102份玉米地方种质的茎基腐病抗性评价

张培风, 孙 佩, 徐鹏亮, 范永胜, 郭振营, 周联东

(新乡市农业科学院, 河南 新乡 453000)

玉米是我国重要的粮食作物,目前其产量已超越小麦和水稻[1]。但随着现代耕作方式的改变、全球气候变化及各种新品种的推广,病虫害已成为制约玉米高产稳产的重要因素,其中土传病害玉米茎基腐病(又称茎腐病或青枯病)严重影响玉米产量和品质。此病害主要由镰孢菌引起,其病害导致产量损失一般在20%左右,严重时减产50%左右[2]。该病属于积年流行病害,侵染期较长、前期症状不明显、灌浆期发病后猝不及防等特点,对我国各地区的玉米产区均有影响,且大部分地区呈上升趋势,河南省亦受到影响。

玉米品种对茎基腐病的抗性存在显著差异,因此,优异的抗性种质是进行抗病品种选育的前提,目前,选育和应用抗病品种是防治茎基腐病最经济有效的措施[3-4]。荀萍等[5]利用电钻打孔法接种禾谷镰孢菌,从22个玉米新杂交组合中,筛选出两个抗病补偿能力较强的组合,如:2×372、15H037×1090。孟广军等[6]采用埋根法,从1 480份玉米材料中筛选出1 038份抗茎基腐病的材料,占鉴定总数的70.1%,其中,早熟材料占比最大,为81.8%。王富荣和石秀清[7]利用田间自然发病和根际埋菌法,从1 550份玉米材料中筛选出76份对茎基腐病具有稳定抗性的优良自交系和杂交种,如B37Ht、Ek823、KH45等。宋燕春等[8]对287份重要的玉米自交系进行抗病鉴定,筛选出43份高抗种质,如XZ19、龙抗1、辐842、丹340等。段灿星等[9]利用根际埋菌法,借助人工接种的方法,从2 000份国家玉米种质资源中筛选出400份高抗茎基腐病的种质。那明慧等[10]利用接种法从225份国外玉米种质资源中筛选出12份对玉米镰孢菌茎腐病抗性较好的种质,可在不同环境条件下都表现出稳定的抗性,可作为高效利用抗性种质,为抗病育种奠定基础。我国玉米种质资源中存在较为丰富的抗性资源,需要进一步发掘,为抗病育种提供基础材料。本研究通过对河南各地收集整理的102份玉米地方种质材料的茎基腐病抗性鉴定,从中筛选出抗性较好的种质资源,为河南省玉米的高产稳产提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

供试材料为河南省内广泛搜集、整理的玉米地方种质,共102份(表1)。田间试验于2022—2023年在新乡市辉县试验基地进行,随机区组设计,每一类型材料为一区组,每个材料种2行区,行长5 m,行距0.6 m,种植密度4 000株/667 m2,田间管理与当地大田生产相同。

表1 102份河南省玉米地方种质编号及名称

1.2 病原菌的采集和分离

于2022年采集河南省新乡市玉米种植区病样,采集地点为辉县实验基地。采集对象为表现典型的茎基腐病症状的病株,采集部位为植株茎基部位第2～3节(茎基部位并未完全腐烂)。

1.3 病原菌分离、纯化

主要采用PDA培养基进行分离。用灭菌解剖刀拨开玉米病样,用75%的乙醇消毒病株茎秆表面(1 min),再用无菌水冲洗3次,取病株髓部组织置于PDA培养基中进行分离,每个平板放置5块病组织,重复3次,置于25 ℃恒温箱内培养2～7 d。挑取菌落边缘于PDA培养基上进行转管和纯化,采用稀释法对纯化得到的菌株进行单孢分离保存,观察分离菌株的形态。

1.4 病原菌鉴定

于25 ℃黑暗条件下培养4 d后观察菌落形态,15 d后观察大小型分生孢子等形态特征,根据《真菌鉴定手册》[11]《常见镰孢菌鉴定指南》[12]等文献资料将其分离菌株初步鉴定到种。

1.5 抗性鉴定试验

1.5.1菌种准备

将禾谷镰孢菌株转接到高压灭菌的SN低营养液的培养基中,置于25 ℃培养箱进行大量繁殖,可产生大量大型分生孢子,4 ℃下保存,待接种时,将液体经双层灭菌纱布进行过滤,孢子悬浮液浓度调至2×106个/mL,以供田间接种。

