玉米自交系齐319对弯孢霉叶斑病抗性的遗传分析

刘翠娜, 代君丽, 吴刘记, 邢小萍， 李洪连, 袁虹霞

(1.河南农业大学植物保护学院，河南 郑州 450002；2.河南农业大学农学院，河南 郑州 450002)



玉米自交系齐319对弯孢霉叶斑病抗性的遗传分析

刘翠娜1, 代君丽1, 吴刘记2, 邢小萍1， 李洪连1, 袁虹霞1

(1.河南农业大学植物保护学院，河南 郑州 450002；2.河南农业大学农学院，河南 郑州 450002)

以玉米自交系齐319(抗)×昌7-2(感)组合的P1、P2、F1、F24个世代为材料,采用植物数量性状主基因+多基因混合遗传模型，分析了该组合苗期及成株期抗病遗传特点,揭示了齐319对玉米弯孢霉叶斑病的抗性遗传规律。结果表明：齐319苗期抗性遗传符合2对加性-显性主基因+加性-显性多基因模型；成株期抗性遗传符合2对加性-显性主基因+加性-显性多基因模型。控制F2群体苗期与成株期抗性的主基因遗传率分别为65.14%和83.98%，表明齐319对弯孢霉叶斑病的抗性是两对主基因起主要作用。

玉米；齐319；弯孢霉叶斑病；抗性；遗传分析

玉米弯孢霉叶斑病(Curvularialeaf spot)是近些年在中国主要玉米产区新发生的一种重要叶部病害。该病主要危害玉米叶片，发病严重时叶片布满病斑，提早干枯，可造成玉米减产20%～60%[1-4]。选用抗病品种是防治该病的有效途径，而抗病育种的成效取决于抗源的筛选和对抗病遗传规律的认识。国内外学者主要对玉米弯孢霉叶斑病的生物学特性[5,6]、发病规律[7]、防治方法[8]及品种抗性鉴定[9]等方面进行了研究,但在其抗性遗传方面的报道较少。赵君等[10]用ADAA模型分析了玉米对弯孢霉叶斑病抗性的遗传效应，并估计了它们的预测值，但对于具体的遗传模型，并没有全面清晰的描述。近年来，主基因+多基因遗传模型在数量性状的遗传分析上得到了广泛的应用，主基因+多基因遗传模型分析能使数量性状的表型特征得到较全面的描述[11]。齐319是中国玉米育种的骨干自交系,具有抗大斑病、小斑病、弯孢霉叶斑病等多种病害的特征[12]。本研究采用主基因+多基因遗传模型4世代联合分析方法对齐319抗玉米弯孢霉叶斑病的遗传规律进行分析，旨在为玉米抗弯孢霉叶斑病遗传改良和抗病育种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

1.1.1 玉米自交系 抗病自交系齐319和感病自交系昌7-2由河南农业大学农学院提供，作者对2个自交系的抗病性进行了田间接种验证。利用齐319和昌7-2构建了杂交组合群体F1和F2代。

1.1.2 玉米弯孢霉叶斑病菌 玉米新月弯孢菌(Curvularialunata)是从商丘市郊采集的病害标样，经分离鉴定保存。

1.2 试验方法

1.2.1 苗期抗病性鉴定 将齐319×昌7-2杂交组合的P1(15株)、P2(15株)、F1(20株)、F2(287株)4个世代种植在花盆中(15 cm×15 cm)，单株播种。待玉米3叶期时，进行人工接种鉴定。

1.2.2 成株期抗病性鉴定 2013年6月中旬，在河南农业大学科教园区种植该组合的P1(20株)、P2(20株)、F1(31株)、F2(277株)代。在玉米抽雄期进行人工接种鉴定。

1.2.3 病原菌人工接种 新月弯孢菌在PDA培养基上培养后，转接于高粱米培养基上培养诱导产孢，制成孢子悬浮液，孢子悬浮液浓度为1×105个·mL-1孢子。利用猴头喷雾器进行叶片喷雾接种，接种后用2小块吸有水的脱脂棉球放置于叶片上，套保鲜袋保湿24 h。待充分发病后调查病情级别，病情分级标准参照赵君的标准[13]，按照病斑占叶面积的多少分为0～9级。

