早熟玉米群体选系对丝黑穗病的抗性评价及杂种优势分析

2012-09-20李晨光王振华

东北农业大学学报 2012年4期

李晨光，张林，邸宏，王振华

（东北农业大学农学院，哈尔滨 150030）

玉米丝黑穗病是世界玉米生产的重要病害[1-3]，尤其是我国北方春玉米区的重要病害之一[4-6]。目前国内抗玉米丝黑穗病的种质资源匮乏，更缺乏早熟抗病资源，急需创造一批抗玉米丝黑穗病的新资源，尽快应用于北方春玉米区早熟玉米育种实践[7-10]。近年通过农业部948项目的资助，本单位从中国农业科学院作物科学研究所引进了一批加拿大早熟玉米群体，通过在群体内部自交选系，已经选育出一批优良稳定自交系。为使这些资源合理有效利用，本文从中选出61份农艺性状表现优良的自交系，采用人工接种鉴定方法对其进行了抗丝黑穗病评价，并以不同血缘来源的7个早熟玉米自交系为测验种，对61份加拿大玉米群体选系进行了配合力及杂种优势关系分析，拟为其在我国早熟春玉米区抗病育种中的有效利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

61份加拿大早熟玉米群体选系与7个不同血缘的早熟玉米自交系名称及系谱见表1。

表1 61份早熟加拿大玉米群体选系及7个测验种的名称及系谱Table1 Name and pedigree of 61 Canadian populations and seven testers

1.2 抗病鉴定及评价方法

本试验分别于2009年和2010年在东北农业大学实验实习基地进行，病原菌来源为该基地。田间采用随机区组设计，3行区，3次重复，行长6 m，株距20 cm，每行31穴，每穴保苗2株。播种前一周将病瘿上的菌粉抖落，用40目铜筛筛出冬孢子，按0.1%比率与潮湿的细土充分混合成菌土；播种时先播下种子，覆盖菌土100 g，上面再覆田土。

在玉米乳熟末期进行丝黑穗病株率调查，每份鉴定材料逐株调查，分别记载总株数和发病株数，计算发病株率。病株率（%）＝发病株数/调查总株数×100%。根据病株率进行抗性分级，分级标准采用王晓鸣等提出的抗性分级标准进行分级[11]。病株率在0～1.0%为高抗（HR）；1.1%～5.0%为抗病（R）；5.1%～10.0%为中抗（MR）；10.1%～40.0%为感病（S）；40.1%～100%为高感（HS）。

1.3 杂交组合的配制及田间鉴定

2009年，以7个早熟玉米自交系为母本，以61个加拿大早熟玉米群体选系为父本，按NCⅡ遗传交配设计配制了427个杂交组合。2010年在绥化北林区农业技术推广中心和讷河市原种场进行鉴定，田间采用测验种为主的分组随机区组设计，2行区，3次重复，行长3.5 m，行距70 cm，株距18 cm，参考对照为德美亚1号和绥玉7号，成熟期测产。

1.4 数据统计分析

采用DPS7.05统计分析软件和Excel 2003进行数据处理，以单株产量为单位对61个加拿大玉米群体选系进行配合力分析，估算一般配合力（General combining ability，GCA）和特殊配合力（Specific combining ability，SCA）效应值。结合SCA效应对61个加拿大群体选系与7个测验种进行杂种优势分析[11]。

2 结果与分析

2.1 加拿大玉米群体杂交选系对丝黑穗病的抗性评价

61份加拿大群体杂交选系的平均发病率和抗性评价结果见表2。

表2 供试材料对玉米丝黑穗病抗性评价（2009～2010，哈尔滨）Table2 Resistance evaluation of tested selections to head smut（2009-2010，Harbin）

