35份新選育玉米自交系對4種病害抗性的精準(zhǔn)鑒定與評價

肖明綱

(1.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所，黑龍江哈爾濱 150028； 2.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院博士后工作站，黑龍江哈爾濱 150086)

玉米既是我國第一大糧食作物，也是主要的飼料作物，同時又是重要的工業(yè)原料和能源植物，在國民經(jīng)濟和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位。2021年我國玉米種植面積達4 333萬hm，總產(chǎn)量2.726億t，同比增長5.0%、4.6%，分別為谷物總種植面積、總產(chǎn)量的43.2%、43.1%。因此，玉米生產(chǎn)的持續(xù)穩(wěn)定與否直接影響到我國的糧食安全和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。病蟲害的發(fā)生與流行是直接影響玉米產(chǎn)量的重要因素之一，我國玉米生產(chǎn)中發(fā)生的病蟲害有280多種，其中高頻率發(fā)生、嚴(yán)重危害的有20多種，每年造成約1 000萬t的玉米產(chǎn)量損失。

目前，我國生產(chǎn)上常見的重要病害主要有玉米大斑病、莖腐病、灰斑病和瘤黑粉病等。玉米大斑病曾在我國發(fā)生多次流行，感病品種損失可達30%以上，黑龍江省每年因大斑病損失玉米6 000萬～9 000萬kg。隨著秸稈還田、連作等耕作栽培制度的變化和玉米生長后期連續(xù)陰雨，近幾年玉米莖腐病在我國各玉米主產(chǎn)區(qū)加重發(fā)生，已成為玉米減產(chǎn)的主要病害之一。玉米灰斑病對我國東北、華北及西南等地區(qū)的玉米生產(chǎn)威脅越來越大，且在云南、四川、湖北等地區(qū)的高海拔山區(qū)，已成為亟須解決的重要葉部病害之一。近年來，玉米瘤黑粉病發(fā)生呈逐漸加重趨勢，特別是在夏玉米區(qū)、西北玉米制種區(qū)，瘤黑粉病對玉米生產(chǎn)的影響越來越大。

培育和種植抗病品種是控制玉米病害、減少產(chǎn)量損失的有效途徑，而優(yōu)異的抗性資源則是進行玉米抗病育種的基礎(chǔ)。近年來，國內(nèi)外學(xué)者開展了大量的玉米大斑病、莖腐病、灰斑病、瘤黑粉病的抗病鑒定和評價工作，篩選出了一批抗性資源。同時，眾多學(xué)者也開展了多種病害的抗病鑒定工作，篩選出了兼抗幾種病害的種質(zhì)資源，為抗病育種提供了材料基礎(chǔ)。

目前，玉米大斑病、莖腐病、灰斑病和瘤黑粉病在我國各玉米區(qū)發(fā)生越來越普遍，危害也越來越嚴(yán)重，仍需繼續(xù)鑒定和尋找新的抗病種質(zhì)材料，針對這種情況，本研究利用人工接種方法，通過多年對新選育的35份玉米自交系進行大斑病、莖腐病、灰斑病和瘤黑粉病的抗性鑒定和評價，以探究其真實抗性水平，持續(xù)為我國玉米抗病育種提供可利用的資源。

1 材料與方法

1.1 供試自交系

35份新選育玉米自交系。玉米大斑病抗病對照Mo17(MR)，感病對照獲白(HS)；玉米莖腐病抗病對照齊319(HR)，感病對照掖478(HS)；玉米灰斑病抗病對照齊319(MR)，感病對照掖478(HS)；玉米瘤黑粉病抗病對照齊319(HR)，感病對照掖478(HS)。

1.2 供試病原菌

玉米大斑病病原菌為大斑突臍蠕孢()，分離自黑龍江省玉米發(fā)病葉片，菌源是多個生理小種的混合菌種；玉米莖腐病病原菌為禾谷鐮孢菌()、玉米瘤黑粉病病原菌為玉蜀黍黑粉菌()、玉米灰斑病病原菌為玉蜀黍尾孢菌(-)，由本人所在課題組采集、分離、純化、培養(yǎng)并保存。

