论文部分内容阅读
摘 要：玉米粗缩病是一种由带毒灰飞虱传播的病毒性病害，可对玉米生产造成严重影响。本文综述了玉米粗缩病的病原、病害症状、发病规律与防治手段，并对玉米粗缩病抗性育种研究进行了概述，着重介绍了玉米粗缩病抗性育种在常规育种、分子标记辅助育种及转基因育种中取得的进展。
关键词：玉米粗缩病；抗病育种；研究进展
中图分类号：S435.131.4+9-1 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2013）10-0140-06
玉米粗缩病是一种由带毒灰飞虱传播的病毒性病害，1945年首次在以色列[1]发现，此后在法国、希腊等欧洲国家和阿根廷等南美洲国家[2～4]均有不同程度发生。近几年，玉米粗缩病在我国玉米主产区的发病率有明显上升趋势，且发病范围广、危害重，对玉米生产构成了严重威胁，逐渐成为玉米主要病害。山东省自2005年以来连续5年严重发生该病害，2005年玉米粗缩病发病面积16.47万公顷，2006年19.8万公顷，2007年22.67万公顷，2008年80万公顷，2009年53.33余万公顷，2010年不少于80万公顷[5]。由于特殊年份气候影响，近两年在山东的危害相对较轻。
1 症状
玉米出苗后即可感病，五叶期到六叶期症状显现。植株感病后，节间缩短变粗，严重矮化，叶片浓绿对生，宽短硬直，状如君子兰；顶叶簇生，叶心卷曲变小；叶鞘、果穗苞叶上具有粗细不一的蜡白色突起条斑，有明显的粗糙感[6]；病株分蘖多，根系不发达，变短、变细、纵裂，易拔出。苗期感病植株株高仅为正常株高的1/3～1/2，不能抽穗结实，往往提早枯死[7]。
2 病原
玉米粗缩病毒（maize rough dwarf virus， MRDV）、水稻黑条矮缩病毒（rice black-streaked dwarf virus， RBSDV）、马德里约柯托病毒（Malde Rio Cuarto Virus，MRCV）和南方黑条矮缩病毒（southern black streaked dwarf virus，SBSDV）[8]，是迄今报道的能引起玉米粗缩病的4种病原。这4种病毒都属于呼肠孤病毒科（Reoviridae） 斐济病毒属（Fijivirus）。MRDV、RBSDV通过带毒的灰飞虱在水稻、玉米、小麦等禾谷类作物以及寄主杂草中传播，产生相同或相似的病状。通过血清学对比试验和cDNA为探针的杂交试验表明， MRDV、RBSDV是两种不同的病毒[9]，在欧洲、中东地区及北美洲引起玉米粗缩病的病毒为MRDV[10]。MRCV主要分布在阿根廷、巴西和乌拉圭，其线性基因片段S1～S10的序列与RBSDV同源性达到44.8%～84.5%，最初认为MRCV是MRDV的一个株系，现已定为新种[11]。张恒木等（2001）[12]通过对病毒线性基因片段S1～S10的序列同源性分析，确认引起我国玉米粗缩病的病原是RBSDV。2003年，王朝辉完成了湖北玉米分离物的基因组全序列测定和功能预测分析，进一步证明引起我国玉米粗缩病和水稻黑条矮缩病的病原为RBSDV[13]。RBSDV 基因组由10 条双链RNA（dsRNA）组成，RBSDV 的S1～S10基因片段的2 个末端均为5′-AAGTTTTT T……CAGCTA （G）T（C/A）T（C）GTC-3′的完全保守序列，且靠近末端保守序列都存在1个7～11 bp 的倒转重复序列，但每条基因组片段的重复序列各不相同[14]。陈佳等（2008）[15]分析了引起玉米粗缩病的水稻黑条矮缩病毒4个山东分离物S10片段首次发现RBSDV 基因组中有重组现象。
3 发病规律
春季带毒的灰飞虱把病毒传播到返青小麦上，没有带毒的灰飞虱在小麦感病株上获得病毒后也把病毒传到返青小麦上，然后再传到玉米上。第2、3、4代灰飞虱主要在水稻、玉米及田间杂草上越夏，秋季冬小麦出苗后，灰飞虱迁至麦田及越冬杂草上传毒越冬，形成全年病害循环。病毒在灰飞虱体内可增殖和越冬，但不能经卵传给下一代。玉米二叶一心时极易感病，拔节后抗病能力增强。玉米出苗至5叶期如与传毒昆虫迁飞高峰期相遇就容易发病，迁飞高峰后21天出现玉米粗缩病发病高峰。冬季温暖干燥有利于灰飞虱安全越冬；夏季少雨有利于灰飞虱若虫羽化；夏季降雨偏多以及气温偏低利于灰飞虱生长繁殖 [16]。北方玉米区，春玉米4月中旬以后播种的发病重，且播期越晚，感病越重。夏玉米以麦套玉米感病重，直播感病轻，且早播的重，晚播感病轻。套种田、杂草多的玉米田发病重。
4 防治手段
毒源、介体、玉米感病品种是该病发生的3个必要条件。当毒源积累到一定程度，并有足够的介体和感病品种，就可能造成该病流行。目前，对该病的防治应运用“避、除、抗、防”开展综合防治[17]。
4.1 调整播期
适当调整播期、改变种植模式，采用早播或麦后直播、适当晚收的种植模式，可避免或减轻病害，提高玉米产量[18]。春玉米应提前到4月上旬播种，夏播玉米在5月底6月上旬播种为宜，套种距麦收前7天左右，最好麦后抢茬直播或毁茬播种。重病田应于麦收后灭茬直播，躲过5月中旬至6月上旬一代灰飞虱成虫、若虫盛发传毒期；轻病田于麦收前5～7天套播，尽量缩短小麦和玉米的共生期，避开越冬成虫发生高峰期[19]。
4.2 加强田间管理
路边田间杂草不仅是翌年农田杂草的种源基地，也是玉米粗缩病传毒介体灰飞虱的越冬越夏寄主。小麦收获后，应及早深耕灭茬，铲除田间杂草消灭毒源。另外，促苗早发、及时间苗、定苗，发现病株及时拔除，带出田外埋掉，减少毒源。合理施肥、浇水，加强田间管理，促进玉米生长，缩短感病期，减少传毒机会。 4.3 药物防治
收麦后，每667m2田块选用25%噻嗪酮30～40 g加10%吡虫啉可湿性粉剂加水喷洒收割后的麦田及沟边、地头[20]。可在玉米7叶期前使用2.5%吡虫啉1 000倍液及10%病毒王可湿性粉剂600倍混合液喷雾防治，隔6～7天喷1次，连喷2～3次，可起到很好的防治效果[21]。
4.4 种植抗病品种
种植抗病品种不仅能从根本上降低虫源和毒源，对当季玉米生产有益，而且降低下季作物的病毒和带毒虫的来源。国内已对大量玉米材料进行了抗性鉴定，未发现对粗缩病免疫的材料，高抗材料也不多见。具有Reid 和Lancaster 血缘的种质如郑58、掖478、5003、掖107、Mo17、自330、8112 等易感病，而PB亚群如齐319、X178、N87-1、沈137 等和塘四平头亚群的黄早四、昌7-2、K12等的抗病性相对较好，可作为抗粗缩病育种的基础材料[22]。
