外引玉米自交系青枯病抗性種質資源篩選

，，， ，，，

(黑龍江省農業科學院齊齊哈爾分院，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

玉米是全球第一大糧食作物。近年來，我國的玉米種植面積超過3 000萬hm2，其中2012年的種植面積為3 494.9萬hm2，當年總產量為20 812萬t[1]。目前玉米的種植面積和總產量已超過了水稻、小麥等谷類作物，成為我國第一大糧食作物[2]。玉米的穩產、高產對我國糧食安全生產至關重要。然而，由多種真菌和細菌侵染所引起的玉米青枯病(又稱莖腐病或莖基腐病)，嚴重制約著玉米的穩產、高產。據報道，玉米青枯病在全球各大玉米種植區均有發生。近幾十年來，玉米青枯病在我國有著發展和加重的趨勢，逐漸成為我國玉米抗病育種的主要障礙[3]。

目前，選育和利用優異青枯病抗性種質資源是防治青枯病最為經濟有效的措施，然而由于玉米是外來引進作物，我國的玉米種質資源遺傳基礎相對較為狹窄。因此，對外來玉米種質資源的引進和利用，有助于我國玉米育種的技術創新和品種創新[4]。自上個世紀初期，我國引進了一批又一批的優異玉米種質資源，如Lancaster和Reid等，并且利用這些優異自交系成功的選育出大量的優良衍生系，包括吉846、齊318和沈137等[5-6]。我國已成功的引進多地區玉米種質材料，初步緩解我國玉米種質遺傳基礎狹窄問題，但它們在種質擴增方面沒有發揮完全的作用，這是因為我國引進和改良外來種質資源往往刻意追求快速選育自交系或組配雜交組合，針對種質長期性的改良研究較少，對引進種質缺乏系統性的分析和整理，引進自交系得不到充分利用。因此，種質資源引進后對其主要性狀進行綜合評價有著不可替代的作用，是對其消化、利用和吸收的前提和基礎。本試驗對99份引進的玉米自交系進行田間種植鑒定評價其產量性狀、農藝性狀，利用人工接種鑒定技術進行玉米青枯病的抗性評價，通過評價，挖掘農藝性狀、抗病性等單一或綜合性狀優良的自交系，為其在今后育種中有效利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為齊齊哈爾分院玉米室引進、收集的99份玉米自交系(見表1)。

1.2 病原菌的擴繁與接菌鑒定

將鐮刀菌及腐霉菌的復合菌接種到PDA培養基上，室溫下培養至培養基表面長滿菌絲后，將長滿菌絲的培養基切碎后轉移到高粱粒培養基中(無菌條件下進行)，在28 ℃恒溫箱中培養7 d，待高粱粒表面長滿菌絲后，可用作接種源。在大喇叭口期采用土埋法對玉米植株進行人工接菌，接菌前后各灌溉1次，此后保持充足的土壤水分。在乳熟期進行植株青枯病發病情況調查及抗性評價。調查標準見表2。

表1 99份供試玉米自交系

自交系904GEMN-0174LH222PHAW6PHR621538ICI893LH223PHBA6PHT222FACCICI581LH224PHBW8PHT692FADBJ8606LH59PHHH9PHVA92MCDBL135MBUBPHHV4PHV533IIH6L139MBWZPHJ65PHW306M502ALH160MM501DPHJ70PHVJ48M129LH165N209PHJ75PHWG5A661LH166N215PHJ89PHW43B73LH181N507PHJ90PHW53B86LH190N543PHK35R225B97LH192N545PHM10R230BCC03LH195N7APHM57SD102CS405LH202ND245PHN29T173E8501LH209ND249PHN37Tx110F118LH210ND253PHN73W8555GEMN-0110LH213ND301PHN82WIL900GEMN-0117LH214Oh605PHP60WIL901GEMN-0139LH215OQ101PHPR5WIL903GEMN-0141LH220HtOQ403PHR58