1.5.2田间接种

采用牙签接种法,在玉米大喇叭口期至抽雄期进行接种。先用经75%乙醇消毒的锥子对植株第二节间中部进行穿刺,随之将2根沾满菌丝的牙签塞进穿刺部位,完成接种。待所有植株完成全部接种工作后,为保证病原菌侵染土壤条件保持湿润,需进行田间浇灌工作。辉县试验地接种日期为6月24日。

1.6 测定方法及标准

在玉米进入乳熟后期进行调查,每个材料选30株,测定茎基腐病的发病率。植株叶片枯死,茎基部茎节明显变褐色或用手指捏近地表茎节变软的植株,果穗多表现为下垂,茎基髓部腐烂,即为发病植株。进一步确定相应的抗性等级、抗性评价标准(表2)。

表2 玉米茎基腐病抗性评价标准

2 结果与分析

2.1 病原菌分离结果

从全部分离物中选择5个具有代表性的菌株(禾谷镰孢菌、拟轮枝镰孢菌、层出镰孢菌、芒孢腐霉、强雄腐霉)进行致病力测定。禾谷镰孢菌分离频率为41.50%,拟轮枝镰孢菌分离频率为29.50%,层出镰孢菌分离频率为7.50%,芒孢腐霉分离频率为15.00%,强雄腐霉分离频率为6.50%。其中,禾谷镰孢菌、拟轮枝镰孢菌、芒孢腐霉这三种青枯病主要致病菌均具有致病力,接种后发病率近100%,不同致病菌致病力不同,禾谷镰孢菌致病力最强,对玉米植株生长影响最大,接种部位几乎完全被病原菌侵蚀腐烂;拟轮枝镰孢菌对玉米植株生长影响次之,接种部位呈现大量菌丝状,植株生长受限;芒孢腐霉对玉米植株生长影响最小,接种部位有部分菌丝入侵,网状分布较小,生长也受到影响。

2.2 102份玉米地方种质资源对茎基腐病综合抗性分析

由图1可以看出,在102份玉米地方种质资源中,高抗、中抗、抗性材料分别为16份、30份、17份,占比分别为16%,29%,17%;感和高感的材料分别为9份、30份,占比分别为9%,29%。说明在全部材料中,抗性以上的材料较感病材料多,其中抗性以上的材料占全部材料的62%,感病材料占全部材料的39%。表明河南地方种质资源中抗性种质资源较丰富,高抗材料占比相对较小,需要进一步发掘。

图1 102份玉米地方种质资源总体对茎基腐病的抗性结构分布

在表现抗茎基腐病的种质材料中,表现1级高抗种质材料有16份,占抗病种质材料的25.4%;表现3级抗病的种质材料有17份,占抗病种质材料的27%,表现5级中抗的种质材料有30份,占抗病种质材料的47.6%,表明在玉米地方种质抗病材料中,对镰孢菌茎腐病的田间表现主要以中抗抗性为主,为研究抗病材料提供了资源。

2.3 102份玉米地方种质的抗性分析

由表3可知,102份玉米地方种质对镰孢菌茎腐病的田间表型抗性的表现存在差异,其中,有16份玉米种质表现高抗,分别为陷顶黄、老人牙、大籽红、洋白玉米、大陷顶黄、老笨玉米、六十天还仓、二黄糙、小金籽、白石榴籽、朝鲜白马牙、白皮糙、大白玉谷、花里虎、二南24、螃蟹盖,平均发病率为0,说明这16份玉米种质资源整体抗性较强,可用于玉米茎腐病抗病育种。

表3 102份玉米地方种质发病率与评价

供试材料中有17份玉米种质表现为抗,分别为大籽红2、短杆糙、洋玉米、大黄盖、二马牙、小金子、大红袍、白马牙、焦04、老降红、白猪牙(白)、海马头、新黄4、大柿黄、无唐448、郑独青、老鼠眼,发病率均为8.3%,说明这17份玉米地方种质资源的抗性强弱及抗性多样性差异较小,此类抗性资源也可用于玉米茎腐病抗病育种。

供试材料中有30份中抗材料,分别为金棒锤、干白顶、玉石琳、姜黄玉米、高杆青、四叶糙、黄马牙、白金籽、粘鱼头、棉鱼头玉籽、白优8、安黄1、焦05、干白顶、风可322(黄)、九月寒、京7、灯笼红、高脚红、踏坑白、大京籽、短腿玉米、小白糙、白玉谷、白琉璃头、狗不吃、七月林、红穰玉米、获112、高桥黄,平均发病率为18.9%,其中发病率最高的为25%,最低的为16.6%,说明这29份玉米地方种质资源发病率相对较低,病情发展较慢。

