72份西北春玉米品種對絲黑穗病的抗性鑒定與評價

王春明　郭成　周天旺

摘要 為明確72份西北春玉米品種對絲黑穗病的抗性差異，本研究于2015年-2017年間采用人工接種法對供試品種進行了田間抗性鑒定，結果表明‘軍育179‘創玉102‘金園007‘中博510和‘九圣禾680共5份表現高抗，占供試品種的6.94%;‘先玉1321‘承試288‘興玉018‘金育350‘五谷558‘Km15‘JXQ126‘M420‘HN887‘登海720等30份品種表現抗病，占供試品種的41.67%;‘MC703‘YF3240‘武科609‘宇翔188‘軍育189‘金科玉3306‘經禾168‘GXY1204‘豪威168‘真金323等共16份品種表現中抗，占供試品種的22.22%;其余18份和3份分別表現感病和高感，分別占供試品種的25.00%和4.17%。以DPS 2016.1.1數據處理系統對其中32份品種的病株率進行系統聚類分析，探討其抗病性，結果表明，以歐式距離1.0作為最佳聚類距離分割點，將供試品種劃分為5類，但其聚類效果與依據玉米抗絲黑穗病鑒定技術規范劃分的抗性類型結果存在一定的偏差。

關鍵詞 玉米; 絲黑穗病; 抗性; 鑒定; 聚類分析

中圖分類號： S 435.131.4

文獻標識碼： A

DOI： 10.16688/j.zwbh.2019178

Identification and analysis of 72 northwest spring maize varieties resistance to head smut

WANG Chunming1，2， GUO Cheng1，2*， ZHOU Tianwang1，2

（1. Institute of Plant Protection， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou 730070， China;

2. Scientific Observing and Experimental Station of Crop Pests in Tianshui， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Tianshui 741299， China）

Abstract

In order to clear the resistance of 72 northwest spring maize varieties to head smut caused by sporisorium reilianum， artificial inoculation in field was conducted from 2015 to 2017. The results showed that five maize varieties were highly resistant， including ‘Junyu179‘Chuangyu102‘Jinyuan007‘Zhongbo510 and ‘Jiushenghe680，accounting for 6.94% of the total varieties. Thirty varieties were resistant， such as ‘Xianyu1321‘Chengshi288‘Xingyu018‘Jinyu350‘Wugu558‘Km15‘JXQ126‘M420‘HN887‘Denghai720 and so on， accounting for 41.67%. Sixteen varieties were moderately resistant， such as ‘MC703‘YF3240‘Wuke609‘Yuxiang188‘Junyu189‘Jinkeyu3306‘Jinghe168‘GXY1204‘Haowei168‘Zhenjin323， etc.， accounting for 22.22%. The remaining 18 and 3 varieties were susceptible and highly susceptible， accounting for 25.00% and 4.17%， respectively. Through DPS 2016.1.1 Data Processing System， the disease rates of 32 varieties were clustered for exploring their resistance. The results showed that 32 maize varieties were grouped into five groups at grouping point 1.0 of euclidean distance. However， there was a certain deviation between the clustering effect and the result of resistance type classified by technical specification for resistance to corn head smut.

Key words

maize; head smut; resistance; identification; clustering analysis

玉米Zea mays是禾本科Poaceae一年生糧飼兼用型作物[1]，素有“飼料之王”的美譽，是全世界用于生產畜產品最重要的飼料來源之一，其籽粒可用作精飼料，莖葉鮮綠度好、營養豐富、產量高，是青貯、配合飼料或直接喂養的優質飼料。據有關部門統計結果顯示，2017年玉米種植面積和總產量在我國均居農作物之首，分別為3 544.5萬hm2和21 589.1萬t [2]。但由于玉米病蟲害大面積發生和流行，我國每年因此而導致玉米產量損失約1 000萬t以上[3]。甘肅省作為我國玉米主產區之一，至2017年玉米種植面積達96.67萬hm2，占全省糧食種植面積的35%，其中制種玉米面積常年穩定在10萬hm2左右，玉米已成為甘肅省第一大糧食作物[4]。然而，隨著玉米種植面積迅速擴大，病蟲害的發生危害也日趨嚴重。

