山西省玉米區(qū)試材料穗腐病抗性分析

孟廣軍，王建明，張作剛，暢引東，賀 冰，胡春艷，董海龍，姚宏亮，鄭戈文，曹改萍

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，山西太谷030801；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)科研管理部，山西太谷030801；3.山西省農(nóng)業(yè)種子總站，山西太原030001）

玉米（Zea maysL.）是我國重要的糧食作物，同時(shí)也是重要的飼料作物、工業(yè)原料和能源植物。在諸多玉米病害中，玉米穗腐病，又稱玉米穗粒腐病，是玉米生產(chǎn)中重要的真菌性病害之一，在全世界廣泛發(fā)生且危害嚴(yán)重[1-4]。國內(nèi)玉米穗腐病病原菌主要是輪枝鐮孢（Fusarium verticillioides）和禾谷鐮孢（Fusarium graminearum）[5-9]，山西省玉米穗腐病的病原菌以輪枝鐮孢菌為優(yōu)勢菌種[5]。該病主要危害玉米雌穗，導(dǎo)致玉米籽粒甚至整個(gè)雌穗發(fā)霉腐爛，發(fā)病率一般為10%～20%，嚴(yán)重時(shí)可達(dá)30%～40%，感病品種高達(dá)50%左右，產(chǎn)量損失高達(dá)30%～40%[10-12]。病原菌還能產(chǎn)生大量的有害毒素，嚴(yán)重危害人畜健康[13-14]。玉米穗腐病的發(fā)生流行與玉米品種的抗病性密切相關(guān)，大面積種植感病品種是該病害流行的重要原因。因此，生產(chǎn)上對品種的抗性水平要求較高，有必要繼續(xù)加強(qiáng)山西省玉米品種抗穗腐病的選育，普遍提高其抗性水平，特別要加大高抗品種所占比例。因此，控制玉米穗腐病的發(fā)生與危害對玉米產(chǎn)量的提高具有重要作用，同時(shí)對山西省糧食生產(chǎn)穩(wěn)定和延伸產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)意義。

應(yīng)用抗病品種是目前控制和預(yù)防玉米穗腐病的最根本和最有效的措施[15]，而鑒定品種的抗病性以及了解品種的抗性動(dòng)態(tài)變化則是應(yīng)用抗病品種的重要前提。目前玉米穗腐病的研究主要集中在玉米品種的抗性、病原菌的種類、小環(huán)境氣候變化、種植密度、耕作方式、蟲害以及病原菌的侵染途徑等方面[16-17]，且以地區(qū)性玉米穗腐病優(yōu)勢菌種、抗病基因以及玉米蟲害與發(fā)病關(guān)系等方面的研究居多[18-20]，而針對某一地區(qū)玉米品種對穗腐病的抗病結(jié)構(gòu)和抗性變化動(dòng)態(tài)分析的相關(guān)報(bào)道較少，僅王琳娟等[21]分析了山西省玉米穗腐病抗性結(jié)構(gòu)和病情級別變化動(dòng)態(tài)。

本研究采用牙簽接種法，對2011—2018 年1 578 份山西省玉米區(qū)試材料進(jìn)行穗腐病抗性鑒定，對其抗性結(jié)構(gòu)、抗病變化動(dòng)態(tài)及趨勢進(jìn)行了全面系統(tǒng)分析，以期為山西省玉米抗病育種和病害的綜合防治提供理論依據(jù)，為玉米產(chǎn)業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

本研究以2011—2018 年山西省玉米區(qū)試鑒定的1 578 份材料為研究對象，玉米材料由山西省種子總站提供。各材料類型的數(shù)量如表1 所示。

表1 2011—2018 年各材料類型的數(shù)量 份

供試菌種為輪枝鐮孢菌，由山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院植物病理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供。