5 育种研究
5.1 常规育种
王安乐等（2006）[23]选择5003、E28、91_367、803_2、422、中黄64 等6个玉米自交系。将自交系材料种植于天然病圃中使其自然发病，在成株期调查发病率和病情指数，并从中选择无病健康植株套袋进行本系内混交留种， 连续选择3个轮回。然后将各个轮回的种子于同年份同条件下种植， 进行抗粗缩病特性鉴定，比较各世代的抗性差异。然后进行轮选效应测定用原始C0自交系和选后的C3自交系各自组成3 对杂交种，代表中抗水平的组合91_367×803_2， 改良前的病损率为13.2%， 改良后的病损率降低到1.6% ，病害损失基本得以消除， 在生产上的使用价值较大。马英建等（2010）[24]通过Mo17、掖478和沈5003等6个自交系综合杂交后自交选育出母本LN287，通过丹340/Lx9801为基础材料自交选育父本LN518，以母本LN287、父本LN518产生一代杂交种青农105对玉米粗缩病有极高的抗性。
5.2 分子标记开发及QTL定位
对玉米粗缩病抗性一致QTL发掘和遗传基础的深刻揭示为进一步寻找与抗玉米粗缩病紧密连锁的分子标记以及应用分子标记辅助选择技术改良玉米粗缩病的抗性提供了理论和技术支持，同时还可通过对这些位点的辅助选择创建近等基因系，为进一步开展玉米粗缩病抗性基因的精确定位及克隆奠定研究基础。
何龙等（2008）[25]以高抗粗缩病玉米自交系齐319和高感粗缩病玉米自交系掖478的189个F2群体为研究材料，利用SSR 分子标记， 在玉米抗、感亲本自交系间广泛筛选多态性标记， 并运用BSA 法，找到1个与玉米粗缩病抗性基因连锁的SSR 分子标记，初步认定齐319的玉米粗缩病抗性基因位于第2染色体上，与标记Bnlg125连锁。陈艳萍等（2008）[26]以感病自交系苏951和抗病自交系87-1为研究材料，在玉米第5和第9染色体上找到了2个与玉米粗缩病抗病位点有连锁关系的分子标记标记umc1155 、 umc1505，说明在自交系87-1中至少可能存在2个玉米粗缩病抗性基因。李斌等（2009）[27]在王飞定位的基础之上，用来自抗病自交系90110和感病自交系掖478杂交后代的重组自交系F038141和F072141为亲本，构建了F2群体，最终将第7号染色体上的抗病位点定位于SSR标记umc1401和L6之间，与两者的距离均为0.7 cM ，找到了4个存在于定位区间内的可能性较大的候选基因。史利玉（2010）[28]结果表明，在X178×B73 RIL群体中检测到玉米第8染色体8.03处存在1个主效抗病QTL，其抗性基因来源为亲本X178。在黄早四×掖107RIL群体，于染色体2、3、4、6、7、8、10均检测到抗病QTL，其效应较小。通过比较定位分析以及抗病基因簇集分布，发现在玉米第3染色体3.04（SNP610-SNP1438）处、第4染色体4.03（SNP1287- SNP581）处、第6染色体（SNP1518- SNP408）处、第7染色体7.02/03（SNP637- SNP686）处、第8染色体8.06（SNP619- SNP68）处存在玉米粗缩病抗性位点。商伟等（2011）[29]利用玉米抗粗缩病的自交系80007 和感病自交系80044 组合衍生的205个株系为试验材料，利用F6株系的抗性表现来替代F5单株的抗性分别在山东省泰安和肥城种植，将抗病QTL 定位到了第1、2、5 染色体上、其中位于第2 染色体上、标记区间为mmc0111-bnlg1297 的QTL，在两个环境中被重复检测到，可分别解释抗粗缩病表型变异的17. 74%和8. 76%，认为其为效应值大的QTL。石明亮等（2012）[30]该研究调查了GY220×1145杂交衍生的RIL群体109个家系（F10-11） 在2个环境下粗缩病的抗感表型值，结合该组合由272个DNA分子标记构建的遗传连锁图谱，运用多元回归模型和混合线性模型都检测到的位点是MRDD2-22，位于第4染色体长臂97M7806～n142标记区间，抗性等位基因来自自交系1145， MRDD2-22位点可用于分子标记辅助选择进行玉米自交系粗缩病抗性的改良。
5.3 转基因育种
通过转基因育种的方法，在植物上已有13个QTL 被克隆[31～43]，其中11 个是采用图位克隆得到的，这表明图位克隆策略在QTL 的克隆以及转基因育种上扮演着极其重要的角色。Price（2006）[44]对一些已经确定物理位置的数量基因进行分析，发现其真实位置十分接近于它们在初步定位中的LOD（logarithms of odds ratio）值高峰（两者间的间距浮动在0～1.9 cM 之间），而且多次定位中的平均LOD值与目标QTL的真实位置更加接近。Price直接利用初步定位的LOD值等数据信息进行QTL 图位克隆。在抗玉米粗缩病基因初步定位的基础上筛选候选基因，对真核翻译起始因子4E （Eukaryotic Initiation Factor 4E， eIF4E）进行功能分析，验证该候选基因与玉米粗缩病毒的关系，推测其可能的抗性机理，试图了解该候选基因在玉米粗缩病抗病育种中的价值。但是有关玉米粗缩病抗性基因克隆及成功导入的文章还未见报道。 RNA沉默是植物的一种天然防御病毒的方法，Ma等（2004）[45]以水稻矮缩病毒（RDV）基因组中第八片段编码区128～754 bp的序列为臂构建hpRNA，并克隆到植物表达载体pROK-2上，通过农杆菌介导的方法转化水稻“中花11”，结果表明转基因水稻对RDV具有高抗性或表现为症状延迟。Takumi等（2011）[46]通过RNA沉默方法得到的转基因水稻后代对RBSDV的抗性明显提高。这些研究为探索利用RNA沉默技术，培育抗玉米粗缩病品种奠定了基础。
6 问题与展望
