玉米自交系小斑病抗性鑒定及遺傳參數(shù)分析

張志方，張素娟，張守林，章慧玉，徐國(guó)舉，靳海蕾

（1. 鶴壁市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南 鶴壁 458030；2. 鶴壁市農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展服務(wù)中心，河南 鶴壁 458030）

玉米小斑病（玉米斑點(diǎn)?。┦俏覈?guó)黃淮海夏玉米種植區(qū)的重要病害之一[1-2]，病變主要發(fā)生在玉米葉片，在玉米苞葉、葉鞘、雌穗和莖稈等部位也會(huì)有癥狀發(fā)生。小斑病的發(fā)生和流行對(duì)玉米產(chǎn)量和品質(zhì)均有影響[3]，一般減產(chǎn)15%～20%，嚴(yán)重時(shí)減產(chǎn)可達(dá)50%甚至絕收[4-5]。生產(chǎn)上防控小斑病的措施主要有化學(xué)藥劑防治、增強(qiáng)植株抗性、減少侵染源、改善大田生態(tài)環(huán)境、選育并種植抗病品種等。實(shí)踐證明，選育并種植抗病品種是防控小斑病最經(jīng)濟(jì)有效的措施[6-8]。張新等[9]研究發(fā)現(xiàn)，品種的抗性主要由親本自交系的抗性決定，選育抗病自交系是抗病育種的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。前人針對(duì)小斑病防控開展了大量研究，但多以小斑病病菌為切入點(diǎn)。彭兵等[10]研究發(fā)現(xiàn)，生防菌枯草芽孢桿菌菌株A 產(chǎn)生的抗真菌蛋白能抑制玉米小斑病菌孢子萌發(fā)，可用于防控玉米小斑?。魂憣幒５萚11]研究發(fā)現(xiàn)，玉米小斑病病原菌對(duì)葡萄糖和尿素利用較差；趙真真等[12]研究發(fā)現(xiàn)，不同玉米小斑病菌的生物學(xué)特性存在顯著差異，病菌致病性與寄主品種抗病性同步進(jìn)化；孫小芳等[13]研究發(fā)現(xiàn)，玉米小斑病菌在自然條件下存在有性生殖的可能，這是導(dǎo)致病菌變異進(jìn)而出現(xiàn)品種抗性減弱的主要因素；孔令曉等[14]認(rèn)為，明確玉米小斑病菌的優(yōu)勢(shì)小種可指導(dǎo)玉米抗病育種；馬春紅等[15]研究發(fā)現(xiàn)，低濃度玉米小斑病菌T小種培養(yǎng)濾液能作為激發(fā)子來提高玉米品種抗病性；商闖等[16]研究證實(shí)，低濃度玉米小斑病菌C小種毒素濾液可作為激發(fā)子來誘導(dǎo)寄主玉米獲得抗病性；常佳迎等[17]對(duì)玉米小斑病菌致病性及遺傳多樣性進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)自然發(fā)病條件下篩選出的抗性種質(zhì)對(duì)提升品種抗性有一定影響。綜上，玉米小斑病病原菌的研究取得了一定進(jìn)展，但關(guān)于玉米自交系小斑病抗性和配合力分析的研究尚未見報(bào)道。為此，采用人工接種技術(shù)，對(duì)玉米自交系及其組配的雜交組合的小斑病抗性進(jìn)行鑒定，并對(duì)小斑病病情指數(shù)配合力、遺傳力進(jìn)行分析，為供試玉米自交系在抗小斑病種質(zhì)改良、品種選育等方面的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為玉米自交系浚50X、浚313、浚SN12E、昌7-2、Mo17、B73、魯9801、丹340 及其組配的28個(gè)雜交組合，均由鶴壁市農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2020年11月—2021年3月，在鶴壁市農(nóng)業(yè)科學(xué)院海南繁育基地（109°10′59″E、18°22′56″N）種植供試自交系，并采用Griffing 雙列雜交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法Ⅱ[18-19]組配雜交組合28 個(gè)。2021 年6 月，在鶴壁市農(nóng)業(yè)科學(xué) 院淇濱區(qū)試驗(yàn)園區(qū)（114°18′48″E、35°42′57″N）種植親本及F1，進(jìn)行小斑病抗性鑒定。鐵7922 為小斑病抗性鑒定感病對(duì)照。試驗(yàn)田間布局采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，種植密度為75 000株/hm2，行距為60 cm，株距為22.2 cm。設(shè)置3 次重復(fù)，所有品種均5行區(qū)種植，行長(zhǎng)為6 m。

