玉米自交系灰斑病抗性配合力及遗传分析

吴雯雯 欧杨虹 张振良 吴永升

摘要：【目的】分析CML系列玉米自交系的灰斑病抗性配合力并进行遗传参数估计，为进一步选育抗灰斑病玉米新品种提供参考。【方法】以6份CML系列玉米自交系（CML373、CML390、CML442、CML488、CML489和CML204）为材料，按Griffing双列杂交试验设计方法Ⅳ组配15个杂交组合，对玉米自交系及其配置的杂交组合的灰斑病抗性进行配合力分析。【结果】6份玉米自交系一般配合力（GCA）效应差异极显著（P<0.01，下同），自交系CML373和CML390的GCA效应为负向效应，以CML390的负向效应最大；CML442、CML488、CML489和CML204的GCA效应为正向效应，CML204的正向效应最大。15个杂交组合特殊配合力（SCA）效应差异极显著，组合CML373×CML204的SCA负向效应最大，组合CML442×CML204的SCA正向效应最大。玉米灰斑病抗性遗传加性方差为3.63，显性方差为0.21，广义遗传力为93.74%，狭义遗传力为88.52%。【结论】CML390组配的各组合抗性表现及SCA效应均较优。玉米灰斑病的抗性遗传以加性效应为主，同时存在一定的非加性效应，性状表现受环境影响较明显。

关键词： 玉米；自交系；灰斑病；配合力；遗传参数

中图分类号： S435.131 文献标志码：A 文章编号：2095-1191（2016）08-1313-05

Abstract：【Objective】The present experiment was conducted to investigate combining ability of resistance to grey leaf spot of maize inbred lines and estimate relevant genetic parameter， in order to provide reference for breeding new maize variety with resistance to grey leaf spot. 【Method】According to Griffing diallele experimental method Ⅳ， six maize inbred lines（CML373， CML390， CML442， CML488， CML489 and CML204） were used as materials to obtain 15 cross combinations. Then， their combining abilities were analyzed， and the genetic parameters were estimated. 【Result】The results showed that， there were significant differences in general combining ability（GCA） effects of 6 maize inbred lines（P<0.01， the same below）. CML373 and CML390 had the highest negative GCA effect. CML442， CML488， CML489 and CML204 had positive GCA effect， especially CML204 with the highest positive GCA effect. The special combining ability（SCA） effects of 15 cross combinations were extremely significantly different. Cross combination CML373×CML204 showed the highest negative SCA effect， but cross combination CML442×CML204 showed the highest positive SCA effect. Furthermore， as for maizes resistance to grey leaf spot， the genetic additive variance was 3.63， the genetic dominant variance was 0.21， the broad-sense heritability was 93.74%， while the narrow-sense heritability was 88.52%. 【Conclusion】All cross combinations with CML390 have better disease resistance and SCA effect than other cross combinations. Genetics of resistance to grey leaf spot is mainly controled by additive effect， but aslo there is certain non-additive effect， and the phenotypic expression is influenced by environment greatly.

Key words： maize； inbred line； grey leaf spot； combining ability； genetic parameter