玉米粗缩病唯一的传播途径——昆虫传播，传毒昆虫主要为灰飞虱，影响灰飞虱带毒率变化的关键因素、气候变化与玉米粗缩病流行的关系等还缺乏深入研究。此问题的探索将为玉米粗缩病的流行预测提供重要的理论依据。虽然对感染玉米粗缩病后玉米植株的组织病变已有观察，但对寄主与病毒的互作，尤其是寄主的抗性防御机理还缺乏认识，对引起“粗缩”的机理需要进一步探讨，以便寻找新的抗病机制及“治病”措施。建立可行高效的接种鉴定技术，为玉米粗缩病抗性的准确鉴定提供有力的技术支持。
玉米对粗缩病的抗性属于数量性状，由效应不等的多基因控制，其抗性机制比较复杂，表现型与基因型之间没有明确的对应关系。由于 QTL 的位置、效应随材料、时间和地点有较大差异，可靠性较低，现在还不能实现对某一性状全部 QTL 的精确定位，加上上位性效应等因素的影响[47]，所以，关于玉米粗缩病分子育种的研究多数停留在作图、标记鉴定、定位等基础环节，在育种中的应用很少。目前抗玉米粗缩病的玉米种质资源缺乏，应加强玉米抗性种质的挖掘和创新，选择杂交亲本时应尽量使用与育种直接有关的材料，所构建的群体应尽可能做到既是遗传研究群体，又是育种群体，从而缩短基因（QTL）定位与育种应用间的距离，促进抗性基因的发现、克隆、转化等环节高效衔接。将来应进一步对主效QTL进行定位和克隆，从而开展分子标记辅助选择，切实找到与抗病基因紧密相连锁的分子标记，发掘新的抗性基因并利用分子标记辅助育种，缩短育种年限，聚合有利基因，创造优异育种新材料，为大规模培育优良品种创造条件。
参 考 文 献：
[1] Biraghi A. Histological observations on maize plants affected by dwarfing [J]. Notiz Malatt Piante， 1949， 7：l-3.
[2] Harpaz I. Needle transmission of a new maize virus [J]. Nature，1959，184：77-78.
[3] Dovas C I， Eythymiou K， Katis N I. First report of maize rough dwarf virus （MRDV） on maize crops in Greece[J].Plant Pathology，2004，53（2）：238.
[4] Distefano A J， Conci L R， Munoz H M. Sequence analysis of genome segments S4 and S8 of Mal de Rio Cuarto Virus （MRCV）： Evidence that the virus should be a separate Fijivirus species[J]. Aieh.Viro.， 2002， 147（9）：1699-1709.
[5] 孔晓民，韩成卫，曾苏明，等.玉米粗缩病发生规律与防控对策[J].吉林农业科学，2010， 35（5）： 31-33.
[6] 钱幼亭，孙晓平，刘 艳.我国玉米粗缩病发生现状和综合防治策略探讨[A].中国植物保护研究进展[M].中国科学技术出版社，1996.
[7] 王同伟.山东省玉米粗缩病流行原因分析及防治对策[J].植保技术与推广，1997，17（2）：16-17.
[8] Zhang H M，Yang J，Chen J P，et a1.A black-streaked dwarf disease on rice in China is caused by a novel Fijivirus [J].Arch Virol.，2008，153（10）：1893-1898.
[9] van Regenmortel M H V， Fauquet C M， Bishop D H L， et al. Virus taxonomy： Seventh report of the international committee on taxonomy of viruses [M]. New York and San Diego： Academic Press， 2000.
[10]Milne R G， Maurizio C， Vittoria L. Partial purification， structure and infectivity of complete maize rough dwarf virus particles [J]. Virology， 1973， 53（1）： 130- 141.
[11]Distéfano A J， Conci L R， Muňoz H M. Sequence and phylogenetic analysis of genome segments S1， S2， S3 and S6 of Malde Río Cuarto virus， a newly accepted Fijivirus species[J]. Virus Research， 2003， 92（1）： 113- 121. [12]张恒木，雷娟利，陈剑平. 浙江和河北发生的一种水稻、小麦、玉米矮缩病是水稻黑条矮缩病毒引起的[J]. 中国病毒学，2001，16（3）： 246- 251.
[13]Wang Z H， Fang S G， Xu J L， et al. Sequence analysis of the complete genome of rice black-streaked dwarf virus isolated from maize with rough dwarf disease[J]. Virus Genes， 2003， 27（2）：163-168.
[14]Zhang H M， Chen J P， Adams M J. Molecular characterisation of segments 1 to 6 of rice black-streaked dward virus from China provides the complete genome[J]. Archives of Virology， 2001，146（12）：2331-2339.
[15]陈 佳，朱芹芹，袁从阳，等. 引起玉米粗缩病的水稻黑条矮缩病毒山东分离物的分子特性 [J].植物病理学报，2008，38（5）： 540-543.
