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研究探索玉米纹枯病抗性表达的主要影响因素,并对玉米纹枯病的抗性遗传机理进行研究分析,不仅可以为玉米纹枯病抗病种质材料的改良创新提供技术基础和储备,也为进一步开展玉米纹枯病的抗病遗传育种研究提供科学的理论依据。本研究进行了玉米纹枯病病原菌的培养、分离和纯化,带菌土壤盆栽玉米,不同浓度外源水杨酸喷施处理玉米,玉米种质资源纹枯病抗性鉴定和玉米纹枯病抗感杂交组合六个世代材料的遗传分析等试验。结果如下。
(1)采集的玉米纹枯病的病原菌标样经过培养、分离与纯化后,获得了8个纹枯病的菌丝株系,经过与玉米纹枯病的标准菌株AG1—1A、AG2—1、AG2—2、AG3、AG4、AG5、AG6、AG7、AG8、AG9和AG10作融合群测定,这些病原菌株系无论其标样来源是叶鞘、苞叶还是菌核,全部为立枯丝核菌(Rhizoctonia solani)的AG1—1A融合群。试验结果还显示GX4病原菌株系在采集获得的病原菌株系中,无论是腐生定殖能力,还是致病能力都是最强的,可以作为病原菌开展对玉米材料的纹枯病抗性鉴定研究。
(2)以三种不同性质土壤为对象,分别培养测定这些土壤样品的病原菌菌落数量,并利用这些土壤分别盆栽种植抗、感纹枯病的两个玉米自交系,观察鉴定这两个抗、感纹枯病的玉米自交系在不同土壤上纹枯病的发病情况,结果表明:带菌的土壤是玉米纹枯病的最初侵染源,感病的玉米植株可能是玉米纹枯病的次生感染源。
(3)不同浓度外源水杨酸喷施处理玉米植株后,人工接种玉米纹枯病的病原菌于玉米植株上,结果表明各处理浓度都能使玉米植株的纹枯病病斑面积和病情指数都有下降。而0.10 mol/L外源水杨酸浓度处理使玉米植株纹枯病的病斑面积和病情指数下降的幅度都比较大,与对照处理相比,达到了显著差异水平。因此,0.10 mol/L是一个比较理想的外源水杨酸喷施处理浓度。研究明确了外源水杨酸喷施处理后,可以不同程度地诱导玉米植株的纹枯病系统性抗性或过敏性反应,从而刺激了玉米植株抵御或耐受纹枯病的程度。
(4)人工接种鉴定了860份各类玉米种质资源纹枯病的抗病性,结果高抗、抗病、中抗材料的比例分别为3.49%、28.60%和26.16%;感病和高感材料的比例分别为10.35%和31.40%。在鉴定的农家种、杂交种(组合)和群体种等杂合体中,表现高抗、抗病和中抗的材料占70.96%;表现感病和高感的材料占29.04%。在鉴定的自交系等纯合体中,表现高抗、抗病和中抗的材料占21.97%;表现感病和高感的材料占78.03%。鉴定结果没有发现对玉米纹枯病免疫的种质资源,高抗的材料也很少,绝大多数材料表现为抗病、中抗、感病和高感。在鉴定的农家种、杂交种(组合)和群体种等杂合体中,抗病材料的比例高于感病材料的比例;而在鉴定的自交系等纯合体中,感病材料的比例高于抗病材料的比例;表明玉米杂合体材料比纯合体材料对纹枯病具有更高的抗性水平。
(5)利用自交系CML429(高抗)、Cl23(中抗)、DM9(高感)和478(高感)组配得到6对正反交组合,以及抗感组合CML429×DM9的P,(CML429)、P2(DM9)、B1、B2、F1和F2六个世代材料进行玉米纹枯病抗性鉴定,研究分析这些抗感组合的抗性遗传特性。结果表明:玉米纹枯病抗性基本不存在胞质效应,抗性基因是真实存在的。抗性遗传符合两对加性—显性—上位性主基因+加性—显性—上位性多基因遗传模型;主基因间表现为加性—显性—上位性作用,两对主基因的加性效应分别为-1.2284和-1.2284、显性效应分别为-0.2065和-0.2063,其遗传效应值大小基本相同,且两对主基因间的加性效应与显性效应互作的上位性效应也相差不多,分别为0.2931和0.2935,说明这两对主基因的遗传效应是基本相同的。抗感组合不同世代中F2的主基因遗传率最高(70.22%),而多基因遗传率在B2是最高的(10.17%)。因此,选育时在F2的选择效率是最高的。研究结果为开展玉米纹枯病的抗病育种和选育抗病杂交新品种提供了理论基础。