54 份鮮食玉米品種草地貪夜蛾抗蟲性鑒定與評價

張 楠，陳 婷，李小鳳，李 武，肖漢祥，李高科

（1.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所/廣東省農(nóng)作物遺傳改良重點實驗室，廣東 廣州 510640；2.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所/廣東省植物保護新技術(shù)重點實驗室，廣東 廣州 510640）

【研究意義】廣東鮮食玉米種植面積常年在15 萬hm2左右。與普通玉米相比，鮮食玉米味道鮮美、適口性好，更易受到草地貪夜蛾（Spodoptera frugiperda）偏愛［1-2］。草地貪夜蛾是近年來入侵我國的重大害蟲，給我國玉米生產(chǎn)造成重大產(chǎn)量損失［3］。我國目前尚未開放抗蟲轉(zhuǎn)基因鮮食玉米商業(yè)化育種，大量噴施殺蟲劑不僅增加種植成本，而且會加速草地貪夜蛾抗藥性的產(chǎn)生。因此，提升鮮食玉米品種自身的抗性水平是草地貪夜蛾綜合防控中關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。開展鮮食玉米品種對草地貪夜蛾抗蟲性評價，培育抗蟲新品種，具有重要的社會經(jīng)濟意義?！厩叭搜芯窟M展】草地貪夜蛾是一種原產(chǎn)自美洲的鱗翅目昆蟲。據(jù)統(tǒng)計，草地貪夜蛾可以寄生76 科353 種植物，特別是禾本科作物［4］。除廣泛的寄主適應(yīng)性外，草地貪夜蛾還具有強大的繁殖能力和遷飛能力，這些特性使草地貪夜蛾在近幾年成為一種全球性重大經(jīng)濟害蟲。2016 年草地貪夜蛾入侵非洲，然后迅速在非洲大陸擴散［5］。2018 年9 月，撒哈拉沙漠以南的44 個非洲國家均受到草地貪夜蛾為害［6］。國際農(nóng)業(yè)和生物科學(xué)中心（Centre for Agriculture and Biosciences International,CABI）對非洲12 個玉米種植國家進行評估發(fā)現(xiàn)，若不對草地貪夜蛾進行有效防控，每年將造成玉米產(chǎn)量損失830 萬～2 060 萬t，占各國玉米產(chǎn)量的21%～53%［7］。2019 年1 月，草地貪夜蛾入侵我國云南省，同年6 月底全國19 個?。▍^(qū)）1 070 個縣（市、區(qū)）見蟲。截至2020 年已入侵我國27 個省份，作物受害面積達127.8 萬hm2［3,8-9］。草地貪夜蛾可為害玉米整個生育期，植株多個部位均可受害。該蟲生育前期主要取食玉米葉片、生長點和雄穗，后期取食果穗頂部或鉆入果穗取食幼嫩穗軸和籽粒，極少鉆蛀玉米莖稈［10］。1～3 齡幼蟲具有集聚、趨嫩的特性，常為害玉米心葉、生長點、果穗端部，為害葉片時取食葉肉，留下葉表皮形成“窗孔”狀結(jié)構(gòu)。4～6 齡幼蟲食量逐漸增大，葉片形成不規(guī)則孔洞、心葉破爛，六齡幼蟲進入暴食期，為害最重［9-10］。草地貪夜蛾的防控需采取物理、化學(xué)、生物等多種手段進行綜合防治。Rwomushana等在加納和贊比亞針對不同防治措施的效果進行調(diào)查，91.2%的加納農(nóng)戶和97.0%的贊比亞農(nóng)戶認為噴施殺蟲劑效果最佳［6］。吳孔明院士也建議在草地貪夜蛾入侵初期，我國應(yīng)實施以化學(xué)防治為主的綜合防治策略解決應(yīng)急防控問題［11］。美國、巴西、阿根廷、加拿大等世界主要玉米生產(chǎn)國家通常采用種植Bt 轉(zhuǎn)基因玉米的方法，提高玉米品種對草地貪夜蛾的抗性［12］。2019 年，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部向2個轉(zhuǎn)基因玉米品種頒發(fā)了安全證書，允許Bt 轉(zhuǎn)基因飼料玉米在國內(nèi)種植［11］。但轉(zhuǎn)Bt 鮮食玉米尚未允許商業(yè)化種植，我國仍主要采取化學(xué)防控的方法對鮮食玉米進行蟲害防治?！颈狙芯壳腥朦c】廣東省地處熱帶、亞熱帶，冬季溫暖濕潤，1 月平均溫度在10℃以上，是草地貪夜蛾周年發(fā)生區(qū)［11］。對廣東地區(qū)的草地貪夜蛾進行防控，不僅可以在本地降低草地貪夜蛾造成的為害，還可有效控制春季成蟲遷飛的源頭，減少向長江流域及其以北地區(qū)的遷飛數(shù)量，在全國范圍內(nèi)降低草地貪夜蛾造成的損失。鮮食玉米以直接食用為主，抗蟲品種的種植還可減少化學(xué)農(nóng)藥的使用，降低消費者對食品安全的擔憂。因此，培育具有抗蟲性的鮮食玉米品種是解決草地貪夜蛾綜合防治策略中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本研究對現(xiàn)有鮮食玉米品種（組合）進行抗蟲性資源的鑒評，為草地貪葉蛾綜合防控提供支撐?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究在草地貪夜蛾發(fā)生的田間條件下，對創(chuàng)制的54 個鮮食玉米品種（組合）開展葉片、穗部的抗蟲性進行初步鑒定與分析，以期評價材料抗蟲性，為鮮食玉米抗蟲育種提供基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本次調(diào)查的鮮食玉米品種共54 份，包括糯玉米7 份、甜糯玉米6 份、甜玉米41 份，其中粵甜試1～24 為最新組配的雜交甜玉米組合，均為廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所玉米研究室自主創(chuàng)制。本試驗對照品種為飼草玉米1 號、飼草玉米2 號，為湛江地區(qū)農(nóng)家品種，在前期田間調(diào)查中抗蟲性等級表現(xiàn)為抗（R），并在大規(guī)模的田間示范試驗中表現(xiàn)穩(wěn)定（未發(fā)表），由廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所提供。

