全 文 ：中国生态农业学报 2009年 7月 第 17卷 第 4期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, July 2009, 17(4): 694−698


* 张掖市玉源种业有限责任公司资助项目“玉米顶腐病研究”资助
邢会琴(1975~), 女, 讲师, 硕士研究生, 主要从事植物病理学教学与科研工作。E-mail: gszyxhq@163.com
收稿日期: 2008-05-15 接受日期: 2008-09-29
DOI: 10. 3724/SP.J.1011.2009.00694
玉米品种抗顶腐病遗传多样性分析及其应用*
邢会琴 1 马建仓 2 杨 鹏 2 孟亚雄 3 范会玲 1 孟有儒 1
(1. 甘肃河西学院农学系 张掖 734000; 2. 张掖市玉米原种场 张掖 734000;
3. 甘肃农业大学生命科学院 兰州 730070)
摘 要 经鉴定和调查, 从 25个玉米品种中选择抗病性较稳定的 14个品种为材料, 其中 6个品种包括病、健
株, 共 20 个样品, 进行抗病遗传多样性的 RAPD 分析。结果表明, 不同品种的抗性遗传背景丰富, 20 个样品
经 PCR扩增聚类后, 以遗传距离 15划分, 可分为 7个类群, 同一类群内的品种在抗病性方面有较强的相似性；
同一品种的健株与病株间能产生特异性条带, 且存在一定的遗传距离, 说明植株感病后, 其遗传特性会发生
改变。田间试验表明, 遗传特性差异大的感病品种与抗病品种轮作对顶腐病有较高的防效, 可一定程度缓解生
产中倒茬难而造成病害流行的难题。
关键词 玉米 顶腐病 抗病性 遗传多样性
中图分类号: S435.131.4+9 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2009)04-0694-05
Analysis of genetic diversity of maize resistance to Fusarium
subglutinans and its use in maize top-rot disease control
XING Hui-Qin1, MA Jian-Cang2, YANG Peng2, MENG Ya-Xiong3, FAN Hui-Ling1, MENG You-Ru1
(1. Department of Agronomy, Hexi University, Zhangye 734000, China; 2. Zhangye Maize Turtle Growing Field, Zhangye 734000,
China; 3. College of Life Sciences, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China)
Abstract 14 different resistant varieties were selected from a set of 25 maize varieties via identification and survey. The RAPD
analysis for the 14 varieties, 20 samples (6 varieties including infected and healthy plant), was conducted via PCR amplification. The
results show that maize varieties are genetically highly diverse. The 20 samples are divided into 7 lineages based on DNA label
number at a rescaled distance cluster combination of 15. The variety resistances are highly similar within same lineages. Regarding
inheritance, the 6 infected plants (infected by Fusarium subglutinas) are quite different from the healthy ones of same varieties. Field
experiments show that rotation planting resistant and susceptible varieties has a significant controlling effect on the occurrence of
maize top-rot disease. This resolves the problem of serious maize top-rot disease in continuous planting of maize for several years.
Key words Maize, Fusarium subglutinans, Resistance, Genetic diversity
(Received May 15, 2008; accepted Sept. 29, 2008)
利用植物自身抗病性解决植物的病害问题, 一
直是植物病理工作者追求的目标。自 Williams 等[1]
首次建立RAPD技术以来, RAPD检测区域几乎覆盖
了整个基因组, 可以检测不同品种间的微小差异[2],
被越来越多地应用于农作物亲本鉴定、纯度鉴定、
遗传多样性分析、抗病性及抗病基因的研究等[3−6]。
河西地区是全国重要的玉米制种基地, 近几年
每年种植面积在 6.7万 hm2左右, 重茬现象严重, 导
致玉米顶腐病[Fusarium subglutinans(Wr. & Reink.)
