72份西北春玉米品种对丝黑穗病的抗性鉴定与评价

2020-08-25王春明郭成周天旺

植物保护 2020年4期

王春明　郭成　周天旺

摘要为明确72份西北春玉米品种对丝黑穗病的抗性差异，本研究于2015年-2017年间采用人工接种法对供试品种进行了田间抗性鉴定，结果表明‘军育179‘创玉102‘金园007‘中博510和‘九圣禾680共5份表现高抗，占供试品种的6.94%;‘先玉1321‘承试288‘兴玉018‘金育350‘五谷558‘Km15‘JXQ126‘M420‘HN887‘登海720等30份品种表现抗病，占供试品种的41.67%;‘MC703‘YF3240‘武科609‘宇翔188‘军育189‘金科玉3306‘经禾168‘GXY1204‘豪威168‘真金323等共16份品种表现中抗，占供试品种的22.22%;其余18份和3份分别表现感病和高感，分别占供试品种的25.00%和4.17%。以DPS 2016.1.1数据处理系统对其中32份品种的病株率进行系统聚类分析，探讨其抗病性，结果表明，以欧式距离1.0作为最佳聚类距离分割点，将供试品种划分为5类，但其聚类效果与依据玉米抗丝黑穗病鉴定技术规范划分的抗性类型结果存在一定的偏差。

关键词玉米; 丝黑穗病; 抗性; 鉴定; 聚类分析

中图分类号： S 435.131.4

文献标识码： A

DOI： 10.16688/j.zwbh.2019178

Identification and analysis of 72 northwest spring maize varieties resistance to head smut

WANG Chunming1，2， GUO Cheng1，2*， ZHOU Tianwang1，2

（1. Institute of Plant Protection， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou 730070， China;

2. Scientific Observing and Experimental Station of Crop Pests in Tianshui， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Tianshui 741299， China）

Abstract

In order to clear the resistance of 72 northwest spring maize varieties to head smut caused by sporisorium reilianum， artificial inoculation in field was conducted from 2015 to 2017. The results showed that five maize varieties were highly resistant， including ‘Junyu179‘Chuangyu102‘Jinyuan007‘Zhongbo510 and ‘Jiushenghe680，accounting for 6.94% of the total varieties. Thirty varieties were resistant， such as ‘Xianyu1321‘Chengshi288‘Xingyu018‘Jinyu350‘Wugu558‘Km15‘JXQ126‘M420‘HN887‘Denghai720 and so on， accounting for 41.67%. Sixteen varieties were moderately resistant， such as ‘MC703‘YF3240‘Wuke609‘Yuxiang188‘Junyu189‘Jinkeyu3306‘Jinghe168‘GXY1204‘Haowei168‘Zhenjin323， etc.， accounting for 22.22%. The remaining 18 and 3 varieties were susceptible and highly susceptible， accounting for 25.00% and 4.17%， respectively. Through DPS 2016.1.1 Data Processing System， the disease rates of 32 varieties were clustered for exploring their resistance. The results showed that 32 maize varieties were grouped into five groups at grouping point 1.0 of euclidean distance. However， there was a certain deviation between the clustering effect and the result of resistance type classified by technical specification for resistance to corn head smut.

Key words

maize; head smut; resistance; identification; clustering analysis

玉米Zea mays是禾本科Poaceae一年生糧饲兼用型作物[1]，素有“饲料之王”的美誉，是全世界用于生产畜产品最重要的饲料来源之一，其籽粒可用作精饲料，茎叶鲜绿度好、营养丰富、产量高，是青贮、配合饲料或直接喂养的优质饲料。据有关部门统计结果显示，2017年玉米种植面积和总产量在我国均居农作物之首，分别为3 544.5万hm2和21 589.1万t [2]。但由于玉米病虫害大面积发生和流行，我国每年因此而导致玉米产量损失约1 000万t以上[3]。甘肃省作为我国玉米主产区之一，至2017年玉米种植面积达96.67万hm2，占全省粮食种植面积的35%，其中制种玉米面积常年稳定在10万hm2左右，玉米已成为甘肃省第一大粮食作物[4]。然而，随着玉米种植面积迅速扩大，病虫害的发生危害也日趋严重。