1.2 抗蟲性調(diào)查

所有玉米品種（組合）分別于2020 年4 月、8 月播種于廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院白云基地。每個小區(qū)種植2 行，行距65 cm，株距28 cm，共種植30 株左右。設(shè)置3 次重復(fù)，隨機區(qū)組排列。玉米生長過程中除日常水、肥、雜草管理外不進行任何草地貪夜蛾防治處理，田間蟲害自然發(fā)生。植株生長到大喇叭口期對葉片抗性進行調(diào)查，根據(jù)葉片損傷程度將葉片受害情況分為1～9 級：1級，無肉眼可見的葉片損傷；2級，1～2 片老葉上有少數(shù)針孔大小傷口；3級，少數(shù)（＜5 片）葉片上有針孔狀或長孔狀傷口；4 級，多數(shù)（6～8 片）葉片上出現(xiàn)針孔、圓孔或長矩形傷口（1.3 cm 左右）；5 級，多數(shù)（8～10 片）葉片出現(xiàn)的不規(guī)則傷口（＞3 cm），葉片膜結(jié)構(gòu)被消化；6級，葉片出現(xiàn)幾個長矩形傷口（＞3 cm）或不規(guī)則形狀傷口；7 級，葉片出現(xiàn)多個大小不同的長矩形傷口（＞30 cm）或不規(guī)則形狀傷口，50%的葉片受到損傷；8 級，絕大多數(shù)葉片出現(xiàn)大型長矩形（＞30 cm）或規(guī)則傷口，70%的葉片受到損傷；9 級，葉片幾乎完全被破壞，植株死亡［13-14］。

在收獲期對果穗抗性進行調(diào)查，根據(jù)籽粒受損和穗部受害面積所占比重將果穗受害情況分為1～9 級：1 級，穗部無明顯損傷；2 級，少數(shù)（＜5 顆）籽粒受到損害，穗部受害面積小于5%；3 級，少數(shù)（6～15 顆）籽粒受到損害，穗部受害面積小于10%；4 級，16～30 顆籽粒受到損害，穗部受害面積小于15%；5 級，31～50 顆籽粒受到損害，穗部受害面積小于25%；6 級，51～75顆籽粒受到損害，穗部受害面積在35%～50%之間；7 級，76～100 顆籽粒受到損害，穗部受害面積在50%～60%之間；8 級，超過100 粒籽粒受到損害，穗部受害面積在60%～100%之間，未達到100%；9 級，100%的籽粒受到損害［14］。

玉米品種對草地貪夜蛾抗性評價標準：高抗HR，為害級別為1.0～2.0；抗R，為害級別為2.1～4.0；中抗MR，為害級別為4.1～6.0；感S，為害級別為6.1～8.0；高感HS，為害級別為8.1～9.0。

