外引玉米自交系青枯病抗性种质资源筛选

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(黑龙江省农业科学院齐齐哈尔分院，黑龙江 齐齐哈尔 161006)

玉米是全球第一大粮食作物。近年来，我国的玉米种植面积超过3 000万hm2，其中2012年的种植面积为3 494.9万hm2，当年总产量为20 812万t[1]。目前玉米的种植面积和总产量已超过了水稻、小麦等谷类作物，成为我国第一大粮食作物[2]。玉米的稳产、高产对我国粮食安全生产至关重要。然而，由多种真菌和细菌侵染所引起的玉米青枯病(又称茎腐病或茎基腐病)，严重制约着玉米的稳产、高产。据报道，玉米青枯病在全球各大玉米种植区均有发生。近几十年来，玉米青枯病在我国有着发展和加重的趋势，逐渐成为我国玉米抗病育种的主要障碍[3]。

目前，选育和利用优异青枯病抗性种质资源是防治青枯病最为经济有效的措施，然而由于玉米是外来引进作物，我国的玉米种质资源遗传基础相对较为狭窄。因此，对外来玉米种质资源的引进和利用，有助于我国玉米育种的技术创新和品种创新[4]。自上个世纪初期，我国引进了一批又一批的优异玉米种质资源，如Lancaster和Reid等，并且利用这些优异自交系成功的选育出大量的优良衍生系，包括吉846、齐318和沈137等[5-6]。我国已成功的引进多地区玉米种质材料，初步缓解我国玉米种质遗传基础狭窄问题，但它们在种质扩增方面没有发挥完全的作用，这是因为我国引进和改良外来种质资源往往刻意追求快速选育自交系或组配杂交组合，针对种质长期性的改良研究较少，对引进种质缺乏系统性的分析和整理，引进自交系得不到充分利用。因此，种质资源引进后对其主要性状进行综合评价有着不可替代的作用，是对其消化、利用和吸收的前提和基础。本试验对99份引进的玉米自交系进行田间种植鉴定评价其产量性状、农艺性状，利用人工接种鉴定技术进行玉米青枯病的抗性评价，通过评价，挖掘农艺性状、抗病性等单一或综合性状优良的自交系，为其在今后育种中有效利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为齐齐哈尔分院玉米室引进、收集的99份玉米自交系(见表1)。

1.2 病原菌的扩繁与接菌鉴定

将镰刀菌及腐霉菌的复合菌接种到PDA培养基上，室温下培养至培养基表面长满菌丝后，将长满菌丝的培养基切碎后转移到高粱粒培养基中(无菌条件下进行)，在28 ℃恒温箱中培养7 d，待高粱粒表面长满菌丝后，可用作接种源。在大喇叭口期采用土埋法对玉米植株进行人工接菌，接菌前后各灌溉1次，此后保持充足的土壤水分。在乳熟期进行植株青枯病发病情况调查及抗性评价。调查标准见表2。

表1 99份供试玉米自交系

自交系904GEMN-0174LH222PHAW6PHR621538ICI893LH223PHBA6PHT222FACCICI581LH224PHBW8PHT692FADBJ8606LH59PHHH9PHVA92MCDBL135MBUBPHHV4PHV533IIH6L139MBWZPHJ65PHW306M502ALH160MM501DPHJ70PHVJ48M129LH165N209PHJ75PHWG5A661LH166N215PHJ89PHW43B73LH181N507PHJ90PHW53B86LH190N543PHK35R225B97LH192N545PHM10R230BCC03LH195N7APHM57SD102CS405LH202ND245PHN29T173E8501LH209ND249PHN37Tx110F118LH210ND253PHN73W8555GEMN-0110LH213ND301PHN82WIL900GEMN-0117LH214Oh605PHP60WIL901GEMN-0139LH215OQ101PHPR5WIL903GEMN-0141LH220HtOQ403PHR58