1.3 抗性鑒定

病菌菌株由河南省田間典型小斑病病樣分離獲得，采用高粱粒培養(yǎng)基擴(kuò)繁后，制成孢子懸浮液（孢子濃度為3×105個(gè)/mL），于吐絲期混合噴霧接種，乳熟后期調(diào)查發(fā)病情況，感病對(duì)照鐵7922 葉片病斑覆蓋度達(dá)到30%時(shí)視為鑒定有效[20]。觀測(cè)部位為整個(gè)植株，重點(diǎn)調(diào)查玉米棒三葉（穗位葉、穗上第一葉和穗下第一葉）。參照GB/T 23391.2—2009記載玉米小斑病病情級(jí)別（表1），統(tǒng)計(jì)各病級(jí)的發(fā)病株數(shù)。參照李琴珵等[21]、黃莉群等[22]的方法計(jì)算病株率和病情指數(shù)。

表1 玉米小斑病病情級(jí)別劃分標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Classification standard of disease grade of maize southern leaf blight

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用WPS 2016 軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、繪制圖表，采用SPSS 23.0 軟件進(jìn)行方差分析、多重比較（Duncan’s 新復(fù)極差法），采用DPS 9.01 軟件進(jìn)行病情指數(shù)配合力、廣義遺傳力、狹義遺傳力等遺傳參數(shù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米自交系及其雜交組合小斑病抗性分析

由表2 可知，不同玉米自交系小斑病病情指數(shù)總體上存在顯著差異。其中，昌7-2病情指數(shù)最大，為55.95，顯著高于其他自交系；浚313 病情指數(shù)最小，為2.82，顯著低于其他自交系。對(duì)小斑病表現(xiàn)高感的自交系有2 個(gè)，分別為昌7-2、魯9801，二者發(fā)病程度為重，且二者的病情指數(shù)差異顯著；對(duì)小斑病表現(xiàn)感的自交系有1 個(gè)，為B73，發(fā)病程度為中偏重；對(duì)小斑病表現(xiàn)中抗的自交系有3 個(gè)，分別為SN12E、丹340、浚50X，三者發(fā)病程度為中偏輕，病情指數(shù)差異顯著；對(duì)小斑病表現(xiàn)抗的自交系有1個(gè)，為Mo17，發(fā)病程度為輕；對(duì)小斑病表現(xiàn)高抗的自交系有1個(gè)，為浚313，發(fā)病程度為輕。

表2 不同玉米自交系小斑病抗性鑒定Tab.2 Resistance identification of southern leaf blight of different maize inbred lines

玉米自交系組配的28 個(gè)雜交組合小斑病病情指數(shù)如表3 所示。其中，病情指數(shù)最大的組合是昌7-2×魯9801，為50.31，其次是昌7-2×B73（40.33）；病情指數(shù)最小的組合是浚50X×浚313，為1.63，其次是Mo17×浚313（2.15）。對(duì)病情指數(shù)進(jìn)行方差分析（表4），發(fā)現(xiàn)親本區(qū)組間和組合區(qū)組間病情指數(shù)的差異都不顯著，說明試驗(yàn)具有可重復(fù)性，數(shù)據(jù)可靠；親本間、組合間病情指數(shù)均存在極顯著差異，說明親本對(duì)雜交后代小斑病病情指數(shù)有極顯著影響。

表3 28個(gè)玉米雜交組合小斑病病情指數(shù)Tab.3 Disease index of southern leaf blight of 28 maize hybrid combinations

續(xù)表3 28個(gè)玉米雜交組合小斑病病情指數(shù)Tab.3（Continued） Disease index of southern leaf blight of 28 maize hybrid combinations

表4 玉米自交系及其雜交組合小斑病病情指數(shù)方差分析Tab.4 Variance analysis of disease index of southern leaf blight of maize inbred lines and their hybrid combinations

