337份外引种质对玉米丝黑穗病的抗性及评价

张小杰，曲洁琼，周天旺，王春明，郭 成

(1.甘肃农业大学 植物保护学院，兰州 730070；2.甘肃省农业科学院 植物保护研究所，兰州 730070；3.甘肃农业大学 农学院，兰州 730070)

玉米(Zeamays)又名苞谷，是全世界公认的“黄金作物”，在中国国民经济和工业原料生产中占有非常重要的地位[1]。由于玉米具有极好的环境适应性，其种植面积与总产量已经位列中国谷类作物生产的第1位[2]。2018年，全国玉米总种植面积为42130千hm2，占全国农作物播种总面积的25.4%，总产量已达到25717万t。玉米丝黑穗病作为两大黑粉病害之一，属绝产型病害。一旦发病果穗全部被害，其感病株率每增加1个百分点，减产约100kg·hm-2[3]。近年来，由于人们种植模式的改变，一些农事操作的不当，以及中国玉米种质中高感和感的占比升高，其中包括‘黄早四’及其改良系等常用自交系[4]，上述因素均可能造成中国丝黑穗病频发和高发。特别是在中国北方春玉米种植区危害更大[5]，气候条件适宜年份存在大爆发大流行的潜在威胁。

玉米丝黑穗病是幼苗系统侵染的土传病害[6]，虽可采用药剂拌种等防治措施，但只停留在感病品种的防治上，并未从根本上解决问题[7]。种植具有稳定抗病性的品种既可有效控制玉米丝黑穗病病害流行，又利于保护生态环境和发展优质绿色食品[4]。但目前中国生产上应用的杂交种仅局限于少数几个骨干自交系，遗传基础狭窄，连年种植促使病原菌变异频率加大，易造成抗病品种的抗性丧失[8]。有研究表明，玉米自交系选育的基础材料主要是利用外来种质特别是美国玉米种质[9]，选用美国玉米种质育成的自交系综合性状优良，与国内种质地理远缘，普遍具有配合力高、根系发达、抗倒性强、品质好、籽粒商品性好等诸多优点[10]。故迫切需要扩大引种范围，筛选更多高抗丝黑穗病的种质资源。本试验采用人工接种法对337份外引种质进行抗丝黑穗病鉴定与评价，以期为国外引进品种的合理利用、改良及抗病品种的选育提供抗源。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试材料：337份材料均由中国农业科学院作物科学研究所提供，其中自交系261份，杂交种76份，分别来自于美国和俄罗斯。丝黑穗病原冬孢子为1号生理小种[11]，由甘肃省农业科学院植物保护研究所采集并保存。

1.2 试验方法

1.2.1 菌土制备 菌土制备参考文献[12]。

1.2.2 抗病鉴定圃的设置、种植和接种 鉴定圃设在甘肃省兰州市榆中县城关镇甘肃省农业科学院榆中园艺场(35.85°N，104.12°E，海拔1 970 m)。播前一次性施入尿素75 kg·hm-2、二铵150 kg·hm-2，全生育期灌水3次。于2019年4月20日进行播种，因自交系较多，每份材料种2行，行长5 m，不设重复，行、穴距为50 cm×30 cm，鉴定材料按照鉴定编号田间顺序排列，并在鉴定试验区内等距离设感病材料‘黄早四’、抗病材料‘Mo17’已知对照3组。每穴点播种子2～4粒，用制备好的0.1% 丝黑穗病菌土100 g覆盖种子接种，然后再用田土覆盖后耙磨，田间管理同大田。2020年对上一年表现中抗及以上的86份材料进行重复鉴定。

1.2.3 病情调查及抗性评价标准 在玉米进入乳熟后期，于8月27日对鉴定材料逐株进行调查，剔除杂株。分别记载调查总株数、发病株数，计算发病株率。根据发病株率，评价供试材料的抗性水平。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(NY/T 1248.3-2006)[13]进行，最终抗性以两年之中发病较重的一年为准。

2 结果与分析

2.1 外引种质资源对玉米丝黑穗病的抗性鉴定与评价

调查结果表明，抗病对照材料‘Mo17’的3次重复病株率分别为7.1%、9.5%和7.4%，均在5.1%～ 10.0%，表现中抗(Moderate resistance,MR)；感病对照材料‘黄早四’的发病株率分别为66.7%、53.3%和60.0%，3次重复的病株率均高于 40.0%，表现高感(Highly susceptible,HS)。说明发病条件充分，本次鉴定结果是有效的。

