337份外引種質(zhì)對玉米絲黑穗病的抗性及評價(jià)

張小杰，曲潔瓊，周天旺，王春明，郭 成

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 植物保護(hù)學(xué)院，蘭州 730070；2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 植物保護(hù)研究所，蘭州 730070；3.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，蘭州 730070)

玉米(Zeamays)又名苞谷，是全世界公認(rèn)的“黃金作物”，在中國國民經(jīng)濟(jì)和工業(yè)原料生產(chǎn)中占有非常重要的地位[1]。由于玉米具有極好的環(huán)境適應(yīng)性，其種植面積與總產(chǎn)量已經(jīng)位列中國谷類作物生產(chǎn)的第1位[2]。2018年，全國玉米總種植面積為42130千hm2，占全國農(nóng)作物播種總面積的25.4%，總產(chǎn)量已達(dá)到25717萬t。玉米絲黑穗病作為兩大黑粉病害之一，屬絕產(chǎn)型病害。一旦發(fā)病果穗全部被害，其感病株率每增加1個(gè)百分點(diǎn)，減產(chǎn)約100kg·hm-2[3]。近年來，由于人們種植模式的改變，一些農(nóng)事操作的不當(dāng)，以及中國玉米種質(zhì)中高感和感的占比升高，其中包括‘黃早四’及其改良系等常用自交系[4]，上述因素均可能造成中國絲黑穗病頻發(fā)和高發(fā)。特別是在中國北方春玉米種植區(qū)危害更大[5]，氣候條件適宜年份存在大爆發(fā)大流行的潛在威脅。

玉米絲黑穗病是幼苗系統(tǒng)侵染的土傳病害[6]，雖可采用藥劑拌種等防治措施，但只停留在感病品種的防治上，并未從根本上解決問題[7]。種植具有穩(wěn)定抗病性的品種既可有效控制玉米絲黑穗病病害流行，又利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境和發(fā)展優(yōu)質(zhì)綠色食品[4]。但目前中國生產(chǎn)上應(yīng)用的雜交種僅局限于少數(shù)幾個(gè)骨干自交系，遺傳基礎(chǔ)狹窄，連年種植促使病原菌變異頻率加大，易造成抗病品種的抗性喪失[8]。有研究表明，玉米自交系選育的基礎(chǔ)材料主要是利用外來種質(zhì)特別是美國玉米種質(zhì)[9]，選用美國玉米種質(zhì)育成的自交系綜合性狀優(yōu)良，與國內(nèi)種質(zhì)地理遠(yuǎn)緣，普遍具有配合力高、根系發(fā)達(dá)、抗倒性強(qiáng)、品質(zhì)好、籽粒商品性好等諸多優(yōu)點(diǎn)[10]。故迫切需要擴(kuò)大引種范圍，篩選更多高抗絲黑穗病的種質(zhì)資源。本試驗(yàn)采用人工接種法對337份外引種質(zhì)進(jìn)行抗絲黑穗病鑒定與評價(jià)，以期為國外引進(jìn)品種的合理利用、改良及抗病品種的選育提供抗源。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料：337份材料均由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所提供，其中自交系261份，雜交種76份，分別來自于美國和俄羅斯。絲黑穗病原冬孢子為1號生理小種[11]，由甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所采集并保存。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 菌土制備 菌土制備參考文獻(xiàn)[12]。

1.2.2 抗病鑒定圃的設(shè)置、種植和接種 鑒定圃設(shè)在甘肅省蘭州市榆中縣城關(guān)鎮(zhèn)甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院榆中園藝場(35.85°N，104.12°E，海拔1 970 m)。播前一次性施入尿素75 kg·hm-2、二銨150 kg·hm-2，全生育期灌水3次。于2019年4月20日進(jìn)行播種，因自交系較多，每份材料種2行，行長5 m，不設(shè)重復(fù)，行、穴距為50 cm×30 cm，鑒定材料按照鑒定編號田間順序排列，并在鑒定試驗(yàn)區(qū)內(nèi)等距離設(shè)感病材料‘黃早四’、抗病材料‘Mo17’已知對照3組。每穴點(diǎn)播種子2～4粒，用制備好的0.1% 絲黑穗病菌土100 g覆蓋種子接種，然后再用田土覆蓋后耙磨，田間管理同大田。2020年對上一年表現(xiàn)中抗及以上的86份材料進(jìn)行重復(fù)鑒定。

