玉米自交系小斑病抗性鉴定及遗传参数分析

张志方，张素娟，张守林，章慧玉，徐国举，靳海蕾

（1. 鹤壁市农业科学院，河南 鹤壁 458030；2. 鹤壁市农业农村发展服务中心，河南 鹤壁 458030）

玉米小斑病（玉米斑点病）是我国黄淮海夏玉米种植区的重要病害之一[1-2]，病变主要发生在玉米叶片，在玉米苞叶、叶鞘、雌穗和茎秆等部位也会有症状发生。小斑病的发生和流行对玉米产量和品质均有影响[3]，一般减产15%～20%，严重时减产可达50%甚至绝收[4-5]。生产上防控小斑病的措施主要有化学药剂防治、增强植株抗性、减少侵染源、改善大田生态环境、选育并种植抗病品种等。实践证明，选育并种植抗病品种是防控小斑病最经济有效的措施[6-8]。张新等[9]研究发现，品种的抗性主要由亲本自交系的抗性决定，选育抗病自交系是抗病育种的关键环节。前人针对小斑病防控开展了大量研究，但多以小斑病病菌为切入点。彭兵等[10]研究发现，生防菌枯草芽孢杆菌菌株A 产生的抗真菌蛋白能抑制玉米小斑病菌孢子萌发，可用于防控玉米小斑病；陆宁海等[11]研究发现，玉米小斑病病原菌对葡萄糖和尿素利用较差；赵真真等[12]研究发现，不同玉米小斑病菌的生物学特性存在显著差异，病菌致病性与寄主品种抗病性同步进化；孙小芳等[13]研究发现，玉米小斑病菌在自然条件下存在有性生殖的可能，这是导致病菌变异进而出现品种抗性减弱的主要因素；孔令晓等[14]认为，明确玉米小斑病菌的优势小种可指导玉米抗病育种；马春红等[15]研究发现，低浓度玉米小斑病菌T小种培养滤液能作为激发子来提高玉米品种抗病性；商闯等[16]研究证实，低浓度玉米小斑病菌C小种毒素滤液可作为激发子来诱导寄主玉米获得抗病性；常佳迎等[17]对玉米小斑病菌致病性及遗传多样性进行分析，发现自然发病条件下筛选出的抗性种质对提升品种抗性有一定影响。综上，玉米小斑病病原菌的研究取得了一定进展，但关于玉米自交系小斑病抗性和配合力分析的研究尚未见报道。为此，采用人工接种技术，对玉米自交系及其组配的杂交组合的小斑病抗性进行鉴定，并对小斑病病情指数配合力、遗传力进行分析，为供试玉米自交系在抗小斑病种质改良、品种选育等方面的应用提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试材料为玉米自交系浚50X、浚313、浚SN12E、昌7-2、Mo17、B73、鲁9801、丹340 及其组配的28个杂交组合，均由鹤壁市农业科学院提供。

1.2 试验设计

2020年11月—2021年3月，在鹤壁市农业科学院海南繁育基地（109°10′59″E、18°22′56″N）种植供试自交系，并采用Griffing 双列杂交试验设计方法Ⅱ[18-19]组配杂交组合28 个。2021 年6 月，在鹤壁市农业科学 院淇滨区试验园区（114°18′48″E、35°42′57″N）种植亲本及F1，进行小斑病抗性鉴定。铁7922 为小斑病抗性鉴定感病对照。试验田间布局采用随机区组设计，种植密度为75 000株/hm2，行距为60 cm，株距为22.2 cm。设置3 次重复，所有品种均5行区种植，行长为6 m。