逐株調(diào)查每個品種（組合）的葉片、果穗損傷級別，根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計情況，計算葉片、果穗危害程度級別的平均值。根據(jù)春季、秋季各玉米品種的抗性評價結(jié)果進行綜合分析。若兩季抗蟲性鑒定結(jié)果相同，則以該級別作為玉米品種（組合）對草地貪夜蛾的抗蟲性水平；若兩季抗蟲性鑒定結(jié)果不同，則以兩季中的更高級別作為該玉米品種（組合）對草地貪夜蛾的抗性水平。

2 結(jié)果與分析

2.1 54 份鮮食玉米品種（組合）葉片抗蟲性鑒定

54 份鮮食玉米品種（組合）葉片對草地貪夜蛾抗性鑒定結(jié)果見表1。從表1 可以看出，對照品種飼草玉米1 號春季、秋季田間表現(xiàn)與田間經(jīng)驗結(jié)果表現(xiàn)一致，葉片抗性表現(xiàn)為抗蟲（R），飼草玉米2 號在春季田間表現(xiàn)為中抗（MR），與前期田間觀察結(jié)果相比抗性等級降低。本試驗以飼草1 號為實際對照品種。參試品種（組合）中，30 份材料春季、秋季抗性鑒定結(jié)果相同，19 份材料抗性級別相差1 個等級，1 份材料相差2 個等級，1 份材料相差3 個等級，3 份材料未在秋季種植。以春季、秋季鑒定結(jié)果中危害級別最高（抗性等級最低）的為標準。54 份材料中，無高抗（HR）和抗蟲（R）材料，中抗（MR）材料2 份（粵五彩甜糯、粵甜試18），感蟲（S）材料30 份，高感材料（HS）22 份。

表1 54 份鮮食玉米品種（組合）葉片抗性級別鑒定結(jié)果Table 1 Identification results of leaf resistance levels of 54 fresh corn varieties（hybrids）

2.2 54 份鮮食玉米品種（組合）果穗抗蟲性鑒定

54 份鮮食玉米品種（組合）果穗對草地貪夜蛾抗性鑒定結(jié)果見表2。從表2 可以看出，除粵甜試13 外，兩季玉米穗部性狀病害等級均存在顯著或極顯著差異。其中，粵甜試2 果穗秋季危害級別高于春季，其余49 份參試品種（組合）與對照品種秋季為害級別普遍低于春季。以春季、秋季鑒定結(jié)果中為害級別最高（抗性等級最低）的為標準，54 份材料中，無高抗（HR）材料，抗蟲（R）材料1 份，中抗（MR）材料15 份，感蟲（S）材料31 份，高感材料（HS）8 份。表現(xiàn)為中抗的15份材料中，有5 份為糯、甜糯等糯性品種（粵五彩甜糯、粵鮮糯2 號、粵白甜糯5 號、粵白甜糯6 號和粵白甜糯7 號）；10 份為甜玉米，其中5份為具有熱帶血緣的甜玉米品種（粵甜33 號、粵甜試11、粵甜試12、粵甜試13 和粵甜試19）。

表2 54 份鮮食玉米品種（組合）果穗抗性級別鑒定結(jié)果Table 2 Identification results of ear resistance levels of 54 fresh corn varieties（hybrids）

2.3 草地貪夜蛾果穗與葉片抗性綜合分析

將54 份材料葉片與穗部抗性結(jié)果進行比較，其中有21 份材料在穗部與葉片表現(xiàn)出相同的抗性等級，24 份材料葉片抗性級別比穗部低1 個等級，4 份材料葉片抗性級別比穗部低2 個等級，5份材料葉片抗性級別比穗部高1 個等級，說明葉片抗性等級并不能完全代表某個品種穗部的抗性等級。僅有粵五彩甜糯的穗部和葉片抗性表現(xiàn)均為中抗（MR），可認定為具有中抗水平的抗蟲品種,占所有材料的1.85%。只在穗部表現(xiàn)為中抗（MR）的品種共14 份，占總材料的25.93%。其余品種在葉片和果穗均表現(xiàn)為感（S）或高感（HS）?；涻r糯2 號、粵白甜糯5 號、粵白甜糯6 號、粵白甜糯7 號等糯/甜糯玉米品種，和粵甜33 號、粵甜試11、粵甜試12、粵甜試13 和粵甜試19等具有熱帶血緣的甜玉米品種，雖然葉片受草地貪夜蛾危害等級較高，但穗部抗性水平卻可達到中抗。

