中国农业科学 ›› 2025, Vol. 58 ›› Issue (13): 2504-2521.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2025.13.002
李翔宇1(), 刘健茁1, 胡丹丹1, 刘耕瑜1, 陈良宇1, 李冰2,3, 杜万里1, 宋波1,2,3,4(
)
收稿日期:
2025-01-20
接受日期:
2025-03-03
出版日期:
2025-07-01
发布日期:
2025-07-05
通信作者:
联系方式:
李翔宇,E-mail:dzlxy9812@163.com。
基金资助:
LI XiangYu1(), LIU JianZhuo1, HU DanDan1, LIU GengYu1, CHEN LiangYu1, LI Bing2,3, DU WanLi1, SONG Bo1,2,3,4(
)
Received:
2025-01-20
Accepted:
2025-03-03
Published:
2025-07-01
Online:
2025-07-05
摘要:
【目的】 瘤黑粉病是我国玉米生产中的重要病害之一。筛选抗性种质资源,解析其在病原菌侵染下的生理生化响应,以期为抗病育种提供科学依据。【方法】 选取425份玉米种质资源,系统筛选其瘤黑粉病抗性水平,并结合糖代谢、氧化应激及光合参数分析,筛选出高抗、中抗和高感自交系。采用WGA-AF488/PI染色分析菌丝增殖状况,以揭示不同自交系的抗病特性。【结果】 2021年和2022年瘤黑粉病的发病指数和发病率存在显著年际差异,主要受气温和降水影响。主成分分析显示,接种4、8和12 d的病情指数是病害严重程度的关键指标,而灌浆期(R2)和蜡熟期(R4)的发病率揭示了生长阶段的差异。此外,筛选出6份高抗(如Q319)、67份中抗(如599)和171份高感(如M407)自交系。糖代谢分析显示,不同抗病性自交系在蔗糖、果糖和葡萄糖含量上存在显著差异,表明糖代谢在病原菌与寄主竞争中具有重要作用。氧化应激分析表明,感染后H₂O₂和O2-含量显著升高,且高抗自交系的OH-清除能力最强。SOD和POD活性接种4和8 d显著提升,D599的SOD活性第8天提高114.98%,Q319提高96.08%;第12天,D599和Q319的POD活性分别增加164.27%和160.91%,表明抗病材料抗氧化能力较强。WGA染色结果显示,Q319的菌丝扩展受限,主要集中于维管束附近,表明其细胞壁防御能力较强;D599的菌丝扩展速度和范围介于Q319和M407之间,表现为中等防御能力;M407菌丝扩展广泛,形成大面积跨细胞侵染,表明其细胞壁防御较弱。接种后,Q319、D599和M407的净光合速率第4天分别较对照组降低52.5%、52.8%和100.2%,光合色素含量显著下降,但第4至第12天下降幅度逐渐减小。【结论】 揭示了瘤黑粉病菌侵染下,不同抗性玉米自交系在糖代谢、氧化胁迫、抗氧化能力及光合作用方面的显著差异。高抗自交系Q319通过低蔗糖、高果糖和葡萄糖的代谢特点,配合较高的叶绿素和类胡萝卜素含量及高效的抗氧化能力,展现出较强抗病性;高感自交系M407因蔗糖积累较多、抗氧化系统响应不足,导致净光合速率和蒸腾速率显著下降,病害易感性增强;中抗自交系D599在光合功能和色素积累上表现适中,抗病能力介于二者之间。
李翔宇, 刘健茁, 胡丹丹, 刘耕瑜, 陈良宇, 李冰, 杜万里, 宋波. 玉米种质资源对瘤黑粉病的抗性评价及生理差异分析[J]. 中国农业科学, 2025, 58(13): 2504-2521.
LI XiangYu, LIU JianZhuo, HU DanDan, LIU GengYu, CHEN LiangYu, LI Bing, DU WanLi, SONG Bo. Characterization of Maize Germplasm Resistance to Common Smut and Analysis of Physiological Differences[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2025, 58(13): 2504-2521.