表2 玉米青枯病病情分級標準

級別描述標準1全株正常生長,中下部葉片出現青枯、青黃枯癥狀,莖基生長正常,果穗生長正常3全株葉片出現清枯癥狀,莖基生長正常,果穗生長正常5全株葉片出現典型青枯癥狀,莖基部變色且稍有水浸狀,果穗基本正常7全株葉片出現典型青枯癥狀,莖基部明顯變軟但不倒狀,果穗下垂,籽粒不飽滿9全株枯死且倒伏,莖基部維管束破裂,籽粒干癟

注：0<高抗(HR)≤3、3<抗病(R)≤5、5<感病(S)≤7級、7<高感(HS)≤9。

1.3 外引玉米自交系的農藝性狀及產量性狀評價

2015—2016年在黑龍江省農業科學院齊齊哈爾分院試驗基地，采用隨機區組設計，單行區，3次重復，行長4 m，行距65 cm，株距22 cm。在玉米生育期間對各小區進行調查，包括出苗期、抽絲期、散粉期和成熟期等，并在乳熟期后測量株高、穗位高、雄穗分支角度、雄穗主軸長和雄穗分枝數等主要農藝性狀。收獲后調查相關產量性狀，穗長、穗粗、穗重、行粒數、穗行數、百粒重、出籽率和單株產量。

1.4 統計分析

運用Excel軟件和SPSS等軟件進行數據統計分析。

2 結果與分析

2.1 外引玉米自交系主要農藝性狀和產量相關性狀評價

99份外引玉米自交系主要農藝性狀和主要產量相關性狀差異表現見表3。由表3可見，供試自交系的單株產量、出籽率、百粒重、穗長、穗粗、穗行數、行粒數、禿尖、軸粗、株高、穗位高、雄穗分枝數、雄穗主軸長、雄穗分支角度、生育期和花期間隔等16個性狀指標的變幅分別在35.35～112.46、61.41～86.15、10.32～30.87、7.69～20.71、2.77～4.77、9.55～18.95、9.50～39.50、0.00～2.70、1.91～3.11、153.11～246.00、37.17～94.83、3.78～13.75、26.67～40.11、20.67～62.67、92.40～139.33和1.25～5.50之間，變異幅度較大；變異系數分別為27%、6%、24%、16%、10%、12%、21%、96%、10%、9%、16%、24%、8%、22%、12%和33%，說明供試自交系在主要農藝性狀和產量相關的各個性狀上都存在著較為明顯的差異。

表3 外引玉米自交系主要農藝性狀及產量的差異表現

性狀 平均標準差最小值最大值變異系數單株產量(g)69.3418.5635.35112.4627%出籽率(%)77.404.7761.4186.156%百粒重(g)19.644.6710.3230.8724%穗長(cm)13.512.137.6920.7116%穗粗(cm)3.760.382.774.7710%穗行數13.891.699.5518.9512%行粒數24.925.319.5039.5021%禿尖(cm)0.550.530.002.7096%軸粗(cm)2.470.241.913.1110%株高(cm)206.8819.57153.11246.009%穗位高(cm)70.2911.5337.1794.8316%雄穗分枝數(個)7.961.903.7813.7524%雄穗主軸長(cm)32.882.7526.6740.118%雄穗分支角度(°)36.258.0720.6762.6722%生育期(d)121.1215.0792.40139.3312%花期間隔(d)2.530.831.255.5033%

根據實際生產要求，以植株偏矮、穗位適中、單產高、粒數多、百粒重大、禿尖少等作為主要育種目標。在99份外引自交系中，單株產量大于60 g的有68份，分別為8 M 129、3 IIH 6和2 FADB等；百粒重大于20 g的有50份，分別為2 FADB、PHJ 89和LH 181等；出籽率大于80%的有43份，分別為PHVJ 4、2 FACC和PHT 69等；禿尖小于0.5 cm的有59份，分別為PHBA 6、PHJ 90和2 MCDB等；株高在170～220 cm的有71份，分別為LH 223、PHR 62和J 8606等；穗位高在50～70 cm的有52份，分別為WIL 903、GEMN-0141和PHBA 6等。根據上述標準，99份外引自交系中共鑒定得到33份(見表4)表現優異的自交系，分別為8 M 129、3 IIH 6和2 FADB等。

