广西玉米种质资源对纹枯病的抗性鉴定

1、广西玉米种质资源对纹枯病的抗性鉴定植物遗传资源2009,10(4):566571JournalofPlantGeneticResources广西玉米种质资源对纹枯病的抗性鉴定程伟东,李石初,覃兰秋,谭贤杰,吴子恺(广两大学农学院,南宁530007;广西玉米研究所,南宁530227)摘要:在人工接种条件下,对860份玉米材料进行了纹枯病抗性鉴定和评价,旨在为进一步开展玉米纹枯病抗性育种和分子生物学研究奠定基础.结果显示,在鉴定的860份玉米材料中,没有发现免疫的材料,高抗,抗,中抗,感和高感的比例分别为3.49%,28.60%,26.16%,10.35%和31.40%;在农家种,群体种和杂交种(

2、组合)等杂合体中,抗病材料所占比例较大,而自交系等纯合体中,感病材料所占比例较大,表明玉米杂合体种质资源材料中可能蕴藏着不同的抗纹枯病基因,特别是广西农家种中可能存在对纹枯病具有稳定抗性的材料,值得进一步研究和利用.关键词:玉米;种质资源;纹枯病;抗性IdentificationofResistancetoSheathBlightCausedbyRhizoctoniasolaniinMaizeGermplasminGuangxiCHENGWei.dong,LIShichu,QINLanqiu,TANXianjie,WUZikai(AgriculturalFacult)ofGuangxiUniv

3、ersity,Nanning530007;GuangxiMaizeResearchInstitute,Nanning530227)Abstract:Byartificialinoculation,eighthundredandsixtymaizegermplasmwerescreenedandevaluatedforresistancetosheathblightcausedbyRhizoctoniasolani.Theresultsshowedthatnoanygermplasmwithimmunetothediseasewasfound,andafewgermplasmwerehighly

4、resistant.Thegermplasmpercentageofhighlyresistant,resistant,moderatelyresistant,susceptibleandhighlysusceptibletosheathblightwas3.49%,28.60%,26.16%,10.35%and31.40%,respectively.Theresultsindicatedthatheterozygotes,suchaslocallandraces,populationsandhybrids,hadhigherpercentageofresistantandmoderately

5、resistantgermplasm,andhomozygotes,i.e.inbredlines,waswithmoresusceptibleandhighlysusceptiblegermplasm.Itmeanedthatinheterozygotesthereweresomedifferentresistancegenes,andinlandracesofGuangxithereweresomeresistantgermplasmwithstableresistancegenestosheathblightandthesegeneswouldberesearchedandusedfor

6、varietyimprovement.Keywords:Maize;Germplasm;Sheathblight;Resistance玉米纹枯病是一种世界性病害,在许多国家和地区均有发生和危害的报道,我国南方玉米产区以及东南亚国家和地区尤为严重一.利用抗病品种是防治玉米纹枯病最经济,有效的途径.2O世纪70年代以来,我国已有不少研究人员开展了抗纹枯病种质资源材料筛选和鉴定的基础研究工作,筛选鉴定出的抗纹枯病材料不仅可以应用到抗病育种程序中,甚至可以直接应用于生产.在已经鉴定和筛选的数千份玉米材料中,至今尚未发现免疫的材料,高抗的材料也很少.本研究旨在通过对自广西地区收集的玉米主要农家种,群体种

7、,新选育的杂交种(组合)和自交系等种质资源材料进行纹枯病抗性鉴定和初步评价,筛选出有利用价值的抗性材料,为进一步开展玉米纹枯病抗性育种和分子生物技术研究奠定基础.收稿日期:20081024修回日期:2009.0213基金项目:广西科学基金项目(桂科基0575082)作者简介:程伟东,研究员,主要从事玉米遗传育种研究.E-mail:gxymcwd126.tom通讯作者:吴子恺,Email:wuzikai4期程伟东等:广西玉米种质资源对纹枯病的抗性鉴定5671材料与方法1.1供试材料和试验设计于2004?2007年对860份玉米材料进行纹枯病人工接种鉴定田间试验,其中农家种388份,群体种3份,杂

8、交种(组合)246份,自交系223份.所有供试材料均由广西玉米研究所提供.试验采用顺序排列,每份材料种植1行,行长5m,行宽0.7m,农家种,群体种和杂交种每行种植16株,自交系每行种植l8株.田间管理按一般大田生产管理技术进行.1.2接种病原菌玉米纹枯病病原菌为立枯丝核菌Rhizoctoniasolani,属于AG1一IA融合群株系中的强致病力菌株.1.3接种方法与接种时间采用麦粒嵌入法接种.接种致病菌的制作方法:燕麦粒用水洗净晾干后放人三角瓶并用棉塞封好,高压蒸汽灭菌后接入纹枯病菌原株培养57d,待菌丝密集布满燕麦粒时,即可用于接种.接种的具体操作:当玉米处于拔节期的1012叶期时,在每一

