摘要：穗腐病是玉米生產區(qū)廣泛暴發(fā)的穗部真菌性病害，挖掘優(yōu)異抗性玉米種質材料和創(chuàng)制優(yōu)良抗病玉米品種是最經濟有效的防控措施。采用田間接種擬輪枝鐮孢菌和禾谷鐮孢菌的等比例混合菌液對29份玉米自交系進行穗腐病抗性評價，通過各性狀間的相關性分析與灰色關聯度分析，探討玉米自交系穗腐病抗性與果穗性狀間的關系，并通過非加權組平均法（UMAP）和系統(tǒng)聚類方法分析玉米自交系的表型多樣性。結果表明，各玉米自交系的抗性潛力存在差異，共篩選出6份高感、13份感、8份中抗和2份抗穗腐病的玉米種質，中抗和抗性種質數量占總種質數量的34.49%。各性狀間的相關性分析結果顯示，平均病情級別與行粒數、穗行數、穗長、穗粗、單穗重、單穗粒數和百粒重呈負相關，其中與單穗重間的相關性最強?；疑P聯度分析結果顯示，平均病情級別與穗長、穗粗、行粒數、穗行數、百粒重和單穗重間的關聯度大于0.9，具有密切關系。綜合平均病情級別和7個果穗性狀的聚類分析結果發(fā)現，在UMAP分析中，29份玉米自交系明顯聚集為5個類群，并且在系統(tǒng)聚類樹中自交系聚集為9個類群。由研究結果可以看出，29份玉米自交系抗穗腐病的潛力存在差異，病害嚴重影響了玉米的單穗重、穗行數和百粒重，并且自交系的表型呈現多樣性，研究結果可為玉米抗穗腐病育種提供親本材料和理論支撐。

關鍵詞：穗腐病；玉米；抗性；果穗性狀；相關性

中圖分類號：S435.131.4₊9" 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）19-0096-06

收稿日期：2023-09-20

基金項目：西昌學院博士科研啟動基金（編號：117281679）。

作者簡介：徐立明（1987—），男，湖北咸寧人，博士，講師，主要從事玉米遺傳育種研究。E-mail：limingxuscau@yeah.net。

通信作者：冷益豐，博士，副教授，主要從事玉米遺傳育種研究。E-mail：yifeng_71@163.com。

玉米（Zea mays L.）在我國的種植面積最大、產量最高，已成為第一大糧食作物^［1］。穗腐病是世界玉米產區(qū)廣泛暴發(fā)的真菌病害^［2］，也是當前流行于我國各玉米產區(qū)的重要病害之一^［3］。在我國，穗腐病的田間發(fā)病率一般為10%～20%，暴發(fā)年份的發(fā)病率為10%～40%，易感玉米品種的發(fā)病率甚至高達50%。由于四川省具有獨特的高溫、高濕氣候，該地的玉米穗腐病發(fā)生率為10%～40%，玉米減產率高達40%^［4］。在玉米灌漿期至成熟生長期，如果出現連續(xù)陰雨天氣，或發(fā)生果穗病蟲害，或籽粒脫水過慢，玉米就易感穗腐病，從而引發(fā)果穗腐爛，直接導致減產。部分穗腐病病原原菌會分泌多種毒素，從而嚴重威害人類、牲畜健康與生命安全^［2-4］。

