田耀加，王秋燕，吳 蓓，葉偉忠，陳紅弟

（廣州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，廣東 廣州 510308）

【研究意義】鮮食玉米，一般指甜玉米和糯玉米，兼具蔬果糧用途，在日常生活中廣受歡迎。我國(guó)是鮮食玉米生產(chǎn)與消費(fèi)大國(guó)，目前年生產(chǎn)面積達(dá)133.3 萬(wàn)hm2以上，超過600 億果穗，且有增加的趨勢(shì)。與普通玉米不同，鮮食玉米主要采摘乳熟期的新鮮果穗，用于直接蒸煮食用、菜肴搭配、榨汁，甚至作為水果生食，因此對(duì)品質(zhì)及產(chǎn)品安全性要求更高。南方銹病是影響鮮食玉米生產(chǎn)的主要病害之一，具有流行爆發(fā)性強(qiáng)、防治困難、為害性大等特點(diǎn)。該病在我國(guó)南北方均可發(fā)生，嚴(yán)重影響鮮食玉米產(chǎn)量、商品外觀及品質(zhì)，由于缺乏抗病品種，主要依靠化學(xué)藥劑加以防控。因此，為控制南方銹病為害，保障鮮食玉米的安全高質(zhì)生產(chǎn)，開展抗病種質(zhì)資源篩選，從而用于品種改良創(chuàng)新，具有重要的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)意義。【前人研究進(jìn)展】南方銹病和普通銹病同屬于玉米銹病，兩者可交叉侵染為害，其病原菌在形態(tài)上有所差異［1］。南方銹病的為害性更強(qiáng)，由多堆柄銹菌（Puccinia polysoraUnderw.）引起，發(fā)病溫度為15～31 ℃，最適溫度24～27 ℃［2］。不同地區(qū)之間引起南方銹病的多堆柄銹菌群體具有明顯的遺傳多樣性，遺傳變異高，其初侵染源及毒力表現(xiàn)可能各不相同［3］。王曉鳴等通過對(duì)生物學(xué)特性及不同地理種群遺傳相關(guān)性研究表明，我國(guó)不同產(chǎn)區(qū)南方銹病初侵染源具有不同的來源［4］。但由于規(guī)?；B作、氣溫上升等因素，20 世紀(jì)90 年代以來，南方銹病已在我國(guó)不同玉米產(chǎn)區(qū)逐漸上升為主要病害，造成減產(chǎn)甚至絕收［5-7］。相關(guān)調(diào)查表明，湖北、廣西、云南、浙江、河南、河北等地均陸續(xù)遭遇南方銹病為害，輕者減產(chǎn)10%～30%，重者減產(chǎn)80%以上［8-14］。華南鮮食玉米產(chǎn)區(qū)南方銹病發(fā)生嚴(yán)重，研究表明該病為害與產(chǎn)量性狀存在著線性負(fù)相關(guān)［15-16］?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】利用作物自身的抗性是病蟲害防治最直接有效的措施。廣東是我國(guó)鮮食玉米生產(chǎn)與消費(fèi)大省，各種類型不斷創(chuàng)新推廣［17-18］，同時(shí)又是南方銹病易發(fā)區(qū)域，但推廣應(yīng)用上缺乏真正抗南方銹病的品種，鮮食玉米生產(chǎn)存在較大的潛在威脅。因此，亟待廣泛篩選挖掘鮮食玉米抗病種質(zhì)，并在品種改良中加以利用，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供根本保障?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究在種質(zhì)資源收集及自主創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，結(jié)合田間自然感病和接種感病鑒定，系統(tǒng)開展甜、糯玉米自交系對(duì)南方銹病的抗性評(píng)價(jià)，旨在準(zhǔn)確篩選得到高抗銹病的材料，為鮮食玉米抗病品種選育推廣提供基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

鮮食玉米自交系710 份，包括糯玉米328 份、甜玉米180 份、甜加糯玉米202 份，均為廣州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院引進(jìn)及自主創(chuàng)新，經(jīng)選株套袋自交所得。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 自然感病鑒定 自然感病鑒定于2014 年和2015 年秋季在廣州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院花都試驗(yàn)基地進(jìn)行，試驗(yàn)地為玉米連作田，自然條件下南方銹病發(fā)生重。

田間玉米起壟種植，壟寬約1.2 m，長(zhǎng)約4 m。每壟雙行種植，行距約60 cm，株距25 cm。每份自交系種植1 行，于9 月上旬直播種植。田間按常規(guī)管理，基肥以腐熟農(nóng)家肥為主，用量約為7 500 kg/hm2；苗期結(jié)合中耕培土及除草，及時(shí)施用尿素和復(fù)合肥各75 kg/hm2，拔節(jié)至大喇叭口期增施尿素和復(fù)合肥各150 kg/hm2。玉米苗期主要防治地下害蟲，喇叭口期以后主防玉米螟。