表2 玉米青枯病病情分级标准

级别描述标准1全株正常生长,中下部叶片出现青枯、青黄枯症状,茎基生长正常,果穗生长正常3全株叶片出现清枯症状,茎基生长正常,果穗生长正常5全株叶片出现典型青枯症状,茎基部变色且稍有水浸状,果穗基本正常7全株叶片出现典型青枯症状,茎基部明显变软但不倒状,果穗下垂,籽粒不饱满9全株枯死且倒伏,茎基部维管束破裂,籽粒干瘪

注：0<高抗(HR)≤3、3<抗病(R)≤5、5<感病(S)≤7级、7<高感(HS)≤9。

1.3 外引玉米自交系的农艺性状及产量性状评价

2015—2016年在黑龙江省农业科学院齐齐哈尔分院试验基地，采用随机区组设计，单行区，3次重复，行长4 m，行距65 cm，株距22 cm。在玉米生育期间对各小区进行调查，包括出苗期、抽丝期、散粉期和成熟期等，并在乳熟期后测量株高、穗位高、雄穗分支角度、雄穗主轴长和雄穗分枝数等主要农艺性状。收获后调查相关产量性状，穗长、穗粗、穗重、行粒数、穗行数、百粒重、出籽率和单株产量。

1.4 统计分析

运用Excel软件和SPSS等软件进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 外引玉米自交系主要农艺性状和产量相关性状评价

99份外引玉米自交系主要农艺性状和主要产量相关性状差异表现见表3。由表3可见，供试自交系的单株产量、出籽率、百粒重、穗长、穗粗、穗行数、行粒数、秃尖、轴粗、株高、穗位高、雄穗分枝数、雄穗主轴长、雄穗分支角度、生育期和花期间隔等16个性状指标的变幅分别在35.35～112.46、61.41～86.15、10.32～30.87、7.69～20.71、2.77～4.77、9.55～18.95、9.50～39.50、0.00～2.70、1.91～3.11、153.11～246.00、37.17～94.83、3.78～13.75、26.67～40.11、20.67～62.67、92.40～139.33和1.25～5.50之间，变异幅度较大；变异系数分别为27%、6%、24%、16%、10%、12%、21%、96%、10%、9%、16%、24%、8%、22%、12%和33%，说明供试自交系在主要农艺性状和产量相关的各个性状上都存在着较为明显的差异。

表3 外引玉米自交系主要农艺性状及产量的差异表现

性状 平均标准差最小值最大值变异系数单株产量(g)69.3418.5635.35112.4627%出籽率(%)77.404.7761.4186.156%百粒重(g)19.644.6710.3230.8724%穗长(cm)13.512.137.6920.7116%穗粗(cm)3.760.382.774.7710%穗行数13.891.699.5518.9512%行粒数24.925.319.5039.5021%秃尖(cm)0.550.530.002.7096%轴粗(cm)2.470.241.913.1110%株高(cm)206.8819.57153.11246.009%穗位高(cm)70.2911.5337.1794.8316%雄穗分枝数(个)7.961.903.7813.7524%雄穗主轴长(cm)32.882.7526.6740.118%雄穗分支角度(°)36.258.0720.6762.6722%生育期(d)121.1215.0792.40139.3312%花期间隔(d)2.530.831.255.5033%

根据实际生产要求，以植株偏矮、穗位适中、单产高、粒数多、百粒重大、秃尖少等作为主要育种目标。在99份外引自交系中，单株产量大于60 g的有68份，分别为8 M 129、3 IIH 6和2 FADB等；百粒重大于20 g的有50份，分别为2 FADB、PHJ 89和LH 181等；出籽率大于80%的有43份，分别为PHVJ 4、2 FACC和PHT 69等；秃尖小于0.5 cm的有59份，分别为PHBA 6、PHJ 90和2 MCDB等；株高在170～220 cm的有71份，分别为LH 223、PHR 62和J 8606等；穗位高在50～70 cm的有52份，分别为WIL 903、GEMN-0141和PHBA 6等。根据上述标准，99份外引自交系中共鉴定得到33份(见表4)表现优异的自交系，分别为8 M 129、3 IIH 6和2 FADB等。