2 结果与分析

2.1 齐319×昌7-2杂交组合的亲本及F2代单株对弯孢霉叶斑病的抗性分析

苗期2亲本病级平均数分别为1.67和7.40，成株期亲本病级平均数分别为2.40和8.00。独立样本t测验表明，两亲本在玉米,2个生育期的病级均存在显著差异(P<0.05)(表1)。偏峰度都为0的分布为标准的正态分布，由F2代不同病级分布频数图(图1)可知，F2代分离群体成株期分布的偏度值和峰度值分别为0.184、0.761；苗期分布的偏度值和峰度值分别为0.488、-0.887，说明F2代的病级数在玉米2个生育期均是呈偏态分布，而且均是右偏，遗传趋势是一致的。成株期的分布比正态分布的陡峭，苗期的分布比正态分布平缓。由此可知，齐319在2个玉米生育期对弯孢霉叶斑病的抗性表现均属数量性状特征，且可能存在主基因。

2.2 齐319×昌7-2杂交组合抗弯孢霉叶斑病的遗传分析

表1 亲本及F2代单株病级分析Table 1 Analysis of disease grade in the parents and F2 generation

图1 苗期和成株期的齐319×昌7-2杂交组合F2代单株病级的频数分布Fig.1 Frequency distribution of disease grade per plant for the seedling stage and adult stage in F2 generation derived from the cross Qi319×Chang 7-2

模型Model极大似然函数值Maximumlikelihoodvalue成株期Adultstage苗期SeedlingstageAIC值AICvalue成株期Adultstage苗期SeedlingstageB-1-700.704041-716.9344481423.4080811455.868896B-2-703.242859-718.9257811420.4857181451.851562B-3-707.603271-741.1218871425.2065431492.243774B-4-716.506897-748.5723881441.0137941505.144775B-5-719.250793-729.3185421448.5015871468.637085B-6-720.169739-746.5454711448.3394781501.090942E-0-700.387573-714.5194701424.7751461453.038940E-1-700.405945-714.6508791418.8118901447.301758E-2-703.122559-718.0007321416.2451171446.001465E-3-703.356812-739.9303591412.7136231485.860718E-4-707.627930-744.3242801419.2558591492.648560E-5-714.709961-747.0511471435.4199221500.102295E-6-706.800781-730.0724491417.6015621464.144897A-1-705.425842-720.5956421422.8516851453.191284A-2-707.661316-741.1708371425.3226321492.341675A-3-722.246948-732.5312501454.4938961475.062500A-4-741.270996-770.5639651492.5419921551.127930D-0-702.678162-717.6862791421.3563231451.372559D-1-703.117310-717.9494631420.2346191449.898926D-2-709.989807-739.9296261431.9796141491.859253D-3-710.000549-747.0313111432.0010991506.062622D-4-710.000427-747.0313111432.0008541506.062622C-0-709.133484-746.9628301430.2669681505.925659C-1-709.996216-747.0288091429.9924321504.057617

表3 最适模型适合性测验结果Table 3 Tests for goodness-of-fit in some models

Notes: Numbers in the parentheses in uniformity text are the probability values; *significantly different at 0.05 probability level, respectively.

2.2.2 遗传参数估计 根据最适遗传模型各成分分布参数，采用最小二乘法估计出一阶遗传参数和二阶遗传参数(表4)。苗期4个世代平均病级数为4.450，第1对基因的加性效应、显性效应、显性度分别为-2.285、0.875 9；第2对主基因的加性效应、显性效应、显性度分别为-0.470 9、-0.466 3、0.990 2。结果表明，第1对主基因的加性效应较大，可降低2.29%的发病程度，第2对主基因的加性效应较小，可降低0.47%的发病程度，且第1对主基因对玉米弯孢霉叶斑病的抗性起主要作用，显性效应和加性效应的比值均小于1，说明控制玉米弯孢霉叶斑病发病程度的2对主基因均为负向的部分显性，并且都以加性效应为主；2对基因的显性效应均为负，说明其减轻了发病程度，增强了抗病性。

成株期4个世代平均病级数为5.181，第1对基因的加性效应为-2.571；第2对主基因的加性效应为-1.049。结果表明，第1对主基因的加性效应较大，可降低2.57%的发病程度，第2对主基因的加性效应较小，可降低1.05%的发病程度，第1对主基因对弯孢霉叶斑病的抗性起主要作用，主基因间无显性效应。

F2代苗期抗性主基因遗传率为65.14%,多基因遗传率为13.44%。F2代成株期抗性主基因遗传率为83.98%，多基因遗传率为13.21%，说明该组合2个生长时期的抗性主基因遗传率均为高度遗传力。

表4 遗传参数估计值Table 4 Estimates of genetic parameter

注：m为群体均值；d为主基因的加性效应；a和b表示2对主基因的序列号；h表示2对主基因的显性效应；[d]和[h]分别为多基因的加性效应和显性效应；σ2mg为主基因方差；σ2p为表型方差；σ2pg为多基因方差；h2pg为群体多基因遗传率；h2mg为群体主基因遗传率。