[16]张仲恺， 李 毅.云南植物病毒[M].北京：科技出版社，2001.
[17]张晓婷， 高 飞，张立荣，等 河南省部分地区玉米粗缩病暴发原因分析与防治对策[J]. 河南农业科学，2011，40（2）：100-102 .
[18]苏加岱，刘汉舒，胡英华，等.黄淮海流域玉米粗缩病发生原因分析及防治对策[J].山东农业科学，2009，9： 59-61.
[19]许海涛，许 波，王友华，等.玉米粗缩病发生规律及防治方法[J].大麦与谷类科学，2009，3：35-36.
[20]马 侠.中美玉米种质粗缩病抗性的聚类分析及STS分子标记的筛选[D]. 泰安：山东农业大学， 2011.
[21]彭 亮，王永锋，伊卫刚. 玉米粗缩病的发生规律及防治技术[J].中国种业，2010，10：85-86.
[22]陈永坤，李新海，肖木辑，等. 64 份玉米自交系抗粗缩病的遗传变异分析[J]. 作物学报，2006，32（12）： 1848- 1854.
[23]王安乐，赵德发，陈朝晖，等. 玉米自交系抗粗缩病特性的遗传基础及轮回选择效应研究[J]. 玉米科学，2000，18（1）： 80- 82.
[24]马英建，史志梅，孟庆禹.高抗粗缩病毒病玉米品种青农105的选育技术[J]. 种子世界，2010，12：33-34.
[25]何 龙， 王伯初， 吴 红， 等. 玉米粗缩病抗性基因SSR标记初步研究[J]. 广东农业科学，2008， 8： 5-8.
[26]陈艳萍， 孟庆长， 袁建华. 利用SSR-BSA技术筛选玉米粗缩病抗性基因分子标记[J]. 江苏农业学报， 2008， 24（5）： 590-594.
[27]李 斌. 玉米粗缩病7号染色体抗病位点的精细定位[D]. 济南：山东大学， 2009.
[28]史利玉.玉米粗缩病抗性遗传研究[D].雅安：四川农业大学，2010.
[29]商 伟，张彦军，魏海忠，等. 玉米SSR 连锁图谱构建和粗缩病抗性QTL的初步定位[J]. 山东农业科学， 2011，12： 1-6.
[30]石明亮，薛 林，梁 奎，等.玉米GY220×1145组合粗缩病抗性的QTL定位分析[J].江苏农业学报，2012，28（2）：259-264.
[31]El-Assal S E D， Alonso-Blanco C， Peeters A J M， et al. QTL for flowering time in Arabidopsis reveals a novel allele of CRY2 [J].Nature Genetics，2001， 29（4）： 435-440.
[32]Werner J D， Borevitz J O， Warthmann N， et al. Quantitative trait locus mapping and DNA array hybridization identify an FLM deletion as a cause for natural flowering time variation[J].Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America， 2005，102 （7）： 2460-2465.
[33]Kroymann J， Donnerhacke S， Schnabelrauch D， et al. Evolutionary dynamics of an Arabidopsis insect resistance quantitative trait locus [J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America， 2003， 100（Suppl 2）：14587-14592.
[34]Doebley J， Stec A， Hubbard L. The evolution of apical dominance in maize[J]. Nature， 1997，386（6624）： 485-488. [35]Yano M， Katayose Y， Ashikari M， et al. Hd1， a major photoperiod sensitivity quantitative trait locus in rice， is closely related to the Arabidopsis flowering time gene CONSTANS [J]. Plant Cell， 2000， 12（12）： 2473-2484.
[36]Kojima S， Takahashi Y， Kobayashi Y， et al. Hd3a， a rice ortholog of the Arabidopsis FT gene， promotes transition to flowering downstream of Hd1 under short-day conditions [J]. Plant and Cell Physiology， 2002， 43（10）： 1096-1105.
[37]Tkahashi Y， Shomura A， Sasaki T， et al. Hd6， a rice quantitative trait locus involved in photoperiod sensitivity， encodes the a-subunit of protein kinase CK2 [J]. Proc. Natl . Acad. Sci. U. S. A.， 2001， 98（14）： 7922-7927.
[38]Doi K， Izawa T， Fuse T， et al. Ehd1， a B-type response regulator in rice， confers short-day promotion of flowering and controls FT-like gene expression independently of Hd1 [J]. Genes & Development， 2004， 18（8）： 926-936.
[39]Fridman E， Carrari F， Liu Y S，et al. Zooming in on a quantitative trait for tomato yield using interspecific introgressions[J].Science， 2004，305（5691）：1786-1789.
[40]Liu J， van Eck J， Cong B， et al. A new class of regulatory genes underlying the cause of pear-shaped tomato fruit [J]. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.， 2002， 99（20）： 13302-13306.
[41]Frary A， Nesbitt T C， Grandillo S， et al. fw2.2： a quantitative trait locus key to the evolution of tomato fruit size [J]. Science， 2000，289 （5476）： 85-88.
[42]Ishiimaru K， Ono K， Kashiwagi T. Identification of a new gene controlling plant height in rice using the candidate-gene strategy[J]. Planta， 2004， 218（3）： 388-395.
[43]Mouchel C F， Briggs G C， Hardtke C S， et al. Natural genetic variation in Arabidopsis identifies BREVIS RADIX， a novel regulator of cell proliferation and elongation in the root [J]. Genes Development， 2004， 18（6）： 700-714.
[44]Price A H. Believe it or not， QTLs are accurate！[J]. Trends Plant Sci.， 2006， 11（5）： 213-217.
[45]Ma Z L，Yang H Y，Wang R，et al. Construct hairpin RNA to fight against rice dwarf virus[J]. Acta BotanicaSinica， 2004，46（3）：332-336.
[46]Shimizu T，Nakazono-Nagaoka E， Akita F， et al. Immunity to rice black streaked dwarf virus， a plant reovirus， can be achieved in rice plants by RNA silencing against the gene for the viroplasm component protein[J]. Virus Research， 2011，160（1-2）：400-403.
