玉米核心自交系的抗逆性评价研究_张志方.pdf

试验研究 2023.2玉米是我国主要的粮饲兼用型作物1，在我国国民经济发展中占有重要的地位。黄淮海夏玉米区是我国第二大玉米产区2，对扛稳国家粮食安全重任具有重要意义，但该区夏玉米关键生育期高温热害及玉米主要病害等逆境呈多发和加剧之势。从植物生理的角度来讲，玉米是喜温喜光型作物，但温度过高势必会对玉米萌发出苗、孕穗开花、授粉结实、产量形成造成不利影响3-4，受全球气候变暖趋势影响，黄淮海地区夏玉米播期、抽雄散粉期等生育时期35以上高温天气频发，严重威胁玉米丰产稳产5-6。生产实践表明，病害是制约玉米高产稳产的又一重要因素，其中，黄淮海地区玉米病害以镰孢茎腐病、小斑病、镰孢穗腐病、弯孢霉叶斑病、瘤黑粉病和南方锈病等为主7，受气候变暖及耕作方式转变等因素的影响，病害发生出现加剧之势8。大量研究证明，创制抗性种质、选育抗性品种是应对玉米生产中逆境灾害最经济可行、安全有效的措施手段9-13。本试验对基于“群间杂合聚优，异地选择增势”高效育种技术体系选育的自交系进行耐高温及抗病性鉴定研究，力求对自选种质资源的抗逆性进行充分解析，以期为抗性种质利用提供试验论据和数据支撑。1材料与方法1.1供试材料本研究所有供试材料均由鹤壁市农业科学院玉米研究中心提供，自交系耐高温对照品种H3659Z（迪卡653为母本）和杂交种耐高温对照品种迪卡653由华中农业大学植物科学技术学院提供。其中，浚M9、浚313、浚50X是鹤壁市农业科学院自主选育的玉米核心自交系；浚96、浚3138、浚58是以核心自交系为种质基础创制出的玉米改良自交系；浚单509（浚50X浚M9）、浚单3136（浚313浚M9）、永优618（浚9058浚M9）、浚 单658（浚58浚G6Y62）、浚单996（浚3138浚96）、浚单29（浚313浚66）是核心自交系或其改良系参与选育出的国（省）审玉米品种。1.2试验设计根据各地生态气候特点，在河南、湖北、安徽3个省份分别设置试验点。采用直接鉴定（核心自交系）和间接鉴定（改良系或品种）相结合的试验方法，在不同试验地点分别依据试验方案选择供试材料，进行耐高温或抗病性鉴定。玉米核心自交系的抗逆性评价研究基金项目：河南省中原学者工作站资助项目“玉米高抗南方锈病优质种质创制与利用”（ZYGZZ2021035）；河南省现代农业产业技术体系建设专项“河南省玉米产业技术体系鹤壁综合试验站”(Z2010-02-07)。作者简介：张志方（1985-），男，助理研究员，从事玉米种质资源创新利用及新品种选育研究。通讯作者：张守林。E-mail：张志方1王良发1张守林1赵博2靳海蕾1（1.鹤壁市农业科学院河南鹤壁458030；2.河南省农业科学院河南郑州450002）摘要：浚M9、浚313、浚50X是鹤壁市农业科学院以外引抗性杂交种为种质基础自主选育的核心玉米自交系。本试验采用核心自交系评价鉴定、改良系和组配品种评价验证相结合的方式，开展耐高温、抗病等抗逆性研究，旨在为自选系在抗性种质改良、抗性育种等方面的应用提供理论依据。结果表明，浚M9、浚313、浚50X对高温热害、镰孢茎腐病、小斑病、镰孢穗腐病、弯孢霉叶斑病、瘤黑粉病等逆境胁迫均具有较强抗性；改良系对镰孢茎腐病、瘤黑粉病、镰孢穗腐病表现出较强抗性；参与选育的杂交种耐高温、抗镰孢穗腐病。综上可知，浚M9、浚313、浚50X是黄淮海地区综合抗性优良的核心种质，具有广阔的应用前景。