玉米丝黑穗病是由丝孢堆黑粉菌Sporisorium reilianum引起的对玉米生产造成极大危害的土传真菌性病害[5]，在世界各国的玉米种植区均有不同程度的发生与危害，严重时病株率可达80%[6]。20世纪90年代以来，由于我国玉米栽培面积增加及‘沈单16等感丝黑穗病品种在西北地区的大面积种植和推广，使得轮作倒茬困难，造成连作障碍，加上防治疏忽，致使该病害发生呈逐年加重趋势，已成为我国春玉米生产区的重要病害之一 [7]。据杨芳兰等[8]报道，20世纪80年代初期，玉米丝黑穗病在甘肃省河西地区普遍发生，后随着品种更替，该病逐渐被控制。90年代以后，由于甘肃省玉米种植结构的调整、气候条件的变化及沈单系列品种种植面积扩大，品种的抗性降低、土壤菌量积累、种子包衣剂针对性不强及种子出苗时间延长等因素的影响，玉米丝黑穗病的发生又趋于严重[9-11]。特别是河西走廊的制种区由于制种自交系绝大多数不抗丝黑穗病从而导致病害大流行，不仅影响种子产量和质量，同时也为病害的远距离传播提供了初侵染菌源[9]。郭成等[12]2017年在甘肃省平凉市崆峒区调查发现部分玉米杂交种发病率高达65.2%，受害比较严重;究其原因是甘肃东部地区气候冷凉与丝黑穗病菌发生的温度条件相一致，因此该地区在品种布局上应重视选择抗丝黑穗病的品种，避免病害的大流行。

由于玉米丝黑穗病发病率等于损失率的产量损失特点[13]，该病害已严重阻碍了我国玉米产业的健康发展，成为甘肃省乃至我国春玉米生产区的重要病害之一。目前玉米丝黑穗病的防治仍然依赖种子包衣和拌种[14]，但有些种衣剂遇到低温天气会出现药害，且化学农药的施用不仅造成环境污染和农药残留，而且加大了病菌产生抗药性的风险。因此，防止玉米丝黑穗病发生流行和稳产增收的最经济、有效和安全的措施是种植抗病品种，而品种抗性评价是品种合理布局和品种更替的基础。故本研究于 2015年-2017年采用田间人工接种鉴定技术对72份参加国家玉米西北组区试的春玉米品种进行了抗性鉴定和评价，同时结合系统聚类分析对其抗病类群进行划分，旨在明确不同品种间的抗性差异，为玉米品种审定，布局以及推广利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 不同玉米品种对丝黑穗病抗性鉴定

1.1.1 供试品种

供试材料为72份玉米品种，2015年24份，2016年28份，2017年20份，均由内蒙古农牧业科学院提供。

1.1.2 玉米丝黑穗病原菌冬孢子制备

玉米丝黑穗病原菌冬孢子制备参考郭成等的方法[15]。

1.1.3 接种圃设计及接种方法

玉米丝黑穗病鉴定圃常年设在甘肃省甘谷县新兴镇头甲村，该地区年平均气温9.5～10.9℃，年降雨量大约为480 mm。试验在2015年-2017年每年4月中旬播种。2015年、2016年和2017年4月中旬至下旬平均地温分别为16.8、14.0℃和13.5℃。按鉴定编号进行人工穴播，每份材料行长5 m，株、行距为20 cm×60 cm，每穴精准播种1粒种子，然后覆盖菌土100 g，每处理种植4行，根据每年材料数量，在鉴定圃内设‘Mo17（R）和‘黄早四（HS）对照5组及以上。

1.1.4 病情调查及抗性评价标准

参照中华人民共和国农业农村部颁布的玉米抗丝黑穗病鉴定技术规范进行[16]，病情分级和抗性分级标准见表1。在玉米进入乳熟期后，对供试材料逐株进行调查和记载。根据病株率，评价供试材料的抗感水平。供试材料在初次鉴定中表现为抗性及高抗时次年进行重复鉴定。

1.2 数据处理与分析

采用Excel 2007和DPS 2016.1.1数据处理系统进行数据统计分析，用Duncan氏新复极差多重比较法进行差异显著性分析（P<0.05），选择欧式距离、最长距离法，以最佳聚类距离的适当大小作为分割点[17]，依据接种后的病株率与抗病性之间的线性关系，对32个供试玉米品种进行系统聚类分析。