表1
瘤黑粉病菌侵染玉米的发病等级划分"
病情分级Disease grading | 描述 Description |
---|---|
0级 Level 0 | 无症状感染 Without infection symptoms |
1级 Level 1 | 叶片黄化 Chlorosis |
3级 Level 3 | 叶片上出现小肿瘤(<1 mm)或非常少量的较大肿瘤(>1 mm) Small tumors (<1 mm) on leaves or very few tumors (>1 mm) |
5级 Level 5 | 叶片和/或茎上出现正常大小的肿瘤 Normal tumors on leaves and/or stem |
7级 Level 7 | 茎基部出现大量肿瘤和/或植株生长轴改变 Heavy tumors on base of stem and/or change of growth axis |
9级 Level 9 | 植物出现死亡 Dead plants |
表3
2021—2022年田间接种瘤黑粉病菌发病情况统计"
年份 Years | 指标 Index | 病情指数Disease index | 发病率Morbidity | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
4dDI | 8dDI | 12dDI | 12dMR | R2MR | R4MR | ||
2021 | 最大值Max | 0.144 | 0.574 | 0.617 | 1.000 | 1.000 | 1.000 |
平均值Mean | 0.007 | 0.236 | 0.273 | 0.620 | 0.039 | 0.063 | |
标准差SD | 0.017 | 0.104 | 0.122 | 0.202 | 0.105 | 0.134 | |
变异系数CV | 2.429 | 0.441 | 0.447 | 0.326 | 2.692 | 2.127 | |
2022 | 最大值Max | 0.078 | 0.662 | 0.778 | 0.950 | 0.400 | 0.673 |
均值Mean | 0.003 | 0.177 | 0.221 | 0.621 | 0.004 | 0.009 | |
标准差SD | 0.008 | 0.072 | 0.075 | 0.154 | 0.032 | 0.055 | |
变异系数CV | 2.667 | 0.407 | 0.339 | 0.248 | 8.000 | 6.111 |
表4
2021—2022年田间接种瘤黑粉病菌发病情况统计"
指标 Index | 因子载荷Factor loading | |
---|---|---|
主成分1 PC1 | 主成分2 PC2 | |
第4天病情指数4dDI | 0.73 | 0.18 |
第8天病情指数8dDI | 0.97 | -0.02 |
第12 天病情指数12dDI | 0.98 | -0.04 |
第12 天发病率12MR | 0.89 | -0.13 |
灌浆期发病率R2MR | 0.05 | 0.97 |
蜡熟期发病率R4MR | -0.01 | 0.97 |
特征值Eigenvalue | 3.21 | 1.925 |
方差贡献率Variance contribution rate (%) | 53.48 | 32.09 |
累计贡献率Cumulative contribution rate (%) | 53.48 | 85.57 |
因子权重Factor weight | 0.63 | 0.38 |
[1] |
常卫格, 高建昊, 张小杰, 洪流, 王林英, 周天旺, 王春明, 郭成. 甘肃省玉米瘤黑粉病菌交配型测定及遗传多样性. 应用与环境生物学报, 2024, 30(6): 1230-1237.
|
|
|
[2] |
郭致杰, 李国权, 周天旺, 王春明, 洪流, 郭成. 58份鲜食玉米品种对瘤黑粉病和丝黑穗病的抗性评价. 玉米科学, 2023, 31(6): 143-150.
|
|
|
[3] | |
|
|
[4] |
段灿星, 曹言勇, 董怀玉, 夏玉生, 李红, 胡清玉, 杨知还, 王晓鸣. 玉米种质资源抗腐霉茎腐病和镰孢茎腐病精准鉴定. 中国农业科学, 2022, 55(2): 265-279. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.02.003.
|
|
|
[5] |
薛春生, 姜晓颖, 高颖, 薛玉梅, 石磊, 滕涛. 19种骨干自交系对5种玉米主要病害的抗性鉴定研究初报. 玉米科学, 2009, 17(3): 124-126.
|
|
|
[6] |
段灿星, 董怀玉, 李晓, 李红, 李春辉, 孙素丽, 朱振东, 王晓鸣. 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. 作物学报, 2020, 46(8): 1135-1145.