玉米絲黑穗病是由絲孢堆黑粉菌Sporisorium reilianum引起的對玉米生產造成極大危害的土傳真菌性病害[5]，在世界各國的玉米種植區均有不同程度的發生與危害，嚴重時病株率可達80%[6]。20世紀90年代以來，由于我國玉米栽培面積增加及‘沈單16等感絲黑穗病品種在西北地區的大面積種植和推廣，使得輪作倒茬困難，造成連作障礙，加上防治疏忽，致使該病害發生呈逐年加重趨勢，已成為我國春玉米生產區的重要病害之一 [7]。據楊芳蘭等[8]報道，20世紀80年代初期，玉米絲黑穗病在甘肅省河西地區普遍發生，后隨著品種更替，該病逐漸被控制。90年代以后，由于甘肅省玉米種植結構的調整、氣候條件的變化及沈單系列品種種植面積擴大，品種的抗性降低、土壤菌量積累、種子包衣劑針對性不強及種子出苗時間延長等因素的影響，玉米絲黑穗病的發生又趨于嚴重[9-11]。特別是河西走廊的制種區由于制種自交系絕大多數不抗絲黑穗病從而導致病害大流行，不僅影響種子產量和質量，同時也為病害的遠距離傳播提供了初侵染菌源[9]。郭成等[12]2017年在甘肅省平涼市崆峒區調查發現部分玉米雜交種發病率高達65.2%，受害比較嚴重;究其原因是甘肅東部地區氣候冷涼與絲黑穗病菌發生的溫度條件相一致，因此該地區在品種布局上應重視選擇抗絲黑穗病的品種，避免病害的大流行。

由于玉米絲黑穗病發病率等于損失率的產量損失特點[13]，該病害已嚴重阻礙了我國玉米產業的健康發展，成為甘肅省乃至我國春玉米生產區的重要病害之一。目前玉米絲黑穗病的防治仍然依賴種子包衣和拌種[14]，但有些種衣劑遇到低溫天氣會出現藥害，且化學農藥的施用不僅造成環境污染和農藥殘留，而且加大了病菌產生抗藥性的風險。因此，防止玉米絲黑穗病發生流行和穩產增收的最經濟、有效和安全的措施是種植抗病品種，而品種抗性評價是品種合理布局和品種更替的基礎。故本研究于 2015年-2017年采用田間人工接種鑒定技術對72份參加國家玉米西北組區試的春玉米品種進行了抗性鑒定和評價，同時結合系統聚類分析對其抗病類群進行劃分，旨在明確不同品種間的抗性差異，為玉米品種審定，布局以及推廣利用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 不同玉米品種對絲黑穗病抗性鑒定

1.1.1 供試品種

供試材料為72份玉米品種，2015年24份，2016年28份，2017年20份，均由內蒙古農牧業科學院提供。

1.1.2 玉米絲黑穗病原菌冬孢子制備

玉米絲黑穗病原菌冬孢子制備參考郭成等的方法[15]。

1.1.3 接種圃設計及接種方法

玉米絲黑穗病鑒定圃常年設在甘肅省甘谷縣新興鎮頭甲村，該地區年平均氣溫9.5～10.9℃，年降雨量大約為480 mm。試驗在2015年-2017年每年4月中旬播種。2015年、2016年和2017年4月中旬至下旬平均地溫分別為16.8、14.0℃和13.5℃。按鑒定編號進行人工穴播，每份材料行長5 m，株、行距為20 cm×60 cm，每穴精準播種1粒種子，然后覆蓋菌土100 g，每處理種植4行，根據每年材料數量，在鑒定圃內設‘Mo17（R）和‘黃早四（HS）對照5組及以上。

1.1.4 病情調查及抗性評價標準

參照中華人民共和國農業農村部頒布的玉米抗絲黑穗病鑒定技術規范進行[16]，病情分級和抗性分級標準見表1。在玉米進入乳熟期后，對供試材料逐株進行調查和記載。根據病株率，評價供試材料的抗感水平。供試材料在初次鑒定中表現為抗性及高抗時次年進行重復鑒定。

1.2 數據處理與分析

采用Excel 2007和DPS 2016.1.1數據處理系統進行數據統計分析，用Duncan氏新復極差多重比較法進行差異顯著性分析（P<0.05），選擇歐式距離、最長距離法，以最佳聚類距離的適當大小作為分割點[17]，依據接種后的病株率與抗病性之間的線性關系，對32個供試玉米品種進行系統聚類分析。