2 結果与分析

2.1 对照材料的抗性结果

结果表明，玉米丝黑穗抗病对照材料‘Mo17的3年病株率在0～10.0%，表现为中抗（MR）～高抗（HR），高感病对照材料‘黄早四的3年病株率为62.32%～86.67%，均表现高感（HS）。说明3年的对照材料发病充分，鉴定结果准确可靠。

2.2 不同抗性类型的玉米品种所占比例

调查结果表明，72份玉米品种中，表现高抗的品种有5份、抗30份、中抗16份、感18份、高感3份，分别占供试玉米品种的6.94%、41.67%、22.22%、25.00%和4.17%（图1）。

2.3 玉米品种对丝黑穗病的抗性鉴定结果

调查结果表明（表2），72份玉米品种中‘军育179‘创玉102‘金园007‘中博510和‘九圣禾680共5份，病株率为0，表现高抗（HR），占6.94%;‘先玉1321‘承试288‘兴玉018‘金育350‘五谷558‘先玉1419‘正成018‘金诚6‘九玉M05‘利禾717‘禾育132‘金园15‘禾育157‘Km15‘JXQ126‘M420‘九玉A02‘HN887‘登海720等30份，病株率为1.1%～4.9%，表现抗病（R），占41.67%;‘MC703‘昊玉301‘豫禾601‘YF3240‘武科609‘宇翔188‘军育189‘金科玉3306‘经禾168‘龙华369‘银玉439‘GXY1204‘豪威168‘真金323‘宇翔9号‘福盛园57共16份，病株率为5.2%～9.9%，表现中抗（MR），占22.22%;‘CM178‘东科1316‘金穗13-2‘忻玉6028‘陇单9号‘先玉335‘J8525‘五谷638‘优迪919‘G7533‘SS467‘陕单628‘豫单186‘昊玉673‘科育186‘丰玉20‘LY410‘MC121共18份，病株率为11.1%～38.4%，表现感病（S），占25.00%;‘中单108‘大唐128‘先农108共3份，病株率为48.8%～52.0%，表现高感（HS），占4.17%。

2.4 不同抗性玉米品种病株率差异显著性分析

对72份玉米品种的病株率进行方差分析结果可知，51份抗病品种中，5份高抗品种之间及其与‘先玉1321‘兴玉018‘金育350‘五谷558‘金诚6等23份抗病品种病株率不存在显著差异（P>0.05）;但与‘宁研518‘九玉J01‘联创803‘先玉1731‘郑单958‘DF607等23份抗病及中抗品种之间差异显著（P<0.05）;21份感病品种中，高感品种‘大唐128和‘中单108与高感品种‘先农108及其感病品种‘MC121‘LY410‘CM178‘东科1316‘金穗13-2等19份品种差异显著（P<0.05），但其两者之间差异不显著（P>0.05）（表2）;且3份中抗品种 ‘真金323‘宇翔9号和‘福盛园57与感病品种‘CM178‘东科1316‘金穗13-2‘陇单9号及‘忻玉6028之间病株率差异不显著（P>0.05）。

2.5 不同抗性类型的玉米品种聚类分析

选取不同抗性类型的春玉米品种32份，根据其对玉米丝黑穗抗性反应表型相似程度的差异，将各重复病株率原始数值对数转换，聚类方法采用最长距离法所得聚类效果与抗性反应类型吻合度最好，据此以欧式距离1.0作为聚类分割点，可以将32份玉米品种分为五类。其中第Ⅰ类为高抗品种，为‘军育179‘创玉102‘金园007‘中博510和‘九圣禾680共5份材料，病株率为0;第Ⅱ类为抗性品种，由‘Km15‘ JXQ126‘M420‘HN887‘MC1410共5份材料组成，病株率为2.5%～3.5%;第Ⅲ类是中等抗性品種，包括‘DF607‘DF738‘MC703‘YF3240‘宇翔188‘GXY1204和‘豪威168等9份品种，病株率为4.5%～8.8%;第Ⅳ类为感病品种，分别为‘陇单9号‘G7533‘SS467‘科育186等9份品种，病株率为12.7%～27.6%;第Ⅴ类为高感病品种，‘MC121‘中单108‘大唐128‘先农108共4份品种组成（图 2）。