表7 高抗玉米自交系抗病性

自交系2015年病級2016年病級平均自交系2015年病級2016年病級平均2MCDB23.32.7PHJ6512.31.7B973.21.72.5PHK352.33.83GEMN-01172.72.12.4PHPR513.52.2J8606111PHR5813.52.2L13912.21.6PHVA90.55.32.9LH1661.23.62.4PHWG51.64.12.9LH1811.73.72.7LH1952.52.82.7LH1951.742.9PHPR51.642.8LH209132LH2140.210.6LH2152.31.31.8LH2132.43.63MBUB12.51.8LH209243N5430.710.8LH2151.31.71.5OQ10112.71.8

表4 33份優異外引自交系

標準 自交系單產>60g;8M129、3IIH6、2FADB、 PHJ89、LH181、PHW30、PHVJ4、百粒重>20g;2FACC、WIL903、PHBA6、PHJ90、MBUB、LH214、LH213、 出籽率>80%;PHWG5、 PHJ65、 PHR58、 PHVA9、 GEMN-0141、PHT69、禿尖<0.5cm;OQ403、PHN73、LH165、BCC03、ND301、ND253、170<株高<220cm;PHJ75、PHN37、GEMN-0174、PHM10、LH224、CS405、50cm<穗位高<70cm;ND245

2.2 外引玉米自交系的熟期

生育期變幅在92.40～139.33 d之間，平均值為121.12 d，變異系數為12，變異系數較小。本研究采用王振華等[7]的標準對供試自交系生育期進行初步熟期劃分。結果見表5。外引99份自交系跨度5個熟期組，其中22份屬于早熟材料，占供試材料22.22%；3份屬于中早熟材料，占供試材料3.03%；10份屬于中熟材料，占供試材料10.1%；5份屬于中晚熟材料，占供試材料5.05%；59份屬于晚熟材料，占供試材料59.6%。引進該批次自交系整體熟期偏晚。

表5 玉米品種標準劃分熟期類型(黑龍江)

類型生育期(d)自交系早熟86～99OQ403、ND245、ND253、OQ101、PHJ75、PHW30、LH160、LH222、3IIH6、SD102、PHBA6、PHBW8、2MCDB、PHN29、L135、LH223、LH224、LH220Ht、N507、2FACC、J8606、LH165中早熟100～109ND249、PHR58、ND301中熟110～119A661、LH190、1538、PHVA9、PHN37、PHVJ4、LH166、PHWG5中晚熟120～124PHHV4、PHT69、LH202、CS405、PHJ89晚熟≥125L139、GEMN-0141、2FADB、PHJ90、PHM10、Oh605、PHN82、PHW43、MBUB、N543、B73、PHPR5、R230、PHW53、LH59、Tx110、B97、PHR62、LH181、LH210、PHK35、PHN73、BCC03、ICI581、GEMN-0117、6M502A、MBWZ、N209、PHT22、LH213、ICI893、LH192、N7A、GEMN-0110、8M129、LH214、E8501、PHHH9、MM501D、WIL903、N215、WIL900、PHJ65、LH215、PHJ70、N545、PHAW6、B86、WIL901、GEMN-0139、GEMN-0174、LH195、W8555、T173、R225、PHP60、PHM57、PHV53、F118

2.3 外引玉米自交系青枯病抗病性鑒定

99份外引玉米自交系的田間接菌鑒定結果見表6。99份外引玉米自交系的病害級別為0.6～9，平均病害級別為4.81。供試自交系的病害級別越高，說明該自交系的抗病性越差，易受到病原小種的侵染，這類外引自交系對本地品種的抗性病改良方面價值較低，但是在對于青枯病抗病研究具有重要意義，其中高抗自交系有25份(見表7)，占供試自交系的25.3%。

