





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。
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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 |
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