[47]方宣钧， 吴为人， 唐纪良. 作物 DNA 标记辅助育种[M]. 北京： 科学出版社， 2002.
关键词：玉米粗缩病；抗病育种；研究进展
中图分类号：S435.131.4+9-1 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2013）10-0140-06
玉米粗缩病是一种由带毒灰飞虱传播的病毒性病害，1945年首次在以色列[1]发现，此后在法国、希腊等欧洲国家和阿根廷等南美洲国家[2～4]均有不同程度发生。近几年，玉米粗缩病在我国玉米主产区的发病率有明显上升趋势，且发病范围广、危害重，对玉米生产构成了严重威胁，逐渐成为玉米主要病害。山东省自2005年以来连续5年严重发生该病害，2005年玉米粗缩病发病面积16.47万公顷，2006年19.8万公顷，2007年22.67万公顷，2008年80万公顷，2009年53.33余万公顷，2010年不少于80万公顷[5]。由于特殊年份气候影响，近两年在山东的危害相对较轻。
1 症状
玉米出苗后即可感病，五叶期到六叶期症状显现。植株感病后，节间缩短变粗，严重矮化，叶片浓绿对生，宽短硬直，状如君子兰；顶叶簇生，叶心卷曲变小；叶鞘、果穗苞叶上具有粗细不一的蜡白色突起条斑，有明显的粗糙感[6]；病株分蘖多，根系不发达，变短、变细、纵裂，易拔出。苗期感病植株株高仅为正常株高的1/3～1/2，不能抽穗结实，往往提早枯死[7]。
2 病原
玉米粗缩病毒（maize rough dwarf virus， MRDV）、水稻黑条矮缩病毒（rice black-streaked dwarf virus， RBSDV）、马德里约柯托病毒（Malde Rio Cuarto Virus，MRCV）和南方黑条矮缩病毒（southern black streaked dwarf virus，SBSDV）[8]，是迄今报道的能引起玉米粗缩病的4种病原。这4种病毒都属于呼肠孤病毒科（Reoviridae） 斐济病毒属（Fijivirus）。MRDV、RBSDV通过带毒的灰飞虱在水稻、玉米、小麦等禾谷类作物以及寄主杂草中传播，产生相同或相似的病状。通过血清学对比试验和cDNA为探针的杂交试验表明， MRDV、RBSDV是两种不同的病毒[9]，在欧洲、中东地区及北美洲引起玉米粗缩病的病毒为MRDV[10]。MRCV主要分布在阿根廷、巴西和乌拉圭，其线性基因片段S1～S10的序列与RBSDV同源性达到44.8%～84.5%，最初认为MRCV是MRDV的一个株系，现已定为新种[11]。张恒木等（2001）[12]通过对病毒线性基因片段S1～S10的序列同源性分析，确认引起我国玉米粗缩病的病原是RBSDV。2003年，王朝辉完成了湖北玉米分离物的基因组全序列测定和功能预测分析，进一步证明引起我国玉米粗缩病和水稻黑条矮缩病的病原为RBSDV[13]。RBSDV 基因组由10 条双链RNA（dsRNA）组成，RBSDV 的S1～S10基因片段的2 个末端均为5′-AAGTTTTT T……CAGCTA （G）T（C/A）T（C）GTC-3′的完全保守序列，且靠近末端保守序列都存在1个7～11 bp 的倒转重复序列，但每条基因组片段的重复序列各不相同[14]。陈佳等（2008）[15]分析了引起玉米粗缩病的水稻黑条矮缩病毒4个山东分离物S10片段首次发现RBSDV 基因组中有重组现象。
3 发病规律
春季带毒的灰飞虱把病毒传播到返青小麦上，没有带毒的灰飞虱在小麦感病株上获得病毒后也把病毒传到返青小麦上，然后再传到玉米上。第2、3、4代灰飞虱主要在水稻、玉米及田间杂草上越夏，秋季冬小麦出苗后，灰飞虱迁至麦田及越冬杂草上传毒越冬，形成全年病害循环。病毒在灰飞虱体内可增殖和越冬，但不能经卵传给下一代。玉米二叶一心时极易感病，拔节后抗病能力增强。玉米出苗至5叶期如与传毒昆虫迁飞高峰期相遇就容易发病，迁飞高峰后21天出现玉米粗缩病发病高峰。冬季温暖干燥有利于灰飞虱安全越冬；夏季少雨有利于灰飞虱若虫羽化；夏季降雨偏多以及气温偏低利于灰飞虱生长繁殖 [16]。北方玉米区，春玉米4月中旬以后播种的发病重，且播期越晚，感病越重。夏玉米以麦套玉米感病重，直播感病轻，且早播的重，晚播感病轻。套种田、杂草多的玉米田发病重。
4 防治手段
毒源、介体、玉米感病品种是该病发生的3个必要条件。当毒源积累到一定程度，并有足够的介体和感病品种，就可能造成该病流行。目前，对该病的防治应运用“避、除、抗、防”开展综合防治[17]。
4.1 调整播期
适当调整播期、改变种植模式，采用早播或麦后直播、适当晚收的种植模式，可避免或减轻病害，提高玉米产量[18]。春玉米应提前到4月上旬播种，夏播玉米在5月底6月上旬播种为宜，套种距麦收前7天左右，最好麦后抢茬直播或毁茬播种。重病田应于麦收后灭茬直播，躲过5月中旬至6月上旬一代灰飞虱成虫、若虫盛发传毒期；轻病田于麦收前5～7天套播，尽量缩短小麦和玉米的共生期，避开越冬成虫发生高峰期[19]。
4.2 加强田间管理
路边田间杂草不仅是翌年农田杂草的种源基地，也是玉米粗缩病传毒介体灰飞虱的越冬越夏寄主。小麦收获后，应及早深耕灭茬，铲除田间杂草消灭毒源。另外，促苗早发、及时间苗、定苗，发现病株及时拔除，带出田外埋掉，减少毒源。合理施肥、浇水，加强田间管理，促进玉米生长，缩短感病期，减少传毒机会。 4.3 药物防治
收麦后，每667m2田块选用25%噻嗪酮30～40 g加10%吡虫啉可湿性粉剂加水喷洒收割后的麦田及沟边、地头[20]。可在玉米7叶期前使用2.5%吡虫啉1 000倍液及10%病毒王可湿性粉剂600倍混合液喷雾防治，隔6～7天喷1次，连喷2～3次，可起到很好的防治效果[21]。
4.4 种植抗病品种
种植抗病品种不仅能从根本上降低虫源和毒源，对当季玉米生产有益，而且降低下季作物的病毒和带毒虫的来源。国内已对大量玉米材料进行了抗性鉴定，未发现对粗缩病免疫的材料，高抗材料也不多见。具有Reid 和Lancaster 血缘的种质如郑58、掖478、5003、掖107、Mo17、自330、8112 等易感病，而PB亚群如齐319、X178、N87-1、沈137 等和塘四平头亚群的黄早四、昌7-2、K12等的抗病性相对较好，可作为抗粗缩病育种的基础材料[22]。