Nelson, Toussoun & Marasas][7,8]和其他重要病害大
发生, 严重制约了河西地区玉米种子的生产。2003
年甘肃省高台县发现玉米顶腐病, 2004~2005年蔓延
至整个河西走廊 , 发病的自交系品种 (系 )明显增
多[9], 有的发病率已高达 48%~76%, 2006 年已成流
行趋势。但病害发生与品种抗病性国内外尚少见报
道。本研究于 2005~2006 年在收集 811 份自交系和
45 份杂交种并在田间进行抗病性鉴定的基础上, 选
择不同抗病类型的 25 个品种(系)进一步进行了人工
第 4期 邢会琴等: 玉米品种抗顶腐病遗传多样性分析及其应用 695


鉴定, 并对其中 14个抗、感病性稳定的品种进行了
遗传多样性分析(其中 6个品种包括病、健株)。同时
选择具有不同遗传背景的抗感病材料进行轮作, 以
减轻病害的发生 , 一定程度上缓解倒茬难的问题 ,
为玉米育种改良提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料
供试抗性鉴定玉米品种 25 份, 其中自交系 21
份, 分别为“M017”、“掖 107”、“9058”、“488”、“469”、
“自 330”、“昌 7-2”、“5003”、“467”、“综 3”、“沈
137”、“齐 319”、“457”、“E28”、“141”、“926”、“黄
C”、“P138”、“浚单 22♂”、“郑 58”、“L51”, 杂交
种 4 份, 分别为“豫玉 22”、“鄂玉 10 号”、“郑单
958”和“302”, 均由张掖市金源种业有限责任公
司和玉源种业有限责任公司提供。
用于遗传多样性分析的材料有玉米自交系“掖
107”、“488”、“469”、“昌 7-2”、“5003”、“综 3”、
“沈 137”、“457”、“E28”、“郑 58”、“L51”和杂交
种“鄂玉 10 号”、“郑单 958”、“302”14 份健康植
株, 及“综 3”、“沈 137”、“457”、“昌 7-2”、“469”、
“郑 58”的病株, 共 20份材料。
供试玉米顶腐病菌采自张掖市上秦镇玉米制种
田, 在河西学院植物病理实验室分离所得。
1.2 研究方法
1.2.1 玉米品种顶腐病抗性鉴定
2004~2006 年在河西地区连续调查玉米制种田
和大田中顶腐病的发生情况, 根据 3 年调查数据及
不同玉米品种间的抗病性评价, 选择抗感病品种 25
份(包括重要自交系和杂交种)进行田间人工接菌并
进一步鉴定。试验地设在张掖市玉米原种场, 每品
种 1个小区, 随机排列, 每品种播种 5行, 行长 5 m,
株距 20 cm, 行距 50 cm, 每处理间用“昌 7-2”(2
行)作保护行(不接菌)。地膜覆盖, 单粒点播, 每穴接
种 1 g菌麦粒(小麦粒自来水冲洗干净, 煮沸 20 min
后高压灭菌, 冷凉后接菌, 28 ℃下培养 12 d 左右),
共 3 个重复区, 田间管理同大田。玉米成株期调查
发病情况, 计算病情指数。
病情分级标准按穗位节上下各 3 叶发病程度和
病株长势划分：0级, 植株未发病；1级, 1片叶叶缘
产生病斑, 有的病斑向内扩展, 植株生长正常；2级,
2片叶叶缘产生病斑, 并向内扩展达叶片中脉 1/2以
下, 株形基本正常；3级, 3片叶叶缘产生病斑, 或 2
片叶病斑扩展至中脉附近, 植株生长稍低矮、细弱；
4 级, 3 片以上叶叶缘产生病斑, 其中有 3 片叶基部
大部腐烂, 或植株生长低矮、畸形。
( )= 100
×
∑ × ×级 数 级数 调 总 数 级
各 病株 各 代表值病情指 查 株 最高一 代表值 (1)
品种抗病程度划分标准如下: 免疫(T), 病情指
数为 0；高抗(HR), 病情指数 0~10；抗病(R), 病情
指数 10~20；感病(S), 病情指数 20~30；高感 (HS),
病情指数 30以上。
1.2.2 叶片总 DNA的提取
经抗病性鉴定, 选择抗性较稳定的高抗、高感
和中抗自交系及部分杂交种, 室内盆栽, 每品种 2
盆, 其中 1 盆接菌, 1 盆不接菌, 3 叶期采叶片用
CTAB法提取 DNA[10]。
1.2.3 引物筛选
从上海生工生物技术服务有限公司合成的 30
条 S 系列引物中筛选出扩增效能优良的随机引
物, 对受试品种的模板DNA进行 PCR扩增和 RAPD
分析。
1.2.4 RAPD-PCR扩增及电泳
PCR反应体系为 25 μL(2×Tag PCR Master Mix
12.5 μL, 引物 0.5 μL, 模板 0.5 μL, ddH2O 11.5 μL),
