玉米鐮孢根腐病田間抗性評價體系的建立

摘要：為簡單高效評價玉米品種對根腐病的抗性水平，建立了品種對鐮孢根腐病田間抗性評價體系。首先以根埋法人工接種禾谷鐮孢根腐病的玉米品種為研究對象，在5葉期調(diào)查各品種發(fā)病情況，以病情指數(shù)為指標(biāo)對品種進(jìn)行聚類分析，并根據(jù)結(jié)果進(jìn)行抗性分級，建立田間抗性評價體系。利用該體系評價品種對擬輪枝鐮孢、層出鐮孢和尖孢鐮孢3種根腐病的抗性水平，驗證該體系在鐮孢根腐病上的普適性。結(jié)果表明，通過聚類分析結(jié)果可將玉米鐮孢根腐病抗性劃分為如下級別：病情指數(shù)≤15.0，高抗（HR）；病情指數(shù)為15.1～20.0，抗病（R）；病情指數(shù)為20.1～25.0，中抗（MR）；病情指數(shù)為25.1～34.9，感病（S）；病情指數(shù)≥35.0，高感（HS）。86份主栽品種中，高抗禾谷鐮孢根腐病品種24份，占總品種的27.9%；抗性品種17份，占19.8%；中抗品種15份，占17.4%；感病品種26份，占30.2%；高感品種4份，占4.7%。86份主栽品種針對其他3種根腐病的抗性水平結(jié)果表明，對擬輪枝鐮孢表現(xiàn)高抗的品種占23.3%，對層出鐮孢表現(xiàn)高抗的品種占12.8%，對尖孢鐮孢表現(xiàn)高抗的品種占24.4%，品種間抗感差異明顯。以上結(jié)果說明，本研究建立的玉米根腐病田間抗性評價體系是切實可行的，準(zhǔn)確地評價并確定了玉米主栽品種對不同根腐病的抗性水平，可為玉米選育根腐病抗性資源和大批量篩選抗性品種提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：玉米；鐮孢根腐病；抗性評價體系；聚類分析；病情指數(shù)

中圖分類號：S435.131.4+9" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1002-1302（2025）03-0121-07

鄭曉娟，劉樹森，孫" 華，等. 玉米鐮孢根腐病田間抗性評價體系的建立［J］. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2025，53（3）：121-127.

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2025.03.016

收稿日期：2024-01-03

基金項目：國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項（編號：CARS-02）；河北省重點研發(fā)計劃（編號：22326513D）。

作者簡介：鄭曉娟（1992—），女，河北邯鄲人，碩士，助理研究員，主要從事玉米抗病育種及抗病種質(zhì)篩選研究。E-mail：15188729310@163.com。

通信作者：石" 潔，碩士，研究員，主要從事玉米品種抗病蟲性評價及病蟲害綜合防治研究。E-mail：shij99@163.com。

玉米根腐病是由多種病原菌單獨或者復(fù)合侵染根系（含胚軸）引起的病害，其已報道的致病病原菌有40余種，鐮孢菌為其中一種重要的病原菌。玉米從種子發(fā)芽到收獲均可被病原菌侵染發(fā)病。在玉米3～6葉期癥狀表現(xiàn)最為明顯，此時植株根數(shù)目較少，根系（含胚軸）受害后直接引起地上部葉片黃化甚至枯死［1-3］。6葉后玉米根系發(fā)育較快，成株后多達(dá)50～200條，主要分布于距離植株0～20 cm的位置［4］，部分根系受害并不能引起地上組織表現(xiàn)嚴(yán)重癥狀，因此該病在6葉后發(fā)生具有很高的隱蔽性。根系是營養(yǎng)的吸收器官，發(fā)生根腐病后直接影響水分和養(yǎng)分的吸收，進(jìn)而影響到產(chǎn)量［5］，劉樹森等的研究表明，病害達(dá)5級時產(chǎn)量損失為50%［6］。2008—2009年該病在黃淮海夏玉米主產(chǎn)區(qū)普遍發(fā)生，使玉米大面積減產(chǎn)，嚴(yán)重時減產(chǎn)高達(dá)100%［7-8］。因病原菌為土壤寄居菌，并可在玉米全生育期侵染發(fā)病，所以根腐病的防治一直是個難題，目前多采用化學(xué)藥劑種子包衣的方式防治，其防治效果在62.99%～84.53%［9］，尚未達(dá)滿意程度。因此，培育和篩選抗病品種是從根本上解決玉米根腐病的發(fā)生和減產(chǎn)的最經(jīng)濟(jì)有效的方法［10］，而篩選抗病品種首先要建立高效精準(zhǔn)的田間抗性評價體系。

