， ， (1.济南飞天农业科技有限公司, 山东 济南 50100； .淄博博信农业科技有限公司， 山东 桓台 56400；.山东省农业科学院， 山东 济南 50100)

·综述·

玉米粗缩病抗病育种研究进展

王凤梅1,3，李平路2，孟庆华3
(1.济南飞天农业科技有限公司, 山东 济南 250100； 2.淄博博信农业科技有限公司， 山东 桓台 256400；3.山东省农业科学院， 山东 济南 250100)

玉米粗缩病是一种世界性的病毒性病害，对我国玉米生产构成严重威胁。本研究从玉米粗缩病的病原、寄主、传毒方式、发病症状、抗性鉴定方法、严重度分级标准、抗病种质鉴定与发掘、抗性遗传及抗病QTL定位、抗病育种等方面对国内外玉米抗粗缩病研究进行了综述，分析了存在的问题并对玉米粗缩病抗病育种研究方向进行了展望。

玉米； 粗缩病； 分子标记； 数量性状位点； 抗病育种

玉米粗缩病是由玉米粗缩病毒引起的一种世界性的玉米病毒病，1949年首次在意大利被发现[1]，随后相继在以色列、法国、挪威、西班牙、瑞典、希腊、伊朗和阿根廷等国均有不同程度发生[2-4]。我国于1954年在新疆南部和甘肃西部首次发现玉米粗缩病。自20世纪60年代初以来，玉米粗缩病在我国各玉米主产区陆续发生并大面积流行，虽然有关研究和推广部门采取了有效防治措施，但是病害从未得到根本控制，给我国玉米生产造成严重损失。据农业部门统计，1996年，全国10多个省、市、县暴发了玉米粗缩病，发病面积大、发病严重，其中黄淮海玉米产区是重灾区，尤其是山东省，全省玉米粗缩病发病面积为66.7万hm2，约占全国总发病面积的1/3，其中有2.4万hm2因病改种或绝收，经济损失巨大。近些年，山东省玉米粗缩病有逐年回升并加重趋势。自2005—2008年连续4年山东省多地大面积暴发严重的玉米粗缩病，其中2008年全省发病面积创历史新高，约80万hm2，并且大面积毁种或绝产[5]。玉米粗缩病已然成为威胁山东省乃至全国玉米生产的重要病害，是目前迫切需要解决的难题。

1 玉米粗缩病的病原、寄主和传毒方式

玉米粗缩病的病原是由以色列于1959年首次明确为MRDV(Maize rough dwarf virus)，即玉米粗缩病毒，属于植物呼肠弧病毒科(Reoviridae)斐济病毒属(Fijivirus)。目前已发现有4种病原能引起玉米粗缩病的发生：玉米粗缩病毒2种(MRDV和MRCV)和水稻黑条矮缩病毒2种(RBSDV和SRBSDV)。在欧洲、北美洲和中东地区引起玉米粗缩病的病毒是MRDV[6]，MRCV则主要分布在阿根廷、巴西和乌拉圭等南美洲国家[7]；而我国玉米粗缩病的病原病毒是RBSDV和SRBSDV[8]，其中SRBSDV是一种在感粗缩病玉米植株中新发现的能引起水稻黑条矮缩病的病毒[9]。

玉米粗缩病的寄主主要是禾本科植物和杂草，如玉米、小麦、水稻、高粱等单子叶粮食作物以及狗尾草、稗草、马唐等禾草。该病毒不能通过土壤、种子、花粉、嫁接和枝叶摩擦传播，也不能经蚜虫和叶蝉传播，而只能由携带病毒的灰飞虱或白背飞虱以持久性方式传播。

2 玉米粗缩病的典型症状及危害

玉米发病后的典型症状是植株矮化严重，节间变粗短；顶叶如簇，叶色浓绿，叶片宽短而僵直；在叶背、叶鞘和苞叶的叶脉上出现长短不一、粗细不匀的蜡白色条状脉突，手摸有明显粗糙感。发病轻的植株雄穗虽然能抽出但散粉者少，雌穗小而多畸形且花丝甚少，结实性极差；发病重的植株矮化1/2以上，雄穗不能抽出或无花粉，无果穗或有穗无粒，一般提早枯死[10-11]。