田間自然發(fā)病條件下，于鮮食玉米散粉后約20 d 調(diào)查每份試驗(yàn)材料南方銹病發(fā)生情況，采用目測(cè)法對(duì)每份自交系材料進(jìn)行抗病性評(píng)價(jià)。鮮食玉米對(duì)銹病抗病性分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表1 所示。

表1 鮮食玉米南方銹病抗性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Criteria for evaluating resistance of fresh corn to rust

1.2.2 人工接種感病鑒定 田間試驗(yàn)設(shè)置、管理及病害調(diào)查同1.2.1。試驗(yàn)于鮮食玉米8～9 葉期，采集南方銹病為害嚴(yán)重、布滿夏孢子堆的新鮮玉米葉片，在清水中搓洗制成病原菌懸浮液（100倍顯微鏡下每視野40～50 個(gè)孢子），采用背負(fù)式噴霧器對(duì)每份自交系材料進(jìn)行噴霧接種。噴霧量以葉片濕潤(rùn)滴水為準(zhǔn)，并于7 d 后進(jìn)行二次噴霧接種。

1.2.3 抗病遺傳分析 以抗病自交系09N1-1-1（P1）為父本，感病自交系09N9-3（P2）為母本，田間種植后套袋配制雜交組合F1。F1收獲后繼續(xù)田間種植，選擇株系進(jìn)行套袋自交獲得分離群體F2；同時(shí)取F1株系為回交受體，以09N9-3（P2）回交供體，配制獲得回交群體BC1F1。

分別取抗病自交系09N1-1-1（P1）、感病自交系09N9-3（P2）、雜交組合F1，以及其后代群體F2和BC1F1進(jìn)行田間種植，按照1.2.2 方法進(jìn)行單株接種鑒定。對(duì)鑒定數(shù)據(jù)進(jìn)行卡方檢驗(yàn)，以抗感分離結(jié)果初步分析抗病基因遺傳模式。

2 結(jié)果與分析

2.1 自然感病條件下鮮食玉米抗性材料篩選

自然感病條件下調(diào)查鮮食玉米自交系材料對(duì)南方銹病的抗性表現(xiàn)，總體而言，材料之間對(duì)南方銹病的抗性水平具有顯著差異，糯玉米、甜玉米及甜加糯玉米3 個(gè)不同類型自交系材料抗性水平呈類似的差異性分布。其中以中抗或感病水平的材料最多，而表現(xiàn)高抗水平的材料極少。在所測(cè)定的鮮食玉米材料中，對(duì)南方銹病表現(xiàn)高抗水平的占1.11%，抗病和中抗水平分別占8.34%和34.08%，而55.21%的材料表現(xiàn)感病及高感水平。在糯玉米材料中，抗病水平以上的材料28 份，包括高抗水平5 份和抗病水平23 份；在甜玉米材料中，高抗和抗病的材料分別為1 份和22 份；而在甜加糯玉米材料中，高抗和抗病的材料分別為2份和15 份（圖1）。

2.2 接種條件下鮮食玉米自交系材料抗性鑒定

對(duì)68 份自然條件下對(duì)南方銹病表現(xiàn)抗病水平（抗性級(jí)別為Ⅲ）以上的自交系材料進(jìn)行人工接種驗(yàn)證鑒定，結(jié)果見表2。在人工接種脅迫感病壓力條件下，其中36 份自交系材料的抗性水平明顯降低，表現(xiàn)為抗性級(jí)別由Ⅲ級(jí)下降為Ⅴ級(jí)或Ⅶ級(jí)，Ⅰ級(jí)下降為Ⅲ或Ⅴ級(jí)。通過人工接種試驗(yàn)，結(jié)果表明對(duì)南方銹病表現(xiàn)為高抗（抗性級(jí)別為Ⅰ）的自交系材料5 份，包括3 份糯玉米材料、1 份甜玉米材料和1 份甜加糯玉米材料；表現(xiàn)為抗病水平（抗性級(jí)別為Ⅲ）的自交系材料30 份。

表2 接種條件下自交系材料對(duì)南方銹病的抗性水平Table 2 Resistant levels of inbred lines to southern corn rust under artificial inoculation conditions

2.3 鮮食玉米抗病基因遺傳模式

結(jié)合不同群體抗性鑒定，遺傳分析結(jié)果見表3?？共∽越幌?9N1-1-1（P1）所有株系都表現(xiàn)高抗南方銹病，而感病自交系09N9-3（P2）為感病或高感，兩者的雜交組合F1植株均表現(xiàn)高抗水平，表明自交系09N9-1-1（P1）對(duì)南方銹病的抗性由顯性基因控制。F2和BC1F1群體抗感分離比例分別為2.36∶1 和1.04∶1，卡方檢驗(yàn)差異不顯著，結(jié)果符合3∶1（χ2=2.473，P=0.116）和1∶1（x2=0.084，P=0.772）分離比例，根據(jù)遺傳基本規(guī)律推測(cè)，09N9-1-1（P1）抗病性可能來源于單基因顯性控制。