关键词：玉米；自交系；抗逆性；应用53-2023.2 试验研究图1浚单29等品种结实率对比（安徽试验点）1.3鉴定方法1.3.1耐高温鉴定湖北试验点：制定种质鉴定初评结合品种鉴定验证的方案，依托华中农业大学植物科学技术学院在武汉开展耐高温鉴定试验。分别鉴定浚M9、浚313、浚50X、浚单509、浚单3136、永优618、浚单658、浚单996的耐高温性，自交系对照品种为H3659Z，杂交种对照品种为迪卡653。花粉高温处理后结实情况调查，检测花粉在高温处理下活性变化。恒温培养箱内35处理即将散粉的雄穗3 h后，收集花粉给正常相应品种雌穗授粉，最终统计结实情况。分期自然结实情况调查，检测品种对自然高温综合反应。5月25日至6月15日分3期播种，通过不同吐丝期高温下结实情况（正常果穗比例、出籽率变化及结实分级）区分不同品种耐高温性。安徽试验点：采用多品种联合鉴定方案，依托宿州市农业科学院在宿州开展耐高温鉴定试验。试验材料为浚单29等36个审定品种，6月19日统一播种，8月下旬调查高温热害条件下品种自然结实情况。1.3.2抗病性鉴定河南试验点：依托河南农业大学植物保护学院开展抗病性鉴定试验，共设置商丘市梁园区、开封市祥符区曲兴镇、荥阳市广武镇等3个试验地点。各试验鉴定苗圃设置独立分区，并分别接种相应病菌。对浚M9、浚313、浚50X、浚96、浚3138、浚58等种质分别进行镰孢茎腐病、小斑病、镰孢穗腐病、弯孢霉叶斑病、瘤黑粉病和南方锈病等病害的抗性鉴定及评价，抗性鉴定方法严格按照国家农业行业标准 玉米抗病虫性鉴定技术规范（NY/T-1248）执行。湖北试验点：依托华中农业大学植物科学技术学院开展试验。在湖北武汉秋播种植，分三期调查浚M9、浚313、浚50X、浚单509、浚单3136、永优618、浚单658、浚单996等品种的镰孢穗腐病发病情况。采用9级记载法，1级（高抗），3级（抗），5级（中抗），7级（感），9级（高感）。2结果与分析2.1核心自交系及组配品种耐高温特性分析由表1可知，花粉高温处理后，核心自交系浚M9、浚313、浚50X及直接或间接利用它们选育的杂交种，正常果穗率为90.3%94.6%，说明均能承受35高温处理；分期自然授粉结果表明，随着播期推迟，正常果穗率逐期下降。除浚50X耐高温表现与对照H3659Z相当，其他品种表现均优于相应的对照品种。由表2可知，综合花粉高温处理结果、分期自然授粉结果，浚50X耐高温能力与对照相当，其他自交系和品种耐高温表现优于对照。由图1可知，参试品种结实率情况差异比较显表1核心自交系及组配品种耐高温表现（湖北试验点）品种处理正常果穗率（%）单项结论品种处理正常果穗率（%）单项结论期期期浚M9花粉35处理3h92.7能承受浚M9自然授粉10097.675.6优于对照浚313花粉35处理3h92.5能承受浚313自然授粉10097.275.3优于对照浚50X花粉35处理3h90.3能承受浚50X自然授粉10095.368.5与对照相当H3659Z（CK）花粉35处理3h90.2能承受H3659Z（CK）自然授粉10095.168.3-浚单509花粉35处理3h92.1能承受浚单509自然授粉10096.671.3优于对照浚单3136花粉35处理3h91.5能承受浚单3136自然授粉10096.270.6优于对照永优618花粉35处理3h93.5能承受永优618自然授粉10097.976.2优于对照浚单658花粉35处理3h94.6能承受浚单658自然授粉10098.577.6优于对照浚单996花粉35处理3h94.3能承受浚单996自然授粉10098.277.1优于对照迪卡653（CK）花粉35处理3h91.2能承受迪卡653（CK）自然授粉10095.570.1-54-试验研究 2023.2著，最小值为28.65%（威玉17），最大值为97.08%（浚单20）。