玉米穗腐病的致病菌種類繁多，目前我國穗腐病的致病菌已超過40種，包括擬輪枝鐮孢菌（Fusarium verticillioides）、禾谷鐮孢菌（Fusarium graminearum）、南方鐮孢菌（Fusarium meridionale）、黃曲霉（Aspergillus flavus）、木霉（Trichoderma spp.）、絲核菌（Rhizoctonia spp.）等。擬輪枝鐮孢菌、禾谷鐮孢菌是我國穗腐病病害的優(yōu)勢致病菌，廣泛分布于各玉米主產區(qū)，給生產造成了重大經濟損失^［5-7］。創(chuàng)制抗穗腐病玉米新品種是防控該病害最為安全、經濟和有效的措施。鑒定與評價優(yōu)異、穩(wěn)定的抗性種質資源是創(chuàng)制抗穗腐病新品種的前提和基礎。國內外已有一些研究者比較和評價玉米自交系對穗腐病的抗性，如Santiago等報道了11份自交系對擬輪枝鐮孢菌具有較好的抗性^［8］，并且王俊強等報道，玉米自交系對擬輪枝鐮孢菌、禾谷鐮孢菌的抗性潛力存在差異^［9-11］。玉米感染穗腐病的主要部位是果穗，因此探討種質穗腐病抗性與果穗性狀（包括行粒數、穗行數、穗長、穗粗、單穗重、單穗粒數等）間的關系，可為創(chuàng)制高產抗病玉米新品種提供理論支撐。郗小倩等運用灰色關聯度分析方法探究區(qū)試玉米品種穗粗、穗長、穗行數、單穗粒重等果穗性狀與穗腐病抗性間的關系，發(fā)現單穗粒重與穗腐病抗性間的關聯度較高，關系最密切^［12］。孫華等探究玉米自交系、雜交種木霉穗腐病抗性與玉米產量間的關系發(fā)現，該病害對部分種質穗長、百粒重、單穗粒重有較大影響^［13］。譚登峰用玉米自交系R15、478及兩者組配的F₁、F₂、BC₁、BC₂代材料接種串珠鐮刀菌，發(fā)現該病菌的抗性與穗粗、穗長、穗行數等果穗性狀間的相關性很小，基本無相關性^［14］。由此可見，以往的研究結果表明，不同類型玉米種質對穗腐病的抗性與果穗性狀間存在不同程度的相關性。

自然界中通常由多種病原菌侵染玉米果穗導致穗腐病發(fā)生^［15］，本研究采用擬輪枝鐮孢菌、禾谷鐮孢菌的等比例混合菌液接種29份攀西地區(qū)玉米自交系，以評價和篩選抗病害玉米種質。同時，采用相關性分析和灰色關聯度分析，以探討玉米自交系平均病情級別與7個果穗性狀（包括行粒數、穗行數、穗長、穗粗、單穗重、單穗粒數和百粒重）間的關系。此外，綜合玉米自交系平均病情級別和7個果穗性狀，聚類分析29份玉米自交系的表型多樣性。本研究旨在為培育抗病玉米品種提供種質資源，為評估穗腐病對產量構成因素的影響和穗腐病的危害提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本研究所用玉米自交系有014-KF169M、387、409-HONGJUNM6、410F、CY109M8、CY109F8、CY119M4、CY119F4、CY518M7、CY518F7、EFD1M3、GXDYU001M、GCDYU001F、HC5F、JY669M、KF169-2KF02、KF169M9、KF169F9、KF520M6、KF520F6、KF606M9、KF821M5、KF909M1、KF909F1、LS1F、LS3M、LS3F、YY988M2和YY988F2，來源于西昌學院和西昌墾豐農業(yè)科技有限公司。

供試菌株溶液為擬輪枝鐮孢菌與禾谷鐮孢菌的等比例混合液，由四川省農業(yè)科學院提供。

1.2 田間種植

2022年5月20日在四川省西昌市五堡村種植玉米植株幼苗，土壤肥力中等，各種質栽種6行，行長3 m，行距0.5 m，株距0.25 m。試驗田進行正常田間管理，且無大風、干旱、洪澇等的影響。

1.3 病原菌的接種

在玉米吐絲期后3～7 d，通過注射花絲通道進行接種，每株玉米只接種第1穗，注入量為 2 mL/穗。接種時注意避免穿刺果穗，防止菌液溢出和接種針堵塞。共接種3行，其他3行作為對照。

1.4 病情調查

接種40 d后，調查蠟熟期玉米的田間感病級別。各種質挑選接種點清晰、無雜菌污染且病級高的7個果穗，逐穗調查接種點周圍的感病面積比例，計算平均病情級別。種質的病情分級和抗性評價標準參照農業(yè)行業(yè)標準NY/T 1248.8—2016《玉米抗病蟲性鑒定技術規(guī)范 第8部分：鐮孢穗腐病》，詳見表1、表2。

1.5 穗部性狀的調查

收獲時選取每行7個果穗，待果穗自然風干后，進行室內考種，記錄果穗性狀（包括行粒數、穗行數、穗長、穗粗、單穗重、單穗粒數和百粒重）。

1.6 數據統(tǒng)計分析

用Excel 2016對調查數據進行統(tǒng)計，再用SPSS 27分析軟件對平均病情級別、果穗性狀進行單因素方差分析、相關性分析和灰色關聯度分析。用R語言ggplot2包繪制統(tǒng)一流形逼近與投影（UMAP）圖，并用NTSYS 2.1軟件進行非加權組平均法（UPGMA）表型聚類分析。