表3 自交系09N1-1-1 及其雜交分離后代群體抗病分析Table 3 Resistance analysis of the inbred line 09N1-1-1 and its hybrid offspring population

3 討論

種質(zhì)資源是種業(yè)發(fā)展的首要條件，充分篩選目標(biāo)性狀優(yōu)良種質(zhì)，對(duì)于功能基因挖掘利用和品種改良創(chuàng)新具有重要的意義。玉米抗南方銹病種質(zhì)鑒評(píng)與利用已有較多的研究，但主要集中于普通玉米材料，調(diào)查鑒定顯示，在現(xiàn)有大量的育種材料中對(duì)南方銹病表現(xiàn)高抗水平的材料少，如江凱等從1 589 份玉米種質(zhì)中鑒定出高抗（HR）材料26 份，占鑒定總數(shù)的1.64%［19］；陳文娟等研究表明，在903 份種質(zhì)中8 份自交系對(duì)南方銹病表現(xiàn)高抗，占總鑒定種質(zhì)的0.9%［20］。本研究以鮮食玉米為對(duì)象，抗性鑒定結(jié)果與現(xiàn)有的研究報(bào)道具有較高的相似度。在710 份鮮食玉米自交系材料中，對(duì)南方銹病表現(xiàn)高抗的只占1.11%，抗病水平的占8.34%。結(jié)合田間自然感病和人工接種感病鑒定，研究獲得5 份高抗南方銹病的自交系材料。課題組通過廣泛抗病性材料鑒定篩選，為后續(xù)核心種質(zhì)的抗性改良和鮮食玉米抗病品種選育奠定了良好的基礎(chǔ)。總體而言，種質(zhì)資源之間對(duì)南方銹病的抗性存在顯著差異，但抗病的資源十分稀少，基于鮮食玉米產(chǎn)業(yè)發(fā)展而言，應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)抗性種質(zhì)的鑒定篩選。

已有研究表明，不同玉米抗銹病遺傳由顯性單基因或多基因控制［21-23］。如王文潔等利用抗銹病自交系K381 構(gòu)建6 個(gè)世代群體，研究推測(cè)其抗性由單一顯性基因控制［24］；艾堂順等在玉米2、5、6、10 號(hào)染色體上鑒定出5 個(gè)抗病位點(diǎn)，其中10 號(hào)染色體上的位點(diǎn)具有最大的效應(yīng)值［25］；陳文娟等在3、7、8、9、10 號(hào)染色體上檢測(cè)到6 個(gè)控制南方銹病的QTL，并初步定為得到10號(hào)染色體上的主效QTL［26］?，F(xiàn)有研究報(bào)道中，已在10 號(hào)染色體上定位得到多個(gè)抗病基因，包括RppQ［27］、RppD［28］、RppC［29］、RppS［30］、RppM［31］等。這些基因分別來源于不同的玉米材料，其是否相同目前尚未明確。本研究以糯玉米抗南方銹病自交系09N1-1-1 為背景，抗性遺傳分析結(jié)果顯示，F(xiàn)2和BC1F1群體的抗感分離符合3∶1 和1∶1 比例，同樣推測(cè)其遺傳模式可能為顯性單基因控制。由于材料來源不同，以及南方銹病致病菌（多堆柄銹菌Puccinia polysoraUnderw）生理小種的不同，完全有可能檢測(cè)得到不同的抗病基因。本研究中糯玉米自交系材料09N1-1-1 的抗性來源是否與前人報(bào)道的基因有所重合，尚有待進(jìn)一步研究論證。

4 結(jié)論

本研究結(jié)合田間自然感病和人工接種感病鑒定，篩選獲得對(duì)南方銹病表現(xiàn)為高抗的鮮食玉米自交系材料5 份，包括3 份糯玉米材料、1 份甜玉米材料和1 份甜加糯玉米材料。選取抗病糯玉米自交系09N9-1-1（P1）和感病自交系09N9-3（P2）構(gòu)建后代F2和BC1F1分離群體，初步遺傳分析顯示，其抗感分離分別符合3∶1 和1∶1比例，卡方檢驗(yàn)差異不顯著，推測(cè)自交系09N9-1-1 抗病遺傳模式可能為顯性單基因控制。研究結(jié)果有助于為抗病遺傳解析提供理論參考，為抗病種質(zhì)改良和新品選育推廣提供抗源材料，從而解決生產(chǎn)上南方銹病暴發(fā)防控難題。