9、植株地面上第1叶鞘内嵌入3粒带菌燕麦粒,接种后田间灌透水,保持土壤湿润1周以上,待其自然发病.以高感品种黄早四作对照,对表现抗病反应的材料,次年用相同的病原菌进行重复鉴定.1.4田间调查和抗性鉴定在人工接种30d后植株的病情基本稳定,即对每个人工接种植株进行田间病害调查,并根据病级和病情指数进行抗病性综合评价.抗病性评价分为高抗(HR),抗病(R),中抗(MR),感病(s),高感(HS)5种类型,纹枯病的病级记载采用墨西哥国际小麦玉米改良中心(CIMMYT)提供的病级分级标准.0级:植株全株无病斑;1级:植株果穗下第4叶鞘以下部位发病;2级:植株果穗下第3叶鞘以下部位发病;3级:植株果穗下第2

10、叶鞘以下部位发病;4级:植株果穗下第1叶鞘以下部位发病;5级:植株果穗及其以上部位发病.按照上述标准对接种的植株逐一进行调查记载,计算实际病情指数.按实际病情指数进行抗病评价,评价标准为:高抗(HR):病情指数小于或等于20;抗病(R):病情指数大于2O,小于或等于30;中抗(MR):病情指数大于30,小于或等于40;感病(s):病情指数大于40,小于或等于50;高感(HS):病情指数在5O以上.2结果与分析860份玉米材料经人工接种鉴定,未发现免疫材料,获得高抗材料30份,占鉴定材料的3.49%,抗病材料246份占28.60%,中抗材料225份占26.16%,感病材料89份占10.35%,高

11、感材料270份占31.40%.在鉴定的农家种,群体种和杂交种(组合)等637份杂合体中,有452份表现高抗,抗病和中抗,占70.96%;有185份表现感病和高感,占29.04%.而在鉴定的223份自交系等纯合体中,只有49份表现高抗,抗病和中抗,占21.97%;有174份表现感病和高感,占78.03%(表1).鉴定结果表明,玉米杂合体材料对纹枯病的抗病比例比较高,感病的比例比较低;而玉米纯合体材料对纹枯病的抗病比例比较低,感病的比例比较高.表明杂合体玉米种质资源对纹枯病具有较好的抗性,而纯合体玉米种质资源对纹枯病的抗性比较差.说明玉米的杂合性遗传背景对纹枯病具有更高的抗性水平.表1玉米种质资源

12、对纹枯病的抗性鉴定结果Table1Resultofmaizegermplasmscreenedforsheathblightresistance玉米纹枯病的抗性遗传主要由多基因控制,表现为主效基因和微效多基因共同作用.由于玉米杂合体比纯合体携带有更加复杂的遗传基础和丰富的多样性,因此,杂合体可能更有利于控制纹枯病抗性的主效基因和微效多基因的富集和相互作用,促进抗性表达的累积与叠加,从而提高抗性水平.同时表现为对气候环境条件的更好适应性和对逆境条件的更强抵抗能力.而纯合体可能部分微效抗性基因在自交纯合过程中的缺失,丢失或漂移,因此影响了存留下来的其他抗性基因的表达,或者存留的抗性基因由于没有其他

13、微效基因的相互作用,使抗性表达的效果没有达到显着水平,从而表现为感病或高度感病,以及对逆境抵御能力弱和对气候环境条件的不适应.568植物遗传资源10卷2.1农家种和群体种的抗病性鉴定结果在人工接种鉴定的391份农家种和群体种中,没有发现免疫和高抗玉米纹枯病的材料,获得抗病的材料有159份,获得中抗的材料有l52份,而表现感病的材料有44份,表现高感的材料有36份,即有79.53%的材料是抗病或中抗玉米纹枯病的,有20.46%的材料是感病或高感玉米纹枯病的(表1).鉴定结果表明,在农家种和群体种中虽然没有获得免疫和高抗玉米纹枯病的材料,但抗病材料的比例仍然显着高于感病材料的比例.表明玉米杂合体材