2 結果與分析

2.1 對照材料的抗性結果

結果表明，玉米絲黑穗抗病對照材料‘Mo17的3年病株率在0～10.0%，表現為中抗（MR）～高抗（HR），高感病對照材料‘黃早四的3年病株率為62.32%～86.67%，均表現高感（HS）。說明3年的對照材料發病充分，鑒定結果準確可靠。

2.2 不同抗性類型的玉米品種所占比例

調查結果表明，72份玉米品種中，表現高抗的品種有5份、抗30份、中抗16份、感18份、高感3份，分別占供試玉米品種的6.94%、41.67%、22.22%、25.00%和4.17%（圖1）。

2.3 玉米品種對絲黑穗病的抗性鑒定結果

調查結果表明（表2），72份玉米品種中‘軍育179‘創玉102‘金園007‘中博510和‘九圣禾680共5份，病株率為0，表現高抗（HR），占6.94%;‘先玉1321‘承試288‘興玉018‘金育350‘五谷558‘先玉1419‘正成018‘金誠6‘九玉M05‘利禾717‘禾育132‘金園15‘禾育157‘Km15‘JXQ126‘M420‘九玉A02‘HN887‘登海720等30份，病株率為1.1%～4.9%，表現抗病（R），占41.67%;‘MC703‘昊玉301‘豫禾601‘YF3240‘武科609‘宇翔188‘軍育189‘金科玉3306‘經禾168‘龍華369‘銀玉439‘GXY1204‘豪威168‘真金323‘宇翔9號‘福盛園57共16份，病株率為5.2%～9.9%，表現中抗（MR），占22.22%;‘CM178‘東科1316‘金穗13-2‘忻玉6028‘隴單9號‘先玉335‘J8525‘五谷638‘優迪919‘G7533‘SS467‘陜單628‘豫單186‘昊玉673‘科育186‘豐玉20‘LY410‘MC121共18份，病株率為11.1%～38.4%，表現感病（S），占25.00%;‘中單108‘大唐128‘先農108共3份，病株率為48.8%～52.0%，表現高感（HS），占4.17%。

2.4 不同抗性玉米品種病株率差異顯著性分析

對72份玉米品種的病株率進行方差分析結果可知，51份抗病品種中，5份高抗品種之間及其與‘先玉1321‘興玉018‘金育350‘五谷558‘金誠6等23份抗病品種病株率不存在顯著差異（P>0.05）;但與‘寧研518‘九玉J01‘聯創803‘先玉1731‘鄭單958‘DF607等23份抗病及中抗品種之間差異顯著（P<0.05）;21份感病品種中，高感品種‘大唐128和‘中單108與高感品種‘先農108及其感病品種‘MC121‘LY410‘CM178‘東科1316‘金穗13-2等19份品種差異顯著（P<0.05），但其兩者之間差異不顯著（P>0.05）（表2）;且3份中抗品種 ‘真金323‘宇翔9號和‘福盛園57與感病品種‘CM178‘東科1316‘金穗13-2‘隴單9號及‘忻玉6028之間病株率差異不顯著（P>0.05）。

2.5 不同抗性類型的玉米品種聚類分析

選取不同抗性類型的春玉米品種32份，根據其對玉米絲黑穗抗性反應表型相似程度的差異，將各重復病株率原始數值對數轉換，聚類方法采用最長距離法所得聚類效果與抗性反應類型吻合度最好，據此以歐式距離1.0作為聚類分割點，可以將32份玉米品種分為五類。其中第Ⅰ類為高抗品種，為‘軍育179‘創玉102‘金園007‘中博510和‘九圣禾680共5份材料，病株率為0;第Ⅱ類為抗性品種，由‘Km15‘ JXQ126‘M420‘HN887‘MC1410共5份材料組成，病株率為2.5%～3.5%;第Ⅲ類是中等抗性品種，包括‘DF607‘DF738‘MC703‘YF3240‘宇翔188‘GXY1204和‘豪威168等9份品種，病株率為4.5%～8.8%;第Ⅳ類為感病品種，分別為‘隴單9號‘G7533‘SS467‘科育186等9份品種，病株率為12.7%～27.6%;第Ⅴ類為高感病品種，‘MC121‘中單108‘大唐128‘先農108共4份品種組成（圖 2）。

