玉米自交系抗蚜性與農藝性狀和葉片理化指標的關系

武德功，袁夢環，王 偉，杜軍利，余海兵，王長進

(安徽科技學院 農學院，安徽鳳陽 233100)

玉米是中國重要的飼料作物，也是中國重要的糧食作物之一[1]。然而玉米蚜(RhopalosiphummaidisFitch)是造成玉米產量下降的主要害蟲之一[2]，主要通過刺吸玉米汁液，使玉米養分、水分供應失調，影響正長灌漿，導致粒質量下降或無棒空株。玉米蚜蟲分泌的蜜露也能污染葉片，引起煤污病，影響玉米光合作用[3]。玉米蚜也能傳播病毒，引起病毒病的流行[4]。現階段消滅害蟲都是通過施用化學農藥，然而化學農藥防治不僅成本過高，還會造成農藥殘留，危害人體健康[5]。因此，通過篩選出抗性自交系進而培育抗蟲雜交種來減少玉米蚜蟲對玉米的危害是十分必要的。

篩選出抗蚜自交系，研究自交系的抗蚜機理是選育抗性自交系工作的第一步。國內已有文獻報道不同地區玉米抗蚜的相關研究，如宋偉等[6]在安徽淮北地區比較33個品種的抗蚜性，李遠等[7]在河南鑒定4個玉米品種和7個自交系的田間抗蚜性，徐雪等[8]在云南省的昭通市對 24 個玉米品種進行抗蚜性評價，張衍干等[9]在云南省昭通地區鑒定26 個玉米品種(系) 的抗性級別，武德功等[10]在安徽鳳陽評價6個糯玉米品種的抗蚜性。與玉米抗蚜相關的機制研究僅有兩篇文獻報道，王怡等[11]報道蚜蟲田間消長與玉米生化物質的相關性研究，趙文峰等[12]報道不同抗性玉米自交系感蚜期4種酶活性變化。目前，關于玉米自交系的抗蚜性鑒定的文獻報道較少，評價的玉米自交系的數量更少，不能滿足生產和育種的需要，更沒有玉米抗蚜性與其農藝性狀和葉片化學指標之間關系的分析報道。因此，本文通過2016年夏季在安徽鳳陽及2016年冬季在海南樂東對1 463個普通玉米自交系的抗蚜評價，分析與抗性相關的農藝性狀和葉片化學指標，為抗蚜育種奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材 料

1 463個普通玉米自交系由安徽科技學院玉米育種課題組提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 材料處理 2016年5月中旬在安徽科技學院西校區種植園玉米實驗田進行翻地、整地；2016-06-14播種，行長2 m，行距60 cm，株距22.3 cm，每穴播種3粒種子，播深3～4 cm，每個自交系播種2行。出苗1周后(2016-06-24)進行間苗，每穴留長勢健壯的幼苗1株。2016-10-25在海南省樂東縣羊上村安徽科技學院南繁基地，播種普通玉米自交系(方法同上)。

1.2.2 玉米蚜發生規律調查法 玉米出苗后，每隔10 d去普通玉米自交系實驗田目測觀察蚜蟲發生情況。定點調查法：隨機選擇100個普通玉米自交系，每個自交系選擇1株，掛牌進行定點調查，詳細記錄蚜蟲發生的數量，每隔10 d調查1次。

1.2.3 系統調查 蚜蟲盛發期(玉米抽雄期)進行調查，每個自交系調查5株，每株調查1片發生最嚴重葉片的單葉蚜量。葉片上蚜量少的進行詳細計數，蚜量多的采用目測法計數。2 d內查完，依據蚜量按表1標準[13]劃分抗性等級。

表1 蚜蟲抗性鑒定標準Table 1 Identification criteria for aphid resistance

1.2.4 自交系農藝性狀調查 玉米抽雄后測量玉米的農藝性狀，每個自交系測量5株計量單株葉片數，用直尺測量株高、穗位高、穗三葉的長寬，用游標卡尺測量距地面10 cm莖粗；用量角器測量穗三葉夾角。每株取1片葉(從頂部數第4片葉)，共10片，疊在一起壓緊，用游標卡尺測量其厚度，用邵氏硬度計(A型)測其硬度(手持硬度計，使壓針慢慢穿透葉片，在這個過程中顯示的最大值為硬度值)。