2.2 玉米自交系及其雜交組合小斑病病情指數(shù)配合力分析

分別在固定模型和隨機(jī)模型下對(duì)小斑病病情指數(shù)的一般配合力（General combining ability，GCA）和特殊配合力（Specific combining ability，SCA）效應(yīng)值進(jìn)行方差分析，結(jié)果如表5 所示。在固定模型和隨機(jī)模型下，親本自交系GCA 效應(yīng)值間和各雜交組合SCA 效應(yīng)值間均存在極顯著差異，說明親本及其組配方式對(duì)雜交后代小斑病抗性有極顯著影響。

表5 玉米小斑病病情指數(shù)配合力效應(yīng)值方差分析Tab.5 Variance analysis of combining ability effect values of disease index of maize southern leaf blight

由表6 可知，不同玉米自交系間小斑病病情指數(shù)GCA 差異較大，且表現(xiàn)出不同程度的正、負(fù)兩向效應(yīng)。其中，昌7-2、魯9801、B73等3個(gè)自交系的病情指數(shù)GCA 效應(yīng)值為正值，對(duì)后代小斑病病情指數(shù)的遺傳貢獻(xiàn)為增強(qiáng)；浚SN12E、丹340、浚50X、Mo17、浚313 等5 個(gè)自交系的病情指數(shù)GCA 效應(yīng)值為負(fù)值，對(duì)后代小斑病病情指數(shù)的遺傳貢獻(xiàn)為減弱。在玉米育種過程中，小斑病抗性強(qiáng)（即病情指數(shù)較低）是主要育種目標(biāo)。因此，在抗小斑病育種方面，病情指數(shù)GCA 表現(xiàn)為負(fù)向效應(yīng)的自交系優(yōu)于表現(xiàn)為正向效應(yīng)的自交系。根據(jù)親本間小斑病病情指數(shù)GCA 效應(yīng)值的比較，應(yīng)用于抗小斑病育種時(shí)，應(yīng)選擇病情指數(shù)GCA 效應(yīng)值為負(fù)值的5 個(gè)自交系，依此為依據(jù)，優(yōu)先選擇順序?yàn)榭?13、Mo17、浚50X、丹340、浚SN12E。其中，自交系浚313、Mo17、浚50X 病情指數(shù)GCA 效應(yīng)值極顯著低于其他自交系，可作為抗小斑病育種的核心種質(zhì)。

表6 親本自交系小斑病病情指數(shù)GCA效應(yīng)值Tab.6 GCA effect value of disease index of southern leaf blight of parental inbred lines

由表7 可知，28 個(gè)雜交組合小斑病病情指數(shù)SCA 表現(xiàn)出正、負(fù)兩向效應(yīng)。其中，昌7-2×浚313、昌7-2×Mo17、魯9801×浚50X、魯9801×Mo17、魯9801×浚313等5個(gè)雜交組合病情指數(shù)SCA效應(yīng)值為較大的負(fù)向效應(yīng)值，分別為-7.21、-4.84、-4.49、-4.36、-4.32；昌7-2×魯9801、魯9801×B73等2個(gè)雜交組合病情指數(shù)SCA 效應(yīng)值為較大的正向效應(yīng)值，分別為13.02、7.86；自交系浚SN12E 作母本時(shí)，所組配的4 個(gè)雜交組合浚SN12E×丹340、浚SN12E×浚50X、浚SN12E×Mo17、浚SN12E×浚313 的病情指數(shù)SCA 效應(yīng)值均為負(fù)值，而作父本時(shí)組配的3 個(gè)雜交組合的病情指數(shù)SCA 效應(yīng)值均為正值；小斑病抗性強(qiáng)且GCA 負(fù)效應(yīng)較大的2 個(gè)自交系Mo17、浚313 作父本時(shí)，組配的浚50X×Mo17、丹340×浚313、Mo17×浚313 等3 個(gè)組合病情指數(shù)SCA 效應(yīng)值為正值，參與組配的其他組合病情指數(shù)SCA效應(yīng)值均為負(fù)值。