1.3 抗性鉴定

病菌菌株由河南省田间典型小斑病病样分离获得，采用高粱粒培养基扩繁后，制成孢子悬浮液（孢子浓度为3×105个/mL），于吐丝期混合喷雾接种，乳熟后期调查发病情况，感病对照铁7922 叶片病斑覆盖度达到30%时视为鉴定有效[20]。观测部位为整个植株，重点调查玉米棒三叶（穗位叶、穗上第一叶和穗下第一叶）。参照GB/T 23391.2—2009记载玉米小斑病病情级别（表1），统计各病级的发病株数。参照李琴珵等[21]、黄莉群等[22]的方法计算病株率和病情指数。

表1 玉米小斑病病情级别划分标准Tab.1 Classification standard of disease grade of maize southern leaf blight

1.4 统计分析

采用WPS 2016 软件对试验数据进行整理、绘制图表，采用SPSS 23.0 软件进行方差分析、多重比较（Duncan’s 新复极差法），采用DPS 9.01 软件进行病情指数配合力、广义遗传力、狭义遗传力等遗传参数分析。

2 结果与分析

2.1 玉米自交系及其杂交组合小斑病抗性分析

由表2 可知，不同玉米自交系小斑病病情指数总体上存在显著差异。其中，昌7-2病情指数最大，为55.95，显著高于其他自交系；浚313 病情指数最小，为2.82，显著低于其他自交系。对小斑病表现高感的自交系有2 个，分别为昌7-2、鲁9801，二者发病程度为重，且二者的病情指数差异显著；对小斑病表现感的自交系有1 个，为B73，发病程度为中偏重；对小斑病表现中抗的自交系有3 个，分别为SN12E、丹340、浚50X，三者发病程度为中偏轻，病情指数差异显著；对小斑病表现抗的自交系有1个，为Mo17，发病程度为轻；对小斑病表现高抗的自交系有1个，为浚313，发病程度为轻。

表2 不同玉米自交系小斑病抗性鉴定Tab.2 Resistance identification of southern leaf blight of different maize inbred lines

玉米自交系组配的28 个杂交组合小斑病病情指数如表3 所示。其中，病情指数最大的组合是昌7-2×鲁9801，为50.31，其次是昌7-2×B73（40.33）；病情指数最小的组合是浚50X×浚313，为1.63，其次是Mo17×浚313（2.15）。对病情指数进行方差分析（表4），发现亲本区组间和组合区组间病情指数的差异都不显著，说明试验具有可重复性，数据可靠；亲本间、组合间病情指数均存在极显著差异，说明亲本对杂交后代小斑病病情指数有极显著影响。

表3 28个玉米杂交组合小斑病病情指数Tab.3 Disease index of southern leaf blight of 28 maize hybrid combinations

续表3 28个玉米杂交组合小斑病病情指数Tab.3（Continued） Disease index of southern leaf blight of 28 maize hybrid combinations

表4 玉米自交系及其杂交组合小斑病病情指数方差分析Tab.4 Variance analysis of disease index of southern leaf blight of maize inbred lines and their hybrid combinations

2.2 玉米自交系及其杂交组合小斑病病情指数配合力分析

分别在固定模型和随机模型下对小斑病病情指数的一般配合力（General combining ability，GCA）和特殊配合力（Specific combining ability，SCA）效应值进行方差分析，结果如表5 所示。在固定模型和随机模型下，亲本自交系GCA 效应值间和各杂交组合SCA 效应值间均存在极显著差异，说明亲本及其组配方式对杂交后代小斑病抗性有极显著影响。

表5 玉米小斑病病情指数配合力效应值方差分析Tab.5 Variance analysis of combining ability effect values of disease index of maize southern leaf blight