0 引言

【研究意義】玉米灰斑病是由玉蜀黍尾孢菌（Gercospora zeae-maydis Tehon & Daniels）引发的玉米主要叶部病害（Danson et al.， 2008；Sibiya et al.， 2012；张小飞等，2014），发病严重的地块常造成大面积减产。通过玉米科研工作者的努力，我国在玉米大小斑病、矮花叶病和纹枯病等玉米抗病育种研究方面取得了较大进展，缓解了我国育成玉米品种抗病性差的问题。自交系选育是玉米杂交育种的基础，配合力测定是玉米品种选育的重要环节，科学地预测自交系的配合力表现有利于提高育种效率（沈强云等，2005）。国际玉米小麦改良中心（CIMMYT）是公益性的国际研究机构，其服务宗旨是通过项目资助推动玉米、小麦品种和先进农业技术在南美洲、非洲和亚洲等发展中国家的推广与使用，该中心选育并保存的种质资源蕴含着丰富的灰斑病抗性材料（Ward et al.， 1999），因此，发掘CIMMYT玉米自交系抗灰斑病资源，研究玉米自交系灰斑病抗性并对病害的遗传参数进行深入分析，对合理组配玉米杂交组合具有重要意义。【前人研究进展】近年来，玉米灰斑病抗性配合力及遗传分析研究取得了重要进展。董怀玉等（2007）利用人工注射接种的方法对191份玉米杂交种进行灰斑病抗性鉴定，结果仅筛选出3份高抗灰斑病的玉米杂交种。吕香玲等（2011）利用我国40份玉米自交系和22份回交导入系为材料进行灰斑病抗性鉴定和评价，研究发现回交改良方法能有效提高玉米自交系的抗性。陈阳等（2012）以6份我国骨干玉米自交系为材料进行灰斑病抗性遗传分析，结果表明，玉米灰斑病的遗传以加性效应为主，同时存在部分非加性效应。李海艳（2012）利用复合区间作图法对玉米灰斑病抗性基因进行QTL定位研究，结果在2个环境下找到4个抗玉米灰斑病的QTL位点，效应最大的QTL位点能解析18.89%的遗传变异。Nzuve等（2013）利用7个热带玉米自交系配制42个杂交组合，并对自交系及杂交组合的抗玉米灰斑病性进行研究，结果表明，CML373和TZMI711自交系含有抗玉米灰斑病基因，用这2个自交系组配的杂交组合的玉米灰斑病抗性均较好。【本研究切入点】CML（CIMMYT maize inbred line， CIMMYT玉米自交系）系列玉米自交系是CIMMYT最优秀的玉米种质资源，是国际玉米育种家利用不同的技术手段不断提高玉米各主要农艺性状一般配合力的结果，这些种质资源中蕴含着重要的抗玉米灰斑病材料（Ward et al.， 1999）。目前，我国尚无针对CML系列玉米自交系进行灰斑病抗性配合力分析和遗传参数估计的研究报道。【拟解决的关键问题】以来自CML系列的6个优良玉米自交系及其配置的杂交组合为材料，通过双列杂交试验设计和田间试验方法，研究玉米灰斑病的遗传特性，以指导热带亚热带地区玉米杂交种选育，为我国主要玉米产区抗灰斑病新品种选育提供技术支撑。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

以6份CML系列玉米自交系CML373、CML390、CML442、CML488、CML489和CML204为基础材料，于2014年按照Griffing雙列杂交试验设计方法Ⅳ组配15份杂交组合，为后续的遗传分析试验准备材料；以CML392（高抗）和掖478（高感）为对照材料。6份玉米自交系产量均较高，产量一般配合力好，株高适中，高抗玉米穗腐病等主要病害，适应江苏南通的气候条件。

供试灰斑病病原菌（Gercospora zeae-maydis Tehon & Daniels）菌种由四川省农业科学院友情提供。

1. 2 试验方法

1. 2. 1 试验设计 试验于2015年春进行，试验地点为江苏南通科技职业学院基地。试验采用完全随机区组设计，每个杂交组合设单行区，小区行长4.50 m，行距0.75 m，种植密度为57000株/ha，3次重复，每个重复间留过道1.00 m，试验地周边设4行保护行以减少边行效应的影响。每隔5行区种植1组高抗、高感病材料为对照。在同一地块，以同样的试验条件对6份CML系列玉米自交系和2份对照玉米自交系进行玉米灰斑病抗性鉴定。试验田间管理按照江苏南通本地大田管理水平进行。

1. 2. 2 病原菌培养及田间接种鉴定 参照曹国辉（2009）的方法对病原菌进行培养并略作改良。将灰斑病病原菌分生孢子洗脱并配制菌液，菌液孢子浓度调整为2.5×103个/mL。于玉米大喇叭口期用简易注射器在供试玉米植株心叶中依次注入10 mL/株的病原菌孢子悬浮液进行接种。接种前保持田间湿润。