表7 28個(gè)玉米雜交組合小斑病病情指數(shù)SCA效應(yīng)值Tab.7 SCA effect value of disease index of southern leaf blight of 28 maize hybrid combinations

2.3 玉米自交系及其雜交組合小斑病病情指數(shù)遺傳參數(shù)分析

進(jìn)一步對(duì)小斑病病情指數(shù)的遺傳參數(shù)進(jìn)行估算，結(jié)果如表8 所示。在加性-顯性遺傳模型（A-D遺傳模型）下，加性方差明顯大于顯性方差，說明小斑病病情指數(shù)的遺傳以加性效應(yīng)為主，表型變異是由基因型決定的可遺傳變異，可通過種質(zhì)改良提高品種抗病性。廣義遺傳力（89.73%）和狹義遺傳力（56.61%）均較大，說明存在一定非加性效應(yīng)但影響不大。環(huán)境方差相對(duì)于遺傳方差較小，說明小斑病病情指數(shù)受環(huán)境因素影響不明顯，選系過程中，可在早期世代對(duì)病情指數(shù)性狀進(jìn)行選擇。

表8 玉米小斑病病情指數(shù)遺傳參數(shù)分析Tab.8 Genetic parameters analysis of disease index of maize southern leaf blight

3 結(jié)論與討論

3.1 種質(zhì)資源抗病性鑒定是抗病育種的首要環(huán)節(jié)

抗性種質(zhì)資源是玉米抗性育種成功的重要基礎(chǔ)和前提[23-24]，在抗小斑病育種過程中，應(yīng)先考察種質(zhì)資源的抗病性，擇優(yōu)采用抗病性強(qiáng)的種質(zhì)資源，這是抗病育種成功的關(guān)鍵。徐婧等[25]研究強(qiáng)調(diào)，應(yīng)重視和加強(qiáng)玉米種質(zhì)資源的抗性鑒定和應(yīng)用。但當(dāng)前對(duì)種質(zhì)資源抗性解析不足、利用率不高。段燦星等[26]研究認(rèn)為，我國(guó)大部分玉米種質(zhì)資源尚未進(jìn)行充分的抗性評(píng)價(jià)和利用。為深度挖掘和利用種質(zhì)資源的抗病性，本研究對(duì)8 份玉米自交系的小斑病抗性進(jìn)行鑒定，8 份自交系的小斑病抗性分別表現(xiàn)為高抗、抗、中抗、感、高感。其中，浚313 表現(xiàn)高抗，這與章慧玉等[27]的研究結(jié)果一致；Mo17表現(xiàn)抗；浚50X、丹340、浚SN12E 表現(xiàn)中抗；B73 表現(xiàn)感；魯9801、昌7-2 表現(xiàn)高感，與邢光耀[28]的研究結(jié)果一致。從抗性角度出發(fā)，應(yīng)用于抗小斑病育種時(shí)，自交系優(yōu)先選擇順序?yàn)榭?13、Mo17、浚50X、丹340、浚SN12E、B73、魯9801、昌7-2。

