(nèi)的濕度，增加病菌侵染成功的幾率。

1.2.3 抗病鑒定圃設(shè)置 試驗(yàn)在吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)田間試驗(yàn)基地溫室進(jìn)行，單行區(qū)，行長5m，密度為6萬株/hm2，2次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。

1.2.4 評價(jià)方法 在玉米乳熟期之后進(jìn)行調(diào)查，以玉米棒三葉為主要調(diào)查對象，調(diào)查玉米棒三葉上下兩部分葉片發(fā)病情況。田間鑒定采用的反應(yīng)分級和抗性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：葉片上無病斑或僅在穗位下部葉片上有少量病斑，病斑占葉面積少于5%，為高度抗病，簡稱高抗（high resistance，HR）；穗位下部葉片上有少量病斑，占葉面積的6%～10%，穗位上部葉片有零星病斑，為抗?。╮esistance，R）；穗位下部葉片上病斑較多，占葉面積的11%～30%，穗位上部葉片有較多病斑，為中度抗病，簡稱中抗（moderate resistance，MR）；穗位上下部葉片上有大量病斑，病斑相連，占葉面積的31%～70%，為感?。╯usceptibility，S）；全株葉片基本被病斑覆蓋，葉片枯死，為高度感病，簡稱高感（high susceptibility，HS）。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米自交系抗病性評價(jià)

將185份玉米自交系進(jìn)行2年的重復(fù)鑒定試驗(yàn)。2017年鑒定結(jié)果如表1所示，大斑病病情表現(xiàn)為1級（HR）的種質(zhì)僅有16份，占鑒定材料的8.65%；病情表現(xiàn)為3級（R）的種質(zhì)61份，占鑒定材料的32.97%；病情表現(xiàn)為5級（MR）的種質(zhì)有36份，占鑒定材料的19.46%；病情表現(xiàn)為7級（S）的種質(zhì)有38份，占鑒定材料的20.55%；病情表現(xiàn)為9級（HS）的種質(zhì)有34份，占鑒定材料的18.37%。其中7份自選系表現(xiàn)為高抗，37份表現(xiàn)為抗病，分別占自選系鑒定材料的3.78%和20.00%。

表1 2017年不同來源的玉米種質(zhì)對大斑病的抗性鑒定結(jié)果Table 1 Resistance identification results of Exserohilum turcicum from different sources of maize germplasms in 2017

2018年鑒定結(jié)果如表2所示，大斑病病情表現(xiàn)為1級（HR）的種質(zhì)僅有16份，占鑒定材料的8.65%；病情表現(xiàn)為3級（R）的種質(zhì)59份，占鑒定材料的31.89%；病情表現(xiàn)為5級（MR）的種質(zhì)有38份，占鑒定材料的20.54%；病情表現(xiàn)為7級（S）的種質(zhì)有39份，占鑒定材料的21.08%；病情表現(xiàn)為9級（HS）的種質(zhì)有33份，占鑒定材料的17.84%。其中7份自選系表現(xiàn)為高抗，36份表現(xiàn)為抗病，分別占自選系鑒定材料的3.78%和19.46%。不同玉米自交系對于大斑病的抗性差異較大，表現(xiàn)抗病的種質(zhì)相對較多，中抗及以上的種質(zhì)共113份，占鑒定材料數(shù)的近61.08%，但表現(xiàn)為高抗的種質(zhì)較少，僅有16份。主要以3級和5級抗病種質(zhì)為主，占抗病種質(zhì)總數(shù)的52.43%；而38.92%的種質(zhì)表現(xiàn)感病或高度感病。表3和表4分別是玉米自選系和骨干系具體病斑面積和抗性評級。

表2 2018年不同來源的玉米種質(zhì)對大斑病的抗性鑒定結(jié)果Table 2 Resistance identification results of Exserohilum turcicum from different sources of maize germplasms in 2018

2.2 玉米自交系抗性來源初步分析

玉米大斑病抗性是由質(zhì)量抗病性和數(shù)量抗病性共同控制，這種多基因聯(lián)合控制的抗病性可以通過育種程序累加來獲得[12]。通過分析不同玉米自交系的血緣，可大致分析出不同玉米自交系的抗性來源，為改良玉米抗病自交系提供理論基礎(chǔ)。

通過連續(xù)2年抗性鑒定（表3、表4），篩選出 B12-1、J1881、J1577、J1828、6L1072、3DH2- 99、3DH2-108、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7、