337份外引种质中包括261份来源于美国的自交系和76份来源于俄罗斯的杂交种，经鉴定，表现高抗(High resistance,HR)的材料有14份，占总鉴定材料的4.2%；表现抗病(Resistance,R)的材料有33份，占比为9.8%；表现中度抗病(MR)的材料有 39份，占11.6%；其余材料中有130份表现感病(Susceptible,S)，121份表现高度感病(HS)，共占供试材料的74.5%。分析鉴定结果可知，供试玉米种质对丝黑穗病抗性表现存在差异，表现抗病的材料相对较少，大部分表现感病或高度感病，总体对丝黑穗病的抗病能力较低。美国自交系对丝黑穗病害表现“抗”性以上(包括高抗、抗和中抗)的百分比较俄罗斯杂交种的高，表明美国自交系中抗丝黑穗的材料比俄罗斯杂交种丰富。鉴定的外引种质对丝黑穗病的抗性比例及所对应的百分比如图1所示。

2.2 自交系对丝黑穗病的抗性水平

结果表明，261份美国自交系表现高抗的有K14MY-493、K14MY-524和K14MY-836等13份材料，占鉴定自交系的5.0%；表现抗病有K14MY-492、K14MY-520、K14MY-812等29份材料，占11.1%；表现中抗有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，分别占比为37.5%和34.9%(表1)。

表1 美国自交系对玉米丝黑穗病的抗性类型Table 1 Resistance types of American inbred lines to maize head smut

2.3 杂交种对丝黑穗病的抗性水平

结果表明，76个俄罗斯杂交种中仅VIR5962 1个品种表现高抗，占鉴定杂交种的1.3%；表现抗病有VIR13477、VIR4585、VIR13283和VIR9786共4个品种，占5.3%；表现中抗有VIR5017、VIR6482、VIR6017、VIR13554、VIR6738、VIR13517、VIR6530、VIR13556和VIR6938共9个品种，占11.8%；感病和高感品种各32个和30个，分别占比为42.1%和39.5%(表2)。

表2 俄罗斯杂交种对玉米丝黑穗病的抗性类型Table 2 Resistance types of Russian hybrids to head smut in maize

3 结论与讨论

玉米丝黑穗病属于土传病害，病原菌的冬孢子可以在土壤中存活3 a以上，土壤中病原菌大量积累和带菌病田扩大是该病害严重发生的根本原因[4]。且不同品种之间对丝黑穗病的抗性差异显著，在中国春玉米种植区或丝黑穗病常发区，选择种植抗病品种是防治丝黑穗病最安全有效的方法之一。而有效鉴定和评价抗病性,筛选抗性较好的种质资源是玉米抗丝黑穗病育种的基础[14]。由于中国玉米种植历史较短，种质资源并不丰富，因此引进和利用外来种质资源能有效扩大中国玉米种质基础，丰富作物遗传多样性，促进品种更新换代，对中国玉米种质改良创新有不可替代的作用[4]。

(续表2 Continued table 2)

在众多国家选育的玉米种质资源中，美国种质系谱来源清晰，遗传变异丰富，从中鉴别和筛选有利的等位基因供体来拓展中国玉米种质基础，提高中国玉米种质资源多样性[15]。有研究表明，美国种质利用率每增加1个百分点，中国玉米年均产量增益约10 kg·hm-2[16]。在本次鉴定的261份美国自交系中，对丝黑穗病表现高抗、抗和中抗的种质各占5.0%、11.1%和11.5%。这与马宝新[17]和孟剑等[18]在研究中认为美国种质蕴藏着较为丰富的抗玉米丝黑穗病资源的结论略有差异。外引品种的选系有许多国内常规系没有的优良抗性基因[8]，俄罗斯杂交种的筛选可为中国高寒地区提供优良的抗病耐寒玉米品种[19]。本研究在76个俄罗斯杂交种中，筛选出表现“抗”性以上(包括高抗、抗和中抗)的品种共14个。这与王春明等[1]于2016-2018年对124份俄罗斯种质进行抗丝黑穗病鉴定，得出抗病种质较为贫乏，仅占鉴定材料的9.7%的结果相一致。与李金良[20]对20份俄引玉米 Reid 种质改良系进行2 a人工接种，得出抗病和中抗自交系占供试材料的 80%的鉴定结果有所差异。以上抗性鉴定结果间的差异，主要与鉴定的玉米材料种类、接种的病原菌分离物、地域间鉴定环境及年度间气候差异等因素有关。

针对中国玉米种质资源狭窄的现状，迫切需要扩大引种范围，引进新的抗病种质资源，充分利用外引种质与当地种质相结合，丰富玉米种质抗源，扩大高抗与多抗种质基因库[8]。本研究所获得的这些抗性资源，可为选育玉米抗丝黑穗病品种提供科学依据。在此基础上选育出更多抗丝黑穗病自交系，为配制高产、优质和多抗性玉米杂交种创造条件。