3 結論與討論

選育和利用抗性品種是控制玉米絲黑穗病最為經濟有效的途徑[18-19]。為此許多專家和學者搜集和引進國內外材料，通過田間接種鑒定，篩選出了一批高抗自交系，如郭滿庫等[20]對我國153份玉米自交系材料進行了抗絲黑穗病的鑒定評價，結果表明對玉米絲黑穗病表現高抗的自交系僅占供試材料的6.54%;謝志軍等[21]對893份玉米種質資源材料進行了抗絲黑穗病的鑒定與評價，結果表明表現中抗以上的自交系材料占鑒定自交系材料總數的 20.5%。宋淑云等[22]對673份玉米種質資源進行抗絲黑穗病評價，通過初鑒和復鑒篩選出高抗材料36份。郭成等[23]在933份供試玉米自交系中篩選出高抗玉米絲黑穗病材料44份，占供試材料的4.72%。這些高抗自交系的發現，拓寬了玉米抗絲黑穗的種質資源譜，為抗病育種提供了有效的抗源材料。

本研究利用人工接種進行了玉米抗絲黑穗病鑒定，篩選出具有抗性的春玉米品種51份，占供試品種的70.83%，其中高抗品種僅5份，占6.94%。‘金科玉3306 和‘陜單628在陜西省審定時對絲黑穗病分別表現中抗和感病，與此次鑒定結果一致; ‘金園007在遼寧省，‘中博510在河南省審定時表現抗病，此次鑒定中這2個品種均表現高抗;‘正成018在山西，‘真金308和‘MC703在內蒙古審定時表現高抗，此次鑒定中這3個品種表現抗和中抗;‘先玉1312和 ‘金園15在吉林省審定時表現感病，此次鑒定中表現抗病;‘隴單9號2013年在甘肅省審定及‘科育186在吉林省審定表現中抗，但此次鑒定中表現感病。分析造成這些鑒定結果不一致的主要原因與病菌的生理小種致病力不同，以及不同地區、不同年份土壤溫度、水肥條件等不同有關。因此，應加大在不同生態區進行品種抗病性鑒定，以便篩選出適合于不同生態區種植的品種。通過這些抗病品種的推廣應用，可在部分區域淘汰高感品種，將對減輕玉米絲黑穗病的發生和流行起積極的作用，同時為挖掘目標性狀的優良抗性基因提供了基礎材料。

2015年-2017年4月中旬至4月下旬玉米播種到出苗期（即絲黑穗病侵染時期）試驗地0～10 cm平均土壤溫度分別為16.8、14.0℃和13.5℃，與玉米絲黑穗病發病的溫度條件相一致。故能保證絲黑穗病充分發病，使此次鑒定結果更加可靠、準確。

郭成等[12]利用聚類分析對41份玉米農家種資源抗絲黑穗進行了分析，結果表明在譜系圖上，抗病性相同的種質大致劃分在同一類中。陳紅梅等[24]利用聚類分析對32個馬鈴薯品種抗鐮刀菌干腐病進行分析，結果表明抗病性評價和聚類分析結果相吻合。在本研究中，采用DPS 2016.1.1數據處理系統以最長距離法對32份西北春玉米品種抗絲黑穗病抗性類型進行聚類分析。結果表明，以歐式距離1.0作為聚類分割點可將32份西北春玉米品種劃分為高抗、抗病、中抗、感病和高感5大類。且在聚類分析圖上，抗病性相同的品種大致可以聚在同一個類群中，但通過與農業部頒布的玉米抗絲黑穗病鑒定技術規范所列出的基于對產量損失直觀考慮的抗性比較，發現兩者之間存在一定的偏差。如‘DF607和‘DF738病株率分別為4.5%和4.9%，根據玉米絲黑穗病鑒定技術規范應劃分為抗病（R），但在聚類分析圖中卻與‘MC703‘YF3240‘宇翔188‘金科玉3306等7個中抗（MR）品種歸為一類;‘MC121病株率為38.4%，根據玉米絲黑穗病鑒定技術規范應劃分為感病，但在聚類分析圖上卻與‘先農108‘中單108和‘大唐1283個高感品種歸為一類。由此可見，聚類分析在一定程度上能夠反映品種的抗病性類群，其分析方法優于鑒定技術規范。

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（責任編輯：楊明麗）