PCR扩增程序为 94 ℃预变性 4 min, 94 ℃变性 50 s,
37 ℃引物与靶位点结合 1 min20 s, 72 ℃引物沿模板
延伸 2 min, 共扩增 35个循环, 72 ℃延伸 10 min。将
扩增产物用 1.2%的琼脂糖凝胶进行电泳, 成像系统
拍照。
1.2.5 聚类分析
以“1”和“0”分别表示基因扩增片段的有无。
应用 SPSS11.5 软件 CLASSIFY 中的 Hierarchical
Cluster进行聚类分析绘制树状图。
1.2.6 玉米品种多样性轮作试验
试验地设在张掖市玉米原种场, 前茬为辣椒。
根据 25 份玉米品种抗病性鉴定和遗传多样性的
RAPD 分析, 选择遗传背景差异大的感病品种与抗
病(或免疫)品种和杂交种进行轮作试验。共选 4个品
种：抗病自交系“昌 7-2”、高感自交系“郑 58”和
“L51”、抗病杂交种“郑单 958”, 每年设 6个小区,
2005年两小区种“昌 7-2”, 两小区种“郑单 958”,
第 5、第 6小区分别种“郑 58”和“L51”, 小区面
积 20 m2。2006 年“郑 58”和“L51”分别与“昌
7-2”和“郑单 958”轮作, 以“郑 58”和“L51”的
重茬作对照。8 叶期采用 5 点取样法调查顶腐病发
生情况 , 计算发病率和防治效果 , 收获后测产 , 计
算增产率。
2 结果与分析
2.1 玉米品种抗病性鉴定
供试 25 份品种(系)中, 未发病(I)品种 4 份；高
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抗(HR)品种 2 份, 病情指数 3.1%~5.5%；抗病(R)品
种 8 份, 病情指数 10.1~16.2；感病(S)品种 6 份, 病
情指数 20.0~26.5；高感(HS)品种 5 份, 病情指数
30.5~40.2。此鉴定结果与 2004~2006 年调查结果基
本一致, 有个别品种与田间实际发病情况差异较大,
抗病性不稳定。由表 1可知, 4份杂交种中, 有 2份
(“豫玉 22号”和“鄂玉 16号”)为免疫品种, 2份(“郑
单 958”、“302”)为抗病品种。21 个自交系抗病性
差异较大, 有免疫品种、高抗品种、感病品种和高
感品种。
2.2 RAPD引物的筛选
通过对 20个玉米材料的 DNA扩增, 从 30条随
机引物中筛选重复性好、特异性高、谱带清晰, 并
且具有较高多态性的 18 条引物：S37 序列 GAC
CGCTTGT、S86 序列 GTGCCTAACC、S303 序列
TGGCGCAGTG、S463 序列 CTGATACGCC、S506
序列 GTCTACGGCA、S79 序列 GTTGCCAGCC、
S1387序列CTACGCTCAC、S1461序列TGAGGGCC
GT、S177序列 GGTGGTGATG、S93序列 CTCTCCG
CCA、S164序列 CCGCCTAGTC、S1063序列GGTCC
TACCA、S361序列CATTCGAGCC、S358序列 TGGT
CGCAGA、S248 序列 GGCGAAGGTT、S158 序列
GGACTGCAGA、S319序列 TGGCAAGGCA和 S129
序列 CCAAGCTTCC。
2.3 PCR扩增结果与抗病性关系的分析
从扩增的 DNA 图带(图 1)中可以看出, 在不同
引物扩增图谱中, 同一品种健株与病株间可产生特
异性条带, 如 S86扩增图谱中, “沈 137”病健株在
100~250 bp之间、“昌 7-2”在 750~1 000 bp之间都
有一条特异条带, 其他引物扩增结果中也有类似情
况 , 说明植株感病后 , 其遗传特性会发生改变 , 从
聚类图中也可以看出同一品种健株与感染株间存在
一定的遗传距离。18 条随机引物对 20 个玉米材料
扩增片段大小几乎都在 100 bp~1 kb之间。聚类分析
结果(图 2)表明, 不同品种间存在遗传多样性, 以遗
传距离 15划分时, 可划分为 7个类群：第 1类群包
括“综 3”、“E28”和“掖 107”, 其中, “掖 107”
为免疫品种, “综 3”和“E28”为抗病品种；第 2
类群是“沈 137”, 感病品种；第 3类群为“昌 7-2”,
高感品种；第 4类群为“469”、“457”和“488”, 均
为感病品种；第 5类群是“郑 58”和“L51”, 都是
高感品种；第 6类群包括“郑单 958”、“鄂玉 10号”
和“302”, 均为杂交种, 其中“郑单 958”和“302”