Y8、Y9高抗自交系共16個(gè)，其中B12-1、J1881、J1577、J1828是由Y6改良獲得，可能帶有相同的抗性基因；而6L1072是由Y25改良而來，3DH2-99、3DH2-108是通過DH選育，可能抗性基因來源不同。

表3 95份自選玉米自交系大斑病2017-2018年抗性鑒定結(jié)果Table 3 Resistance identification results of 95 self-selected maize inbred lines in 2017-2018

表4 90份骨干玉米自交系大斑病多年抗性鑒定結(jié)果Table 4 Multi-year resistance identification results of 90 elite maize inbred lines

由J1577和B12-1改良自交系，選育出6S4-30、6S4-44、6S4-32、7S5-25、7S5-29 等，抗病性優(yōu)良。由Y70和B12-1作為親本，選育出5S3-53-1、5S3-29-1、5S3-96-1、5S3-98、6S4-32、6S4-11、6S4-13等，其中只有5S3-53-1和5S3-29-1表現(xiàn)為中抗，其他均為感病或高感。由此推斷Y70和B12作為親本在抗性表現(xiàn)上更加傾向Y70，推斷上述自交系的感病基因可能來自Y70，而抗病基因可能來自B12。

由Y57和Y70、Y42、Y25混粉作為親本選育出了 7H1、7H2、7H15、7H16、7H17、7H18、7H19，他們多為抗病，而Y70、Y42、Y25混粉作為親本改 良 出 7L120、7L124、7L145、7L1406、7L1411、7L1420為感病或高感，以Y23為主的先鋒母本多為感病自交系，推斷抗性來源為Y57。

3 討論

通過分析不同玉米自交系的來源，發(fā)現(xiàn)父本系 Y6、Y25、B12-1、J1881、J1577和 旅 大 紅 骨系Y11、Y22、5S3-96-1大多表現(xiàn)為抗病，瑞德系Y58、Y70、J4195、J1490等多為感病或高感，瑞德系抗性一般，但大多自交系配合力較好，通過將部分父本系血緣引入瑞德系，得到高配合力且高抗自交系。但將旅大紅骨系血緣引入瑞德系，改良系抗性較好但配合力一般，所以可通過引入父本系血緣改良自交系。

高衛(wèi)東等[13]進(jìn)行玉米病害鑒定結(jié)果表明先鋒群抗性表現(xiàn)為中抗，與本試驗(yàn)結(jié)果大致相符，溫義鵬等[14]研究表明昌7-2抗性為中抗，而在本試驗(yàn)中昌7-2抗性為高感，出現(xiàn)這種情況的原因可能是大斑病的生理小種不同，或者是由于環(huán)境條件影響導(dǎo)致結(jié)果偏差。

雖然大斑病抗性來源復(fù)雜，受多基因共同控制，但通過材料改良和抗病基因累加可以改善玉米自交系的抗性[11]。然而，玉米自交系改良時(shí)間漫長，改良結(jié)果不穩(wěn)定，通過篩選抗性基因，應(yīng)用分子標(biāo)記、遺傳作圖等技術(shù)，對玉米大斑病抗性基因進(jìn)行染色體定位，數(shù)量性狀基因座（quantitative trait locus）分析[15]可以加快抗病玉米自交系選育。開展抗病多基因聚合育種，通過輪回選擇和群體改良快速、高效、準(zhǔn)確地選育抗病玉米自交系。

4 結(jié)論

通過2年連續(xù)鑒定，從185份自交系中篩選出高抗自交系16份，其中自選系7份，通過抗性來源的初步分析，發(fā)現(xiàn)Y6和其改良的自交系B12-1、J1881、J1577抗病性遺傳穩(wěn)定。本試驗(yàn)自選自交系大多為改良自交系，改良基礎(chǔ)大多為Y70、Y6、Y23、Y5等，通過抗性鑒定試驗(yàn)和其對應(yīng)雜交種可以得知，Y6、Y5為高抗，Y70等為高感，通過血緣分析，Y6和Y70改良自交系B12-1、J1881、J1577、5S3-53-1、3L1585都是抗病自交系，由于Y6為高抗，Y70為高感，可以推斷由Y6可以將抗性遺傳給后代，故推斷Y6在改良抗病玉米自交系中可能起到關(guān)鍵作用。綜上可知，Y6和其改良的自交系B12-1、J1881、J1577可以用作改良玉米大斑病抗性的材料。