1.2.5 葉片蠟質含量測定 玉米抽雄后，從頂部數第4片葉，取1 g，剪碎后放入50 mL氯仿中浸泡2 min，把溶液轉移到100 mL燒杯內，使氯仿在通風櫥內揮發完后，用萬分之一的天平稱量，計算蠟質質量，除以葉片質量。

1.2.6 葉片化學指標測定 可溶性糖、可溶性蛋白含量采用《植物生理學實驗指導》[14]的方法測定；單寧采用張縱圓等[15]的方法測定。

1.2.7 數據統計分析 采用Microsoft Excel 2003對數據進行處理；采用SPSS 13.0進行相關分析。

2 結果與分析

2.1 玉米蚜發生規律

由表2和表3看出，玉米蚜在玉米苗期至拔節期都未出現，在玉米的小喇叭口期開始為害玉米，此后玉米蚜逐漸繁殖，數量增多，種群數量在玉米抽雄期到達高峰期(每單葉210和225頭)，然后數量又逐漸下降。

2.2 田間自然感蚜鑒定

表4為在安徽鳳陽和海南樂東對蚜蟲抗性評價的綜合結果，其中高抗自交系有‘國試5-169-1-1-2’‘亞熱帶群體-2’‘亞熱帶-16’等233個，抗蟲190個，中抗287個，感蟲自交系301個，高感自交系有‘滇AF4-12-1’‘B安19’‘滇A-14-2-1’等121個自交系，另外有335個自交系的抗蚜級別在鳳陽和樂東的表現不一致。

表2 田間玉米蚜及其天敵的數量消長情況(安徽鳳陽)Table 2 The growth and decline of aphid population and its predators in corn field (Fengyang, Anhui)

2.3 玉米自交系抗蚜性與其農藝性狀、葉片化學指標的關系

由表5可知，玉米自交系的株高、穗位高、葉片數、葉長、葉寬、葉夾角、莖粗、葉片蠟質含量與玉米抗蚜級別相關性的P值分別為0.686、0.621、0.220、0.901、0.433、0.508、0.301、0.760，均大于0.05，相關性不顯著，說明上述性狀與其抗蚜性無太大關系。然而葉片厚度、葉片硬度、單寧含量、可溶性糖、可溶性蛋白含量與玉米抗蚜級別相關性的P值分別為0.033、0.010、0.024、0.015、0.001，均小于0.05，相關性顯著，說明上述性狀是影響玉米抗蚜性的主要因素。

3 討 論

在以往文獻報道中玉米抗蚜鑒定采用的評價指標大多是相對蚜量值法[6-9]，這種評價指標的缺點是不管田間蚜蟲種群數量是否足夠多，參加評價的自交系(或品種)都可以評價出抗蟲的自交系(或品種)和感蟲的自交系(或品種)，因此這種鑒定結果是相對的，可能存在一定的假抗性。例如，如果參加評價的都是高抗自交系(或品種)，采用相對蚜量值法仍然可以從中評價出感蟲的自交系(或品種)；如果參加評價的都是高感的自交系(或品種)，采用相對蚜量值法仍然可以從中評價出高抗的自交系(或品種)。針對相對蚜量值法的這一缺點，本研究采用絕對蚜量值法，這一評價方法參考董懷玉等[13]評價高粱對蚜蟲的抗性指標，由于玉米和高粱的葉片大小相近，玉米蚜和高粱蚜的體積大小相近，因此這一評價方法也可以在玉米抗蚜評價中采用。

表3 田間玉米蚜及其天敵的數量消長情況(海南樂東)Table 3 The field corn growth and decline of the number of aphid and its predators(Ledong, Hainan)

表4 不同玉米自交系對玉米蚜的抗性級別Table 4 Resistance levels of different corn varieties to corn aphid

(續表4 Continued table 4)