玉米粗缩病的危害除了显著降低株高外，其危害最终表现在玉米产量的损失上。李芳贤[12]报道，随着病级的加重，无论是果穗长度、穗粒数，还是单株籽粒产量等都随病级的加重而减少。苏智宗等[13]证明，玉米粗缩病与产量呈反比关系，随着粗缩病病株率的增加，产量随之降低。穆西玉等[14]的研究结果表明，感病后的玉米果穗穗长、行粒数、穗粒重和产量显著降低，其损失程度为抗病品种lt;中抗品种lt;感病品种。

3 玉米粗缩病抗性鉴定方法

玉米粗缩病抗性鉴定方法主要有2种：田间自然传毒鉴定和人工接种鉴定。田间自然传毒鉴定是依据不同品种(系)在粗缩病自然发生条件下的表现来鉴定其抗病性。该方法优点是成本低、简便易操作，可进行大规模的接种抗病性鉴定，大大减少了工作量，提高了传毒效率；缺点是严重受环境条件、灰飞虱发生时间以及迁飞虫口数量等因素的制约，影响了鉴定结果的可比性和准确性，极大延长了抗病育种的进程[15]。

人工接种鉴定是通过带毒灰飞虱在玉米幼苗上传毒接种，1头带毒灰飞虱传毒可使玉米整个植株发病。目前成熟高效的做法是在网箱内释放灰飞虱(1.7头/株)，接种2叶1心期玉米幼苗，4叶期移栽到田间，发病率可达92.3%～100%[16]。网箱内接种结合田间移栽实现了规模化大批量的人工接种，为玉米粗缩病抗性鉴定和抗源筛选奠定了基础。这个方法优点是能控制灰飞虱的数量从而确保了鉴定结果的准确性，可客观反映玉米供试材料的实际抗性水平，但是操作繁琐，人工繁殖灰飞虱难度较大，而且鉴定成本费用较高[17]。因此，在多年发病重灾区，田间自然传毒仍是目前筛选玉米抗粗缩病种质的主要鉴定方法。

4 玉米粗缩病病情严重度分级标准

开展玉米粗缩病的抗病性鉴定工作，首先要按照玉米发病情况划分单株病级，然后根据病级和各级病株数计算出群体病情指数，最后再根据病情指数明确材料或品种的抗病反应型。目前我国还没有制定统一的病情严重度分级标准，但有不少学者对此作了诸多研究报道。陈巽祯等[18]最早以株高、顶部叶片性状、茎秆形状、雌穗大小、雄穗散粉情况将玉米粗缩病的病情严重度分为0～4级。张会孔等[19]依据株高和产量指标制定了0～5级的分级标准。苗洪芹等[20]依据株高、叶片症状简化改进以往严重度分级标准[18]，报道了一种简便易行的0～4级玉米粗缩病严重度分级标准。路银贵等[21]以相当健株株高比率作为分级划定指标，建立了与产量损失密切线性相关的0～4级玉米粗缩病严重度分级标准，该划分标准与苗洪芹等报道的分级标准一致。宋朝玉等[22]通过分析比较不同玉米粗缩病严重度划分标准，结合实践，推导出了5级抗病反应类型标准，并推荐苗洪芹等提出的5级严重度分级标准作为将来玉米粗缩病抗病育种及其致病机理研究的适用标准。