14、料携带的丰富遗传基础有利于抗性基因的表达,从而提高这些杂合体植株群体对纹枯病的整体抗性.另外,从部分对玉米纹枯病抗性比较稳定的农家种植株性状结果分析可知,玉米纹枯病的抗性与玉米的株高和穗位高有一定的相关,表现为植株高大繁茂,穗位比较高的多数材料对纹枯病的抗性比较好,但这种相关性不是绝对的,也有少数材料植株比较矮,穗位比较低,但对纹枯病同样具有比较好的抗性,如龙州分枝红和罗城糯.从对纹枯病抗性比较稳定的农家种的来源和分布分析可知,大部分抗性水平比较高的农家种来源于广西桂西山区的百色市与河池市和桂南地区的南宁市与崇左市,一方面可能与来自这些地方的农家种比较多有关,另一方面也可能与这些地方的气候环境

15、因素有关,正是对环境的选择作用,使这些地区的农家种保留了较好的抗纹枯病特性.来源于广西其他地方的农家种也有个别材料对玉米纹枯病具有较高的抗性水平(表2).2.2杂交种(组合)的抗病性鉴定结果246份杂交种(组合)经人工接种鉴定,表现高抗玉米纹枯病的有27份,抗病的55份,中抗的59份,感病的41份,高度感病的64份,即57.31%的材料是高抗,抗病或中抗,42.69%的材料是感病或高感(表1).鉴定结果表明在杂交种(组合)中,虽然没有获得免疫的材料,但高抗,抗病和中抗材料的比例仍然高于感病材料的比例.说明由于杂交种(组合)具有比较丰富的遗传基础和多样性,利于控制纹枯病抗性的多基因或主效基因的抗

16、性表达,从而表现出对玉米纹枯病具有较高的抗性水平.同时,由于杂交种是两个纯合自交系亲本的组合,纯合自交系中携带的纯合抗性基因通过杂交自由配对后获得重组,从而可能强化了抗性基因的表达,并且克服了农家种和群体种因抗性基因杂合性强可能引起抗性基因之间对表达的相互抑制或阻碍,因此,杂交种(组合)比农家种表2部分抗病(R)农家种的植株性状及对纹枯病的抗性Table2PlantcharactersandresistancetOsheathblightinsomelandraces林渌黄玉米白糯玉米120天糯玉米120日白玉米本地黄那陶黄玉米本地黄龙州分枝红迟熟黄玉米本地白本地黄玉米农门白玉米三月黄黎明本地

17、白多龙白玉米硬骨白细轴糯玉米红心路书力白那坡城厢白八达米山黄旺子白中玉米忠义白糯道达黄苞谷隆域黄玉米平台红玉米平塘白玉米塘合花糯玉米红糯玉米罗城糯大玉米翠意白项更黄良昌糯南宁市南宁马山县南宁上林县南宁横县崇左扶绥县广西崇左县广西崇左县崇左龙州县崇左龙州县南宁隆安县百色市百色乐业县百色田阳县百色平果县百色德保县百色德保县百色德保县百色靖西县百色靖西县百色那坡县百色匿林县百色西林县百色隆林县百色隆林县百色隆林县百色隆林县百色田林县百色田林县河池环江县河池罗城县河池宜山县河池都安县河池都安县河池都安县和群体种可能更容易获得高抗玉米纹枯病的材料,也可能更容易从杂交种(组合)中选育出高抗玉米纹枯病的自交

18、系.另外,广西玉米生产主推品种纹枯病鉴定结果表明,品种正大619在20052007年的3年鉴定中,99487928686868983788989加加加加孤孤鹊加拍弛%7B24鞠mmmm猢撕柳黜姗m湖m粥4期程伟东等:广西玉米种质资源对纹枯病的抗性鉴定5692年表现为抗病(R),1年表现为感病(S),抗病性相对比较稳定,说明气候环境条件对该品种的抗病性影响不太大,但该品种的抗性水平已经开始有所下降,因此生产上应注意其纹枯病发生的监测,以免造成损失.品种桂单22号在不同年份的发病情况和严重程度不同,总体表现为感病,表明气候环境条件对该品种纹枯病的发生影响比较大,所以该品种不适宜在水田和湿度高的地区

19、推广种植,以避免生产风险.2.3玉米自交系(杂交亲本)的抗病性鉴定结果223份玉米自交系经人工接种鉴定,表现高抗玉米纹枯病的有3份,分别是CML165,CML161和CA335.表现抗病的32份,中抗的14份,感病的4份,高度感病的170份,即有21.98%的材料是高抗,抗病或中抗,有78.02%的材料是感病或高感(表1).鉴定结果表明,在玉米自交系材料中既没有表现免疫的材料,高抗,抗病和中抗的材料比例也很低,绝大多数玉米自交系感或高感玉米纹枯病.通过分析部分高抗玉米纹枯病的杂交种亲本来源及其对纹枯病的抗性水平,结果发现多数高抗玉米纹枯病的杂交种的1个亲本自交系是比较抗玉米纹枯病的,而另1个亲