1.2 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院農(nóng)作站抗病性鑒定病圃進(jìn)行。該區(qū)年平均日照時(shí)數(shù)為2 500～2 600 h，年平均氣溫為5～10 ℃，年平均降水量在450 mm以下。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 玉米材料播種 播種日期為每年的5 月1 日前后，人工用點(diǎn)播器播種玉米，同一類型材料為一區(qū)組。每個(gè)材料雙行播種，行長450 cm，行距40 cm，株距25 cm，不同材料的行間距60 cm[22]。土壤水平和耕作管理與大田生產(chǎn)相同。

1.3.2 菌種準(zhǔn)備 輪枝鐮孢菌株轉(zhuǎn)接到PDA 平板進(jìn)行活化，將活化的菌種轉(zhuǎn)接到滅菌的玉米粒培養(yǎng)基中搖勻，倒入裝有滅菌牙簽的高壓滅菌袋中，接種后20～30 ℃培養(yǎng)7～10 d，待牙簽表面長滿菌，完成帶菌牙簽的培養(yǎng)，以供大田接種用[23]。

1.3.3 田間接種 采用牙簽法，在玉米果穗吐絲后14～21 d 進(jìn)行接種，在果穗中部用直徑為6 mm 的電鉆穿洞，深度達(dá)果穗穗軸，將2 根牙簽并排插入洞中直達(dá)籽粒。

1.3.4 抗性調(diào)查 在玉米乳熟期后進(jìn)行調(diào)查，每份鑒定材料隨機(jī)選取30 個(gè)果穗，剝?nèi)グ~，根據(jù)發(fā)病面積占果穗面積的百分比，確定每株玉米的病情級別，計(jì)算每份材料的平均病情級別，進(jìn)一步確定抗性級別（表2）。將5 種抗性類型在不同類型材料中所占百分比制作成百分比堆積圖，以了解其抗性組成和比例。將5 種抗性類型在每年所有材料及不同類型材料中所占百分比制作成折線圖，以了解抗病性動(dòng)態(tài)變化。

表2 玉米穗腐病病情級別及抗性級別評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2013 軟件對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析及作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同類型玉米材料對穗腐病的抗性結(jié)構(gòu)分析

由圖1 可知，在2011—2018 年鑒定的1 578 份玉米材料中，特早熟、中晚熟、復(fù)播3 種材料類型中抗水平以上的占比分別為91.62%、90.19%、93.91%，高于所有玉米材料中抗水平以上的占比（88.09%），而早熟材料類型中抗水平以上的占比為77.47%；高抗材料在特早熟類型材料中的占比高于其他3 種玉米材料類型，為18.32%，表明玉米材料中中抗以上的抗性材料豐富。在特早熟、早熟、中晚熟、復(fù)播4 種類型材料中，抗材料的占比均高于其他4 種結(jié)構(gòu)類型，分別為56.02%、44.78%、53.63%、63.44%；而高感材料的占比均低于其他4 種結(jié)構(gòu)類型，分別為2.09%、6.32%、1.21%、1.43%，表明山西省玉米區(qū)試材料中抗病材料較多，感病材料較少。

2.2 玉米材料對穗腐病的抗性動(dòng)態(tài)分析

2.2.1 全部玉米材料對穗腐病的抗性動(dòng)態(tài)分析從圖2 可以看出，8 a 中每年不同抗性類型的玉米材料在同年所有鑒定材料中的占比變化差異明顯。其中，抗材料的波動(dòng)幅度最大，整體呈上升趨勢，2011 年占比最小，為4.76%；2015 年占比最大，為79.70%。感材料的波動(dòng)幅度次于抗材料，整體呈下降趨勢，2011 年其占比較大，為45.24%；2013 年沒有鑒定出感材料。中抗材料的波動(dòng)幅度僅次于感材料，2017 年占比最小，為2.69%，整體呈下降趨勢。高感材料的波動(dòng)幅度較小，只在2011、2012、2014 年鑒定出，占比分別為18.45%、3.74%、0.82%，整體呈下降趨勢。高抗材料的波動(dòng)幅度最小，2014 年占比最大，為7.41%；2017 年占比最小，為0.28%，整體呈上升趨勢。整體來說，抗病材料呈逐漸上升趨勢，感病材料呈逐漸下降趨勢。