(續表4 Continued table 4)

(續表4 Continued table 4)

表5 玉米蚜抗性與各生長指標的相關性Table 5 Correlation between corn borer resistance and growth index of maize

使用絕對蚜量值法進行抗蚜性評價時有兩個前提條件，第一蚜蟲發生量要足夠多，判斷蚜蟲種群數量是否足夠多的標準是高感蚜的自交系(或品種)的單葉蚜量是否超過700頭；第二，評價抗性的時間一定要處于蚜蟲發生盛期，在玉米生長發育過程中，并不是任何時期蚜蟲的發生量都很大，如表2、表3所示在玉米苗期至拔節期，玉米植株上沒有蚜蟲發生，而抽雄期蚜蟲發生達到高峰期，因此在這個時期進行抗蚜性評價是最合適的。

本研究中有159個自交系的單葉蚜量在700頭以上，說明田間蚜蟲發生量達到要求，本次評價的結果是可行的，這些自交系在以后的抗蚜評價中可以作為感蚜對照。另外，結果顯示不同玉米自交系的抗蚜性存在很大差異，高感自交系如‘滇AF4-12-1’的單葉蚜量是高抗自交系如‘國試5-169-1-1-2’的單葉蚜量的20倍之多。植株的抗蚜性體現在一定的環境下，是植物自身與害蟲的相互作用結果產生的[16]，本研究中335個自交系在鳳陽和海南的抗性評價結果不同，其原因由于不同地區的天氣情況是不同的，不同地區的生態條件也不同，因此需要進行多年多點抗性鑒定，這樣得到的結果才更可信。

有些作物的農藝性狀和化學指標與抗蚜性顯著相關[17-20]，有些作物農藝狀和化學指標與抗蚜性不相關[21-22]，本研究初步分析玉米抗蚜性與株高、穗位高、葉片數、葉長、葉寬、葉夾角、莖粗、蠟質含量的相關性，這些性狀與抗蚜性均不相關，其中關于蠟質含量與抗蟲性的關系，在文獻報道中出現爭論，王亓翔等[23]研究發現水稻品種對稻縱卷葉螟的抗性與蠟質含量有關，常金華等[16]報道葉片蠟質含量與高粱抗蚜性之間不相關，可能蠟質含量與抗蚜性之間的關系與植物種類和害蟲種類有關，不同的植物對不同害蟲的抗性中，蠟質所起的作用不同。本研究中葉片厚度、葉片硬度、單寧含量、可溶性糖、可溶性蛋白含量與抗蚜性顯著相關。糖類和蛋白質是昆蟲重要的營養物質，植物中糖類含量高可以刺激昆蟲的取食并促進其發育[24]。而可溶性蛋白具有和可溶性糖相似的作用，可以影響植食性害蟲對寄主的選擇行為，可溶性蛋白含量高時，害蟲喜歡取食，同樣取食后害蟲的存活率、生長發育速度和生殖力相對提高[24-26]，可溶性糖、可溶性蛋白含量與抗蚜性呈負相關[11]，可溶性糖、可溶性蛋白含量越高，越容易吸引害蟲取食，并有利于害蟲生長發育。關于單寧與植物的抗蟲性，文獻報道較多[24,27]，結論較為一致，認為單寧含量與抗蟲性相關，與本研究結論相同。關于葉片厚度與抗蟲性的關系，也有兩種不同的報道，一種認為葉片厚度與抗蟲性無關[28]，另一種報道稱葉片厚度與抗蟲性顯著相關[29-30]，本研究中玉米葉片厚度與抗蚜性之間呈顯著負相關，可能是由于葉片厚時葉片中的營養物質，如可溶性糖、可溶性蛋白等昆蟲所需的物質含量高，有利于昆蟲的生長發育，與前面所述可溶性糖、可溶性蛋白含量與抗蚜性的關系相一致。文獻報道也較為一致地認為，葉片硬度與抗蟲性之間顯著相關[31-34]，與本研究結果相同。因此，在玉米抗蚜育種中應篩選葉片硬度高、單寧含量高、可溶性糖和可溶性蛋白含量低、葉片薄的品種。

致謝：感謝陳歡等安徽科技學院植保專業2014級的同學在試驗調查中給予的幫助！

參考文獻Reference：

[1] 胡富亮,郭德林,高 杰,等.種植密度對春玉米干物質、氮素積累與轉運及產量的影響[J].西北農業學報,2013,22(6):60-66.

