2021, Vol. 48文章信息
引用本文 |
基金项目
- 广州市珠江科技新星(201806010108)；广州市2021年农业财政专项资金(20101264)
作者简介
- 田耀加(1983—)，男，博士，高级农艺师，研究方向为玉米遗传育种，E-mail：2602333562@qq.com.
文章历史
- 收稿日期：2021-05-29
【研究意义】鲜食玉米，一般指甜玉米和糯玉米，兼具蔬果粮用途，在日常生活中广受欢迎。我国是鲜食玉米生产与消费大国，目前年生产面积达133.3万hm2以上，超过600亿果穗，且有增加的趋势。与普通玉米不同，鲜食玉米主要采摘乳熟期的新鲜果穗，用于直接蒸煮食用、菜肴搭配、榨汁，甚至作为水果生食，因此对品质及产品安全性要求更高。南方锈病是影响鲜食玉米生产的主要病害之一，具有流行爆发性强、防治困难、为害性大等特点。该病在我国南北方均可发生，严重影响鲜食玉米产量、商品外观及品质，由于缺乏抗病品种，主要依靠化学药剂加以防控。因此，为控制南方锈病为害，保障鲜食玉米的安全高质生产，开展抗病种质资源筛选，从而用于品种改良创新，具有重要的经济与社会意义。【前人研究进展】南方锈病和普通锈病同属于玉米锈病，两者可交叉侵染为害，其病原菌在形态上有所差异[1]。南方锈病的为害性更强，由多堆柄锈菌(Puccinia polysora Underw.)引起，发病温度为15~31 ℃，最适温度24~27 ℃[2]。不同地区之间引起南方锈病的多堆柄锈菌群体具有明显的遗传多样性，遗传变异高，其初侵染源及毒力表现可能各不相同[3]。王晓鸣等通过对生物学特性及不同地理种群遗传相关性研究表明，我国不同产区南方锈病初侵染源具有不同的来源[4]。但由于规模化连作、气温上升等因素，20世纪90年代以来，南方锈病已在我国不同玉米产区逐渐上升为主要病害，造成减产甚至绝收[5-7]。相关调查表明，湖北、广西、云南、浙江、河南、河北等地均陆续遭遇南方锈病为害，轻者减产10%~30%，重者减产80% 以上[8-14]。华南鲜食玉米产区南方锈病发生严重，研究表明该病为害与产量性状存在着线性负相关[15-16]。【本研究切入点】利用作物自身的抗性是病虫害防治最直接有效的措施。广东是我国鲜食玉米生产与消费大省，各种类型不断创新推广[17-18]，同时又是南方锈病易发区域，但推广应用上缺乏真正抗南方锈病的品种，鲜食玉米生产存在较大的潜在威胁。因此，亟待广泛筛选挖掘鲜食玉米抗病种质，并在品种改良中加以利用，为产业发展提供根本保障。【拟解决的关键问题】本研究在种质资源收集及自主创新的基础上，结合田间自然感病和接种感病鉴定，系统开展甜、糯玉米自交系对南方锈病的抗性评价，旨在准确筛选得到高抗锈病的材料，为鲜食玉米抗病品种选育推广提供基础。
1 材料与方法 1.1 试验材料鲜食玉米自交系710份，包括糯玉米328份、甜玉米180份、甜加糯玉米202份，均为广州市农业科学研究院引进及自主创新，经选株套袋自交所得。
1.2 试验方法1.2.1 自然感病鉴定 自然感病鉴定于2014年和2015年秋季在广州市农业科学研究院花都试验基地进行，试验地为玉米连作田，自然条件下南方锈病发生重。
田间玉米起垄种植，垄宽约1.2 m，长约4 m。每垄双行种植，行距约60 cm，株距25 cm。每份自交系种植1行，于9月上旬直播种植。田间按常规管理，基肥以腐熟农家肥为主，用量约为7 500 kg/hm2；苗期结合中耕培土及除草，及时施用尿素和复合肥各75 kg/hm2，拔节至大喇叭口期增施尿素和复合肥各150 kg/hm2。玉米苗期主要防治地下害虫，喇叭口期以后主防玉米螟。
田间自然发病条件下，于鲜食玉米散粉后约20 d调查每份试验材料南方锈病发生情况，采用目测法对每份自交系材料进行抗病性评价。鲜食玉米对锈病抗病性分级评价标准如表 1所示。
1.2.2 人工接种感病鉴定 田间试验设置、管理及病害调查同1.2.1。试验于鲜食玉米8~9叶期，采集南方锈病为害严重、布满夏孢子堆的新鲜玉米叶片，在清水中搓洗制成病原菌悬浮液(100倍显微镜下每视野40~50个孢子)，采用背负式喷雾器对每份自交系材料进行喷雾接种。喷雾量以叶片湿润滴水为准，并于7 d后进行二次喷雾接种。
1.2.3 抗病遗传分析 以抗病自交系09N1-1-1 (P1)为父本，感病自交系09N9-3(P2)为母本，田间种植后套袋配制杂交组合F1。F1收获后继续田间种植，选择株系进行套袋自交获得分离群体F2；同时取F1株系为回交受体，以09N9-3(P2)回交供体，配制获得回交群体BC1F1。
分别取抗病自交系09N1-1-1(P1)、感病自交系09N9-3(P2)、杂交组合F1，以及其后代群体F2和BC1F1进行田间种植，按照1.2.2方法进行单株接种鉴定。对鉴定数据进行卡方检验，以抗感分离结果初步分析抗病基因遗传模式。
2 结果与分析 2.1 自然感病条件下鲜食玉米抗性材料筛选自然感病条件下调查鲜食玉米自交系材料对南方锈病的抗性表现，总体而言，材料之间对南方锈病的抗性水平具有显著差异，糯玉米、甜玉米及甜加糯玉米3个不同类型自交系材料抗性水平呈类似的差异性分布。其中以中抗或感病水平的材料最多，而表现高抗水平的材料极少。在所测定的鲜食玉米材料中，对南方锈病表现高抗水平的占1.11%，抗病和中抗水平分别占8.34% 和34.08%，而55.21% 的材料表现感病及高感水平。在糯玉米材料中，抗病水平以上的材料28份，包括高抗水平5份和抗病水平23份；在甜玉米材料中，高抗和抗病的材料分别为1份和22份；而在甜加糯玉米材料中，高抗和抗病的材料分别为2份和15份(图 1)。