是抗病品种, “鄂玉 10号”是免疫品种；第 7组是
“5003”, 感病品种。同一类群内品种的抗病性有
较强的相似性。
2.4 轮作对玉米顶腐病的控制效果
田间轮作试验结果(表 2)显示, “郑 58”与“昌
7-2”和“郑单 958”轮作时, 玉米顶腐病发病率分
别为 18.21%、14.92%, 重茬时为 61.4%, 防效分别
达 70.17%和 75.56%。“L51”与“昌 7-2”和“郑单
958”轮作时, 发病率分别为 16.93%、10.78%, 重茬
时为 52.2%, 防效分别达 67.57%和 79.35%。与重茬
相比, “郑 58”与“昌 7-2”和“郑单 958”轮作时
的增产率分别为 4.88%和 6.54%,“L51”的增产率分
别为 8.25%和 5.81%。

表 1 供试品种抗病性鉴定结果
Tab. 1 The disease index and resistant degree of tested varieties
品种
Variety
病情指数
Disease index
抗病程度
Resistant degree
品种
Variety
病情指数
Disease Index
抗病程度
Resistant degree
M017 0 免疫 Immune 9058 10.1 抗病 Resistance
掖 107 Ye107 0 免疫 Immune 488 24.9 感病 Suspectibility
鄂玉 10号 Eyu No.10 0 免疫 Immune 469 26.5 感病 Suspectibility
豫玉 22 Yuyu22 0 免疫 Immune 自 330 Zi330 25.0 感病 Suspectibility
昌 7-2 Chang7-2 3.1 高抗 High resistance 5003 26.5 感病 Suspectibility
467 5.5 高抗 High resistance 沈 137 Shen137 20.0 感病 Suspectibility
综 3 Zong3 10.5 抗病 Resistance 457 21.7 感病 Suspectibility
齐 139 Qi139 11.1 抗病 Resistance 141 37.5 高感 High suspectibility
E28 12.3 抗病 Resistance 黄 C Huang C 30.5 高感 High suspectibility
926 13.0 抗病 Resistance P138 35.9 高感 High suspectibility
郑单 958 Zhengdan958 14.5 抗病 Resistance 郑 58 Zheng58 38.3 高感 High suspectibility
浚单 22♂Xundan22♂ 16.2 抗病 Resistance L51 40.2 高感 High suspectibility
302 11.4 抗病 Resistance

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图 1 20个玉米材料 4条引物的 RAPD扩增图谱
Fig. 1 RAPD patterns of four primers of 20 maize materials
从左向右 1~20泳道分别代表“L51”、“郑 58”H、“郑 58”I、“469”H、“469”I、“457”H、“457”I、“综 3”H、“综 3”I、“沈 137”
H、“沈 137”I、“E28”、“488”、“昌 7-2”H、“昌 7-2”I、“掖 107”、“5003”、“郑单 958”、“鄂玉 10号”、“302”。品种名称后面的大写字母
H表示健康株, I表示感病株, 下图同。 Lanes from left to right are “L51”, “Zheng58”H, “Zheng58”I, “469”H, “469”I, “457”H, “457”I, “Zong3”H,
“Zong3”I, “Shen137”H, “Shen137”I, “E28”, “488”, “Chang7-2”H, “Chang7-2”I, “Ye107”, “5003”, “Zhengdan958”, “EyuNo.10”, “302” respectively.
“H” means healthy plant, and “I” means infected plant. The same as the Fig. 2.