表6 99份玉米自交系抗病性

抗病性分類自交系數量病害級別高抗(HR)250.6～3抗病(R)283.1～5感病(S)305.1～7高感(HS)167.2～9

抗病自交系有28份，占供試自交系的28.3%。感病自交系有30份，占供試自交系的30.2%。高感自交系有16份，占供試自交系的16.2%(見表7)。

2.4 99份外引玉米自交系的主要性狀綜合評價

通過2年田間試驗，對99份外引自交系的主要農藝、產量及青枯病抗病性進行綜合評價，從中篩選出12份育種潛力大、綜合性狀優良的玉米自交系(表8)。

表8 12份玉米自交系的綜合性狀分析

自交系 特點LH181株高和穗位較低、花期間隔較短、高抗青枯病MBUB出籽率高、株高和穗位較低、花期間隔短、高抗青枯病LH195無禿尖、株高和穗位較低、高抗青枯病PHPR5產量高、出籽率高、株高和穗位較低、高抗青枯病LH214產量高、雄穗分支少、花期間隔較短、高抗青枯病LH213穗位較低、軸粗較細、高抗青枯病PHJ65出籽率較高、花期間隔較短、高抗青枯病LH209穗位較低、雄穗主軸較短、花期間隔較短、高抗青枯病PHR58產量高、出籽率高、穗位較低、雄穗分支角度較小、花期間隔短、高抗青枯病PHVA9出籽率較高、百粒重較重、雄穗主軸較短、生育期較短、花期間隔短、高抗青枯病LH215雄穗分支較少、雄穗分支角度較小、花期間隔短、高抗青枯病PHWG5出籽率較低、花期間隔較短、高抗青枯病

3 討 論

種質資源匱乏、遺傳基礎狹窄嚴重制約著我國玉米育種的發展。同時，我國玉米生產面臨著遺傳脆弱性的威脅[8]。針對此狀況，我國玉米遺傳育種工作者開展了引進和改良外來種質的工作，拓寬了我國的玉米遺傳基礎。外來種質及改良系利用的前提是掌握其農藝及產量基本性狀并進行配合力的分析，這對提高育種效率具有重要的指導意義。農藝和產量性狀的研究是玉米育種一項重要的研究任務，在玉米種質改良中起著不可替代的作用，盡管在生物技術和生物信息學快速發展的今天，科學、系統的評價種質農藝性狀和產量性狀，并通過統計分析，對優異種質資源的挖掘和利用仍具有重要意義。以往許多學者對外來玉米種質進行了諸多方面的研究[9-14]，一般認為我國應用引進種質資源可采用直接或間接利用。

本研究對99份外引玉米自交系農藝性狀及產量性狀和抗病性進行了分析，結果表明，99份供試自交系中22份屬于早熟材料，3份屬于中早熟材料，10份屬于中熟材料，5份屬于中晚熟材料，59份屬于晚熟材料，引進該批次自交系整體熟期偏晚；其中LH 181、MBUB、LH 195、LH 214、PHPR 5、PHJ 65、LH 213、LH 209、PHR 58、PHVA 9、LH 215和PHWG 5等12個自交系育種潛力大、綜合性狀優良、適合黑龍江省種植，育種中可以優先加以利用，將其作為親本較易選育出綜合表現好或高產組合。通過2年的田間接菌鑒定，2 MCDB、B 97 和GEMN-0117等25份自交系對青枯病具有較高抗性，可作為新的青枯病抗性種質擴充現有的種質資源，在育種中進一步利用。

針對供試材料，為加快優良外引自交系的利用，可將單一性狀表現較好的玉米自交系，如8 M 129(單產)、3 IIH 6(出籽率)、OQ 403(禿尖)、2 MCDB(青枯病抗性)等，以及綜合性狀表現較好的LH 181(穗粗、百粒重、出籽率、單株產量、花期間隔)、PHPR 5(行粒數、穗粗、穗長、單株產量)、PHJ 65(花期間隔、主軸長、穗位高、株高)等自交系盡快投入到育種實踐中，用于選育優良雜交組合；利用多種育種途徑和方法，通過外來基因與當地基因的重組，培育出適合當地更為優良的自交系。