HU F L,GUO D L,GAO J,etal.Effects of planting densities on dry matter and nitrogen accumulation and grain yield in spring maize[J].ActaAgriculturaeBoreali-occidentalisSinica,2013,22(6):60-66.

[2] BLACKMAN R L,EASTOP V F.Aphids on the World’s Crops:an Identification and Information Guide[M].New York:John Wiley & Sons,2000:466.

[3] 李麗莉.轉Bt基因玉米對玉米蚜及其捕食性天敵龜紋瓢蟲的影響[D].陜西楊凌:西北農林科技大學,2004.

LI L L.The effect of transgenicBacillumthuringiensiscorn on corn leaf aphidsRhopalosiphummaidis(Fitch) and its predatorPropylaeajaponica(Thunberg)[D].Yangling Shaanxi:Northwest Sci-Tech University of Agriculture and Forestry,2004.

[4] BING J W，GUTHRIE W D，DICKE F F,etal.Seedling stage feeding by corn leaf aphid(Homoptera:Aphididae):influence on plant development in maize[J].JournalofEconomicEntomology,1991,84:625-632．

[5] PERRY M J,VENNERS S A,BARR D B,etal.Environmental pyrethroid and organophosphorus insecticide exposures and sperm concentration[J].ReproductiveToxicology,2007,23:113-118.

[6] 宋 偉,江俊起,繆 勇.不同玉米自交系抗蚜性研究[J].生物災害科學,2014,37(4):288-292.

SONG W,JIANG J Q,MIAO Y.Studies on resistance of corn varieties to corn aphid[J].BiologicalDisasterScience,2014,37(4):288-292.

[7] 李 遠,趙 曼,郭線茹,等.不同玉米自交系田間抗蚜性的初步鑒定[J].河南農業大學學報,2012,46(3):307-312.

LI Y,ZHAO M,GUO X R,etal.Field identification of resistance in different maize hybrids and inbred lines toRhopalosiphummaidisFitch[J].JournalofHenanAgriculturalUniversity,2012,46(3):307-312.

[8] 徐 雪,呂曉坤,何 力,等.玉米不同自品種對玉米蚜的抗性鑒定[J].云南農業大學學報,2013,28(4):598-601．

XU X,Lü X K,HE L,etal.Study on resistance of different corn varieties to the aphid(RhopalosiphummaidisFitch)[J].JournalofYunnanAgriculturalUniversity,2013,28(4):598-601.

[9] 張衍干,黃 吉,施偉迪,等.不同玉米自交系對玉米蚜的抗性及其與瓢蟲的聯合控害作用[J].浙江農業學報,2016,28(5):815-819.

ZHANG Y G,HUANG J,SHI W D,etal.Resistance to corn aphid(RhopalosiphummaidisFitch) of different corn varieties( lines) and its association with predator ladybirds in controlling aphid population[J].ActaAgriculturaeZhejiangensis,2016,28(5):815-819.

[10] 武德功,杜軍利,邢素芝,等.6個糯玉米自交系對玉米蚜的抗性評價[J].安徽農業科學,2016,44(12):38-40.

WU D G,DU J L,XING S ZH,etal.Evaluation on resistance of 6 waxy corn cultivars toRhopalosiphummaidis[J].JournalofAnhuiAgriculturalSciences,2016,44(12):38-40.

[11] 王 怡,趙 曼,田體偉,等.不同玉米自交系玉米蚜田間消長與其主要生化物質的相關性研究[J].河南農業大學學報,2016,50(3):364-369.

WANG Y,ZHAO M,TIAN T W,etal.Study on the relationship between the occurrence quantity ofRhopalosiphummaidis(Fitch) and main biochemical substance contents in maize[J].JournalofHenanAgriculturalUniversity,2016,50(3):364-369.