3 结论与讨论

选育和利用抗性品种是控制玉米丝黑穗病最为经济有效的途径[18-19]。为此许多专家和学者搜集和引进国内外材料，通过田间接种鉴定，筛选出了一批高抗自交系，如郭满库等[20]对我国153份玉米自交系材料进行了抗丝黑穗病的鉴定评价，结果表明对玉米丝黑穗病表现高抗的自交系仅占供试材料的6.54%;谢志军等[21]对893份玉米种质资源材料进行了抗丝黑穗病的鉴定与评价，结果表明表现中抗以上的自交系材料占鉴定自交系材料总数的 20.5%。宋淑云等[22]对673份玉米种质资源进行抗丝黑穗病评价，通过初鉴和复鉴筛选出高抗材料36份。郭成等[23]在933份供试玉米自交系中筛选出高抗玉米丝黑穗病材料44份，占供试材料的4.72%。这些高抗自交系的发现，拓宽了玉米抗丝黑穗的种质资源谱，为抗病育种提供了有效的抗源材料。

本研究利用人工接种进行了玉米抗丝黑穗病鉴定，筛选出具有抗性的春玉米品种51份，占供试品种的70.83%，其中高抗品种仅5份，占6.94%。‘金科玉3306 和‘陕单628在陕西省审定时对丝黑穗病分别表现中抗和感病，与此次鉴定结果一致; ‘金园007在辽宁省，‘中博510在河南省审定时表现抗病，此次鉴定中这2个品种均表现高抗;‘正成018在山西，‘真金308和‘MC703在内蒙古审定时表现高抗，此次鉴定中这3个品种表现抗和中抗;‘先玉1312和 ‘金园15在吉林省审定时表现感病，此次鉴定中表现抗病;‘陇单9号2013年在甘肃省审定及‘科育186在吉林省审定表现中抗，但此次鉴定中表现感病。分析造成这些鉴定结果不一致的主要原因与病菌的生理小种致病力不同，以及不同地区、不同年份土壤温度、水肥条件等不同有关。因此，应加大在不同生态区进行品种抗病性鉴定，以便筛选出适合于不同生态区种植的品种。通过这些抗病品种的推广应用，可在部分区域淘汰高感品种，将对减轻玉米丝黑穗病的发生和流行起积极的作用，同时为挖掘目标性状的优良抗性基因提供了基础材料。

2015年-2017年4月中旬至4月下旬玉米播种到出苗期（即丝黑穗病侵染时期）试验地0～10 cm平均土壤温度分别为16.8、14.0℃和13.5℃，与玉米丝黑穗病发病的温度条件相一致。故能保证丝黑穗病充分发病，使此次鉴定结果更加可靠、准确。

郭成等[12]利用聚类分析对41份玉米农家种资源抗丝黑穗进行了分析，结果表明在谱系图上，抗病性相同的种质大致划分在同一类中。陈红梅等[24]利用聚类分析对32个马铃薯品种抗镰刀菌干腐病进行分析，结果表明抗病性评价和聚类分析结果相吻合。在本研究中，采用DPS 2016.1.1数据处理系统以最长距离法对32份西北春玉米品种抗丝黑穗病抗性类型进行聚类分析。结果表明，以欧式距离1.0作为聚类分割点可将32份西北春玉米品种划分为高抗、抗病、中抗、感病和高感5大类。且在聚类分析图上，抗病性相同的品种大致可以聚在同一个类群中，但通过与农业部颁布的玉米抗丝黑穗病鉴定技术规范所列出的基于对产量损失直观考虑的抗性比较，发现两者之间存在一定的偏差。如‘DF607和‘DF738病株率分别为4.5%和4.9%，根据玉米丝黑穗病鉴定技术规范应划分为抗病（R），但在聚类分析图中却与‘MC703‘YF3240‘宇翔188‘金科玉3306等7个中抗（MR）品种归为一类;‘MC121病株率为38.4%，根据玉米丝黑穗病鉴定技术规范应划分为感病，但在聚类分析图上却与‘先农108‘中单108和‘大唐1283个高感品种归为一类。由此可见，聚类分析在一定程度上能够反映品种的抗病性类群，其分析方法优于鉴定技术规范。

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