1.3 抗病鑒定圃設(shè)置及抗性評價

抗病鑒定圃設(shè)置在黑龍江省哈爾濱市道外區(qū)黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所民主試驗基地。玉米大斑病、禾谷鐮孢莖腐病、灰斑病和瘤黑粉病病圃設(shè)置、調(diào)查時期、調(diào)查方法和分級標(biāo)準(zhǔn)參見玉米抗病蟲性鑒定技術(shù)規(guī)范。根據(jù)重復(fù)抗性鑒定結(jié)果對鑒定材料進行抗病性評價，抗性以記載的最高病情級別為準(zhǔn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 新選育玉米自交系對大斑病的抗性鑒定與評價

2018、2019年連續(xù)2年采用孢子懸浮液噴霧法評價了35份新選育玉米自交系對大斑病的抗性，感病對照獲白充分發(fā)病，病情級別達9級，鑒定結(jié)果有效。在35份待鑒定材料中，共篩選到12份玉米自交系對大斑病具有抗性，占鑒定材料的34.3%，其中高抗抗病材料各1份，占鑒定材料的2.9%，中抗材料10份，占鑒定材料的28.6%。其余23份材料表現(xiàn)為感和高感大斑病，占鑒定材料的65.7%(表1)。鑒定結(jié)果表明，在新選育的35份玉米材料中，抗大斑病資源較少，需要繼續(xù)引進新的抗源。2020年重復(fù)鑒定，12份抗玉米大斑病自交系3年間玉米大斑病抗性表現(xiàn)穩(wěn)定，反映了其真實抗性水平(表2)，這些自交系可作為玉米抗大斑病的重要抗性資源加以利用。

表1 35份新選育玉米自交系對玉米大斑病抗性鑒定結(jié)果

表2 12份抗病自交系對玉米大斑病多年抗性鑒定結(jié)果

2.2 新選玉米自交系對禾谷鐮孢莖腐病的抗性鑒定與評價

2018、2019年連續(xù)2年采用根埋法評價了35份新選育玉米自交系對禾谷鐮孢莖腐病的抗性，抗病對照齊319發(fā)病株率分別為0%、1.7%，表現(xiàn)為高抗，感病對照掖478感病株率為83.3%、87.5%，表現(xiàn)為高感，抗感對照發(fā)病率差異明顯，鑒定結(jié)果有效。在35份待鑒定材料中，共篩選到17份玉米自交系對禾谷鐮孢莖腐病具有抗性， 占鑒定材料的48.6%，其中高抗材料7份，占鑒定材料的20%，抗病材料2份，占鑒定材料的5.7%，中抗材料8份，占鑒定材料的22.9%。其余18份材料表現(xiàn)為感和高感大斑病，占鑒定材料的51.4%，其中感病材料10份，占鑒定材料的28.6%，高感材料8份，占鑒定材料的22.9%(表3)。鑒定結(jié)果表明，在新選育的35份玉米材料中，抗禾谷鐮孢莖腐病資源也不是太豐富。2020年對17份抗玉米禾谷鐮孢莖腐病自交系進行了重復(fù)鑒定，結(jié)果表明重復(fù)鑒定的17份材料3年間玉米禾谷鐮孢莖腐病抗性表現(xiàn)穩(wěn)定，反映其真實抗性水平(表4)。