1.2.3 病情調(diào)查及抗性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 在玉米進(jìn)入乳熟后期，于8月27日對鑒定材料逐株進(jìn)行調(diào)查，剔除雜株。分別記載調(diào)查總株數(shù)、發(fā)病株數(shù)，計(jì)算發(fā)病株率。根據(jù)發(fā)病株率，評價(jià)供試材料的抗性水平?？剐栽u價(jià)標(biāo)準(zhǔn)參照中華人民共和國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部頒布的玉米抗絲黑穗病鑒定技術(shù)規(guī)范(NY/T 1248.3-2006)[13]進(jìn)行，最終抗性以兩年之中發(fā)病較重的一年為準(zhǔn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 外引種質(zhì)資源對玉米絲黑穗病的抗性鑒定與評價(jià)

調(diào)查結(jié)果表明，抗病對照材料‘Mo17’的3次重復(fù)病株率分別為7.1%、9.5%和7.4%，均在5.1%～ 10.0%，表現(xiàn)中抗(Moderate resistance,MR)；感病對照材料‘黃早四’的發(fā)病株率分別為66.7%、53.3%和60.0%，3次重復(fù)的病株率均高于 40.0%，表現(xiàn)高感(Highly susceptible,HS)。說明發(fā)病條件充分，本次鑒定結(jié)果是有效的。

337份外引種質(zhì)中包括261份來源于美國的自交系和76份來源于俄羅斯的雜交種，經(jīng)鑒定，表現(xiàn)高抗(High resistance,HR)的材料有14份，占總鑒定材料的4.2%；表現(xiàn)抗病(Resistance,R)的材料有33份，占比為9.8%；表現(xiàn)中度抗病(MR)的材料有 39份，占11.6%；其余材料中有130份表現(xiàn)感病(Susceptible,S)，121份表現(xiàn)高度感病(HS)，共占供試材料的74.5%。分析鑒定結(jié)果可知，供試玉米種質(zhì)對絲黑穗病抗性表現(xiàn)存在差異，表現(xiàn)抗病的材料相對較少，大部分表現(xiàn)感病或高度感病，總體對絲黑穗病的抗病能力較低。美國自交系對絲黑穗病害表現(xiàn)“抗”性以上(包括高抗、抗和中抗)的百分比較俄羅斯雜交種的高，表明美國自交系中抗絲黑穗的材料比俄羅斯雜交種豐富。鑒定的外引種質(zhì)對絲黑穗病的抗性比例及所對應(yīng)的百分比如圖1所示。

2.2 自交系對絲黑穗病的抗性水平

結(jié)果表明，261份美國自交系表現(xiàn)高抗的有K14MY-493、K14MY-524和K14MY-836等13份材料，占鑒定自交系的5.0%；表現(xiàn)抗病有K14MY-492、K14MY-520、K14MY-812等29份材料，占11.1%；表現(xiàn)中抗有K14MY-498、K14MY-609、K14MY-831等30份材料，占 11.5%；感病和高感材料各98份和91份，分別占比為37.5%和34.9%(表1)。

表1 美國自交系對玉米絲黑穗病的抗性類型Table 1 Resistance types of American inbred lines to maize head smut

2.3 雜交種對絲黑穗病的抗性水平

結(jié)果表明，76個(gè)俄羅斯雜交種中僅VIR5962 1個(gè)品種表現(xiàn)高抗，占鑒定雜交種的1.3%；表現(xiàn)抗病有VIR13477、VIR4585、VIR13283和VIR9786共4個(gè)品種，占5.3%；表現(xiàn)中抗有VIR5017、VIR6482、VIR6017、VIR13554、VIR6738、VIR13517、VIR6530、VIR13556和VIR6938共9個(gè)品種，占11.8%；感病和高感品種各32個(gè)和30個(gè)，分別占比為42.1%和39.5%(表2)。