5 育种研究
5.1 常规育种
王安乐等（2006）[23]选择5003、E28、91_367、803_2、422、中黄64 等6个玉米自交系。将自交系材料种植于天然病圃中使其自然发病，在成株期调查发病率和病情指数，并从中选择无病健康植株套袋进行本系内混交留种， 连续选择3个轮回。然后将各个轮回的种子于同年份同条件下种植， 进行抗粗缩病特性鉴定，比较各世代的抗性差异。然后进行轮选效应测定用原始C0自交系和选后的C3自交系各自组成3 对杂交种，代表中抗水平的组合91_367×803_2， 改良前的病损率为13.2%， 改良后的病损率降低到1.6% ，病害损失基本得以消除， 在生产上的使用价值较大。马英建等（2010）[24]通过Mo17、掖478和沈5003等6个自交系综合杂交后自交选育出母本LN287，通过丹340/Lx9801为基础材料自交选育父本LN518，以母本LN287、父本LN518产生一代杂交种青农105对玉米粗缩病有极高的抗性。
5.2 分子标记开发及QTL定位
对玉米粗缩病抗性一致QTL发掘和遗传基础的深刻揭示为进一步寻找与抗玉米粗缩病紧密连锁的分子标记以及应用分子标记辅助选择技术改良玉米粗缩病的抗性提供了理论和技术支持，同时还可通过对这些位点的辅助选择创建近等基因系，为进一步开展玉米粗缩病抗性基因的精确定位及克隆奠定研究基础。
何龙等（2008）[25]以高抗粗缩病玉米自交系齐319和高感粗缩病玉米自交系掖478的189个F2群体为研究材料，利用SSR 分子标记， 在玉米抗、感亲本自交系间广泛筛选多态性标记， 并运用BSA 法，找到1个与玉米粗缩病抗性基因连锁的SSR 分子标记，初步认定齐319的玉米粗缩病抗性基因位于第2染色体上，与标记Bnlg125连锁。陈艳萍等（2008）[26]以感病自交系苏951和抗病自交系87-1为研究材料，在玉米第5和第9染色体上找到了2个与玉米粗缩病抗病位点有连锁关系的分子标记标记umc1155 、 umc1505，说明在自交系87-1中至少可能存在2个玉米粗缩病抗性基因。李斌等（2009）[27]在王飞定位的基础之上，用来自抗病自交系90110和感病自交系掖478杂交后代的重组自交系F038141和F072141为亲本，构建了F2群体，最终将第7号染色体上的抗病位点定位于SSR标记umc1401和L6之间，与两者的距离均为0.7 cM ，找到了4个存在于定位区间内的可能性较大的候选基因。史利玉（2010）[28]结果表明，在X178×B73 RIL群体中检测到玉米第8染色体8.03处存在1个主效抗病QTL，其抗性基因来源为亲本X178。在黄早四×掖107RIL群体，于染色体2、3、4、6、7、8、10均检测到抗病QTL，其效应较小。通过比较定位分析以及抗病基因簇集分布，发现在玉米第3染色体3.04（SNP610-SNP1438）处、第4染色体4.03（SNP1287- SNP581）处、第6染色体（SNP1518- SNP408）处、第7染色体7.02/03（SNP637- SNP686）处、第8染色体8.06（SNP619- SNP68）处存在玉米粗缩病抗性位点。商伟等（2011）[29]利用玉米抗粗缩病的自交系80007 和感病自交系80044 组合衍生的205个株系为试验材料，利用F6株系的抗性表现来替代F5单株的抗性分别在山东省泰安和肥城种植，将抗病QTL 定位到了第1、2、5 染色体上、其中位于第2 染色体上、标记区间为mmc0111-bnlg1297 的QTL，在两个环境中被重复检测到，可分别解释抗粗缩病表型变异的17. 74%和8. 76%，认为其为效应值大的QTL。石明亮等（2012）[30]该研究调查了GY220×1145杂交衍生的RIL群体109个家系（F10-11） 在2个环境下粗缩病的抗感表型值，结合该组合由272个DNA分子标记构建的遗传连锁图谱，运用多元回归模型和混合线性模型都检测到的位点是MRDD2-22，位于第4染色体长臂97M7806～n142标记区间，抗性等位基因来自自交系1145， MRDD2-22位点可用于分子标记辅助选择进行玉米自交系粗缩病抗性的改良。
5.3 转基因育种
通过转基因育种的方法，在植物上已有13个QTL 被克隆[31～43]，其中11 个是采用图位克隆得到的，这表明图位克隆策略在QTL 的克隆以及转基因育种上扮演着极其重要的角色。Price（2006）[44]对一些已经确定物理位置的数量基因进行分析，发现其真实位置十分接近于它们在初步定位中的LOD（logarithms of odds ratio）值高峰（两者间的间距浮动在0～1.9 cM 之间），而且多次定位中的平均LOD值与目标QTL的真实位置更加接近。Price直接利用初步定位的LOD值等数据信息进行QTL 图位克隆。在抗玉米粗缩病基因初步定位的基础上筛选候选基因，对真核翻译起始因子4E （Eukaryotic Initiation Factor 4E， eIF4E）进行功能分析，验证该候选基因与玉米粗缩病毒的关系，推测其可能的抗性机理，试图了解该候选基因在玉米粗缩病抗病育种中的价值。但是有关玉米粗缩病抗性基因克隆及成功导入的文章还未见报道。 RNA沉默是植物的一种天然防御病毒的方法，Ma等（2004）[45]以水稻矮缩病毒（RDV）基因组中第八片段编码区128～754 bp的序列为臂构建hpRNA，并克隆到植物表达载体pROK-2上，通过农杆菌介导的方法转化水稻“中花11”，结果表明转基因水稻对RDV具有高抗性或表现为症状延迟。Takumi等（2011）[46]通过RNA沉默方法得到的转基因水稻后代对RBSDV的抗性明显提高。这些研究为探索利用RNA沉默技术，培育抗玉米粗缩病品种奠定了基础。
6 问题与展望
玉米粗缩病唯一的传播途径——昆虫传播，传毒昆虫主要为灰飞虱，影响灰飞虱带毒率变化的关键因素、气候变化与玉米粗缩病流行的关系等还缺乏深入研究。此问题的探索将为玉米粗缩病的流行预测提供重要的理论依据。虽然对感染玉米粗缩病后玉米植株的组织病变已有观察，但对寄主与病毒的互作，尤其是寄主的抗性防御机理还缺乏认识，对引起“粗缩”的机理需要进一步探讨，以便寻找新的抗病机制及“治病”措施。建立可行高效的接种鉴定技术，为玉米粗缩病抗性的准确鉴定提供有力的技术支持。