其中，浚单29结实情况较好（96.23%），仅次于浚单20，表现优于郑单958（94.42%）。可见，浚单29具有较强的高温热害耐受力。2.2核心自交系及其改良系和组配品种抗病性分析由表3可知，浚M9、浚313、浚50X等3个自交系的穗腐病抗性为中等，抗性级别均值范围为4.35.0，抗性表现优于对照（5.6）；浚单658的穗腐病抗表2耐高温综合评价结果（湖北试验点）品种项目单项结论综合评价浚M9花粉能否承受35高温处理能承受优于对照分期自然结实与对照比较优于对照浚313花粉能否承受35高温处理能承受优于对照分期自然结实与对照比较优于对照浚50X花粉能否承受35高温处理能承受与对照相当分期自然结实与对照比较与对照相当H3659Z（CK）花粉能否承受35高温处理能承受-分期自然结实与对照比较-浚单509花粉能否承受35高温处理能承受优于对照分期自然结实与对照比较优于对照浚单3136花粉能否承受35高温处理能承受优于对照分期自然结实与对照比较优于对照永优618花粉能否承受35高温处理能承受优于对照分期自然结实与对照比较优于对照浚单658花粉能否承受35高温处理能承受优于对照分期自然结实与对照比较优于对照浚单996花粉能否承受35高温处理能承受优于对照分期自然结实与对照比较优于对照迪卡653（CK）花粉能否承受35高温处理能承受-分期自然结实与对照比较-表3核心自交系与组配品种对穗腐病抗性表现（湖北试验点）品种播期均值综合评价期期期浚M93755.0中等浚3133755.0中等浚50X3734.3中等H3659Z（CK）5755.6-浚单5091111.0高抗浚单31361111.0高抗永优6183111.7高抗浚单6583333.0抗浚单9961311.7高抗迪卡653（CK）3132.4-55-2023.2 试验研究表4核心自交系及改良系抗病性表现（河南试验点）品种镰孢茎腐病小斑病弯孢霉叶斑病瘤黑粉病镰孢穗腐病南方锈病平均病株率（%）抗性病级抗性病级抗性病株率（%）抗性平均病级抗性病级抗性浚3130HR1HR3R0HR1.3HR7S浚M90HR5MR1HR0HR3.4R1HR浚50X0HR3R5MR0HR4.4MR7S浚31387.4R3R9HS0HR1.6R7S浚960HR7S7S0HR5.2MR1HR浚580HR5MR7S0HR2.9R5MR性级别均值为3.0，综合评价为抗；浚单509、浚单3136、永优618、浚单996等4个品种的穗腐病抗性为高抗，杂交种的抗性级别均值范围为1.01.7，抗性表现优于对照（2.4）。由表4可知，浚313高抗镰孢茎腐病、小斑病、瘤黑粉病、镰孢穗腐病，抗弯孢霉叶斑病；浚M9高抗镰孢茎腐病、弯孢霉叶斑病、瘤黑粉病、南方锈病，抗镰孢茎腐病，中抗小斑病；浚50X高抗镰孢茎腐病、瘤黑粉病，抗小斑病，中抗弯孢霉叶斑病、镰孢穗腐病。改良系浚3138、浚96、浚58综合抗病性较好，其中，浚3138高抗瘤黑粉病，抗镰孢茎腐病、小斑病、镰孢穗腐病；浚96高抗镰孢茎腐病、瘤黑粉病、南方锈病，中抗镰孢穗腐病；浚58高抗镰孢茎腐病、瘤黑粉病，抗镰孢穗腐病，中抗小斑病、南方锈病。