2.2.2 特早熟玉米材料對穗腐病的抗性動(dòng)態(tài)分析 從圖3 可以看出，8 a 中每年不同抗性類型的特早熟玉米材料在同年所有鑒定的特早熟材料中的占比變化差異明顯。其中，抗材料的波動(dòng)幅度最大，整體呈上升趨勢，2015 年占比最大，為86.96%，表明2015 年的抗材料占該材料的比例較大；2018 年占比次之，為78.57%；而2011 年占比最小，為15.00%。高抗材料的波動(dòng)幅度次于抗材料，整體呈上升趨勢，其中，2014、2017 年占比相對較大，分別為39.29%、57.14%；但在2011、2012、2013、2016 年沒有篩選出高抗材料。中抗材料的波動(dòng)幅度僅次于高抗材料，整體呈下降趨勢，其中，2013 年占比最大，為52.94%；2011 年占比次之，為45.00%；而2014、2015、2017 年沒有篩選出中抗材料。感材料的波動(dòng)幅度小，整體呈下降趨勢，且只有2011、2012、2014 年篩選出感材料，占比分別為35.00%、13.64%、7.14%。高感材料的波動(dòng)幅度最小，整體呈下降趨勢，只在2011、2012 年篩選出高感材料，占比分別為5.00%、13.64%。

2.2.3 早熟玉米材料對穗腐病的抗性動(dòng)態(tài)分析從圖4 可以看出，8 a 中每年不同抗性類型的早熟玉米材料在同年所有鑒定的早熟材料中的占比變化差異較大。抗材料的波動(dòng)幅度最大，整體呈上升趨勢，其中，2013 年占比最大，為73.53%；2011 年占比最小，為1.22%。感材料的波動(dòng)幅度僅次于抗材料，整體呈下降趨勢，其中，2011 年占比最大，為50.00%；其他年份的占比均小于20.00%，表明這幾年篩選出的感材料相對較少；2013、2017 年占比均為0，說明2013、2017 年沒有篩選出感材料。高抗材料的波動(dòng)幅度僅次于感材料，整體呈上升趨勢，其中，2017 年的占比最大，為42.86%；2011、2012、2014 年占比相對較小，說明這3 a 的高抗材料較少；2013、2015 年均沒有篩選出高抗材料。中抗材料的波動(dòng)幅度整體呈下降趨勢，其中，2012、2014 年的占比較大，且均在34.50%左右，說明在所有的早熟材料中，2012、2014 年篩選出的中抗材料最多；而2017 年的占比為0，說明2017 年沒有篩選出中抗材料。高感材料的波動(dòng)幅度最小，整體呈下降趨勢，2011 年的占比最大，為24.39%；而2013—2018 年占比均為0，說明這6 a 均沒有篩選出高感材料。

2.2.4 中晚熟玉米材料對穗腐病的抗性動(dòng)態(tài)分析 從圖5 可以看出，8 a 中每年不同抗性類型的中晚熟玉米材料在同年所有鑒定的中晚熟材料中的占比變化差異大。抗材料的波動(dòng)幅度最大，整體呈上升趨勢，其中，2015、2017 年的占比較大，分別為81.48%、80.46%；2011 年的占比最小，為7.41%。中抗材料的波動(dòng)幅度次于抗材料，整體呈下降趨勢，2014 年的占比最大，為63.43%；其他年份中晚熟材料中中抗占比也相對較高，但在2017 年的占比最低，為4.60%。感材料的波動(dòng)幅度僅次于中抗材料，整體呈下降趨勢，2011 年占比最大，為46.30%；而2013、2015 年的占比均為0，說明這2 a 沒有篩選出感材料。高感和高抗材料的波動(dòng)幅度均相對較小，其中，高感材料整體呈下降趨勢，在2011、2012、2014 年均篩選出高感材料，但是其占比均相對較小，表明這3 a 篩選出的高感材料較少，而其余5 a 均沒有篩選出高感材料；高抗材料整體呈上升趨勢，其占比也均相對較小，2013、2015 年均沒有篩選出高抗材料。