由表6 可知，不同玉米自交系间小斑病病情指数GCA 差异较大，且表现出不同程度的正、负两向效应。其中，昌7-2、鲁9801、B73等3个自交系的病情指数GCA 效应值为正值，对后代小斑病病情指数的遗传贡献为增强；浚SN12E、丹340、浚50X、Mo17、浚313 等5 个自交系的病情指数GCA 效应值为负值，对后代小斑病病情指数的遗传贡献为减弱。在玉米育种过程中，小斑病抗性强（即病情指数较低）是主要育种目标。因此，在抗小斑病育种方面，病情指数GCA 表现为负向效应的自交系优于表现为正向效应的自交系。根据亲本间小斑病病情指数GCA 效应值的比较，应用于抗小斑病育种时，应选择病情指数GCA 效应值为负值的5 个自交系，依此为依据，优先选择顺序为浚313、Mo17、浚50X、丹340、浚SN12E。其中，自交系浚313、Mo17、浚50X 病情指数GCA 效应值极显著低于其他自交系，可作为抗小斑病育种的核心种质。

表6 亲本自交系小斑病病情指数GCA效应值Tab.6 GCA effect value of disease index of southern leaf blight of parental inbred lines

由表7 可知，28 个杂交组合小斑病病情指数SCA 表现出正、负两向效应。其中，昌7-2×浚313、昌7-2×Mo17、鲁9801×浚50X、鲁9801×Mo17、鲁9801×浚313等5个杂交组合病情指数SCA效应值为较大的负向效应值，分别为-7.21、-4.84、-4.49、-4.36、-4.32；昌7-2×鲁9801、鲁9801×B73等2个杂交组合病情指数SCA 效应值为较大的正向效应值，分别为13.02、7.86；自交系浚SN12E 作母本时，所组配的4 个杂交组合浚SN12E×丹340、浚SN12E×浚50X、浚SN12E×Mo17、浚SN12E×浚313 的病情指数SCA 效应值均为负值，而作父本时组配的3 个杂交组合的病情指数SCA 效应值均为正值；小斑病抗性强且GCA 负效应较大的2 个自交系Mo17、浚313 作父本时，组配的浚50X×Mo17、丹340×浚313、Mo17×浚313 等3 个组合病情指数SCA 效应值为正值，参与组配的其他组合病情指数SCA效应值均为负值。

表7 28个玉米杂交组合小斑病病情指数SCA效应值Tab.7 SCA effect value of disease index of southern leaf blight of 28 maize hybrid combinations

2.3 玉米自交系及其杂交组合小斑病病情指数遗传参数分析

进一步对小斑病病情指数的遗传参数进行估算，结果如表8 所示。在加性-显性遗传模型（A-D遗传模型）下，加性方差明显大于显性方差，说明小斑病病情指数的遗传以加性效应为主，表型变异是由基因型决定的可遗传变异，可通过种质改良提高品种抗病性。广义遗传力（89.73%）和狭义遗传力（56.61%）均较大，说明存在一定非加性效应但影响不大。环境方差相对于遗传方差较小，说明小斑病病情指数受环境因素影响不明显，选系过程中，可在早期世代对病情指数性状进行选择。

表8 玉米小斑病病情指数遗传参数分析Tab.8 Genetic parameters analysis of disease index of maize southern leaf blight

3 结论与讨论

3.1 种质资源抗病性鉴定是抗病育种的首要环节

抗性种质资源是玉米抗性育种成功的重要基础和前提[23-24]，在抗小斑病育种过程中，应先考察种质资源的抗病性，择优采用抗病性强的种质资源，这是抗病育种成功的关键。徐婧等[25]研究强调，应重视和加强玉米种质资源的抗性鉴定和应用。但当前对种质资源抗性解析不足、利用率不高。段灿星等[26]研究认为，我国大部分玉米种质资源尚未进行充分的抗性评价和利用。为深度挖掘和利用种质资源的抗病性，本研究对8 份玉米自交系的小斑病抗性进行鉴定，8 份自交系的小斑病抗性分别表现为高抗、抗、中抗、感、高感。其中，浚313 表现高抗，这与章慧玉等[27]的研究结果一致；Mo17表现抗；浚50X、丹340、浚SN12E 表现中抗；B73 表现感；鲁9801、昌7-2 表现高感，与邢光耀[28]的研究结果一致。从抗性角度出发，应用于抗小斑病育种时，自交系优先选择顺序为浚313、Mo17、浚50X、丹340、浚SN12E、B73、鲁9801、昌7-2。