2 結果與分析

2.1 玉米自交系對穗腐病的抗性評價

用花絲通道法對29份玉米自交系進行擬輪枝鐮孢菌與禾谷鐮孢菌混合菌液的接種，鑒定并評價各玉米種質的穗腐病抗性。由表3、圖1可以看出，各玉米自交系抗穗腐病的潛力存在差異，其中6份自交系表現為高感，占總數的20.69%；13份自交系表現為感，占總數的44.83%；8份自交系表現為中抗，占總數的27.59%；2份自交系表現為抗，占總數的6.90%。

2.2 玉米自交系對穗腐病的抗性與果穗性狀間的相關性分析

通過相關性分析，探討29份玉米自交系對穗腐病的抗性與行粒數、穗行數、穗長、穗粗、單穗重、單穗粒數和百粒重間的關系。由表4可以看出，平均病情級別與7個果穗性狀間均呈現負相關性，其中與單穗重間的相關系數為-0.526，相關性較強，但與百粒重間呈現出弱相關性，相關系數僅為 -0.200；7個果穗性狀間呈現正相關性，其中行粒數與穗粗、行粒數與單穗粒數、穗行數與單穗重、穗行數與單穗粒數、穗粗與單穗粒數、單穗重與單穗粒數間的相關系數均在0.800以上，呈現出極顯著相關，然而行粒數與百粒重間的相關系數僅為0.278。

2.3 玉米自交系穗腐病抗性與果穗性狀的灰色關聯度分析

利用灰色關聯度分析法研究29份玉米自交系對穗腐病的抗性與7個果穗性狀間的關系。分別以玉米種質的某個性狀為參考數列、其他性狀為比較數列，計算性狀間的關聯度，構成關聯度矩陣。由表5可以看出，玉米種質的平均病情級別與穗長、穗粗、行粒數、穗行數、百粒重和穗粗間的關聯度大于0.900，行粒數與穗粗、穗長、穗行數、平均病情級別、百粒重和單穗重間的關聯度大于0.900，穗行數與行粒數、穗粗、穗長、百粒重、平均病情級別和單穗重間的關聯度大于0.900，穗長與穗粗、行粒數、平均病情級別、穗行數、百粒重和單穗重間的關聯度大于0.900，穗粗與行粒數、穗長、穗行數、平均病情級別、百粒重和單穗重間的關聯度大于0.900，百粒重與穗行數、行粒數、穗粗、穗長、單穗重和平均病情級別間的關聯度大于0.900，并且單穗重與百粒重、穗行數間的關聯度大于0.900，表明各參考數列性狀與比較數列性狀間的關系密切。然而，種質單穗粒數與其他性狀間的關聯度均小于0.900，表明單穗粒數與其他性狀間的關系較遠。

2.4 綜合穗腐病抗性和果穗性狀的聚類分析

綜合玉米自交系平均病情級別和7個果穗性狀的聚類分析結果，發(fā)現通過UMAP分析，29份自交系明顯聚集于5個類群（圖2、表6）。第Ⅰ類與第Ⅳ類、第Ⅴ類玉米自交系間的距離較遠，差別較大，親緣關系較遠，但是第Ⅱ類和第Ⅲ類、第Ⅳ和第Ⅴ類自交系間的距離近、差別較小，親緣關系較近。第Ⅰ類、第Ⅱ類和第Ⅲ類表現為抗、中抗、感與高感穗腐病的材料在聚類圖中相互混合，然而第Ⅳ類和第Ⅴ類的抗性等級僅表現為感與高感。通過系統(tǒng)聚類分析，29份玉米自交系被聚成9個類群（圖3）。單份玉米自交系聚成第Ⅵ類、第Ⅶ類、第Ⅷ類和第Ⅸ類，呈現抗、中抗穗腐?。?份自交系聚成第Ⅲ類、第Ⅳ類和第Ⅴ類，呈現感、高感穗腐病；13份自交系聚成第Ⅰ類，呈現出高感、感和中抗穗腐病相互混合的趨勢；6份自交系聚成第Ⅱ類，其中2份感和4份中抗穗腐病。