3讨论与结论3.1讨论3.1.1核心种质抗病性呈现互补特性由表4可知，核心种质综合抗病较强，但对不同病害的抗性有一定差异，呈现互补特点，如浚M9高抗南方锈病，浚313与浚50X感南方锈病。大量育种实践表明，父本抗病性对杂交后代贡献率较母本大，可利用浚M9作父本、浚313或浚50X作母本组配玉米杂交组合，选育抗病玉米新品种。目前已成功选育出浚单509、浚单3136，根据审定公告，这2个品种均抗南方锈病，验证了父本抗病性对杂交后代贡献率较母本大这一观点的科学性，但具体遗传机理和分子机制尚不清晰，有待进一步挖掘。3.1.2外因对品种抗病性会产生不同程度的影响品种抗病性是加性遗传效应，主要与品种特性有关，同时也受外因影响。由表3可知，浚M9、浚313、浚50X等3个自交系在湖北试验点的穗腐病鉴定结果均为中抗；在河南试验点，浚M9对镰孢穗腐病表现抗、浚313对镰孢穗腐病表现高抗，抗性表现均优于湖北试验点。说明试验环境等外部因素对种质抗病性有一定影响，且对不同品种的影响程度不同。3.1.3“群间杂合聚优，异地选择增势”高效育种技术的应用浚M9、浚313、浚50X等核心种质具有较强的抗逆性，源于“群间杂合聚优，异地选择增势”育种技术的应用。黄淮海地区主要杂优模式为“改良瑞德塘四平头”（郑单958，浚单20）、“PN78599塘四平头”（鲁单981）、“X群塘四平头”（登海605）。“改良瑞德”具有高产广适特性，PN78599群种质具有抗病、抗倒、耐热等特点，“X群”具有配合力高、自身产量高、品质优良等特性。制定了群间杂合聚集优良基因的选系方案，用“PN78599”选系与掖478杂交选出的二环系，再回交瑞德类群自交系，把具有优良丰产性、适应性的国内种质与富含抗病、抗倒及耐热等优良基因的热带、亚热带种质融合，选育出含“改良瑞德”和“PN78599”血缘的浚313、浚3138、浚58优良自交系。以先锋杂交种560700选育二环系，培育出浚50X“X群”优良自交系。黄淮海地区骨干父本为昌7-2和LX9801及其衍生系，这类种质的突出优点是配合力高，缺点是抗倒伏能力差，感南方锈病、弯孢霉叶斑病和茎腐病。考虑到西南生态环境适宜选择抗病材料，遂决定将父本材料放到西南选择。父本材料来源：2004年在国家黄淮海区试中表现优异的国外参试杂交种M119自交授粉8穗。将S1种子放在贵阳选择。在贵阳易发病环境下，种植群体中部分植株表现出高抗南方锈病、褐斑病、茎腐病、穗粒腐病。挑选出根系发达的植株抗病材料，在三亚加代。如此贵阳三亚往返选系，成功选育出抗倒、抗病、高配合力的浚M9自交系，定向精准（下转60页）56-2023.2 试验研究高效组配出以浚单3136为代表的多个优良玉米品种。3.2结论浚M9、浚313、浚50X是经异地高压胁迫严格选择培育而成，充分融合了外来种质的优良抗逆基因，具有耐高温热害、综合抗病性突出等特点，在抗性种质改良、抗逆稳产玉米新品种选育方面具有极大的应用价值，丰富了黄淮海地区的抗性种质资源。参考文献1李文阳,王长进,方伟,等.不同生育期高温对玉米子粒品质及淀粉糊化特性的影响J.玉米科学,2017,25（1）:82-86.2郭延景,肖海峰.基于比较优势的中国玉米生产布局变迁及优化研究J.中国农业资源与区划,2022,43（3）:58-68.3刘佳鸿,何奇瑾,管玥,等.黄淮海北部地区夏玉米稳产高产的播期优选J.