表3 35份新選育玉米自交系對禾谷鐮孢莖腐病抗性鑒定結(jié)果

表4 17份抗病自交系對玉米禾谷鐮孢莖腐病多年抗性鑒定結(jié)果

2.3 新選育玉米自交系對灰斑病的抗性鑒定與評價

2018、2019年連續(xù)2年采用灌注法評價35份玉米自交系對灰斑病的抗性，抗病對照齊319葉片上有少量病斑，病情級別為3級，感病對照掖478感病葉片基本為病斑覆蓋，葉片枯死，表現(xiàn)為高感，抗感對照發(fā)病率差異明顯，鑒定結(jié)果有效。在35份待鑒定材料中，共篩選到11份玉米自交系對灰斑病具有抗性，占鑒定材料的31.4%，其中高抗和抗病材料各3份，分別占鑒定材料的8.6%，中抗材料5份，占鑒定材料的14.3%。其余24份材料表現(xiàn)為感和高感灰斑病，占鑒定材料的68.6%，其中感病材料15份，占鑒定材料的42.9%，高感材料9份，占鑒定材料的25.7%(表5)，而Z16HEB-376、Z16HEB-377、Z16HEB-381和Z16HEB-390葉片全部為病斑覆蓋，整株枯死。鑒定結(jié)果表明，在新選育的35份玉米材料中，抗灰斑病材料較少。

表5 35份新選育自交系對玉米灰斑病抗性鑒定結(jié)果

2020年對11份抗玉米灰斑病自交系進行了重復(fù)鑒定，感病對照掖478充分發(fā)病，病情級別達9級，人工接種鑒定有效。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，重復(fù)鑒定的11份材料3年間玉米灰斑病抗性表現(xiàn)穩(wěn)定，反映了其真實抗性水平(表6)，這些自交系可作為玉米抗灰斑病的重要抗性資源加以利用。

表6 11份抗病自交系對玉米灰斑病多年抗性鑒定結(jié)果

2.4 新選育玉米自交系對瘤黑粉病的抗性鑒定與評價

2018、2019年連續(xù)2年采用注射法評價了35份玉米自交系對瘤黑粉病的抗性，抗病對照齊319發(fā)病株率分別為0%、0.8%，表現(xiàn)為高抗，感病對照掖478感病株率為89.3%、89.1%，表現(xiàn)為高感，抗感對照發(fā)病率差異明顯，鑒定結(jié)果有效。在35份待鑒定材料中，共篩選到18份玉米自交系對瘤黑粉病具有抗性，占鑒定材料的51.4%，其中高抗材料10份，占鑒定材料的28.6%，抗病材料5份，占鑒定材料的14.3%，中抗材料3份，占鑒定材料的8.6%。其余17份材料表現(xiàn)為感和高感瘤黑粉病，占鑒定材料的48.6%，其中Z16HEB-359(52.1%)、Z16HEB-363(66.3%)Z16HEB-370(83.3%)和Z16HEB-387(83.7%)發(fā)病株率均超過了50%(表7)。鑒定結(jié)果表明，在新選育的35份玉米材料中，有豐富的玉米瘤黑粉病抗源，可用于抗病親本的選育及抗病材料的改良，以減輕玉米瘤黑粉病的危害，降低制種成本，提高制種產(chǎn)量。2020年對18份抗玉米瘤黑粉病材料，又進行了重復(fù)鑒定，感病對照掖478發(fā)病株率為87.1%，抗病對照齊319發(fā)病株率為0%，抗感對照充分發(fā)病，人工接種鑒定有效。結(jié)果表明，18份材料3年間玉米瘤黑粉病抗性表現(xiàn)穩(wěn)定，反映了其真實的抗性水平(表8)。

表7 35份新選育玉米自交系對玉米瘤黑粉病抗性鑒定結(jié)果

表8 18份新選育自交系對玉米瘤黑粉病多年抗性鑒定結(jié)果

2.5 兼抗不同病害的玉米種質(zhì)