玉米对粗缩病的抗性属于数量性状，由效应不等的多基因控制，其抗性机制比较复杂，表现型与基因型之间没有明确的对应关系。由于 QTL 的位置、效应随材料、时间和地点有较大差异，可靠性较低，现在还不能实现对某一性状全部 QTL 的精确定位，加上上位性效应等因素的影响[47]，所以，关于玉米粗缩病分子育种的研究多数停留在作图、标记鉴定、定位等基础环节，在育种中的应用很少。目前抗玉米粗缩病的玉米种质资源缺乏，应加强玉米抗性种质的挖掘和创新，选择杂交亲本时应尽量使用与育种直接有关的材料，所构建的群体应尽可能做到既是遗传研究群体，又是育种群体，从而缩短基因（QTL）定位与育种应用间的距离，促进抗性基因的发现、克隆、转化等环节高效衔接。将来应进一步对主效QTL进行定位和克隆，从而开展分子标记辅助选择，切实找到与抗病基因紧密相连锁的分子标记，发掘新的抗性基因并利用分子标记辅助育种，缩短育种年限，聚合有利基因，创造优异育种新材料，为大规模培育优良品种创造条件。
参 考 文 献：
[1] Biraghi A. Histological observations on maize plants affected by dwarfing [J]. Notiz Malatt Piante， 1949， 7：l-3.
[2] Harpaz I. Needle transmission of a new maize virus [J]. Nature，1959，184：77-78.
[3] Dovas C I， Eythymiou K， Katis N I. First report of maize rough dwarf virus （MRDV） on maize crops in Greece[J].Plant Pathology，2004，53（2）：238.
[4] Distefano A J， Conci L R， Munoz H M. Sequence analysis of genome segments S4 and S8 of Mal de Rio Cuarto Virus （MRCV）： Evidence that the virus should be a separate Fijivirus species[J]. Aieh.Viro.， 2002， 147（9）：1699-1709.
[5] 孔晓民，韩成卫，曾苏明，等.玉米粗缩病发生规律与防控对策[J].吉林农业科学，2010， 35（5）： 31-33.
[6] 钱幼亭，孙晓平，刘 艳.我国玉米粗缩病发生现状和综合防治策略探讨[A].中国植物保护研究进展[M].中国科学技术出版社，1996.
[7] 王同伟.山东省玉米粗缩病流行原因分析及防治对策[J].植保技术与推广，1997，17（2）：16-17.
[8] Zhang H M，Yang J，Chen J P，et a1.A black-streaked dwarf disease on rice in China is caused by a novel Fijivirus [J].Arch Virol.，2008，153（10）：1893-1898.
[9] van Regenmortel M H V， Fauquet C M， Bishop D H L， et al. Virus taxonomy： Seventh report of the international committee on taxonomy of viruses [M]. New York and San Diego： Academic Press， 2000.
[10]Milne R G， Maurizio C， Vittoria L. Partial purification， structure and infectivity of complete maize rough dwarf virus particles [J]. Virology， 1973， 53（1）： 130- 141.
[11]Distéfano A J， Conci L R， Muňoz H M. Sequence and phylogenetic analysis of genome segments S1， S2， S3 and S6 of Malde Río Cuarto virus， a newly accepted Fijivirus species[J]. Virus Research， 2003， 92（1）： 113- 121. [12]张恒木，雷娟利，陈剑平. 浙江和河北发生的一种水稻、小麦、玉米矮缩病是水稻黑条矮缩病毒引起的[J]. 中国病毒学，2001，16（3）： 246- 251.
[13]Wang Z H， Fang S G， Xu J L， et al. Sequence analysis of the complete genome of rice black-streaked dwarf virus isolated from maize with rough dwarf disease[J]. Virus Genes， 2003， 27（2）：163-168.
[14]Zhang H M， Chen J P， Adams M J. Molecular characterisation of segments 1 to 6 of rice black-streaked dward virus from China provides the complete genome[J]. Archives of Virology， 2001，146（12）：2331-2339.
[15]陈 佳，朱芹芹，袁从阳，等. 引起玉米粗缩病的水稻黑条矮缩病毒山东分离物的分子特性 [J].植物病理学报，2008，38（5）： 540-543.
[16]张仲恺， 李 毅.云南植物病毒[M].北京：科技出版社，2001.
