侯 璐

(青海大學(xué)省部共建三江源生態(tài)與高原農(nóng)牧業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/青海省農(nóng)林科學(xué)院/農(nóng)業(yè)部西寧作物有害生物科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站/青海省農(nóng)業(yè)有害生物綜合治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海西寧 810016)

4個(gè)春小麥種質(zhì)資源抗條銹性鑒定和抗性遺傳分析

侯 璐

(青海大學(xué)省部共建三江源生態(tài)與高原農(nóng)牧業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/青海省農(nóng)林科學(xué)院/農(nóng)業(yè)部西寧作物有害生物科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站/青海省農(nóng)業(yè)有害生物綜合治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海西寧 810016)

為了解春小麥抗條銹性遺傳規(guī)律，采用7個(gè)條銹菌生理小種(菌系)對(duì)4個(gè)春小麥優(yōu)質(zhì)種質(zhì)進(jìn)行了溫室苗期抗條銹性評(píng)價(jià)，并在大田進(jìn)行成株期抗病性評(píng)價(jià)，對(duì)苗期表現(xiàn)抗病的條銹菌小種進(jìn)行苗期抗條銹性基因遺傳分析。結(jié)果表明，4個(gè)春小麥種質(zhì)對(duì)不同小種的抗性不盡相同，均全生育期抗條銹病，其中XM000002的抗性最強(qiáng)，苗期對(duì)所測(cè)的7個(gè)生理小種(菌系)均表現(xiàn)近免疫或高抗，成株期表現(xiàn)近免疫。遺傳分析結(jié)果表明， YJ011784苗期對(duì)小種CYR33和CYR23表現(xiàn)近免疫的抗性都由一顯一隱兩對(duì)基因獨(dú)立作用，對(duì)CYR27和CYR25的抗性由一對(duì)顯性基因獨(dú)立作用。YJ003443對(duì)CYR32的抗性由兩對(duì)隱性基因共同作用，對(duì)CYR25和CYR23的抗性均由兩對(duì)隱性基因獨(dú)立作用。XM000622對(duì)CYR27和CYR25的抗性均由兩對(duì)隱性基因獨(dú)立作用，對(duì)CYR23的抗性由一對(duì)隱性基因獨(dú)立作用；XM000002對(duì)CYR33和CYR25的抗性都由一對(duì)顯性基因獨(dú)立作用，對(duì)CYR32的抗性由兩對(duì)隱性基因獨(dú)立作用，對(duì)Sun11-4的抗性由一顯一隱兩對(duì)基因共同作用，對(duì)Sun11-6的抗性由一對(duì)隱性基因獨(dú)立作用，對(duì)CYR27和CYR23的抗性都由一顯一隱兩對(duì)基因獨(dú)立作用。

春小麥；種質(zhì)資源；條銹??；遺傳分析

小麥條銹病是由小麥條銹菌(Pucciniastriiformisf.sp.tritici)引起的影響小麥生產(chǎn)的世界性病害之一，在低溫和潮濕環(huán)境下易發(fā)生，從小麥一葉期到成熟，只要植物是綠色都可以發(fā)生感染[1]。小麥條銹菌可隨氣流高空遠(yuǎn)距離傳播，具有發(fā)病范圍廣、流行頻率高、危害嚴(yán)重等特點(diǎn)。農(nóng)藥的大面積及時(shí)使用可以控制該病害，但要投入大量的人力、物力和財(cái)力，而且污染環(huán)境[2]。研究與實(shí)踐證明，選育并利用抗病品種是防治小麥條銹病最有效、經(jīng)濟(jì)和安全的措施[1,3]。由于小麥條銹菌群體毒性結(jié)構(gòu)復(fù)雜，新毒性小種不斷形成，而小麥抗病類型單一，使小麥群體抗病遺傳多樣性變窄，致使小麥條銹病周期性流行。因此，防止小麥品種抗病性“喪失”是持續(xù)控制條銹病流行的重要策略。