1. 2. 3 调查项目及方法 病害调查在田间接种35 d后进行。参考玉米病害分级标准及评价标准（王晓鸣等，2010）对灰斑病病害进行调查分级和评价。

1. 3 统计分析

评价玉米植株灰斑病发病程度的指标以田间鉴定病情级别平均值为标准，按Griffing双列杂交方法进行分析，利用R软件包进行试验数据处理并计算亲本配合力及群体遗传参数。

2 结果与分析

2. 1 亲本玉米自交系及对照材料灰斑病抗性鉴定结果

经接种鉴定，6份亲本玉米自交系CML373、CML390、CML442、CML488、CML489和CML204的灰斑病鉴定结果分别为2.0、1.5、3.0、3.5、3.0和7.5级；2份对照材料CML392和掖478的灰斑病鉴定结果分别为1.0和8.5级。

2. 2 玉米灰斑病抗性配合力方差分析结果

玉米灰斑病病情级别的配合力方差分析结果表明，玉米灰斑病抗性在组合间的差异达极显著水平（F=32.83，P<0.01），可进一步分析亲本自交系的一般配合力（GCA）方差及杂交组合的特殊配合力（SCA）方差。

进一步分析发现，6个亲本自交系间灰斑病抗性的GCA差异达极显著水平（F=85.65，P<0.01）；杂交组合间灰斑病的SCA差异达极显著水平（F=3.49，P<0.01）。因此，可以进一步对供试6份CML系列玉米自交系的GCA效应和15份杂交组合的SCA效应进行估算。

2. 3 GCA效应分析结果

对6份CML系列玉米亲本自交系进行灰斑病抗性的GCA效应分析，结果见表1。由表1可知，不同自交系间GCA效应差异较明显，且表现出正、负两向效应。CML390和CML373表现为负向效应，用作亲本可降低杂交组合玉米灰斑病发病程度；CML442、CML488、CML489和CML204表现为正向效应，用作亲本可增加杂交组合玉米灰斑病发病风险。根据亲本间GCA效应值大小顺序，玉米育种中供试6份自交系被选作抗病亲本的优先顺序为：CML390→CML373→CML442→CML488→CML489→CML204。

2. 4 SCA效应分析结果

15份杂交组合玉米灰斑病病情级别SCA效应值见表2。由表2可知，不同杂交组合SCA效应亦表现出正、负两向效应，负效应较大的组合依次为CML204×CML373、CML204×CML390、CML442×CML373、CML

488×CML390、CML489×CML442和CML489×CML488；

组合CML204×CML442、CML390×CML373和CML204×

CML488则表现为较大的正向效应；CML390作为亲本组配的玉米杂交组合中有4个表现为负向效应。玉米灰斑病抗性较好和负向GCA效应较大的两个自交系CML373和CML390所组配的各杂交组合灰斑病抗性表现有较大差异。GCA负向效应最大的CML390，除与CML373组配的组合表现为正效应外，与CML204、CML489、CML488和CML442组配的杂交组合均表现为负效应；CML373组配的杂交组合中，CML442×CML373和CML204×CML373表现为负效应，3个杂交组合CML390×CML373、CML488×CML373和CML489×

CML373表现为正效应。

2. 5 遗传参数分析结果

对玉米灰斑病抗性的遗传参数进行估算，结果（表3）显示加性方差为3.63，显性方差仅为0.21，加性方差明显大于显性方差，说明玉米灰斑病的抗性遗传以加性效应为主；广义遗传力为93.73%，狭义遗传力为88.52%，两者相差较大，说明玉米灰斑病抗性的遗传过程中存在一定的非加性效应，试验受环境影响较明显。

3 讨论

目前，CIMMYT种质资源库存有26000多份玉米种质，包括561份CML自交系和大量的玉米群体品种，CIMMYT保存的玉米种质资源向全球免费发放（张学才，2012）。本研究以6份CML系列的玉米自交系为材料，通过科学的遗传试验设计和田间接种鉴定，发现CML390和CML373抗玉米灰斑病的级别分别为1.5和2.0级，且具有较高的GCA效应，与Nzuve等（2013）的研究结果一致。本研究之所以选择CML373、CML390、CML442、CML488、CML489和CML204作为研究对象，主要是考虑上述材料对灰斑病抗性有较大差别（包括抗病和感病材料），且在江苏南通有较好的适应性，具有较广的应用前景。CML系列玉米种质资源具有优良的抗灰斑病特性，CML373、CML312、CML390、CML392、CML520、CML386、CML388、CML389和CML