图 2 供试玉米材料的 DNA差异聚类图
Fig. 2 Rescaled distance cluster combine of DNA of maize materials tested

表 2 感病品种与抗病品种轮作的防效和增产效果
Tab. 2 Control efficiency on maize top-rot disease and yield increasing effect of rotation of resistant and sensitive varieties
处理
Treatment
品种
Variety
发病率
Incidence (%)
防效
Control efficiency (%)
产量
Yield (kg·hm−2)
增产率
Increasing rate (%)
郑 58 Zheng58 18.21 70.17 7 342.8 4.88 与“昌 7-2”轮作
Rotation with “chang7-2” L51 16.93 67.57 6 660.6 8.25
郑 58 Zheng58 61.04 — 7 001.2 — 重茬(CK)
Continuous cropping L51 52.20 — 6 152.7 —
郑 58 Zheng58 14.92 75.56 7 480.1 6.54 与“郑单 958”轮作
Rotation with “zhengdan958” L51 10.78 79.35 6 700.9 5.81
郑 58 Zheng58 61.04 — 7 021.2 — 重茬(CK)
Continuous cropping L51 52.20 — 6 332.7 —
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3 结论与讨论
大多玉米自交系对顶腐病的抗性不稳定, 但杂
交种相对较抗病。不同玉米品种间抗性遗传背景丰
富, 20个样品经 PCR扩增聚类后, 以遗传距离 15划
分, 可分为 7 个类群, 同一类群内的品种在抗病性
方面有较强的相似性；同一品种的健株与病株都聚
在同一类群内, 但它们之间能产生特异性条带, 并
且存在一定的遗传距离, 说明植株感病后, 其遗传
特性会发生改变。本试验探索了一条快速有效的抗性
鉴定方法, 给抗病育种工作提供了很好的理论依据。
“郑 58”等重要的玉米自交系目前在河西地区
乃至全国种植面积都较大, 重茬现象严重, 造成玉
米顶腐病在东北及西北重要制种基地大发生, 产量
损失严重。目前在生产中越来越多地应用品种多样
性控制植物病害发生, 如利用水稻品种多样性控制
稻瘟病[11,12]。本试验选择不同遗传背景的高感品种
与抗病品种进行轮作, 防效可达到 70%以上。不仅
可减轻病害的发生, 而且能在一定程度上缓解倒茬
难的问题。
参考文献
[1] Williams J. G. K., Kubelik A. R., Liark K. J. DNA polymor-
phism amplified by arbitrary primers are useful as genetic
markers[J]. Nucleic Acids Research, 1990, 18: 6531−6535
[2] Welsh J., Peterson C., Moclelland M. Polymorphisms gener-
ated by arbitrary PCR in the mouse application to strain iden-
tification and genetic mapping[J]. Nucleic Acids Research,
1991, 19: 303−306
[3] Chen X. M., Line R. F., Leung H. Genome scanning for re-
sistance-gene analogs in rice, barley and wheat by
high-resolution electrophoresis[J]. Theoretical and Applied
Genetics, 1998, 97(3): 345−355
[4] 孙文秀, 张修国, 贾永健, 等. 不同地区辣椒疫霉菌遗传多
样性的 RAPD分析[J]. 植物病理学报, 2005, 35(4): 340−344
[5] 董五辈, 王国英. RAPD校正及玉米肿囊腐霉抗性基因的分
子标记[J]. 农业生物技术学报, 2001, 9(2): 129−131
[6] 黄海, 王永强, 尹绍武, 等. 泰国产方斑东风螺养殖群体多
样性的 RAPD 分析[J]. 中国生态农业学报 , 2007, 15(6):
126−130
[7] 孟有儒 . 玉米病害概论[M]. 兰州 : 甘肃科学技术出版社 ,
2005: 58−60
[8] 徐秀德 , 董怀玉 , 赵琦 . 我国玉米新病害顶腐病的研究初
报[J]. 植物病理学报, 2001, 31(2): 130−134
[9] 陈广泉, 王多成, 张建文, 等. 河西走廊玉米自交系顶腐病
的初步研究[J]. 种子, 2007, 26(3): 74−75
[10] 王芳, 王化俊, 王汉宁. 玉米基因组 DNA提取及 SSR分析
[J]. 玉米科学, 2006, 14(2): 30−32
[11] 朱有勇, 陈海如, 范静华, 等. 利用水稻品种多样性控制稻
瘟病研究[J]. 中国农业科学, 2003, 36(5): 521−527
[12] 马辉刚 , 黄瑞荣 , 孙雁 . 水稻品种抗瘟遗传多样性分析及
其应用[J]. 植物保护学报, 2006, 33(2): 113−116