Notes: misthemeanofthepopulation, distheadditiveeffectofmajorgene, aandbisserial-numberoftwomajorgenes; histhedominanteffectoftwomajorgenes; [d]and[h]istheadditiveeffectandthedominanteffectofpolygene,respectively; σ2mgisthevarianceofmajorgene; σ2pisthephenoypicvariance, σ2pgisthevarianceofpolygene; h2pgistheheritabilityofpolygeneandh2mgistheheritabilityofmajorgene．

3 结论与讨论

齐319对玉米弯孢霉叶斑病的抗性是数量性状遗传，苗期抗性的遗传模型为E-2模型，即2对加性-显性主基因+加性-显性多基因模型；成株期抗性遗传模型为E-3模型，即2对加性主基因+加性-显性多基因模型。控制苗期和成株期抗性遗传的主基因遗传率分别为65.14%,83.98%，均为高度遗传力，说明齐319对弯孢霉叶斑病的抗性是主基因起主要控制作用。赵君等[13]对P138等8个玉米自交系的不完全双列杂交组合进行遗传分析，结果在所有抗感组合中均检测到了加性效应，部分组合中发现了显性效应，并在其中1个抗感组合的抗性遗传组分中检测到了上位性效应。本研究同样发现加性效应是主要的遗传组分，显性效应次之，没有检测到上位性效应的存在。

戴法超等[3]对玉米不同生育期对玉米弯孢霉叶斑病的抗性表现进行了研究，发现玉米苗期抗病性较强，随着生育期的进展，抗性逐渐减弱，在13叶期最感病，说明玉米对弯孢霉叶斑病的抗性具有阶段性。本研究在苗期抗性遗传组分中发现了加性效应和显性效应并存，而在成株期抗性遗传组分中只发现了加性效应。因此推测，这种阶段性的抗性可能是导致苗期与成株期基因间效应存在差异的重要原因。本研究中控制苗期和成株期抗性遗传的主基因遗传率分别为65.14%和83.98%，存在一定差异，造成这种差异的原因可能是苗期抗病性较强，苗期F2代群体抗性级别方差比成株期大，导致主基因遗传率较小。

植物数量性状主基因+多基因混合遗传模型多世代联合分析方法与QTL(Quantitative trait locus)定位检测主基因的数量相对一致[14]。作者正在用齐319×昌7-2组合的F2群体开展抗弯孢霉叶斑病的QTL定位研究，以期从分子水平进一步阐明齐319抗弯孢霉叶斑病的遗传机制，发掘与主基因效应紧密连锁的分子标记，为玉米抗弯孢霉叶斑病的分子标记辅助育种提供理论依据。

致谢：河南农业大学李玉玲教授帮助构建了2个玉米自交系杂交组合F1代群体，特此表示感谢。

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(责任编辑：蒋国良)

Genetic analysis of resistance toCurvularialeaf spot of maize(ZeamaysL.) inbred line Qi319

LIU Cuina1, DAI Junli1, WU Liuji2, XING Xiaoping1， LI Honglian1, YUAN Hongxia1

(1.College of Plant Protection, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China;2.College of Agronomy, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China)

The experiment was conducted by the method of major gene plus polygenes mixed genetic model with materials of four generations (P1， P2，F1， F2) from a cross of maize(ZeamaysL.) inbred line Qi319 (resistance)× Chang7-2 (susceptible). The aim was to reveal the resistant heredity rule of inbred line Qi319 toCurvularialeaf spot by analyzing the resistance in seedling stage and adult stage for four generations (P1， P2， F1， F2). The experimental results indicated that the resistant heredity in seedling stage fit two pairs of additive-dominance major genes+additive-dominance polygenes model; the resistant heredity in adult stage fit two pairs of additive major genes +additive-dominance polygenes model. The major gene heribility of F2generation in two growth periods was 65.14% and 83.98% respectively, which indicated the two major genes of inbred line Qi319 played the dominant role in resistance toCurvularialeaf spot .

maize; Qi319;Curvularialeaf spot; resistance; genetic analysis

2014-07-28

河南省现代农业产业技术体系项目(S2010-02-G05)；“十二五”国家粮丰工程项目(2012BAD04B07)

刘翠娜(1987-)，女，河南长垣人，硕士研究生，从事玉米抗病遗传方面的研究。

袁虹霞(1966-)，女，河南项城人，副教授，硕士研究生导师。

1000-2340(2015)02-0234-05

S435

A