3.2 配合力分析是研究种质资源抗性遗传能力和利用前景的有效路径

配合力是研究评价种质资源应用价值的关键指标[29-30]，配合力高低是判断亲本自交系利用潜力和价值的标准[31]，GCA 和SCA 对组配优良杂交组合具有重要作用[32-33]。其中，GCA 反映特定亲本交配效应的平均水平，体现的是加性效应，能稳定遗传给子代[34]。GCA 高的自交系有利基因位点多，更能组配出优势组合，在育种过程中，要选择GCA 高的自交系。本研究以小斑病病情指数为考评性状，发现应用于抗小斑病育种时，自交系优先选择顺序为浚313、Mo17、浚50X、丹340、浚SN12E、B73、鲁9801、昌7-2，这与自交系小斑病抗性鉴定结果一致。其中，浚313、Mo17、浚50X 等3 个自交系具有较大的GCA 负效应值，说明其对杂交后代病情指数性状的遗传贡献度低，结合自交系抗病鉴定结果，这3 个自交系可作为抗小斑病的核心种质，在抗小斑病育种时应优先选择；浚SN12E 抗性表现为中抗，属于抗性种质，但病情指数GCA 效应值为较小的负向效应值，说明该自交系参与组合配制时，对子代抗性贡献度不高。可见抗小斑病玉米自交系的病情指数GCA 负效应值不一定突出，性状表现与GCA 效应不呈正比，这与敖君[35]、苟才明等[36]的研究结果一致。因此，在抗小斑病育种过程中，应择优选用小斑病抗性强、GCA 负效应值较大的自交系作亲本以提高目标性状遗传稳定性。

SCA 反映2个特定亲本间杂交组合的具体配合效应，与该双亲在其他组合中的表现无关，体现的是非加性效应，不能稳定遗传给杂交后代[37]。本研究发现，病情指数SCA 效应值为负值的组合中，绝对值最大的组合为昌7-2×浚313，但是亲本昌7-2对小斑病的抗性表现为高感，病情指数GCA 具有最大的正效应值，可见病情指数SCA 负效应较大的组合，其亲本小斑病抗性及病情指数GCA 效应不一定突出；组合Mo17×浚313 的病情指数SCA 效应值为正值，但该组合亲本小斑病抗性强且病情指数GCA具有较大的负效应，可见玉米抗病育种过程中存在亲本GCA 表现出负效应、杂交组合SCA 表现出正效应的现象。苟才明等[38]研究发现，玉米育种过程中存在亲本GCA 较高、组配组合SCA 表现较差的现象，这与本研究结果一致。本研究中病情指数SCA效应值为负值的组合，基本都有一个病情指数GCA效应值为负值的亲本，亲本对杂交后代有极显著影响。张新等[39]的研究发现，SCA 高的杂交组合基本都是用GCA 高的亲本参与组配而成。盖钧镒[40]的研究发现，强优势组合的亲本必须具有较高的GCA，且经过精准组配选育的杂交组合具有较高的SCA。因此，在玉米抗小斑病育种中，至少要选择一个病情指数GCA 负效应较大的亲本，进一步选择出病情指数SCA负效应较大的组合。

综上，抗性亲本是抗病新品种选育的种质基础，亲本病情指数GCA 负效应大是杂交后代抗病性强的根本保证，组合病情指数SCA 负效应大是优势组合选择的重要依据，亲本及组配方式对杂交后代的小斑病抗性有极显著影响。杨麟等[41]的研究也指出，在表型评价的基础上进行配合力效应分析，能筛选出育种潜势高的杂优组合。因此，在抗病育种过程中，应统筹分析抗病性、GCA、SCA 以提高育种效率。