表7 高抗玉米自交系抗病性

自交系2015年病级2016年病级平均自交系2015年病级2016年病级平均2MCDB23.32.7PHJ6512.31.7B973.21.72.5PHK352.33.83GEMN-01172.72.12.4PHPR513.52.2J8606111PHR5813.52.2L13912.21.6PHVA90.55.32.9LH1661.23.62.4PHWG51.64.12.9LH1811.73.72.7LH1952.52.82.7LH1951.742.9PHPR51.642.8LH209132LH2140.210.6LH2152.31.31.8LH2132.43.63MBUB12.51.8LH209243N5430.710.8LH2151.31.71.5OQ10112.71.8

表4 33份优异外引自交系

标准 自交系单产>60g;8M129、3IIH6、2FADB、 PHJ89、LH181、PHW30、PHVJ4、百粒重>20g;2FACC、WIL903、PHBA6、PHJ90、MBUB、LH214、LH213、 出籽率>80%;PHWG5、 PHJ65、 PHR58、 PHVA9、 GEMN-0141、PHT69、秃尖<0.5cm;OQ403、PHN73、LH165、BCC03、ND301、ND253、170<株高<220cm;PHJ75、PHN37、GEMN-0174、PHM10、LH224、CS405、50cm<穗位高<70cm;ND245

2.2 外引玉米自交系的熟期

生育期变幅在92.40～139.33 d之间，平均值为121.12 d，变异系数为12，变异系数较小。本研究采用王振华等[7]的标准对供试自交系生育期进行初步熟期划分。结果见表5。外引99份自交系跨度5个熟期组，其中22份属于早熟材料，占供试材料22.22%；3份属于中早熟材料，占供试材料3.03%；10份属于中熟材料，占供试材料10.1%；5份属于中晚熟材料，占供试材料5.05%；59份属于晚熟材料，占供试材料59.6%。引进该批次自交系整体熟期偏晚。

表5 玉米品种标准划分熟期类型(黑龙江)

类型生育期(d)自交系早熟86～99OQ403、ND245、ND253、OQ101、PHJ75、PHW30、LH160、LH222、3IIH6、SD102、PHBA6、PHBW8、2MCDB、PHN29、L135、LH223、LH224、LH220Ht、N507、2FACC、J8606、LH165中早熟100～109ND249、PHR58、ND301中熟110～119A661、LH190、1538、PHVA9、PHN37、PHVJ4、LH166、PHWG5中晚熟120～124PHHV4、PHT69、LH202、CS405、PHJ89晚熟≥125L139、GEMN-0141、2FADB、PHJ90、PHM10、Oh605、PHN82、PHW43、MBUB、N543、B73、PHPR5、R230、PHW53、LH59、Tx110、B97、PHR62、LH181、LH210、PHK35、PHN73、BCC03、ICI581、GEMN-0117、6M502A、MBWZ、N209、PHT22、LH213、ICI893、LH192、N7A、GEMN-0110、8M129、LH214、E8501、PHHH9、MM501D、WIL903、N215、WIL900、PHJ65、LH215、PHJ70、N545、PHAW6、B86、WIL901、GEMN-0139、GEMN-0174、LH195、W8555、T173、R225、PHP60、PHM57、PHV53、F118

2.3 外引玉米自交系青枯病抗病性鉴定

99份外引玉米自交系的田间接菌鉴定结果见表6。99份外引玉米自交系的病害级别为0.6～9，平均病害级别为4.81。供试自交系的病害级别越高，说明该自交系的抗病性越差，易受到病原小种的侵染，这类外引自交系对本地品种的抗性病改良方面价值较低，但是在对于青枯病抗病研究具有重要意义，其中高抗自交系有25份(见表7)，占供试自交系的25.3%。