doi: 10.3724/SP.J.1006.2020.03003 |
|
|
[7] |
严理, 李智敏, 陈佳, 高春生, 余永廷, 严准. 不同玉米品种对瘤黑粉病抗性的初步鉴定. 湖南农业大学学报(自然科学版), 2017, 43(1): 42-46.
|
|
|
[8] |
赵丽娟, 闫素月, 史晓晶, 尉俊海, 张洪. 霜霉病菌侵染对藜麦叶片代谢的影响. 植物病理学报, 2021, 51(3): 334-339.
doi: 10.13926/j.cnki.apps.000477 |
|
|
[9] |
赵文清, 金梓浩, 王婷, 王芳. 外源NO提高玉米瘤黑粉病抗性的效果和作用机制初探. 西北农业学报, 2024, 33(4): 744-751.
|
|
|
[10] |
|
[11] |
|
[12] |
|
[13] |
|
[14] |
|
[15] |
姬东华. 玉米瘤黑粉病基因初定位及产量相关性状遗传效应分析[D]. 保定: 河北农业大学, 2013.
|
|
|
[16] |
|
[17] |
刘帅, 徐学欣, 孟繁港, 徐宇凡, 郝天佳, 贾靖, 张玉璐, 赵长星. 滴灌水肥一体化下施氮量和追氮时期对夏玉米籽粒品质及淀粉糊化特性的影响. 西北农业学报, 2024, 33(3): 426-434.
|
|
|
[18] |
夏宗良, 薛瑞丽, 武轲, 周朋, 吴建宇. 二氧化硫胁迫对不同抗性玉米幼苗活性氧代谢的影响. 生态环境学报, 2010, 19(5): 1078-1081.
doi: 10.16258/j.cnki.1674-5906(2010)05-1078-04 |
|
|
[19] |
|
[20] |
|
[21] |
王晨芳. 小麦与条锈菌互作过程中活性氧迸发的组织学和细胞化学研究[D]. 杨凌: 西北农林科技大学, 2008.
|
|
|
[22] |
|
[23] |
刘天悦, 滕晓祎, 田永涛, 么亚妹, 王琰博, 王文蜀. 灯笼果叶片、宿萼和果实化学成分分析及抗氧化活性评价. 食品与发酵工业, 2024, 50(20): 243-251.
doi: 10.13995/j.cnki.11-1802/ts.037742 |
|
|
[24] |
付佳琳, 蔡江平, 刘贺永, 姜勇, 张玉革. 内蒙古草甸草原植物叶片光合色素对极端干旱的响应. 中国草地学报, 2022, 44(4): 40-47.
|
|
|
[25] |
李翔宇, 季欣杰, 王雪莲, 龙安燃, 王峥宇, 杨子慧, 宫香伟, 姜英, 齐华. 秸秆还田配施氮肥对春玉米产量和籽粒品质的影响. 作物学报, 2025, 51(3): 696-712.
doi: 10.3724/SP.J.1006.2025.43031 |
|
|
[26] |
|
[27] |
doi: 10.1038/s41477-019-0545-2 pmid: 31712760 |
[28] |
王江浩, 王立伟, 张动敏, 郭瑞, 张全国, 李兴华, 魏剑锋, 宋炜, 王宝强, 李荣改. 基于分子标记技术玉米抗粗缩病种质资源的筛选与应用. 中国农业科学, 2023, 56(10): 1838-1847. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.10.002.
|
|
|
[29] |
|
[30] |
|
[31] |
|
[32] |
|
[33] |
doi: 10.3389/fpls.2013.00272 pmid: 23898339 |
[34] |
|
[35] |
|
[36] |
|
[37] |
|
[38] |
|
[39] |
赵绪生, 齐永志, 闫翠梅, 甄文超. 小麦、玉米两熟秸秆还田土壤中6种有机酸对小麦纹枯病的化感作用. 中国农业科学, 2020, 53(15): 3095-3107. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2020.15.010.