本試驗中，葉部表現(xiàn)為中抗（MR）、感（S）和高感（HS）的糯/甜糯玉米分別為1 份、7 份和5 份，占參試糯/甜糯玉米品種的7.69%、53.85%和38.46%。葉部表現(xiàn)為中抗（MR）、感（S）和高感（HS）的甜玉米品種（組合）分別為1 份、23 份和17 份，占參試甜玉米品種（組合）的2.44%、56.10%和41.46%。糯/甜糯玉米和甜玉米品種中葉片抗性表現(xiàn)無顯著差異，草地貪夜蛾并未對特定類型的玉米葉片產(chǎn)生偏好性。穗部表現(xiàn)為中抗（MR）和感（S）的糯/甜糯品種分別為5 份和8 份，占參試糯/甜糯總數(shù)的61.54%和38.46%。糯/甜糯玉米品種在穗部無高感（HS）品種。甜玉米品種（組合）中穗部抗性級別表現(xiàn)為中抗（MR）、感（S）和高感（HS）的品種分別為10 份、8 份和23 份，占全部參試甜玉米品種（組合）的24.39%、56.10%和19.50%。糯/甜糯玉米穗部抗性表現(xiàn)優(yōu)于甜玉米品種（組合）。

3 討論

抗草地貪夜蛾品種的培育依賴于抗蟲種質(zhì)資源的挖掘。美國在1990 年已培育出抗性自交系品種Mp708［15］，并發(fā)現(xiàn)草地貪夜蛾幼蟲取食后抗蟲材料的葉片積累了一種33 ku 的酪氨酸蛋白酶［16］。但隨著轉(zhuǎn)Bt 基因玉米的廣泛種植，對抗蟲資源的挖掘與抗性品種培育的力度逐漸下降。草地貪夜蛾成為全球性重大入侵害蟲后，一些研究開始對玉米資源進行抗蟲性評價，特別是未進行轉(zhuǎn)基因商業(yè)化種植的鮮食玉米、爆裂玉米等特用玉米資源［17-18］。雖然鑒定出一些抗蟲資源，但未對抗蟲基因或物質(zhì)進行深入解析。本次研究中用作對照的玉米品種飼草1 號，是在田間調(diào)查草地貪夜蛾為害情況時發(fā)現(xiàn)的農(nóng)家品種，農(nóng)戶將其作為青貯飼料種植。飼草1 號表現(xiàn)出穩(wěn)定的抗性，該品種葉片表面多絨毛，但其抗性機制尚不清楚，可作為草地貪夜蛾抗蟲基因挖掘及抗性機制研究的良好材料。

本試驗中，春季與秋季葉片抗蟲性調(diào)查結(jié)果一致性較高，但秋季果穗抗性顯著高于春季。與葉部結(jié)果相比，穗部性狀調(diào)查穩(wěn)定性較差，這可能與性狀調(diào)查時外界溫度相關(guān)。溫度是影響草地貪夜蛾生長發(fā)育、繁殖和分布地區(qū)的主要環(huán)境因素，其發(fā)育階段的發(fā)育歷期隨溫度的升高而縮短［19］。春季葉片、穗部危害情況調(diào)查時間為5月下旬、7 月上旬，而秋季葉片、穗部調(diào)查時間分別為10 月中旬、11 月下旬。廣州市5 月、7月、10 月、11 月的日平均溫度處于波動狀態(tài)，2020 年7 月達到最高值，然后開始下降。試驗地所在廣州市白云區(qū)5 月（21.6～36.2 ℃）與10 月（18.6～34.5 ℃）日平均溫度相似，因此葉片性狀調(diào)查結(jié)果一致性較高；而7 月（25.0～38.6 ℃）日平均溫度顯著高于11 月（13.2～31.6 ℃），因此草地貪葉蛾的生長與繁殖速度更快，食用玉米籽粒速度更快，危害級別顯著高于11 月（溫度數(shù)據(jù)來源于廣州市氣象臺官方網(wǎng)站：http://www.tqyb.com.cn/）。不同時間下的差異表明草地貪夜蛾抗蟲性鑒定受環(huán)境影響較大，特別是溫度因素。因此本次調(diào)查結(jié)果只能對54 份鮮食玉米品種（組合）的抗蟲性進行初步鑒定，為后續(xù)抗蟲育種提供參考。在進行抗蟲性材料篩選時，要注意進行多年、多點、不同時期的重復(fù)鑒定，保證材料在不同時間、地點、環(huán)境下能保持穩(wěn)定的抗性，才能將其應(yīng)用于抗蟲性育種。