如何有效解決抗病性“喪失”這一世界難題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者相繼提出了各種理論與策略，諸如基因輪換[4]、基因布局[5]、采用多基因屏障[6]、利用微效基因抗性[7]、成株抗性[3,7-8]、慢銹性[9]、持久抗性[7]等，其核心是實(shí)現(xiàn)抗病基因的多樣化及合理布局。因此，不斷發(fā)掘新的抗條銹病基因并對(duì)其合理利用具有重要研究意義。抗條銹病基因發(fā)掘及其遺傳特點(diǎn)研究是抗病育種的重要基礎(chǔ)。

青海省是我國(guó)小麥條銹菌的主要越夏流行區(qū)之一[10]，每年擁有大量的小麥條銹病越夏菌源，主要以晚熟春小麥為主。由于這些地區(qū)收割期延遲，使小麥條銹病菌在麥株上可維持其寄生生活到九月中下旬，部分延遲到十月上旬，可以保持大量的菌源到早播冬小麥出苗后，為我國(guó)東部冬麥區(qū)秋苗發(fā)病提供較多的有效菌源。由于青海省內(nèi)種植的春小麥主要以感病品種阿勃為主，這為我國(guó)小麥條銹病越夏菌源區(qū)的區(qū)域治理造成非常不利的局面。研究春小麥種質(zhì)資源，不斷尋找新的抗條銹病基因，增加抗病基因的多樣性，并對(duì)其有效利用是控制青海省小麥條銹病流行最有效、經(jīng)濟(jì)和安全的方法，同時(shí)對(duì)抑制我國(guó)小麥條銹病菌越夏具有重要意義。

在尋找新的抗條銹病基因、增加抗病基因的多樣性方面，國(guó)內(nèi)研究者做了大量的工作。在春小麥方面，曹世勤等[11]對(duì)甘肅省 26 個(gè)春小麥品種(系)進(jìn)行了苗期抗條銹基因分析及成株期抗病性評(píng)價(jià)；李永平等[12]對(duì)臨麥系列春小麥品種進(jìn)行了抗病性分析；周新力等[13]對(duì)80份國(guó)外春小麥種質(zhì)資源進(jìn)行了抗條銹性評(píng)價(jià)；姚 強(qiáng)等[14-15]對(duì)120個(gè)春小麥品種(系)進(jìn)行了成株期抗條銹性鑒定與評(píng)價(jià)，僅對(duì)青春39進(jìn)行了苗期抗條銹性遺傳分析。綜上所述，國(guó)內(nèi)對(duì)春小麥種質(zhì)資源的抗條銹性遺傳分析的研究罕見(jiàn)報(bào)道。本研究擬分析4個(gè)春小麥種質(zhì)資源的抗條銹性特點(diǎn)和抗病基因遺傳規(guī)律，為其在國(guó)內(nèi)抗病育種中的合理利用提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材 料

4個(gè)供試春小麥種質(zhì)資源為YJ011784、YJ003443、XM000622、XM000002，綜合農(nóng)藝性狀好、抗性強(qiáng)，由青海國(guó)家復(fù)份種質(zhì)庫(kù)提供。春小麥感病對(duì)照品種Taichung29(T29)由中國(guó)農(nóng)科院植保所提供。以4個(gè)春小麥種質(zhì)資源分別與T29雜交，共獲得17個(gè)F2代群體，由本實(shí)驗(yàn)室保存。

供試條銹菌小種CYR33、CYR32、Sun11-4、Sun11-6、CYR27、CYR25、CYR23、感病品種銘賢169由西北農(nóng)林科技大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院植物抗病遺傳研究室提供。

1.2 方 法

1.2.1 苗期抗性鑒定

于2014年在西北農(nóng)林科技大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院植物抗病遺傳研究室溫室進(jìn)行，親本播10～20 粒，F(xiàn)2代材料每份播種約200粒。供試小麥材料分別播種在裝有培養(yǎng)基質(zhì)的7×7×7 cm塑料花盆內(nèi)，每盆種10～15粒，置于溫室按常規(guī)方法培育。