在對35份新選育自交系進行抗性鑒定和評價中， 筆者所在課題組發(fā)現(xiàn)有些種質(zhì)具有抵抗不同病害的能力，在抗性基因發(fā)掘和抗病品種培育中具有重要的應(yīng)用價值。兼抗2種病害的材料共15份，Z16HEB-358、Z16HEB-374、Z16HEB-389高抗瘤黑粉病，兼抗灰斑?。籞16HEB-364高抗禾谷鐮孢莖腐病，兼抗灰斑病；Z16HEB-365中抗禾谷鐮孢莖腐病，兼抗灰斑??；Z16HEB-369高抗大斑病，高抗禾谷鐮孢莖腐??；Z16HEB-376中抗大斑病和莖腐??；Z16HEB-377中抗莖腐病，兼抗大斑?。籞16HEB-388中抗禾谷鐮孢莖腐病，中抗大斑病；Z16HEB-372中抗大斑病，兼抗灰斑?。籞16HEB-373中抗大斑斑，兼抗瘤黑粉病；Z16HEB-375中抗大斑病和瘤黑粉?。籞16HEB-379高抗瘤黑粉病，中抗大斑病；Z16HEB-381中抗禾谷鐮孢莖腐病，兼抗瘤黑粉病；Z16HEB-390中抗瘤黑粉病，兼抗禾谷鐮孢莖腐??；兼抗3種病害的有4份。Z16HEB-360、Z16HEB-385高抗禾谷鐮孢莖腐病和瘤黑粉病，中抗大斑??；Z16HEB-362高抗禾谷鐮孢莖腐病，中抗灰斑病和瘤黑粉?。籞16HEB-371高抗瘤黑粉病，中抗莖腐病和灰斑病；兼抗4種病害的有2份。Z16HEB-382高抗灰斑病，中抗大斑病和莖腐病，兼抗瘤黑粉??；Z16HEB-391高抗禾谷鐮孢莖腐病、灰斑病和瘤黑粉病，中抗大斑病。

3 討論

3.1 新選育的35份玉米自交系具有優(yōu)良的農(nóng)藝性狀

新選育的35份自交系具有配合力高、耐密植、抗倒性好、脫水快、適宜機械化收獲等特點。Z16HEB-357、Z16HEB-362、Z16HEB-368、Z16HEB-371、Z16HEB-378、Z16HEB-381、Z16HEB-382、Z16HEB-391等8份自交系均屬極早熟材料；Z16HEB-359、Z16HEB-361、Z16HEB-373、Z16HEB-374、Z16HEB-375、Z16HEB-388、Z16HEB-389等7份自交系株高和穗位都較低，粒深軸細(xì)；自交系Z16HEB-365、Z16HEB-366、Z16HEB-376、Z16HEB-379、Z16HEB-384、Z16HEB-390抗低溫能力較強；Z16HEB-358、Z16HEB-360、Z16HEB-364、Z16HEB-369、Z16HEB-372、Z16HEB-377、Z16HEB-383、Z16HEB-385等自交系籽粒硬粒型，株高低，稈韌性好，抗倒性極強。

3.2 種質(zhì)資源抗性表型的精準(zhǔn)鑒定是有效利用抗性種質(zhì)的重要途徑

玉米自交系的真實抗性水平對于抗病育種至關(guān)重要，自然發(fā)病條件下，由于受環(huán)境條件、病原菌數(shù)量、溫濕度及生育期等影響，田間自然發(fā)病往往存在發(fā)病不充分的問題，影響鑒定結(jié)果的準(zhǔn)確性。人工接種鑒定創(chuàng)造病害發(fā)生條件，在適宜侵染時期提供適宜的病原菌數(shù)量，保準(zhǔn)充分發(fā)病，鑒定結(jié)果更能反映出真實的抗性水平。本研究在病害常發(fā)區(qū)設(shè)置人工病圃，對鑒定材料進行多年多種病害的重復(fù)鑒定，第3年鑒定結(jié)果和前2年相一致，反映了材料的真實抗性，對于材料的有效利用提供了重要抗性信息。

4 結(jié)論

連續(xù)3年通過人工接種對35份新選育自交系進行玉米大斑病、禾谷鐮孢莖腐病、玉米灰斑病、玉米瘤黑粉病4種病害的抗病鑒定，結(jié)果篩選到抗大斑病自交系12份，抗禾谷鐮孢莖腐病自交系17份，抗玉米灰斑病自交系11份，抗玉米瘤黑粉病自交系18份，同時發(fā)現(xiàn)有15份材料兼抗2種病害，4份材料兼抗3種病害，2份材料兼抗4種病害。這些抗病資源將會在一定程度上拓寬我國玉米抗病種質(zhì)遺傳基礎(chǔ)，對我國玉米抗病資源創(chuàng)制及抗病品種培育具有重要的應(yīng)用價值。