表2 俄羅斯雜交種對玉米絲黑穗病的抗性類型Table 2 Resistance types of Russian hybrids to head smut in maize

3 結(jié)論與討論

玉米絲黑穗病屬于土傳病害，病原菌的冬孢子可以在土壤中存活3 a以上，土壤中病原菌大量積累和帶菌病田擴(kuò)大是該病害嚴(yán)重發(fā)生的根本原因[4]。且不同品種之間對絲黑穗病的抗性差異顯著，在中國春玉米種植區(qū)或絲黑穗病常發(fā)區(qū)，選擇種植抗病品種是防治絲黑穗病最安全有效的方法之一。而有效鑒定和評價(jià)抗病性,篩選抗性較好的種質(zhì)資源是玉米抗絲黑穗病育種的基礎(chǔ)[14]。由于中國玉米種植歷史較短，種質(zhì)資源并不豐富，因此引進(jìn)和利用外來種質(zhì)資源能有效擴(kuò)大中國玉米種質(zhì)基礎(chǔ)，豐富作物遺傳多樣性，促進(jìn)品種更新?lián)Q代，對中國玉米種質(zhì)改良創(chuàng)新有不可替代的作用[4]。

(續(xù)表2 Continued table 2)

在眾多國家選育的玉米種質(zhì)資源中，美國種質(zhì)系譜來源清晰，遺傳變異豐富，從中鑒別和篩選有利的等位基因供體來拓展中國玉米種質(zhì)基礎(chǔ)，提高中國玉米種質(zhì)資源多樣性[15]。有研究表明，美國種質(zhì)利用率每增加1個(gè)百分點(diǎn)，中國玉米年均產(chǎn)量增益約10 kg·hm-2[16]。在本次鑒定的261份美國自交系中，對絲黑穗病表現(xiàn)高抗、抗和中抗的種質(zhì)各占5.0%、11.1%和11.5%。這與馬寶新[17]和孟劍等[18]在研究中認(rèn)為美國種質(zhì)蘊(yùn)藏著較為豐富的抗玉米絲黑穗病資源的結(jié)論略有差異。外引品種的選系有許多國內(nèi)常規(guī)系沒有的優(yōu)良抗性基因[8]，俄羅斯雜交種的篩選可為中國高寒地區(qū)提供優(yōu)良的抗病耐寒玉米品種[19]。本研究在76個(gè)俄羅斯雜交種中，篩選出表現(xiàn)“抗”性以上(包括高抗、抗和中抗)的品種共14個(gè)。這與王春明等[1]于2016-2018年對124份俄羅斯種質(zhì)進(jìn)行抗絲黑穗病鑒定，得出抗病種質(zhì)較為貧乏，僅占鑒定材料的9.7%的結(jié)果相一致。與李金良[20]對20份俄引玉米 Reid 種質(zhì)改良系進(jìn)行2 a人工接種，得出抗病和中抗自交系占供試材料的 80%的鑒定結(jié)果有所差異。以上抗性鑒定結(jié)果間的差異，主要與鑒定的玉米材料種類、接種的病原菌分離物、地域間鑒定環(huán)境及年度間氣候差異等因素有關(guān)。

針對中國玉米種質(zhì)資源狹窄的現(xiàn)狀，迫切需要擴(kuò)大引種范圍，引進(jìn)新的抗病種質(zhì)資源，充分利用外引種質(zhì)與當(dāng)?shù)胤N質(zhì)相結(jié)合，豐富玉米種質(zhì)抗源，擴(kuò)大高抗與多抗種質(zhì)基因庫[8]。本研究所獲得的這些抗性資源，可為選育玉米抗絲黑穗病品種提供科學(xué)依據(jù)。在此基礎(chǔ)上選育出更多抗絲黑穗病自交系，為配制高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和多抗性玉米雜交種創(chuàng)造條件。