待小麥幼苗第1片葉充分展開(kāi)、第2片葉露尖時(shí)，采用孢子懸浮液涂抹葉片接種；幼苗放置于溫度為10±1 ℃的保濕箱內(nèi)24 h后,移至溫室培養(yǎng)，溫室溫度16±1 ℃，相對(duì)濕度80%,光暗比16/8,光照強(qiáng)度9 000 lx。待T29充分發(fā)病時(shí)(15～20 d)調(diào)查反應(yīng)型。反應(yīng)型根據(jù)0～9級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其中，0～6級(jí)為抗病，7～9級(jí)為感病[16]。

1.2.2 成株期抗性鑒定

于2015 年在青海省農(nóng)林科學(xué)院植保所條銹病抗性鑒定圃(36°47′ N，101°56″E，海拔2 446 m)自然發(fā)病條件下進(jìn)行小麥條銹病抗性鑒定。每個(gè)材料播種1行，行長(zhǎng)1 m，每20 個(gè)材料加設(shè)1行T29作為感病對(duì)照； 鑒定圃的四周各種3 行的T29作誘發(fā)行。 播種時(shí)間為4月上旬 ，從 7月7日開(kāi)始(T29充分發(fā)病)，對(duì)各種質(zhì)資源進(jìn)行條銹反應(yīng)型、病害嚴(yán)重度調(diào)查。反應(yīng)型同分級(jí)1.2.1，嚴(yán)重度分級(jí)參照周新力等[13]的方法。

1.2.3 統(tǒng)計(jì)分析

2 結(jié)果與分析

2.1 供試種質(zhì)資源的抗條銹性

由表1可知，對(duì)照品種T29苗期對(duì)7個(gè)小種均高感。YJ011784苗期對(duì)CYR33、CYR27和CYR23的反應(yīng)型為1，對(duì)CYR25的反應(yīng)型為2，均表現(xiàn)近免疫；對(duì)Sun11-4和Sun11-6的反應(yīng)型為9，對(duì)CYR32的反應(yīng)型為8，均為高感。YJ003443對(duì)CYR32和CYR23的反應(yīng)型為3，表現(xiàn)高抗；對(duì)CYR25的反應(yīng)型為2，表現(xiàn)近免疫；對(duì)CYR27表現(xiàn)中抗(反應(yīng)型5)；對(duì)CYR33的反應(yīng)型為8，對(duì)Sun11-4和Sun11-6的反應(yīng)型為9，即為高感。XM000002對(duì)CYR33、Sun11-4和CYR23的反應(yīng)型均為2，對(duì)CYR27和CYR25的反應(yīng)型為1，表現(xiàn)近免疫；對(duì)Sun11-6 和CYR32表現(xiàn)高抗(反應(yīng)型3)。XM000622對(duì)CYR27和CYR25表現(xiàn)近免疫(反應(yīng)型為2)，對(duì) CYR23表現(xiàn)高抗(反應(yīng)型3)，對(duì)CYR33表現(xiàn)中抗(反應(yīng)型6)；對(duì)CYR32和Sun11-4的反應(yīng)型為8，對(duì)Sun11-6的反應(yīng)型為9，均為高感。

成株期，春小麥感病對(duì)照品種T29的反應(yīng)型為8和9，嚴(yán)重度為60%，表現(xiàn)高感。4個(gè)種質(zhì)資源除了XM000622表現(xiàn)中抗(反應(yīng)型5，嚴(yán)重度8%)外，YJ011784(反應(yīng)型2，嚴(yán)重度5%)、YJ003443(反應(yīng)型2，嚴(yán)重度5%)和XM000002(反應(yīng)型1，嚴(yán)重度2%)成株期都表現(xiàn)近免疫。

2.2 YJ011784的抗條銹性遺傳分析

對(duì)YJ011784的抗條銹性進(jìn)行遺傳分析，結(jié)果見(jiàn)表2。YJ011784與感病親本T29的F2代對(duì)條銹病抗感分離明顯，抗病類型多為1～2型，感病類型多為8～9型。

表1 4個(gè)春小麥種質(zhì)資源的抗條銹性Table 1 Stripe rust resistance of four spring wheat germplasm resources

IT：反應(yīng)型；DS：嚴(yán)重度。

IT：Infection type;DS:Disease severity.