[12] 趙文峰,張澤民,付國占,等.不同抗性玉米自交系感蚜期4種酶活性變化分析[J].山東農業科學,2010(10):46-49.

ZHAO W F,ZHANG Z M,FU G ZH,etal.Activity variation of four enzymes in maize inbred lines with different resistance during invaded by aphids[J].ShandongAgriculturalSciences,2010(10):46-49.

[13] 董懷玉,徐秀德,劉彥軍,等.高粱種質資源抗高粱蚜鑒定與評價研究[J].雜糧作物,2000,20(2):43-45.

DONG H Y,XU X D,LIU Y J,etal.Identification and evaluation of sorghum aphid resistancein sorghum germplasm[J].RainFedCrops,2000,20(2):43-45.

[14] 高俊鳳.植物生理學實驗指導[M].北京:高等教育出版,2006.

GAO J F.Experimental Guidance in Plant Physiology[M].Beijing:Higher Education Press,2006.

[15] 張縱圓,李茂華,張 濤.新疆紫花苜蓿單寧提取工藝優化探討[J].生物技術,2009,19(1):61-63.

ZHANG Z Y,LI M H,ZHANG T.Study on the optimum extraction of tannic acid in alfalfa[J].Biotechnology,2009,19(1):61-63.

[16] 常金華,張 麗,夏雪巖.不同基因型高粱植株的物理性狀與抗蚜性的關系[J].河北農業大學學報,2003,27(2):5-7.

CHANG J H,ZHANG L,XIA X Y.Aphid resistant characteristics and the relations with physical characteristics of sorghum[J].JournalofAgriculturalUniversityofHebei,2003,27(2):5-7.

[17] 朱成松,張寶龍,王學軍.大豆對食葉性害蟲的抗性與農藝性狀的關系[J].中國油料作物學報,1999,21(1):60-63.

ZHU CH S,ZHANG B L,WANG X J.Relationship between resistance to leaf-feeding insects andmorphological and agronomic traits of soybean[J].ChineseJournalofOilCropSciences,1999,21(1):60-63.

[18] ABEL C A,BERHOW M A,WILSON R L,etal.Evaluation of conventional resistance to European corn borer(Lepidoptera:Crambidae) and western corn rootworm(Coleoptera:Chrysomelidae) in experimental maize lines developed from a backcross breeding program[J].JournalofEconomicEntomology,2000,93(6):1814-1821.

[19] CARENA M J,GLOGOZA P.Resistance of maize to the corn leaf aphid:a review[J].Maydica,2004,49(4):241-254.

[20] 韋素美,黃鳳寬,黃所生,等.水稻自交系抗褐飛虱不同生物型與其主要農藝性狀的關系研究[J].植物保護,2004,30(6):30-33.

WEI S M,HUANG F K,HUANG S SH,etal.Studies on relationships between resistance of rice varieties to different brown planthopper biotypes and major agronomic traits of rice[J].PlantProtection,2004,30(6):30-33.

[21] 黃鳳寬,韋素美,黃所生.水稻自交系抗稻癭蚊與主要農藝性狀的關系[J].植物保護,2007,33(2):43-46.

HUANG F K,WEI S M,HUANG S SH.Relationships between the resistance of rice varieties to rice gallmidge and their major agronomic traits[J].PlantProtection,2007,33(2):43-46.

[22] BROWN A S,SIMMONDS M S，BLANEY W M.Relationship between nutritional composition of plant species and infestation levels of thrips[J].JournalofChemicalEcology,2002,28(12):2399-2409.

[23] 王亓翔,許 路,吳進才.水稻品種對稻縱卷葉螟抗性的物理及生化機制[J].昆蟲學報,2008,51(12):1265-1270.

WANG Q X,XU L,WU J C.Physical and biochemical mechanisms of resistance of different rice varieties to the rice leaffolder,Cnaphalocrocismedinalis(Lepidoptera:Pyralidae)[J].ActaEntomologicaSinica,2008,51(12):1265-1270.