品種的抗性評價體系一般包含2個部分，一部分是病情嚴(yán)重度分級，另一部分是品種抗性評價分級。在玉米根腐病病情嚴(yán)重度分級研究中，傳統(tǒng)做法是依據(jù)根部發(fā)病嚴(yán)重程度分級［11］，該方法在調(diào)查時需挖出根系觀察發(fā)病情況，較為繁瑣且不利于后期試驗開展。2022年筆者所在團(tuán)隊根據(jù)苗期地上部癥狀制定更方便簡潔的玉米苗期根腐病地上部嚴(yán)重度分級標(biāo)準(zhǔn)［6］。品種抗性評價分級多采用系統(tǒng)聚類分析法進(jìn)行分級，金武等利用大豆耐密性綜合評價數(shù)值對供試品種進(jìn)行聚類分析建立其抗性評價方法［12］；楊柳等根據(jù)甘蔗的營養(yǎng)和品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行聚類分析建立了種質(zhì)資源鑒定和篩選方法［13］；馮月利用接種病毒病的41份煙草材料，以病情指數(shù)和抗性指數(shù)為指標(biāo)進(jìn)行聚類分析劃分等級，確定其抗性水平及建立田間抗性評價體系［14］；王澤平等通過調(diào)查甘蔗梢腐病的病情指數(shù)，對其進(jìn)行系統(tǒng)聚類，建立田間抗性評價標(biāo)準(zhǔn)［15］；支旭欣等利用病情指數(shù)進(jìn)行聚類分析劃分抗性等級，建立紫花苜蓿鐮刀菌根腐病抗性鑒定標(biāo)準(zhǔn)［16］。目前，僅有1個地方標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定玉米抗鐮孢根腐病鑒定技術(shù)［17］，但需挖出根部進(jìn)行鑒定，未見關(guān)于玉米根腐病地上部分抗性評價標(biāo)準(zhǔn)的研究報道。本研究通過人工接種禾谷鐮孢病原菌到主栽玉米品種根部引發(fā)根腐病，依據(jù)地上部癥狀分級并計算各品種的病情指數(shù)，利用系統(tǒng)聚類法對病情指數(shù)進(jìn)行分類，建立品種抗性評價體系，并采用86份主栽玉米品種對擬輪枝鐮孢根腐病、層出鐮孢根腐病和尖孢鐮孢根腐病發(fā)病情況進(jìn)行驗證。田間抗性評價體系的建立對抗性資源及品種的篩選、選育和推廣種植具有重要的意義［18-19］。

1" 材料與方法

1.1" 材料

試驗材料為來自于河北、河南、山東的主栽玉米品種，共86份（表1），以齊319為抗病對照材料，掖478為感病對照材料。禾谷鐮孢病原菌、擬輪枝鐮孢病原菌、層出鐮孢病原菌和尖孢鐮孢病原菌均來自于筆者所在實驗室從玉米根腐病株上分離鑒定所得的強(qiáng)致病力菌株。

1.2" 方法

1.2.1" 接種體準(zhǔn)備" 在超凈工作臺中將培養(yǎng)3～7 d 的4種菌株轉(zhuǎn)入液體培養(yǎng)基中，在28 ℃、180 r/min 的搖床中振蕩培養(yǎng)4 d，采用2層紗布過濾，制成2×106個/mL孢子懸浮液。同時，制作玉米粒培養(yǎng)基。在400 g/袋的玉米粒培養(yǎng)基中加入 10 mL 的孢子懸浮液，混勻，在28 ℃的培養(yǎng)室培養(yǎng)10 d。