|
|
|
[40] |
|
[41] |
|
[42] |
|
[1] | 吕涛, 孙国清, 郭栋材, 陈全家, 蔡永生, 樊标星, 曲延英, 郑凯. 海岛棉纤维强度QTL紧密连锁InDel分子标记开发及效应评价[J]. 中国农业科学, 2025, 58(9): 1684-1701. |
[2] | 谭西北, 兰徐颖, 刘崇怀, 樊秀彩, 姜建福, 孙磊, 李鹏, 余书鑫, 张颖. 不同抗性葡萄响应白腐病侵染的次生代谢物变化[J]. 中国农业科学, 2025, 58(9): 1767-1778. |
[3] | 韦文华, 李盼, 邵冠贵, 樊志龙, 胡发龙, 范虹, 何蔚, 柴强, 殷文, 赵连豪. 西北灌区青贮玉米产量及品质对减量灌水与有机无机肥配施的响应[J]. 中国农业科学, 2025, 58(8): 1521-1534. |
[4] | 薛钰琦, 赵继玉, 孙旺胜, 任佰朝, 赵斌, 刘鹏, 张吉旺. 不同氮素形态对夏玉米产量和品质的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(8): 1535-1549. |
[5] | 陈桂平, 李盼, 邵冠贵, 吴霞玉, 殷文, 赵连豪, 樊志龙, 胡发龙. 减量灌水与有机无机肥配施对青贮玉米吐丝期后叶片持绿特性的调控作用[J]. 中国农业科学, 2025, 58(7): 1381-1396. |
[6] | 王薇, 罗春海, 贾红豆, 刘佳金, 李丹阳, 付世新. 谷氨酰胺对氧化应激状态下胎衣不下奶牛内质网应激的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(7): 1451-1462. |
[7] | 岳润清, 李文兰, 丁照华, 孟昭东. 转基因复合抗虫耐除草剂玉米LD05的分子特征及抗性评价[J]. 中国农业科学, 2025, 58(7): 1269-1283. |
[8] | 赵耀, 程前, 徐田军, 刘正, 王荣焕, 赵久然, 陆大雷, 李从锋. 高密度条件下株型改良对春玉米根-冠特征及籽粒产量的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(7): 1296-1310. |
[9] | 邹晓威, 夏蕾, 朱晓敏, 孙辉, 周琦, 齐霁, 张亚封, 郑岩, 姜兆远. 基于转录组测序的玉米瘤黑粉菌UM01240过表达菌株诱导玉米抗病性分析[J]. 中国农业科学, 2025, 58(6): 1116-1130. |
[10] | 李睿, 梁跃, 白杨, 张桂悦, 王楠楠, 乔松林, 张改平. 自噬在猪繁殖与呼吸综合征病毒感染中的作用机制研究进展[J]. 中国农业科学, 2025, 58(4): 792-801. |
[11] | 周广飞, 马亮, 马璐, 张舒钰, 章慧敏, 宋旭东, 张振良, 陆虎华, 郝德荣, 冒宇翔, 薛林, 陈国清. 玉米苞叶性状全基因组关联分析[J]. 中国农业科学, 2025, 58(3): 431-442. |
[12] | 王佳芯, 胡静一, 张巍, 魏骞, 王涛, 王小林, 张雄, 张盼盼. 覆膜方式对间作玉米光合物质生产及水分利用效率的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(3): 460-477. |
[13] | 张方方, 宋启龙, 高娜, 白炬, 李阳, 岳善超, 李世清. 长期覆盖对黄土高原春玉米产量、土壤碳氮组分和碳氮库相关指数的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(3): 507-519. |
[14] | 曹士亮, 张建国, 于滔, 杨耿斌, 李文跃, 马雪娜, 孙艳杰, 韩微波, 唐贵, 单大鹏. 基于机器学习的玉米自交系杂种优势类群研究[J]. 中国农业科学, 2025, 58(2): 203-213. |
[15] | 陈永先, 陈瑞江, 都艺芝, 术钧捷, 陈晚霞, 赵梓含, 王季春, 杜康, 张凯. 耐旱甘薯种质资源的筛选与鉴定[J]. 中国农业科学, 2025, 58(2): 214-237. |
|