[24] 陸宴輝,楊益眾,印 毅,等.棉花抗蚜性及抗性遺傳機制研究進展[J].昆蟲知識,2004,41(4):291-294.

LU Y H,YANG Y ZH,YIN Y,etal.Advances in the resistance and relevant genetic mechanism of cotton toAphisgossypii[J].EntomologicalKnowledge,2004,41(4):291-294.

[25] 吳青軍,龔佑輝,徐寶云.西花薊馬主要寄主植物可溶性糖和蛋白質含量測定[J].中國蔬菜,2007(10):20-22.

WU Q J,GONG Y H,XU B Y.Soluble carbohydrate and protein levels in host plants of frankliniella occidentalis[J].ChinaVegetables,2007(10):20-22.

[26] 李再園,王福蓮,田小海.水稻對稻飛虱抵御機制研究[J].熱帶作物學報,2017,38(4):769-774.

LI Z Y,WANG F L,TIAN X H.The resistance mechanism of rice to rice plant hopper[J].ChineseJournalofTropicalCrops,2017,38(4):769-774.

[27] 胡想順,趙惠燕.我國小麥抗蚜機理研究進展[J].應用昆蟲學報,2014,51(6):1459-1469.

HU X SH,ZHAO H Y.The reviews of wheat resistant mechanism to cereal aphid in China[J].ChineseJournalofAppliedEntomology,2014,51(6):1459-1469.

[28] 王麗麗,陳 敏,欒炳輝,等.葡萄葉片厚度和茸毛密度與其對綠盲蝽抗性的關系[J].果樹學報,2017,34(2):238-244.

WANG L L,CHEN M,LUAN B H,etal.Effects of leaf thickness and trichome density of grapes on their resistance toApolyguslucorum[J].JournalofFruitScience,2017,34(2)：238-244.

[29] 林鳳敏,吳 敵,陸宴輝,等.棉花葉片性狀(厚度和油點密度)與其對綠盲蝽抗性的關系[J].昆蟲學報,2010,53(7):780-785.

LIN F M,WU D,LU Y H,etal.Effects of leaf thickness and gossypol gland density of cotton on its resistance toApolyguslucorum(Hemiptera:Miridae)[J].ActaEntomologicaSinica,2010,53(7):780-785.

[30] 肖建輝,周 穎,葉劍秋,等.木薯葉片厚度、 蠟質含量和氣孔密度與抗朱砂葉螨的關系[J].熱帶作物學報,2017,38(3):541-544.

XIAO J H,ZHAO Y,YE J Q,etal.The relationship between the leaf thickness,waxiness content and stoma density and the cassava resistance toTetranychuscinnabarinus[J].ChineseJournalofTropicalCrops,2017,38(3):541-544.

[31] AYAYEE P, YANGZ F,RIESKE L K.Biomechanical properties of hemlocks:a novel approach to evaluating physical barriers of the plant-insect interface and resistance to a phloem-feeding herbivore[J].Insects,2014,5(2):364-376.

[32] ZHANG J,LUO T,WANG WW,etal.Silencing OsSLR1 enhances the resistance of rice to the brown planthopperNilaparvatalugens[J].PlantCellandEnvironment,2017.10.1111/pce.13012.

[33] 劉志國,蔡永立,李 愷,等.鹿角杜鵑展葉期葉片發育與蟲食動態[J].生態環境學報,2009,18(4):1443-1448.

LIU ZH G,CAI Y L,LI K,etal.Herbivory in relation to leaf development during leaf expansion inRhododendronlatoucheae(Ericaceae)[J].EcologyandEnvironmentalSciences,2009,18(4):1443-1448.

[34] 王瑞雪,張光富,孫晶晶.江蘇寶華山主要常綠植物葉壽命與蟲食頻度相關性[J].生態學雜志,2014,33(6):1459-1466.

WANG R X,ZHANG G F,SUN J J.Correlation of leaf lifespan of major evergreen trees with herbivory frequency in Baohuashan,Jiangsu province [J].ChineseJournalofEcology,2014,33(6):1459-1466.