3 討論與結論

玉米穗腐病由多類病原菌引發(fā)，田間發(fā)病通常是復合侵染，并且該病害的抗性表現為數量性狀，易受環(huán)境因素影響^［15-17］。同時，一些不利因素會進一步提高表型獲取、抗性評價難度，導致當前玉米生產缺乏優(yōu)異抗病種質。四川省攀西地區(qū)屬于典型的西南山地玉米種植區(qū)，該地區(qū)氣候高溫、高濕，利于擬輪枝鐮孢菌、禾谷鐮孢菌穗腐病的發(fā)生流行，造成玉米大幅度減產^{［5，18］}。本研究對從四川省攀西地區(qū)收集的29份玉米自交系進行評價和篩選，發(fā)現8份自交系表現為中抗，2份自交系表現為抗，共占總數的34.49%，表明攀西地區(qū)具有較為豐富的玉米抗擬輪枝鐮孢菌且抗禾谷鐮孢菌穗腐病的種質資源。夏玉生等鑒定與評價了346份玉米自交系抗擬輪枝鐮孢菌和禾谷鐮孢菌穗腐病的情況，發(fā)現對2類病害均表現為中抗以上等級的種質共有45份，占總數的13.01%^［11］。段燦星等鑒定與評價690份玉米自交系在6個生態(tài)環(huán)境下抗擬輪枝鐮孢菌、禾谷鐮孢菌穗腐病的效果，篩選出3份在所有生態(tài)環(huán)境中對2種鐮孢菌穗腐病具有穩(wěn)定抗性的種質^［19］。以上玉米種質的鑒定，豐富了我國玉米穗腐病抗性資源，為抗病育種和理論研究提供了參考。

為了研究玉米穗腐病抗性與產量的關系，選育高產抗病的玉米品種，本研究利用相關性分析、灰色關聯度分析探索穗腐病抗性與行粒數、穗行數、穗長、穗粗、單穗重、單穗粒數和百粒重間的關系。結果表明，平均病情級別與7個果穗性狀間呈負相關關系，其中平均病情級別與單穗重間的負相關性最強，表明平均病情級別主要影響單穗重；玉米平均病情級別與穗長、穗粗、行粒數、穗行數、百粒重間的關聯度大于0.9，表明平均病情級別與這些性狀間的關系密切。同時，相關性分析結果表明，玉米自交系單穗重與百粒重、穗行數間表現出較強相關性，并且灰色關聯度分析結果顯示，單穗重與百粒重、穗行數間的關聯度大于0.9，表明玉米單穗重與2個性狀密切相關。綜上分析發(fā)現，平均病情級別與單穗重、穗行數和百粒重間的關系密切，互相影響。玉米產量與果穗性狀密切相關。陳燦等發(fā)現，穗粗、百粒重和穗行數對產量的影響較大^［20］；郗小倩等發(fā)現，行粒數、百粒重和穗行數對產量有較大影響^［12］；韓學坤等發(fā)現，單穗粒重、百粒重和穗長是影響玉米產量的主要因素^［21］。以上研究結果表明，百粒重、穗行數是影響玉米產量比較主要的2個因素。本研究結果表明，穗腐病通過影響穗行數、百粒重2個產量主要構成因素，最終限制玉米高產。

玉米自交系穗腐病抗性和7個果穗性狀的表型聚類分析結果表明，在UMAP分析中，29份自交系明顯聚集為5個類群，且系統(tǒng)聚類樹也呈現9個類群，表明攀西地區(qū)玉米種質表型具有多樣性，種質資源豐富。王俊強等對40份玉米自交系2年禾谷鐮孢菌、擬輪枝鐮孢菌穗腐病的平均病情評分進行系統(tǒng)聚類分析發(fā)現，3個類群包括抗性種質類群、感病種質類群和其余種質構成中間類型，表明系統(tǒng)聚類分析能較準確地劃分玉米抗性種質^［9］。本研究通過系統(tǒng)聚類分析發(fā)現，單份玉米自交系聚成4個類群呈現中抗、抗穗腐病，2份自交系聚成3個類群呈現高感、感穗腐病，然而高感、感和中抗穗腐病自交系相互混合在2個類群。同時，UMAP分析也發(fā)現，僅2個類群展現高感、感穗腐病，其他類群的抗性等級展現抗、中抗、感與高感相互混合。本研究結果表明，綜合玉米平均病情級別和7個果穗性狀的系統(tǒng)聚類和UMAP分析不能有效區(qū)分抗性種質。這一結果與王俊強等的研究結果^［9］不一致，推測玉米平均病情級別僅與7個果穗性狀中的部分性狀關聯性強。

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