20、本可能是比较抗病的,也可能是感病的;例如交51(抗病)张M168(中抗),CP杂交一1(抗病)双M9(感病),以及我们育成的隆玉2号抗病杂交种,其两个亲本分别是Hi(抗病)和7239(感病);还有桂三5号抗病杂交种,其3个亲本分别是M9(感病),武125(感病)和交5t(抗病).但是,两个高抗玉米纹枯病的亲本自交系组配,不一定能够获得高抗的杂交种(组合),例如玉美头l02杂交种,纹枯病鉴定是中抗水平,而两个亲本分别是高抗纹枯病的CML161和CML165.因此,在组配杂交组合时,应该注意利用至少1个对纹枯病有一定抗性水平的亲本自交系,才有可能获得高抗或抗病的杂交种(表3,表4).在玉米育种实际

21、应用上,多数配合力好的自交系都不抗玉米纹枯病,但是仍选育出了一大批杂交种在生产上应用,尽管这些杂交种对玉米纹枯病的抗性比较差.例如,利用双M9(感病)分别选育出了桂单22号,桂单3O号,玉美头108和玉美头109等,利用南99(感病)分别选出了南校18号,南校968,南校9665和南校201等表3部分杂交种(组合)对纹枯病的抗性Table3Resistanceofsomehybrids(crosses)tosheathblight杂交种(组合)Hybrids(crosses)抗性Resistance抗性水平病情指数ResistantlevelDiseaseindex#表示混合授粉1次;B表示自

22、交后混合播种;及后面数字表示次数#meansmixedpollinationonetime;Bmeansmixedplantingafterselfing;thenumberbehindisthenumberoftimes3讨论3.1国际玉米小麦改良中心亚州分部(CIMMYTARMP)曾对2000余份玉米种质资源进行了玉米纹枯病抗源筛选,结果只获得2O多份抗病资源,其中有4份为高抗材料j.杨爱国等对45份玉米自交系进行纹枯病人工接种鉴定,结果发现抗病自交系占20%,感病自交系占80%.张敏等对65份玉米材料进行了纹枯病人工接种鉴定,结果发现抗病和中抗的材料只有3.1%,13.9%,大部分为感病

23、和高感的材料.王朝海等对627份玉米种质资源进行田问调查和人工接种鉴定,发现有31.6%为抗病材料,其他均为感病材料.上述鉴定研究均未发570植物遗传资源10卷表4部分种质资源不同年份对玉米纹枯病的抗性鉴定结果Table4ResultsofsomemaizegermplasmsscreedforsheathblightresistanceindifferentyearsinGuangxi现免疫的材料,高抗的材料也很少,大部分为感病材料.这一结果与本研究得到的结果大致相同,表明不同玉米种质资源对纹枯病的抗性有明显差异.因此,通过大量鉴定和筛选,有可能获得对玉米纹枯病高抗或抗的抗源种质资源材料,这

24、也是目前选育抗玉米纹枯病品种比较经济有效的手段.3.2不同玉米材料在不同年份对纹枯病的抗性有差异,这是由于不同年份的气候和环境条件对接种后病害发展过程所产生的影响强度不同所致.有些材料对纹枯病的抗感程度在不同年份问比较稳定,而有些材料在不同年份间的抗感性差异明显.本研究虽然没有对所有鉴定的玉米种质资源材料进行不同年份问纹枯病抗性的重复鉴定,但对部分在第1次鉴定为抗病的材料进行重复鉴定时也获得了一些抗性表现稳定的种质资源材料.而第1次鉴定为感病的大部分材料就没有进行重复鉴定,因此,无法对这部分材料作出不同年份间纹枯病抗感性差异和稳定性方面的评价.由于利用人工接种病原菌,并控制田问的湿度等条件,其

25、结果对于种质资源的纹枯病鉴定及其相互间的抗性比较还是可靠的.3.3鉴定结果表明,玉米杂合体种质资源材料中可能蕴藏着不同水平的抗纹枯病基因,特别是在广西的农家种中,由于长期的自然选择,可能将一些抗纹枯病的基因保留下来,提高了这些基因在广西农家种中的出现频率,使得农家种虽然没有高抗的材料,但在总体抗性上远较其他种质类型更好.参考文献1黄明波,谭君,杨俊品,等.玉米纹枯病研究进展J.西南农业,2007,20(2):209-2132唐海涛,荣廷昭,杨俊品.玉米纹枯病研究进展J.玉米科学,2004,12(1):9396,9931SharmaRC,DeLeonC,PayakMM.Diseasesofmai

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