供试材料中有30份高感材料,分别是七叶糙、晚五天、白琉璃蛋、白玉米、九十糙、竹尖玉米、红火炭、蛤蟆头、金棒锤2、鹅林白、白洋玉米、小籽黄、黑马嘴、黄琉璃蛋、二糙黄、老白晚、鹅林白2、红玉籽(红)、六十糙(大)、二猪牙、三尖柱、白盖玉米、六月棒、洛阳85(黄)、扁嘴玉米、白顶门、黄皮糙、九月寒2、新蔡白玉米、红棒籽,平均发病率为57.7%,其中发病率最高的为91%,最低的为41.4%,说明这30份玉米地方种质发病速度较快。

供试材料中有9份感材料,分别是小粒红、鸭子嘴、柿黄玉米、扁头玉米、三黄糙、麦涝玉米、鸡根玉米、老娃絮、花老包脸,发病率均为33.3%,说明这9份玉米地方种质发病速度慢,抗性弱,多样性差异较小。

3 结论与讨论

玉米茎基腐病作为典型的土传病害,其发生主要受气候、土壤、品种等因素影响。近年来,玉米茎基腐病已成为我国玉米生产中突出问题,抗病种质的筛选与选育是今后玉米病害发生的重点和治理、防控的难点。种质对茎基腐病的抗性与其他病害的抗性无“拮抗”作用,因此选用抗性较强的玉米种质作为母本,其杂种一代会表现出较高抗性[13-14]。蒋鹏等[15]采用田间人工土壤埋接法,鉴定出18份玉米组合对禾谷镰孢菌茎腐病的抗性,筛选出2个较好的抗茎基腐病高产组合。陈晓旭等[16]通过采用人工接种根埋法对50份国外种质群进行鉴定,筛选出4份高抗群体,5份抗病群体,7份中抗群体,对我国抗玉米茎基腐病育种有直接应用及指导作用。

本试验通过鉴定植株的致病力表现,结果表明,禾谷镰孢菌致病力最强,拟轮枝镰孢菌对玉米植株生长影响次之,芒孢腐霉致病率最弱。研究表明,相较其他镰孢菌,禾谷镰孢菌致病力最强,主要通过入侵植株根部影响植株生长[17-18]。通过采用田间人工接种鉴定方法,对102份河南玉米地方种质资源进行了镰孢菌茎基腐病的田间表型性状抗性鉴定与评价,试验结果表明,表现1级高抗种质材料有16份,表现3级抗病的种质材料有17份,表现5级中抗的种质材料有30份,表现感病和高度感病的种质材料有39份。抗性以上的材料占全部材料的62%,其中,表现5级中抗的种质材料有30份,占抗病种质材料的47.6%;表现1级的高抗种质材料有16份,占抗病种质材料的25.4%;表现3级抗病的种质材料有17份,占抗病种质材料的27%,表明在供试的玉米地方种质材料对镰孢菌茎基腐病的田间表型抗性表现以中等抗病能力表现的地方种质为主,且与国内外玉米种质对镰孢菌茎基腐病的田间表型抗性的表现分布趋势具有一致性,抗病能力大体相当[14]。通过对102份地方种质的抗性分析,筛选出16份田间表现高抗、整体抗性较强的玉米种质,分别为陷顶黄、老人牙、大籽红、洋白玉米、大陷顶黄、老笨玉米、六十天还仓、二黄糙、小金籽、白石榴籽、朝鲜白马牙、白皮糙、大白玉谷、花里虎、二南24、螃蟹盖。17份玉米种质田间表现为抗,抗性强弱及抗性多样性差异较小,分别为大籽红2、短杆糙、洋玉米、大黄盖、二马牙、小金子、大红袍、白马牙、焦04、老降红、白猪牙(白)、海马头、新黄4、大柿黄、无唐448、郑独青、老鼠眼。本研究通过田间抗病性鉴定试验筛选出的33份地方种质,可作为开展选育抗性新种质和抗病育种的重要基础材料,用于玉米茎腐病抗病育种,对我国玉米镰孢菌茎基腐病抗性新种质选育和抗病育种具有重要利用价值,可为玉米生产应用提供参考。

玉米茎基腐病的发病程度除了受地方种质品种的影响之外,还受到土壤、气候等因素的影响,不同地区和年份其发病程度也存在很大差异[19-21],因此对这些地方种质可充分利用改良创新国内玉米地方种质,连续几年鉴定,以期获得抗病能力较强、具有超前性、突破性的新种质,加快抗病抗性新种质品种的选育进程。