由表2可知，61个加拿大早熟玉米群体选系中表现高抗的选系共3个，包括EP14-1、EP16-5和EP17-8，占供试材料的4.9%；表现抗病的选系共18个，包括EP2-4、EP9-1、EP9-2等，占供试材料29.5%；表现中抗的选系31个，包括EP2-1、EP2-2、EP2-3等，占供试材料的50.8%；表现感病的选系共9个，包括EP2-5、EP2-6、EP3-1等，占供试自交系的14.8%，供试材料整体表现抗性较好，抗病材料占85.2%，无高感材料，说明其对玉米丝黑穗病的抗性较好，可以在抗病育种中加以利用。进一步分析可知，个别选系如EP2-5、EP3-1、EP12-1、EP15-1、EP16-1、EP17-3等两年鉴定结果存在一定差异，而且2010年的发病率偏低，可能与2010年播种期土壤湿度较大有关。同时也发现不同群体间选系的抗性差异较大，如EP9、EP11、EP14、EP16等9个群体的选系多数表现抗病，EP3、EP10、EP21、EP24等4个群体的选系多数表现感病。另外部分群体内部不同选系也有较大差异，如EP12的两个选系一个感病而另一个抗病，说明群体间存在抗性差异以及群体内抗性的分离。

2.2 单株产量的配合力分析

2.2.1 配合力方差分析

单株产量的配合力方差分析见表3。单株产量的GCA与SCA方差均达到极显著水平，表明供试群体选系间、测验种间的GCA及供试群体选系与测验种间的SCA差异真实存在。

表3 单株产量的配合力方差分析Table3 Analysis variance of combining ability of yield per plant

2.2.2 配合力效应分析

61个加拿大群体选系的GCA和组合间的SCA效应的分析结果见表4。由表4可知，GCA效应为正值的有27个，排在前10位的依次为EP17-11、EP17-13、 EP25-1、 EP9-3、 EP17-4、 EP17-8、EP17-7、EP17-14、EP16-8、EP17-5，表明用这些群体选系做基础材料容易组配出较高产的杂交组合。GCA效应为负值的有34个，排在后10位的为 EP13-1、 EP15-2、 EP12-1、 EP27-1、 EP2-6、EP2-7、EP2-4、EP20-3、EP20-4、EP15-3，在高产育种中应慎用。在427个组合中，有203个组合的产量SCA为正值，其中排在前10位的分别是EP17-15×K10、EP17-13×K10、EP16-5×丹 598、EP17-7×甸 11A、EP10-1×东46、EP17-11×合344、EP17-3×甸 11A、EP17-11×K10、EP12-1×KF53、EP17-5×K10、EP15-2×丹 598，表明这几个组合亲本间的遗传关系较远，它们之间有较大的几率组配出高产组合。有224个组合的产量SCA为负值，其中排在后10位的是EP9-1×K10、EP12-1×K10、EP17-14×甸11A、EP17-6×KF53、EP17-13×甸11、EP17-3×丹598、EP10-1×甸11A、EP25-1×合344、EP16-5×KF53、EP13-1×合344，表明这几个组合的亲本间遗传关系较近。

2.3 杂种优势关系的分析

根据SCA效应对61个加拿大早熟玉米群体选系与7个测验种的遗传关系进行分析，以SCA效应最小值作为划分类群的依据，以次小值作为参考，结果如表4所示，61份玉米群体选系被划分为7个类群，即与K10遗传关系较近的群体选系有10个，与KF53遗传关系较近的有5个，与KL298遗传关系较近的有11个，与甸11A遗传关系较近的有10个，与东46遗传关系较近的有10个，与合344遗传关系较近的有10个，与京七遗传关系较近的选系有5个。