农业工程学报,2022,38（5）:131-138.4王秀萍,方文松,杜子璇,等.夏玉米花期高温热害时空分布特征J.玉米科学,2021,29（1）:61-68.5何奇瑾,周广胜.我国玉米种植区分布的气候适宜性J.科学通报,2012,57（4）:267-275.6张吉旺,董树亭,王空军,等.大田增温对夏玉米光合特性的影响J.应用生态学报,2008,19（1）:81-86.7王晓鸣,石洁,晋齐鸣,等.玉米病虫害田间手册M.北京:中国农业科学技术出版社,2010.8段灿星,董怀玉,李晓,等.玉米种质资源大规模多年多点多病害的自然发病抗性鉴定J.作物学报,2020,46（8）:1135-1145.9杨洋,陈国康,郭成,等.玉米种质资源抗腐霉茎腐病鉴定J.作物学报,2018,44（8）:1256-1260.10蒙成,黄艳花.玉米小斑病抗病鉴定接种培养基的产孢技术J.江苏农业科学,2019,47（11）:144-147.11张志方,张素娟,张守林,等.玉米自交系小斑病抗性鉴定及遗传参数分析J.河南农业科学,2022,51（10）:36-43.12渠清,李丽娜,刘俊,等.我国部分常用玉米种质资源对镰孢菌病害的抗性评价J.中国农业科学,2019,52（17）:2962-2971.13赵子麒,赵雅琪,林昌朋,等.48份玉米自交系抗病性的精准鉴定J.中国农业科学,2021,54（12）:2510-2522.性好的品种有鼎优163、高玉99、焦玉539，抗病性较好的有豫单188和新单61。3讨论与结论2021年从玉米生长发育进程来看，整个生育期光照和降雨量均表现为前少后多，抽雄灌浆期（89月）降雨偏多、光照不足，不利于玉米散粉受精，灌浆缓慢；9月上旬南阳市南方锈病大面积发生，4 500株/亩密度组各品种的锈病发生程度稍低于5 000株/亩密度组，说明密植情况下锈病发生更严重；茎腐（青枯）病发生较重，尤其是对照郑单958在4 500株/亩和5 000株/亩2个密度中茎腐病发生率均最高，分别为53.6%和45.5%。从2021年河南省南阳市夏玉米不同种植密度筛选试验可看出，在4 500株/亩密度条件下，晟玉88平均产量和百粒重均列第1名，穗位和株高最低，抗倒伏和抗折性最好，南方锈病、弯孢菌叶斑病、茎腐病发病率均较低；沃优117穗粒重最重，抗病性较好；以上2个品种在试验中各有优势，综合表现较好，下一步需要进行示范推广试验。在5 000株/亩密度条件下，鼎优163的穗粗、产量和抗病性最好，高玉99的百粒重最高、穗长最长、抗病性较好，产量排第2名。以上2个品种产量和抗病性表现较好，下一步需要进行示范推广试验。参考文献1张香粉,赵晨云,庞士慧,等.2021年河南省高产玉米新品种（系）展示报告J.中国种业,2022（7）:80-85.2周刚,李永学,吴承国,等.高产、多抗、优质玉米杂交种郧单20的选育及栽培技术J.安徽农业科学,2016,44（26）:34-36.3王晓鸥,石洁,雷齐鸣,等.玉米病虫害田间生产手册M.北京：中国农业科学技术出版社,2010.表6各参试品种主要抗性分析（5 000株/亩密度组）品种名称倒伏率（%）倒折率（%）小斑病（级）弯孢菌叶斑病（级）南方锈病（级）茎腐病（%）鼎优1630.20.23130.9豫单1880031320.0鑫玉99800.731534.9高玉9900.21138.2郑单958（CK）00.531545.5新单610011312.4焦玉539003131.8（上接56页）60-