[17]张晓婷， 高 飞，张立荣，等 河南省部分地区玉米粗缩病暴发原因分析与防治对策[J]. 河南农业科学，2011，40（2）：100-102 .
[18]苏加岱，刘汉舒，胡英华，等.黄淮海流域玉米粗缩病发生原因分析及防治对策[J].山东农业科学，2009，9： 59-61.
[19]许海涛，许 波，王友华，等.玉米粗缩病发生规律及防治方法[J].大麦与谷类科学，2009，3：35-36.
[20]马 侠.中美玉米种质粗缩病抗性的聚类分析及STS分子标记的筛选[D]. 泰安：山东农业大学， 2011.
[21]彭 亮，王永锋，伊卫刚. 玉米粗缩病的发生规律及防治技术[J].中国种业，2010，10：85-86.
[22]陈永坤，李新海，肖木辑，等. 64 份玉米自交系抗粗缩病的遗传变异分析[J]. 作物学报，2006，32（12）： 1848- 1854.
[23]王安乐，赵德发，陈朝晖，等. 玉米自交系抗粗缩病特性的遗传基础及轮回选择效应研究[J]. 玉米科学，2000，18（1）： 80- 82.
[24]马英建，史志梅，孟庆禹.高抗粗缩病毒病玉米品种青农105的选育技术[J]. 种子世界，2010，12：33-34.
[25]何 龙， 王伯初， 吴 红， 等. 玉米粗缩病抗性基因SSR标记初步研究[J]. 广东农业科学，2008， 8： 5-8.
[26]陈艳萍， 孟庆长， 袁建华. 利用SSR-BSA技术筛选玉米粗缩病抗性基因分子标记[J]. 江苏农业学报， 2008， 24（5）： 590-594.
[27]李 斌. 玉米粗缩病7号染色体抗病位点的精细定位[D]. 济南：山东大学， 2009.
[28]史利玉.玉米粗缩病抗性遗传研究[D].雅安：四川农业大学，2010.
[29]商 伟，张彦军，魏海忠，等. 玉米SSR 连锁图谱构建和粗缩病抗性QTL的初步定位[J]. 山东农业科学， 2011，12： 1-6.
[30]石明亮，薛 林，梁 奎，等.玉米GY220×1145组合粗缩病抗性的QTL定位分析[J].江苏农业学报，2012，28（2）：259-264.
[31]El-Assal S E D， Alonso-Blanco C， Peeters A J M， et al. QTL for flowering time in Arabidopsis reveals a novel allele of CRY2 [J].Nature Genetics，2001， 29（4）： 435-440.
[32]Werner J D， Borevitz J O， Warthmann N， et al. Quantitative trait locus mapping and DNA array hybridization identify an FLM deletion as a cause for natural flowering time variation[J].Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America， 2005，102 （7）： 2460-2465.
[33]Kroymann J， Donnerhacke S， Schnabelrauch D， et al. Evolutionary dynamics of an Arabidopsis insect resistance quantitative trait locus [J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America， 2003， 100（Suppl 2）：14587-14592.
[34]Doebley J， Stec A， Hubbard L. The evolution of apical dominance in maize[J]. Nature， 1997，386（6624）： 485-488. [35]Yano M， Katayose Y， Ashikari M， et al. Hd1， a major photoperiod sensitivity quantitative trait locus in rice， is closely related to the Arabidopsis flowering time gene CONSTANS [J]. Plant Cell， 2000， 12（12）： 2473-2484.
[36]Kojima S， Takahashi Y， Kobayashi Y， et al. Hd3a， a rice ortholog of the Arabidopsis FT gene， promotes transition to flowering downstream of Hd1 under short-day conditions [J]. Plant and Cell Physiology， 2002， 43（10）： 1096-1105.
[37]Tkahashi Y， Shomura A， Sasaki T， et al. Hd6， a rice quantitative trait locus involved in photoperiod sensitivity， encodes the a-subunit of protein kinase CK2 [J]. Proc. Natl . Acad. Sci. U. S. A.， 2001， 98（14）： 7922-7927.
[38]Doi K， Izawa T， Fuse T， et al. Ehd1， a B-type response regulator in rice， confers short-day promotion of flowering and controls FT-like gene expression independently of Hd1 [J]. Genes & Development， 2004， 18（8）： 926-936.
[39]Fridman E， Carrari F， Liu Y S，et al. Zooming in on a quantitative trait for tomato yield using interspecific introgressions[J].Science， 2004，305（5691）：1786-1789.
[40]Liu J， van Eck J， Cong B， et al. A new class of regulatory genes underlying the cause of pear-shaped tomato fruit [J]. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.， 2002， 99（20）： 13302-13306.
[41]Frary A， Nesbitt T C， Grandillo S， et al. fw2.2： a quantitative trait locus key to the evolution of tomato fruit size [J]. Science， 2000，289 （5476）： 85-88.
[42]Ishiimaru K， Ono K， Kashiwagi T. Identification of a new gene controlling plant height in rice using the candidate-gene strategy[J]. Planta， 2004， 218（3）： 388-395.
[43]Mouchel C F， Briggs G C， Hardtke C S， et al. Natural genetic variation in Arabidopsis identifies BREVIS RADIX， a novel regulator of cell proliferation and elongation in the root [J]. Genes Development， 2004， 18（6）： 700-714.
[44]Price A H. Believe it or not， QTLs are accurate！[J]. Trends Plant Sci.， 2006， 11（5）： 213-217.
[45]Ma Z L，Yang H Y，Wang R，et al. Construct hairpin RNA to fight against rice dwarf virus[J]. Acta BotanicaSinica， 2004，46（3）：332-336.
[46]Shimizu T，Nakazono-Nagaoka E， Akita F， et al. Immunity to rice black streaked dwarf virus， a plant reovirus， can be achieved in rice plants by RNA silencing against the gene for the viroplasm component protein[J]. Virus Research， 2011，160（1-2）：400-403.
[47]方宣钧， 吴为人， 唐纪良. 作物 DNA 标记辅助育种[M]. 北京： 科学出版社， 2002.