表2 YJ011784對(duì)4個(gè)條銹菌生理小種的抗性遺傳分析Table 2 Inheritance analysis of resistance to four prevalent races of Puccinia striiformis f. sp tritici in YJ011784

2.3 YJ003443的抗條銹性遺傳分析

2.4 XM000002的抗條銹性遺傳分析

用供試條銹病生理小種對(duì)XM000002進(jìn)行抗性遺傳分析，結(jié)果見(jiàn)表4。T29/XM000002的F2代 抗病類型多為1～3型，感病類型多為8～9型。

表3 YJ003443對(duì)3個(gè)條銹菌生理小種的抗性遺傳分析Table 3 Inheritance analysis of resistance to three prevalent races of Puccinia striiformis f. sp tritici in YJ003443

表4 XM000002對(duì)7個(gè)條銹菌生理小種的抗性遺傳分析Table 4 Inheritance analysis of resistance to seven prevalent races of Puccinia striiformis f. sp tritici in XM000002

2.5 XM000622的抗條銹性遺傳分析

用XM000622表現(xiàn)免疫或高抗的3個(gè)條銹病生理小種對(duì)XM000622進(jìn)行遺傳分析，結(jié)果見(jiàn)表5。T29/XM000622的F2代 抗病類型多為1～3型，感病類型多為8～9型。

表5 XM000622對(duì)3個(gè)條銹菌生理小種的抗性遺傳分析Table 5 Inheritance analysis of resistance to three prevalent races of Puccinia striiformis f. sp tritici in XM000622

3 討 論

在春小麥抗條銹性研究方面，姚 強(qiáng)等[15]用成株期鑒定評(píng)價(jià)了收集于青海、西藏等地區(qū)的120個(gè)春小麥品種(系)，發(fā)現(xiàn)表現(xiàn)免疫和近免疫、抗病、中抗、中感、感病的春小麥品種(系)所占的比例分別為5.00%、0.83%、23.33%、29.17%、31.67%，免疫或近免疫抗病春小麥品種(系)較少。周新力等[13]利用中國(guó)當(dāng)前小麥條銹菌流行小種評(píng)價(jià)了 80 份國(guó)外春小麥種質(zhì)資源的抗條銹性，發(fā)現(xiàn)8份全生育期抗病， 28份成株期抗病。曹世勤等[11]研究發(fā)現(xiàn)，26個(gè)甘肅省春小麥品種(系)中，19個(gè)品種(系)含有 Yr1及未知抗病基因，其余品種(系)推測(cè)含有未知抗病基因。李永平等[12]對(duì)臨麥32號(hào)-臨麥36號(hào)5個(gè)臨麥系列春小麥品種抗條銹性研究發(fā)現(xiàn)，供試臨麥系品種抗性譜與已知基因載體品種的抗性譜均不一致，初步推測(cè)供試臨麥系品種含有未知抗條銹基因。

除了發(fā)現(xiàn)青海春小麥品種青春39至少含有1顯1隱兩對(duì)苗期抗條銹病基因[14]，本研究為國(guó)內(nèi)首次對(duì)春小麥種質(zhì)資源進(jìn)行抗條銹性遺傳分析。小麥抗條銹病的遺傳機(jī)制分為單基因、多基因或主效基因與微效基因共同作用等多種方式[18]。本研究中，4個(gè)春小麥種質(zhì)資源苗期對(duì)條銹病菌不同小種的抗性由單基因或者兩對(duì)基因控制，其中，YJ011784中至少含有1顯1隱兩對(duì)抗條銹病基因，YJ003443中至少含有2對(duì)隱性基因，XM000622中至少含有2對(duì)隱性基因，XM000002中至少含有2對(duì)隱性基因和1對(duì)顯性基因。春小麥種質(zhì)資源XM000622只對(duì)早些年流行的小種表現(xiàn)近免疫或高抗，遺傳分析結(jié)果推斷其由隱性基因作用，由于其對(duì)近年流行的小種CYR32表現(xiàn)高感，而對(duì)CYR33僅表現(xiàn)中抗，成株期亦表現(xiàn)中抗，初步推測(cè)XM000622中可能含有微效基因作用。綜合本研究遺傳分析結(jié)果與青春39的抗條銹性遺傳分析結(jié)果[14]發(fā)現(xiàn)，春小麥抗條銹性的機(jī)制比較復(fù)雜，還未發(fā)現(xiàn)含有抗條銹病單基因的春小麥品種。