3.2 配合力分析是研究種質(zhì)資源抗性遺傳能力和利用前景的有效路徑

配合力是研究評(píng)價(jià)種質(zhì)資源應(yīng)用價(jià)值的關(guān)鍵指標(biāo)[29-30]，配合力高低是判斷親本自交系利用潛力和價(jià)值的標(biāo)準(zhǔn)[31]，GCA 和SCA 對(duì)組配優(yōu)良雜交組合具有重要作用[32-33]。其中，GCA 反映特定親本交配效應(yīng)的平均水平，體現(xiàn)的是加性效應(yīng)，能穩(wěn)定遺傳給子代[34]。GCA 高的自交系有利基因位點(diǎn)多，更能組配出優(yōu)勢(shì)組合，在育種過程中，要選擇GCA 高的自交系。本研究以小斑病病情指數(shù)為考評(píng)性狀，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用于抗小斑病育種時(shí)，自交系優(yōu)先選擇順序?yàn)榭?13、Mo17、浚50X、丹340、浚SN12E、B73、魯9801、昌7-2，這與自交系小斑病抗性鑒定結(jié)果一致。其中，浚313、Mo17、浚50X 等3 個(gè)自交系具有較大的GCA 負(fù)效應(yīng)值，說明其對(duì)雜交后代病情指數(shù)性狀的遺傳貢獻(xiàn)度低，結(jié)合自交系抗病鑒定結(jié)果，這3 個(gè)自交系可作為抗小斑病的核心種質(zhì)，在抗小斑病育種時(shí)應(yīng)優(yōu)先選擇；浚SN12E 抗性表現(xiàn)為中抗，屬于抗性種質(zhì)，但病情指數(shù)GCA 效應(yīng)值為較小的負(fù)向效應(yīng)值，說明該自交系參與組合配制時(shí)，對(duì)子代抗性貢獻(xiàn)度不高?？梢娍剐“卟∮衩鬃越幌档牟∏橹笖?shù)GCA 負(fù)效應(yīng)值不一定突出，性狀表現(xiàn)與GCA 效應(yīng)不呈正比，這與敖君[35]、茍才明等[36]的研究結(jié)果一致。因此，在抗小斑病育種過程中，應(yīng)擇優(yōu)選用小斑病抗性強(qiáng)、GCA 負(fù)效應(yīng)值較大的自交系作親本以提高目標(biāo)性狀遺傳穩(wěn)定性。

SCA 反映2個(gè)特定親本間雜交組合的具體配合效應(yīng)，與該雙親在其他組合中的表現(xiàn)無關(guān)，體現(xiàn)的是非加性效應(yīng)，不能穩(wěn)定遺傳給雜交后代[37]。本研究發(fā)現(xiàn)，病情指數(shù)SCA 效應(yīng)值為負(fù)值的組合中，絕對(duì)值最大的組合為昌7-2×浚313，但是親本昌7-2對(duì)小斑病的抗性表現(xiàn)為高感，病情指數(shù)GCA 具有最大的正效應(yīng)值，可見病情指數(shù)SCA 負(fù)效應(yīng)較大的組合，其親本小斑病抗性及病情指數(shù)GCA 效應(yīng)不一定突出；組合Mo17×浚313 的病情指數(shù)SCA 效應(yīng)值為正值，但該組合親本小斑病抗性強(qiáng)且病情指數(shù)GCA具有較大的負(fù)效應(yīng)，可見玉米抗病育種過程中存在親本GCA 表現(xiàn)出負(fù)效應(yīng)、雜交組合SCA 表現(xiàn)出正效應(yīng)的現(xiàn)象。茍才明等[38]研究發(fā)現(xiàn)，玉米育種過程中存在親本GCA 較高、組配組合SCA 表現(xiàn)較差的現(xiàn)象，這與本研究結(jié)果一致。本研究中病情指數(shù)SCA效應(yīng)值為負(fù)值的組合，基本都有一個(gè)病情指數(shù)GCA效應(yīng)值為負(fù)值的親本，親本對(duì)雜交后代有極顯著影響。張新等[39]的研究發(fā)現(xiàn)，SCA 高的雜交組合基本都是用GCA 高的親本參與組配而成。蓋鈞鎰[40]的研究發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)優(yōu)勢(shì)組合的親本必須具有較高的GCA，且經(jīng)過精準(zhǔn)組配選育的雜交組合具有較高的SCA。因此，在玉米抗小斑病育種中，至少要選擇一個(gè)病情指數(shù)GCA 負(fù)效應(yīng)較大的親本，進(jìn)一步選擇出病情指數(shù)SCA負(fù)效應(yīng)較大的組合。

綜上，抗性親本是抗病新品種選育的種質(zhì)基礎(chǔ)，親本病情指數(shù)GCA 負(fù)效應(yīng)大是雜交后代抗病性強(qiáng)的根本保證，組合病情指數(shù)SCA 負(fù)效應(yīng)大是優(yōu)勢(shì)組合選擇的重要依據(jù)，親本及組配方式對(duì)雜交后代的小斑病抗性有極顯著影響。楊麟等[41]的研究也指出，在表型評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上進(jìn)行配合力效應(yīng)分析，能篩選出育種潛勢(shì)高的雜優(yōu)組合。因此，在抗病育種過程中，應(yīng)統(tǒng)籌分析抗病性、GCA、SCA 以提高育種效率。