5 玉米抗粗缩病种质鉴定与挖掘

选育推广优良的抗病品种是防治玉米粗缩病的根本途径，而进行抗病育种的基础和前提则是对抗病种质的鉴定与挖掘。近些年，科学家挖掘和创制了一批对玉米粗缩病抗性水平高的品种(系)，如P 12、P 20、BS 110、138、6513、E综1214、78599、E 13、E 115、178、P 138、沈137、齐319、黄早四、多黄29、丹3130和T 877、YJ 7等，其中大多数品种(系)在不同年份、不同环境下对玉米粗缩病均表现为高抗并且抗性稳定，这些种质的挖掘加速了抗粗缩病玉米品种的选育和应用，但是有些材料在多年多点环境条件下对MRDV的抗性反应型不一致，如P 138、沈137，这种现象是否与采用的抗性鉴定方法以及环境条件等综合因素有关，还需进一步鉴定[ 23-27]。此外，还有研究发现我国地方农家种中存在抗粗缩病材料，如来源于四川的地方农家种803-2[28]。最近，有关热带玉米种质粗缩病抗性鉴定工作也取得初步成果，筛选出3份粗缩病高抗和19份抗病种质，推进了玉米粗缩病抗性的相关研究[29]。至今尚未发现对粗缩病免疫的玉米种质资源，同时高抗的材料极少。所以，在今后的抗粗缩病种质资源挖掘中，应当丰富种质资源来源，尤其重视我国地方种质和国外抗病材料的搜集、开发与利用。

6 玉米粗缩病抗性遗传与抗病QTL定位

明确了玉米抗粗缩病遗传规律，可以促进抗病种质的快速利用和玉米抗粗缩病QTL定位。目前研究发现，玉米粗缩病抗性的主要遗传组分是加性效应和显性效应，但多数研究结果证明，玉米对粗缩病抗性的加性效应要大于显性效应[23，30-33]，因此，采用轮回选择法可以在群体中累加优良基因，提高玉米对粗缩病的抗病性；然而有关上位性效应方面，存在不同观点，Di Renzo等认为，抗病基因之间没有上位性效应，且不存在与环境的互作效应[34]，邸垫平等则认为，加加上位性效应在玉米自交系和杂交组合抗粗缩病遗传中普遍存在，抗性易受环境影响[33]，这可能是由于二者使用材料不同所致。在不同环境条件下对玉米粗缩病抗性进行配合力分析，结果表明，自交系的抗病性对后代具有一定遗传力，一般配合力效应的遗传因素占比重较大[35-36]。玉米粗缩病抗性呈典型数量性状遗传特征。目前，许多专家学者对玉米粗缩病进行了抗病QTL定位研究。迄今为止，通过构建DNA分子标记遗传连锁图谱的方式，在不同的作图群体中定位了60余个抗玉米粗缩病的QTL，几乎覆盖了玉米的10条染色体，其中位于第1、2、8号染色体上共11个QTL能在2个以上不同环境中同时检测到，且均能解释大于10%的表型变异，是能够稳定表达的主效抗病QTL[37-47]。另外，在多数作图群体中都能检测到多个抗病QTL，但是在单一环境下检测到的居多，可重复性也差，且对表型的贡献率低于10%，属于微效抗病QTL。尽管各研究小组选用群体不同、鉴定环境各异，所得结果也略有差别，但其中也有在不同材料组合中均起作用的抗病QTL位点，如位于8.03 bin上的位点[42-45]，此位点在不同材料组合中均解释了较高的表型变异率，在此基础上精细定位和克隆该抗病QTL将有助于提高玉米粗缩病抗病育种效率。