草地貪夜蛾可取食玉米植株的多個組織，不同組織的營養(yǎng)成分和結(jié)構(gòu)致密性影響著草地貪夜蛾的適合度［20］。通過對葉片和穗部抗蟲性鑒定結(jié)果進行比較分析發(fā)現(xiàn)，只有粵五彩甜糯在葉片與穗部均具有中抗水平。葉部性狀調(diào)查結(jié)果顯示草地貪夜蛾并沒有對不同類型的玉米具有偏好性。楊亞軍等利用甜玉米、糯玉米、甜糯玉米和普通玉米4 種不同的玉米飼養(yǎng)草地貪夜蛾幼蟲，發(fā)現(xiàn)4 種玉米葉片對草地貪夜蛾的生長發(fā)育與繁殖無顯著影響［21］。而戴釬萱等用3 份甜玉米品種和3 份糯玉米品種的葉片喂食草地貪夜蛾幼蟲，則發(fā)現(xiàn)取食甜質(zhì)型玉米的草地貪夜蛾的幼蟲存活率、蛹重、雌成蟲產(chǎn)卵量均顯著高于取食糯質(zhì)型玉米，草地貪夜蛾在甜質(zhì)型玉米上生存適合度更高［22］。徐川峰等用2 個糯玉米品種與3 個普通玉米品種對草地貪夜蛾進行投喂，發(fā)現(xiàn)以糯質(zhì)型玉米飼養(yǎng)的草地貪夜蛾幼蟲發(fā)育歷期與成蟲壽命均長于取食普通玉米的個體，但僅六齡幼蟲階段對不同玉米品種的取食偏好性存在顯著差異［2］。張艷蕾等則發(fā)現(xiàn)草地貪夜蛾幼蟲對玉米品種的取食選擇性與玉米葉片中營養(yǎng)物治含量具有顯著的相關(guān)性且隨著幼蟲齡期增長，取食選擇性逐漸減弱［23］。因各研究選用的玉米品種數(shù)量均較少，且品種不同，尚不能確定草地貪夜蛾葉部抗性差異與品種類型是否相關(guān)。對于穗部性狀的結(jié)果分析表明，粵鮮糯2 號、粵白甜糯5 號、粵白甜糯6 號、粵白甜糯7 號等部分糯玉米、甜糯玉米品種，粵甜33 號以及組合粵甜試11、粵甜試12、粵甜試13 等部分具有一定熱帶血緣的甜玉米品種穗部的抗蟲性達到中抗水平。糯玉米、甜糯玉米和熱帶血源的甜玉米穗部抗性的原因可能并不相同。糯玉米、甜糯玉米籽粒具有含量較高的支鏈淀粉，甜玉米則具有含量較高的可溶性糖，更易受到草地貪夜蛾偏愛［1］。熱帶血源的甜玉米品種（組合）籽粒可能具有某些抗性物質(zhì)或蛋白，影響草地貪夜蛾的取食，可作為甜玉米抗蟲育種的材料加以利用。胡慧芬和李賢嘉等田間調(diào)查均發(fā)現(xiàn)，草地貪夜蛾主要通過玉米果穗頂部花絲處鉆蛀取食，鉆蛀玉米果穗中部和果穗基部取食的比例較低［1,24］，因此苞葉的長度、緊實度也一定程度影響穗部性狀的抗性。例如，本試驗中的粵甜試4 號苞葉較長、果穗包裹性較好，果穗表現(xiàn)為中抗。只考慮葉片抗性鑒定結(jié)果，54 份鮮食玉米品種（組合）中只有1 份中抗材料。對穗部性狀鑒定后，中抗材料可達到15 份。因為植物的補償作用，取食葉片并不必然造成產(chǎn)量損失［7］。因此在對草地貪夜蛾抗性進行鑒定時，應(yīng)綜合考慮葉片危害和穗部產(chǎn)量損失情況。對抗性品種利用時，也應(yīng)分析其抗蟲表現(xiàn)來源于營養(yǎng)成分、果穗形態(tài)或是抗蟲基因。

4 結(jié)論

本研究在草地貪夜蛾大爆發(fā)的自然條件下對54 份鮮食玉米品種（組合）的葉片和果穗抗蟲性進行鑒定，經(jīng)過2020 年春季、秋季試驗，鮮食玉米中草地貪夜蛾抗性材料較少，無抗蟲或高抗品種。篩選獲得葉片和果穗同時具有中等抗性的品種1 份，為粵五彩甜糯。同時獲得只在果穗達到中抗水平的鮮食玉米品種（組合）14 份。甜玉米和糯/甜糯玉米在葉片抗性上無顯著差異，而糯/甜糯玉米穗部抗性程度高于甜玉米。具有熱帶血緣的甜玉米品種表現(xiàn)出一定程度的抗性。本研究結(jié)果為鮮食玉米抗蟲育種提供了一定參考。