本研究采用分小種檢測(cè)法和經(jīng)典遺傳學(xué)方法 分析了種質(zhì)YJ011784、YJ003443，、XM000622和XM000002的抗條銹性遺傳規(guī)律，以期為這些春麥種質(zhì)資源在抗病育種中的合理利用提供理論指導(dǎo)。一方面可通過(guò)抗-抗雜交，實(shí)現(xiàn)抗病基因的累加，以提高寄主的抗病性和抗性相對(duì)持久性；另一方面可根據(jù)遺傳特點(diǎn)，進(jìn)一步通過(guò)分子標(biāo)記技術(shù)定位抗病基因，獲得與抗病基因緊密連鎖的分子標(biāo)記，直至基因克隆，以便更高效的輔助育種，獲得更有應(yīng)用價(jià)值的抗病新種質(zhì)或生產(chǎn)品種。

致謝:本研究溫室測(cè)試在西北農(nóng)林科技大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院植物抗病遺傳研究室溫室進(jìn)行，感謝井金學(xué)教授、王保通教授、李 強(qiáng)副研究員對(duì)本研究提供菌種和實(shí)驗(yàn)條件。

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Stripe Rust Resistance Evaluation and Genetic Analysis of Four Spring Wheat Germplasm Resources

HOU Lu

(Qinghai University,State Key Laboratory of Plateau Ecology and Agriculture,Qinghai Academy of Agriculture and Forestry Science/Scientific Observing and Experimental Station of Crop Pest in Xining,Ministry of Agriculture/Key Laboratory of Agricultural Integrated Pest Management,Xining,Qinghai 810016,China)

In order to study on the stripe rust resistance hereditary rule of spring wheat, seven dominant races(or single spore strain) ofPucciniastriiformsf. sp.triticiprevalent in China were used to evaluate stripe rust resistance of four spring wheat germplasm resources at seedling stage in greenhouse conditions, and resistance at adult stage was evaluate in field. Then, genetic analysis of stripe rust resistance gene was conducted on these spring wheat germplasm resources.Results showed that:the resistance of one germplasm resource to different races is different; the resistance spectrum of each germplasm resource is different; and all four germplasm resources showed all stage stripe rust resistance. The spring wheat germplasm resource XM000002 showed highly resistance or nearly immune to all seven races at seedling stage and showed near immune at adult stage. Result of genetic analysis showed that:YJ011784 contains one dominant and one recessive gene conferring to CYR33 and CYR23 independently, and contains one dominant gene conferring to CYR27 and CYR25; the resistance of YJ003443 to CYR32 are controlled by two complementary recessive genes, and that to CYR27 and CYR25 are both controlled by two recessive genes independently; in XM000622, two recessive genes confer to CYR27 and CYR25 independently, and one dominant gene confers to CYR23. In XM000002, one dominant gene confers to both CYR33 and CYR25, two recessive genes confer to CYR32. The resistance of XM000002 to Sun11-4 is controlled by one dominant gene and one recessive gene complementary, and that to Sun11-6 is controlled by one recessive gene, and the resistance to CYR27 and CYR23 are both controlled by one dominant gene and one recessive gene independently.

Spring wheat; Germplasm resource; Stripe rust; Genetic analysis

時(shí)間：2017-01-03

2016-05-11

2016-06-10

青海省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2014-ZJ-925Q)；2015年度留學(xué)人員科技活動(dòng)擇優(yōu)資助項(xiàng)目；青海大學(xué)博士科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目

E-mail：mantou428@163.com

S512.1；S332

A

1009-1041(2017)01-0080-07

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