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| 图 1 田间自然条件下不同类型自交系材料对南方锈病的抗性表现 Fig. 1 Resistance of different types of inbred lines to southern corn rust under field natural conditions |
2.2 接种条件下鲜食玉米自交系材料抗性鉴定
对68份自然条件下对南方锈病表现抗病水平(抗性级别为Ⅲ)以上的自交系材料进行人工接种验证鉴定，结果见表 2。在人工接种胁迫感病压力条件下，其中36份自交系材料的抗性水平明显降低，表现为抗性级别由Ⅲ级下降为Ⅴ级或Ⅶ级，Ⅰ级下降为Ⅲ或Ⅴ级。通过人工接种试验，结果表明对南方锈病表现为高抗(抗性级别为Ⅰ)的自交系材料5份，包括3份糯玉米材料、1份甜玉米材料和1份甜加糯玉米材料；表现为抗病水平(抗性级别为Ⅲ)的自交系材料30份。
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2.3 鲜食玉米抗病基因遗传模式
结合不同群体抗性鉴定，遗传分析结果见表 3。抗病自交系09N1-1-1(P1)所有株系都表现高抗南方锈病，而感病自交系09N9-3(P2)为感病或高感，两者的杂交组合F1植株均表现高抗水平，表明自交系09N9-1-1(P1)对南方锈病的抗性由显性基因控制。F2和BC1F1群体抗感分离比例分别为2.36 ∶ 1和1.04 ∶ 1，卡方检验差异不显著，结果符合3 ∶ 1(χ2=2.473，P=0.116)和1 ∶ 1(x2=0.084，P=0.772)分离比例，根据遗传基本规律推测，09N9-1-1(P1)抗病性可能来源于单基因显性控制。
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3 讨论
种质资源是种业发展的首要条件，充分筛选目标性状优良种质，对于功能基因挖掘利用和品种改良创新具有重要的意义。玉米抗南方锈病种质鉴评与利用已有较多的研究，但主要集中于普通玉米材料，调查鉴定显示，在现有大量的育种材料中对南方锈病表现高抗水平的材料少，如江凯等从1 589份玉米种质中鉴定出高抗(HR)材料26份，占鉴定总数的1.64%[19]；陈文娟等研究表明，在903份种质中8份自交系对南方锈病表现高抗，占总鉴定种质的0.9%[20]。本研究以鲜食玉米为对象，抗性鉴定结果与现有的研究报道具有较高的相似度。在710份鲜食玉米自交系材料中，对南方锈病表现高抗的只占1.11%，抗病水平的占8.34%。结合田间自然感病和人工接种感病鉴定，研究获得5份高抗南方锈病的自交系材料。课题组通过广泛抗病性材料鉴定筛选，为后续核心种质的抗性改良和鲜食玉米抗病品种选育奠定了良好的基础。总体而言，种质资源之间对南方锈病的抗性存在显著差异，但抗病的资源十分稀少，基于鲜食玉米产业发展而言，应继续加强对抗性种质的鉴定筛选。
已有研究表明，不同玉米抗锈病遗传由显性单基因或多基因控制[21-23]。如王文洁等利用抗锈病自交系K381构建6个世代群体，研究推测其抗性由单一显性基因控制[24]；艾堂顺等在玉米2、5、6、10号染色体上鉴定出5个抗病位点，其中10号染色体上的位点具有最大的效应值[25]；陈文娟等在3、7、8、9、10号染色体上检测到6个控制南方锈病的QTL，并初步定为得到10号染色体上的主效QTL[26]。现有研究报道中，已在10号染色体上定位得到多个抗病基因，包括RppQ[27]、RppD[28]、RppC[29]、RppS[30]、RppM[31]等。这些基因分别来源于不同的玉米材料，其是否相同目前尚未明确。本研究以糯玉米抗南方锈病自交系09N1-1-1为背景，抗性遗传分析结果显示，F2和BC1F1群体的抗感分离符合3 ∶ 1和1 ∶ 1比例，同样推测其遗传模式可能为显性单基因控制。由于材料来源不同，以及南方锈病致病菌(多堆柄锈菌Puccinia polysora Underw)生理小种的不同，完全有可能检测得到不同的抗病基因。本研究中糯玉米自交系材料09N1-1-1的抗性来源是否与前人报道的基因有所重合，尚有待进一步研究论证。
4 结论本研究结合田间自然感病和人工接种感病鉴定，筛选获得对南方锈病表现为高抗的鲜食玉米自交系材料5份，包括3份糯玉米材料、1份甜玉米材料和1份甜加糯玉米材料。选取抗病糯玉米自交系09N9-1-1(P1)和感病自交系09N9-3 (P2)构建后代F2和BC1F1分离群体，初步遗传分析显示，其抗感分离分别符合3 ∶ 1和1 ∶ 1比例，卡方检验差异不显著，推测自交系09N9-1-1抗病遗传模式可能为显性单基因控制。研究结果有助于为抗病遗传解析提供理论参考，为抗病种质改良和新品选育推广提供抗源材料，从而解决生产上南方锈病暴发防控难题。
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