2.2.5 復(fù)播玉米材料對穗腐病的抗性動(dòng)態(tài)分析由圖6 可知，8 a 中每年不同抗性類型的復(fù)播玉米材料在同年所有鑒定的復(fù)播材料中的占比變化差異大?？共牧系牟▌?dòng)幅度最大，整體呈上升趨勢，其中，2015 年占比最大，為82.05%，說明2015 年復(fù)播材料中抗材料的占比較其他年份高；除2011 年的抗材料占比為0 外，其他年份復(fù)播材料中抗材料的占比較高，表明在2011 年復(fù)播材料中沒有篩選出抗材料。中抗材料的波動(dòng)幅度次于抗材料，整體呈下降趨勢，其中，2011、2012 年的占比較大，均為41.67%，說明這2 a 復(fù)播類型中中抗材料的占比均高于其他年份；2017 年的占比最低，為2.78%，說明2017 年復(fù)播中中抗材料的占比均低于其他年份。高感材料的波動(dòng)幅度次之，只在2011 年篩選出來，其他年份均未篩選出。感和高抗材料的波動(dòng)幅度相近，其中，感材料整體呈下降趨勢；而高抗材料整體呈上升趨勢，這8 a 復(fù)播類型中，感和高抗材料的占比均相對較低，說明這8 a 復(fù)播材料中感和高抗材料均較少。

3 結(jié)論與討論

本研究表明，在1 578 份山西省不同類型玉米材料中，抗材料普遍占比最高，為50%～60%，中抗材料占比次之，為20%～30%，感、高抗和高感材料占比相對較低，不足10%，表明穗腐病的抗性資源豐富，篩選到的抗性材料為育種工作提供了豐富的種質(zhì)基礎(chǔ)，這與王躍進(jìn)[24]和張治家等[25]研究結(jié)果均一致。本試驗(yàn)結(jié)果表明，抗材料在整體材料的占比最大，也證實(shí)了抗性材料的豐富；全部材料及特早熟、復(fù)播和中晚熟材料中中抗及以上材料的占比在90%左右，早熟的為77.47%，猜測這可能是由于早熟玉米材料的生育期短，恰在發(fā)病期間遇到極端天氣，導(dǎo)致其中抗以上的抗病材料少。在4 種類型材料的抗性變化動(dòng)態(tài)中，抗與高抗材料占比均隨時(shí)間推移逐年上升，而感、高感和中抗材料逐年下降，這是由于在鑒定過程中，育種專家根據(jù)鑒定結(jié)果在不斷淘汰感病品種，同時(shí)利用抗病品種與一些高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)品種進(jìn)行雜交，進(jìn)而育出產(chǎn)量高、抗病性強(qiáng)的優(yōu)質(zhì)品種，從而滿足山西省玉米市場的需求。因此，本研究結(jié)果達(dá)到了抗病性鑒定的目的，而在變化動(dòng)態(tài)中的部分年度不同抗性級別的占比出現(xiàn)高或低，不僅與當(dāng)年小環(huán)境有關(guān)，還與材料本身有聯(lián)系。

因此，要從抗病基因等多角度加大抗穗腐病早熟玉米材料的選育工作，穩(wěn)定不同類型中抗和高抗玉米材料的抗性。同時(shí)根據(jù)山西各地氣候特點(diǎn)，合理利用好現(xiàn)有玉米材料的抗性，建議將復(fù)播高抗玉米材料種植在運(yùn)城以南地區(qū)，將中晚熟中抗玉米材料種植在大同、忻州等地區(qū)，將中晚熟高抗玉米材料種植在晉中、呂梁、太原等地區(qū)，特早熟玉米材料種植在大同市新榮區(qū)、朔州市平魯區(qū)及忻州市神池縣等高海拔地區(qū)[26-27]，可避免或減輕病害的發(fā)生。同時(shí)在山西省玉米抗穗腐病育種中，應(yīng)加強(qiáng)早熟類型材料抗性選育，同時(shí)合理布局玉米材料，以穩(wěn)定材料高抗和抗的抗性。