表4 单株产量的GCA和SCA效应分析Table4 Analysis of GCA and SCA effect of yield per plant

表5 61份群体选系的杂种优势类群划分Table5 Heterosis groups divided of 61 populations

2.4 测交组合的单株产量对照优势分析

针对427个杂交组合的杂种优势关系，以2个对照品种平均单株产量为标准来分析427个不完全双列杂交组合的杂种优势反应，2个对照为德美亚1号和绥玉7，平均单株产量分别为0.108和0.106 kg。有108个组合对德美亚1号表现超对照优势，有131个组合对绥玉7表现超对照优势。单株产量排在前10位的组合依次为K10×EP17-13（0.156 kg）、合 344×EP17-11（0.154 kg）、K10×EP17-11（0.154 kg）、K10×EP17-15（0.150 kg）、合 344×EP17-13（0.143 kg）、 K10 × EP17-5（0.142 kg）、K10×EP25-1（0.141 kg）、 KL298×EP9-3（0.140 kg）、甸 11A×EP17-7（0.139 kg）、K10×EP9-3（0.137 kg），这些组合单株产量均超过对照29%以上，其中EP17-13×K10超过对照优势44%以上，证明这些测交组合有较高的利用价值。

3 讨论

3.1 供试加拿大玉米群体选系的抗性表现

通过对61份加拿大早熟玉米群体选系抗玉米丝黑穗病评价，发现供试群体选系绝大多数表现抗病，占供试材料的85.5%，仅有9个供试材料表现感病，除EP12-1和EP21-2外均小于20%，表明供试群体选系对玉米丝黑穗病具有较好的抗性，在今后早熟玉米抗病育种中可以选择利用。这一结果也进一步验证了王霞等对20个加拿大早熟玉米群体的抗性评价结果[12]，该结果表明，加拿大早熟群体对玉米丝黑穗病具有较好的抗性，群体发病率均小于21%。而且群体抗病性与从中选系的抗性绝大多数表现一致，如EP3、EP9、EP15、EP16四个群体的选系的抗病性与群体的表现基本一致；但也有部分群体选系抗性发生变化，如EP14和EP20的群体选系的抗病性全部由感病变为抗病或中抗，这可能是因为群体的遗传基础较大，群体抗病性发生了分离并且分离比例较大，更重要的是自然选择的结果。

3.2 供试加拿大玉米群体选系的配合力表现

前期的研究表明，EP9、EP10、EP14、EP15、EP16和EP17这6个群体的GCA效应表现较好，在黑龙江生态环境下与黑龙江地方种质有很好的产量表现[13-16]。本研究利用加拿大玉米群体直接选系中EP9、EP16、EP17等3个群体的选系GCA相对于改良前有较大程度的提升，并且由这3个群体选出的表现正效应GCA的选系占全部群体选系的70%以上，说明这3个群体在黑龙江有很高的利用价值，并且选系的改良方向是正确的，在今后的育种工作中可以多加利用。

3.3 供试加拿大玉米群体选系在我国早熟玉米育种中的利用方向

根据单株产量特殊配合力（SCA）效应，本研究将61个加拿大群体选系划分7个类群，即与K10遗传关系较近的群体选系有10个，与KF53遗传关系较近的有5个，与KL298遗传关系较近的有11个，与甸11A遗传关系较近的有10个，与东46遗传关系较近的有10个，与合344遗传关系较近的有10个，与京七遗传关系较近的选系有5个。进一步以2个对照品种平均单株产量为标准来分析427个不完全双列杂交组合的杂种优势反应，发现多数组合优势较强，单株产量排在前10位的组合中有6个组合是由K10与加拿大玉米群体选系间所组配，说明Reid群和加拿大玉米群体选系间具有较好的杂种优势关系，表现出较高的增产作用。

4 结论

供试的61份加拿大群体选系整体表现抗玉米丝黑穗病；群体选系中EP17-11、EP17-13、EP25-1、EP9-3、EP17-4等10个自交系产量一般配合力（GCA）效应较高，利用潜力较大；加拿大群体选系被划分为7个类群，分属于合344为代表的Lancaster群、K10为代表的Reid群、京七为代表的四平头群、KL298为代表的旅大红骨群、KF53为代表的PA群、甸11A为代表的甸11A群、东46为代表的大黄类群；Reid群和加拿大玉米群体选系间具有较好的杂种优势关系，表现出较高的增产作用；这些群体选系在我国早熟玉米抗病育种中具有重要利用价值。

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