391等玉米自交系对玉米灰斑病抗性均达3.0级以上水平（Nzuve et al.，2013），是热带、亚热带地区玉米育种重要的灰斑病抗性基因来源，研究这些种质对玉米灰斑病抗性的遗传特点和灰斑病的遺传规律对我国南方玉米育种具有重要意义。玉米育种中应重点利用CML389和CML391这两个自交系，把抗玉米灰斑病的优良基因导入配合力好的南方玉米种质，以提高热带、亚热带地区玉米种质对玉米灰斑病的抗性水平。

本研究通过对6份CML系列自交系灰斑病抗性配合力进行分析，发现不同玉米自交系灰斑病抗性存在遗传差异，CML390和CML373的灰斑病抗性较好，CML442、CML488和CML489的灰斑病抗性较差，CML204为高感灰斑病玉米自交系，与CIMMYT田间鉴定结果基本一致（http：//apps.cimmyt.org/english/wps/

obtain_seed/cimmytCMLS.htm）。本研究发现6份CML系列玉米自交系灰斑病抗性的GCA效应存在较大遗传差异，CML390和CML373的GCA表现为较大的负向效应，CML204的GCA表现为较大的正向效应；由6份玉米自交系配制的15份杂交组合的SCA效应差异极显著，杂交组合CML373×CML204的SCA负向效应最大，CML442×CML204的正向效应最大， CML390×CML373的正向效应较大。结合自交系GCA、杂交组合SCA及杂交组合田间实际表现进行分析，发现由GCA效应较大的自交系所组配的组合的SCA效应不一定好，如组合CML390×CML373；由GCA均为正向效应的自交系所组配的组合的SCA效应可以表现为负，如组合CML373×CML204。但是，玉米杂交组合组配有一定的规律可循，组合的双亲应至少有一个GCA效应好的玉米自交，与李海艳（2012）的研究结果基本一致。因此，在玉米灰斑病抗病育种中， 应以GCA负向效应较高的自交系为基础，考察不同组合的SCA效应及其抗病性表现；组配组合时，不能只利用高抗病的玉米自交（Brunelli et al.， 2008）。负向GCA效应较大的玉米自交系蕴含较多优良基因，在育种中直接或间接利用这些材料较容易选育出抗玉米灰斑病的优良品种。陈阳等（2012）利用我国玉米骨干自交系对玉米灰斑病的遗传机制进行研究，亦得到类似的结果。

本研究通过对玉米灰斑病的群体遗传参数进行分析，发现玉米灰斑病的遗传以加性效应为主，存在一定程度的非加性效应，育种实践中需充分考虑不同玉米自交系基因位点间的相互作用。本研究中，虽然CML204为感病玉米自交系，但组合CML373×CML204的SCA负效应最大，抗性最好；虽然CML390和CML373均为抗病玉米自交系，但组合CML373×CML390的SCA效应表现为较大正效应。Beyene等（2011）的研究也曾得到类似结论。本研究发现玉米灰斑病的广义遗传力较高，在玉米抗灰斑病育种二环选系过程中，可在育种早期阶段种植大量分离群体进行选择，以减少工作量。本研究仅进行了一年一点玉米抗病性鉴定试验，环境因素对抗病性鉴定结果影响较大，后续研究中应增加试验点，以减少试验误差。

4 结论

本研究结合玉米杂交组合的实际抗病性表现及SCA效应进行分析，结果表明CML390组配的各组合的抗性表现及SCA效应均较优。玉米灰斑病抗性性状遗传以加性效应为主，同时存在一定的非加性效应，性状表现受环境影响较明显。

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（责任编辑 麻小燕）