表6 99份玉米自交系抗病性

抗病性分类自交系数量病害级别高抗(HR)250.6～3抗病(R)283.1～5感病(S)305.1～7高感(HS)167.2～9

抗病自交系有28份，占供试自交系的28.3%。感病自交系有30份，占供试自交系的30.2%。高感自交系有16份，占供试自交系的16.2%(见表7)。

2.4 99份外引玉米自交系的主要性状综合评价

通过2年田间试验，对99份外引自交系的主要农艺、产量及青枯病抗病性进行综合评价，从中筛选出12份育种潜力大、综合性状优良的玉米自交系(表8)。

表8 12份玉米自交系的综合性状分析

自交系 特点LH181株高和穗位较低、花期间隔较短、高抗青枯病MBUB出籽率高、株高和穗位较低、花期间隔短、高抗青枯病LH195无秃尖、株高和穗位较低、高抗青枯病PHPR5产量高、出籽率高、株高和穗位较低、高抗青枯病LH214产量高、雄穗分支少、花期间隔较短、高抗青枯病LH213穗位较低、轴粗较细、高抗青枯病PHJ65出籽率较高、花期间隔较短、高抗青枯病LH209穗位较低、雄穗主轴较短、花期间隔较短、高抗青枯病PHR58产量高、出籽率高、穗位较低、雄穗分支角度较小、花期间隔短、高抗青枯病PHVA9出籽率较高、百粒重较重、雄穗主轴较短、生育期较短、花期间隔短、高抗青枯病LH215雄穗分支较少、雄穗分支角度较小、花期间隔短、高抗青枯病PHWG5出籽率较低、花期间隔较短、高抗青枯病

3 讨 论

种质资源匮乏、遗传基础狭窄严重制约着我国玉米育种的发展。同时，我国玉米生产面临着遗传脆弱性的威胁[8]。针对此状况，我国玉米遗传育种工作者开展了引进和改良外来种质的工作，拓宽了我国的玉米遗传基础。外来种质及改良系利用的前提是掌握其农艺及产量基本性状并进行配合力的分析，这对提高育种效率具有重要的指导意义。农艺和产量性状的研究是玉米育种一项重要的研究任务，在玉米种质改良中起着不可替代的作用，尽管在生物技术和生物信息学快速发展的今天，科学、系统的评价种质农艺性状和产量性状，并通过统计分析，对优异种质资源的挖掘和利用仍具有重要意义。以往许多学者对外来玉米种质进行了诸多方面的研究[9-14]，一般认为我国应用引进种质资源可采用直接或间接利用。

本研究对99份外引玉米自交系农艺性状及产量性状和抗病性进行了分析，结果表明，99份供试自交系中22份属于早熟材料，3份属于中早熟材料，10份属于中熟材料，5份属于中晚熟材料，59份属于晚熟材料，引进该批次自交系整体熟期偏晚；其中LH 181、MBUB、LH 195、LH 214、PHPR 5、PHJ 65、LH 213、LH 209、PHR 58、PHVA 9、LH 215和PHWG 5等12个自交系育种潜力大、综合性状优良、适合黑龙江省种植，育种中可以优先加以利用，将其作为亲本较易选育出综合表现好或高产组合。通过2年的田间接菌鉴定，2 MCDB、B 97 和GEMN-0117等25份自交系对青枯病具有较高抗性，可作为新的青枯病抗性种质扩充现有的种质资源，在育种中进一步利用。

针对供试材料，为加快优良外引自交系的利用，可将单一性状表现较好的玉米自交系，如8 M 129(单产)、3 IIH 6(出籽率)、OQ 403(秃尖)、2 MCDB(青枯病抗性)等，以及综合性状表现较好的LH 181(穗粗、百粒重、出籽率、单株产量、花期间隔)、PHPR 5(行粒数、穗粗、穗长、单株产量)、PHJ 65(花期间隔、主轴长、穗位高、株高)等自交系尽快投入到育种实践中，用于选育优良杂交组合；利用多种育种途径和方法，通过外来基因与当地基因的重组，培育出适合当地更为优良的自交系。