1.2.2" 田間種植" 試驗設(shè)年度間重復(fù)2次，2020—2021年連續(xù)2年對供試品種進(jìn)行根腐病抗性鑒定，于河北保定試驗基地種植。田間種植設(shè)禾谷、擬輪枝、層出和尖孢鐮孢病圃，每個病圃設(shè)1組抗感對照，種植密度為67 500 株/hm2，行長5.0 m，行距0.6 m，在當(dāng)?shù)夭シN時間進(jìn)行開溝播種，每穴2粒并在溝壑中均勻撒施接種體，接種體用量為每10 m接種400 g，最后覆蓋土壤并壓實。

1.2.3" 病害分級和調(diào)查方法" 在玉米5葉期調(diào)查

根腐病發(fā)生情況，逐株參照劉樹森等的分級標(biāo)準(zhǔn)［6］定級，計算每份品種的病情指數(shù)，計算公式為：病情指數(shù)=∑（病株數(shù)×該病級株數(shù)）/（總病株數(shù)×最高級數(shù)）×100。

1.3" 數(shù)據(jù)處理

利用DPS 7.05處理試驗數(shù)據(jù)，采用歐氏距離組內(nèi)聯(lián)接法進(jìn)行聚類分析，利用Microsoft Excel 2021軟件統(tǒng)計試驗數(shù)據(jù)并進(jìn)行圖表繪制。

2" 結(jié)果與分析

2.1" 抗性級別的劃分

86份玉米主栽品種禾谷鐮孢根腐病抗性鑒定結(jié)果見表2。對病情指數(shù)進(jìn)行聚類分析，由圖1可知，聚類系數(shù)在0.0～44.5之間；當(dāng)聚類系數(shù)為8.00時，玉米品種分為6類，第Ⅰ類病情指數(shù)在 11.1～15.2之間，共25份品種，占總品種的29.1%；第Ⅱ類品種病情指數(shù)為15.8～18.9，共14份品種，占總品種的16.3%；第Ⅲ類品種病情指數(shù)為19.4～24.9，共18份品種，占總品種的20.9%；第Ⅳ類品種病情指數(shù)為26.5～33.3，共25份品種，占總品種的29.1%；第Ⅴ類品種病情指數(shù)為36.5～38.6，共3份品種，占總品種的3.5%；第Ⅵ類病情指數(shù)為55.6，1份品種，占總品種的1.1%。抗病對照齊319的病情指數(shù)為11.1，聚在第Ⅰ類；感病對照掖478的病情指數(shù)為26.4，聚在第Ⅳ類。根據(jù)上述結(jié)果，玉米品種對禾谷鐮孢根腐病抗性劃分為以下5個級別：病情指數(shù)≤15.0，高抗（HR）；病情指數(shù)為15.1～20.0，抗病（R）；病情指數(shù)為20.1～25.0，中抗（MR）；病情指數(shù)為25.1～34.9，感病（S）；病情指數(shù)≥35.0，高感（HS）。抗感鑒定對照品種分別為齊319，高抗（HR）；掖478，感病（S）。

以此劃分86份主栽品種，其中，抗性水平為中抗以上品種有56份，占65.1%，表現(xiàn)較好的品種有：中農(nóng)大688、邯玉1604、邯玉16、合玉966、宿單608、京科999、MC812等，感病及高感品種有30份，表明這些品種在生產(chǎn)上存在發(fā)生禾谷鐮孢根腐病的風(fēng)險。

2.2" 抗性評價體系在其他鐮孢根腐病上的應(yīng)用

由表3可知，抗病對照齊319和感病對照掖478對擬輪枝鐮孢根腐病、層出鐮孢根腐病、尖孢鐮孢根腐病3種病的病情指數(shù)分別為12.2、13.3、14.9和28.0、28.6、33.8，表明該評價體系也可應(yīng)用于以上3種鐮孢根腐病。

黃淮海玉米主栽品種對3種根腐病的抗性鑒定結(jié)果，由表2和圖2可知，對擬輪枝鐮孢根腐病表現(xiàn)高抗的品種有20份，包括中農(nóng)大688、中農(nóng)大678、邯玉1604、合玉966等，占23.3%；抗病品種有2份，占2.3%；中抗品種有11份，占12.8%；感病品種有43份，占50.0%；高感品種有10份，占11.6%。對層出鐮孢根腐病表現(xiàn)高抗的品種有11份，包括蘭德玉13、衡玉7188、陜單803和衡玉9號等，占12.8%；抗病品種有24份，占27.9%；中抗品種有15份，占17.4%；感病品種有32份，占37.2%；高感品種有4份，占4.7%。對尖孢鐮孢根腐病表現(xiàn)高抗的品種有21份，包括豐德存玉11、隆平392、蠡玉178和京農(nóng)科736等，占24.4%；抗病品種有31份，占36.1%；中抗品種有17份，占19.8%；感病品種有10份，占11.6%；高感品種有7份，占8.1%。