7 玉米粗缩病抗病育种

由于玉米受粗缩病病原、虫源数量、发病环境以及种质基因型等因素的影响较大，造成发病症状比较复杂，所以，目前有关抗粗缩病玉米品种育成的研究报道并不多见。

王安乐等[30]通过定向轮回选择对5003、E 28、91-367、803-2、422、中黄64等6个玉米自交系进行抗粗缩病特性改良，不仅提高了玉米自交系的抗病性，也提高了其组配杂交种的抗性水平。 李玉杰[48]首次利用分子标记辅助选择技术对我国玉米骨干自交系的粗缩病抗病性进行改良，成功将90110携带的抗病位点导入到掖478、昌7-2、郑58等感病自交系中，建立了玉米粗缩病分子标记辅助育种的技术体系。近年来，中国对玉米粗缩病抗病品种选育日渐重视，尤其在黄淮海玉米区，对粗缩病具有高感的品种严格执行“一票否决”的标准，因此，有一批抗粗缩病玉米新品种陆续通过审定，如金海5号(京审玉2003010)、费玉2号(鲁农审2004009)、丹玉86(国审玉2005010)、登海3622(国审玉2005021)、青农105(鲁农审2010006)、中江玉703(苏审玉201102)、山农206(鲁农审2014016)等，这些品种抗玉米粗缩病能力突出，在生产上推广和应用具有明显优势。

8 问题与展望

近几年来，全国(尤其是黄淮海地区)玉米粗缩病发生趋于严重，除了种植结构调整、环境气候条件变化等因素影响外，主要是因为目前生产上缺乏对玉米粗缩病高抗或免疫的品种(系)。优异稳定多抗的种质资源是进行玉米粗缩病抗病育种的基础。目前，虽然我国在玉米粗缩病抗病育种研究上已取得了很大进展，但在抗病种质资源的鉴定筛选与开发利用方面仍存在许多问题： 1) 抗病性鉴定方法不完善，标准不统一、不规范，多年多点鉴定结果往往缺乏可比性，可靠性和稳定性差，抗病种质资源的开发利用效率低； 2) 玉米抗粗缩病种质资源匮乏，遗传基础狭窄，抗源单一化程度严重； 3) 玉米粗缩病抗性遗传机制比较复杂，目前能用于抗病辅助选择育种的分子标记还不多，抗病育种进程缓慢。

目前，高通量基因型分析技术和全基因组关联分析在玉米抗粗缩病研究方面已获得成功应用，势必为玉米粗缩病抗病育种开辟一条高效途径。张丹[49]选用184份常用玉米自交系(包括111份普通玉米和73份糯玉米)，通过2年连续自然发病鉴定，采用关联分析检测到7个与粗缩病显著相关的SSR位点，其中有5个位于第2号染色体上，2个位于第7号染色体上，标记bmc 1267的遗传变异解释率达到19.91%，标记umc 1026可被重复检测到。刘昌林[50]使用236份遗传基础丰富的玉米自交系和41 101个SNP标记进行全基因组关联分析研究， 2个环境下同时检测到14个SNP标记与抗粗缩病显著相关，分布于玉米染色体bin 5.03、bin 7.02、bin 8.03、bin 10.02和bin 10.03；同时，利用衍生于美国杂交种P 78599的5份高抗粗缩病自交系(R 18，P 138，X 178，金黄59和齐318)和全基因组41 101个SNP，筛选到9个包含与抗病性显著相关SNP的衍生片段，位于bin 8.03长81.57 Mb的片段包括6个与抗病性显著相关的SNP和2个前人定位到的玉米抗粗缩病主效QTL。上述研究结果表明，全基因组关联分析为解析玉米抗粗缩病的遗传结构提供了技术支持，不仅能快速挖掘和精细定位玉米抗粗缩病种质资源中的优异抗病基因，而且将大大加快玉米抗粗缩病功能分子标记开发，将检测到的关联位点应用到分子标记辅助选择育种实践中，对玉米抗粗缩病的品种(系)创新改良和选育具有指导意义。

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Research Progress on Maize Rough Dwarf Disease Resistance Breeding

WANGFengmei1,3，LIPinglu2,MENGQinghua3

2016-10-15

济南市企业自主创新项目“抗粗缩病玉米新品种的选育与商业化生产关键技术集成示范”(201302063)；山东省重点研发计划项目“玉米全生育期一次施用肥料的研制和示范”(2015 GNC 11030)。

王凤梅(1978—)，女，山东省莘县人；博士，主要从事玉米遗传育种工作。

孟庆华(1968—)，男，研究员，硕士，主要从事经济作物研究。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2017.02.045

S 513

A

1001-4705(2017)02-0045-05