在86份主栽品種中，有10份品種對這3種根腐病抗性水平一致，為中農(nóng)大688（HR）、中農(nóng)大678（HR）、冀玉757（S）、邯玉16（R）、明天99（S）、合玉966（HR）、MC812（HR）、九衡517（HR）、豫單888（S）和衡玉9號（HR），表明大多數(shù)品種對不同鐮孢引起的根腐病的抗性存在差異。對3種根腐病均表現(xiàn)高抗的品種有：中農(nóng)大688、中農(nóng)大678、合玉966、MC812、九衡517和衡玉9號等6份品種。

3" 結(jié)論與討論

玉米根腐病是由單種病原菌和多種復(fù)合菌侵染引起，據(jù)報道，其病原菌包括鐮孢菌、腐霉菌、蠕孢菌和絲核菌等40多種真菌，其中，鐮孢菌為玉米根腐病常見病原菌之一［19-26］。Okello等在玉米根腐病分離得到8種鐮孢菌，其中禾谷鐮孢根腐病病菌為常見病原菌［27］；Andrés等確定玉米根腐病強(qiáng)致病菌為禾谷鐮孢根腐病病菌［28］；Okello等利用接種試驗確定禾谷鐮孢根腐病病菌為重要致病菌［29］；賈嬌等對玉米根腐病樣品進(jìn)行分離，確定禾谷鐮孢菌分離率較高［30］。筆者所在研究團(tuán)隊經(jīng)多年在黃淮海地區(qū)調(diào)查和分離玉米根腐病病原菌，確定禾谷鐮孢菌為主要病原菌之一。因此， 本研究以禾谷鐮孢

根腐病為對象，建立玉米根腐病田間抗性評價體系，并應(yīng)用此體系評價主栽品種對其他鐮孢菌的玉米根腐病的抗性。

篩選抗性資源和準(zhǔn)確的評價玉米品種的抗病性在育種和生產(chǎn)中的重要性毋庸置疑。國內(nèi)外學(xué)者對玉米根腐病抗性品種有一些報道，國內(nèi)僅吉林、甘肅等地區(qū)對玉米根腐病抗性資源進(jìn)行了篩選［11］，缺乏黃淮海地區(qū)玉米根腐病抗性資源篩選方面的研究，本研究應(yīng)用玉米根腐病的抗性評價體系對黃淮海玉米主栽品種進(jìn)行3種根腐病抗性資源篩選，共篩出高抗擬輪枝鐮孢根腐病、層出鐮孢根腐病、尖孢鐮孢根腐病品種分別為20、11、21份，分別占總品種的23.3%、12.8%、24.4%，其中僅7份品種高抗水平一致，表明不同品種對不同病原菌根腐病抗性存在差異，同時也說明玉米根腐病病原菌復(fù)雜性與品種抗性基因密切相關(guān)，在做抗性育種方面研究時更應(yīng)側(cè)重于多種優(yōu)良抗性基因相結(jié)合的育種模式。品種抗性差異與遺傳背景和特性有一定關(guān)系，這方面的研究需進(jìn)一步驗證。本研究結(jié)果首次對黃淮海地區(qū)玉米主栽品種進(jìn)行不同病原菌根腐病的抗性篩選，為下一步抗性資源育種提供參考。

本研究玉米根腐病田間抗性評價體系以禾谷鐮孢根腐病為對象，利用病情指數(shù)和聚類法相結(jié)合的方法建立抗性評價體系，并應(yīng)用此體系對其他3種根腐病進(jìn)行抗性資源篩選與評價。經(jīng)驗證，應(yīng)用此評價體系，在進(jìn)行大量挖掘高抗和免疫玉米根腐病資源時，可簡單、準(zhǔn)確和快速地篩選抗性品種和資源，進(jìn)一步為生產(chǎn)上玉米抗性育種和根腐病防治提供依據(jù)。

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