小麥品種‘Waikea’抗條銹病基因的遺傳分析

曾海婷， 馮 晶， 藺瑞明， 許玉鳳＊， 林 鳳， 徐世昌

（1.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)，沈陽(yáng) 110866；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所／植物病蟲(chóng)害生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193）

小麥條銹病是由小麥條銹菌（Puccinia striiformis f.sp.tritici West，Pst）引起的嚴(yán)重影響小麥生產(chǎn)的病害之一。該病分布范圍廣、發(fā)生歷史悠久、流行強(qiáng)度高、危害嚴(yán)重。在大流行年份，受害小麥可減產(chǎn)30%，甚至顆粒無(wú)收［1－3］。其原因主要是小麥條銹病菌生理小種的更替，使生產(chǎn)用的主干品種喪失抗病性，引起條銹病的大面積發(fā)生［4－5］。在條銹病的防治上，抗病品種的應(yīng)用是最經(jīng)濟(jì)、有效、對(duì)生態(tài)安全的方法。因此，尋找和利用條銹抗源是育種工作者的當(dāng)務(wù)之急。由于國(guó)內(nèi)小麥栽培品種中抗條銹基因抗病性的不斷喪失和可利用抗源材料的減少，許多研究者把注意力集中到引進(jìn)外國(guó)抗源材料上。

從20世紀(jì)20年代初開(kāi)始，中國(guó)已經(jīng)有目的、有計(jì)劃性的開(kāi)始加強(qiáng)對(duì)外國(guó)優(yōu)質(zhì)小麥品種的引進(jìn)，并對(duì)其農(nóng)藝性狀的遺傳和生理特性進(jìn)行了深入研究［6－7］。杜久元［6］等于1992－2002年先后從 CIMMYT、美國(guó)俄勒岡大學(xué)、ENEA等引進(jìn)2900份小麥種質(zhì)資源，并進(jìn)行了抗條銹多年連續(xù)鑒定，篩選出條銹免疫材料18份，高抗條銹且優(yōu)質(zhì)的材料9份。其中 CMT.Du－2、CMT.Du－4、CMT.Du－5、CMT.Du－6、CMT.Du－7、CMT.Du－8、CMT.Du－9等7個(gè)持久抗條銹材料的抗性表現(xiàn)穩(wěn)定。蒲宗君［7］等從敘利亞國(guó)際農(nóng)業(yè)干旱中心（ICARDA）引進(jìn)了200多份小麥材料，通過(guò)田間自然鑒定，發(fā)現(xiàn)了一些田間高抗條銹兼抗白粉的材料，并對(duì)高抗條銹小麥種質(zhì)ICA31、ICA70進(jìn)行抗條銹病遺傳分析。這些材料為小麥抗銹病育種提供了可用資源。

目前，生產(chǎn)中使用的以及從農(nóng)家品種中篩選的抗銹病基因多數(shù)屬于全生育期抗病基因，成株抗性基因較少。植物成株抗性是指苗期感病而成株期抗病的類(lèi)型［8］。成株抗性是持久抗性的重要組成部分［9］。發(fā)掘和利用持久抗銹品種是目前抗病育種工作的主要方向。研究發(fā)現(xiàn)，美國(guó)西北部地區(qū)種植的小麥品種中有較多高溫成株抗病資源［10］，引進(jìn)美國(guó)西北部小麥抗病品種，有助于豐富我國(guó)小麥抗病品種抗病基因資源。

白玉路等［10］對(duì)美國(guó)西北部59份小麥品種進(jìn)行了抗條銹性鑒定，其中小麥品種‘Waikea’苗期表現(xiàn)感病，成株期對(duì)中國(guó)條銹菌混合小種CYR31、CYR32和CYR33表現(xiàn)抗病，說(shuō)明其含有成株抗病基因。本研究通過(guò)對(duì)‘Waikea’及‘Taichung 29’雜交后代群體成株期的抗性表現(xiàn)分析、苗期溫敏微效基因檢測(cè)等，與國(guó)內(nèi)小麥品種對(duì)比其蛋白質(zhì)含量和產(chǎn)量，以期了解‘Waikea’在蛋白質(zhì)含量、產(chǎn)量和抗條銹上的優(yōu)勢(shì)，為進(jìn)一步抗病基因分子定位和抗病育種及小麥品種改良提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

抗病親本‘Waikea’原產(chǎn)地美國(guó)西北部地區(qū)，系譜為Spillman／WestBred 906R［11］。感病材料‘Taichung 29’（T29）由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所提供。以感病材料‘Taichung 29’作為母本與‘Waikea’雜交，獲得雜種F1種子，雜種F1代自交獲得F2代種子，F(xiàn)2代自交獲得F3代種子，F(xiàn)1代作父本與T29回交獲得BC1代種子，抗性鑒定所用的小麥條銹菌CYR31、CYR32和CYR33均由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所提供。

1.2 苗期抗病性鑒定

種植‘Waikea’3盆，感病對(duì)照品種‘銘賢169’3盆，每盆15～20株，苗期分別接種CYR31、CYR32和CYR33。置于10℃黑暗保濕24h后移至常溫（晝15℃，夜10℃），待‘銘賢169’充分發(fā)病之后調(diào)查‘Waikea’的反應(yīng)型，侵染型劃分參照Lewellen等的標(biāo)準(zhǔn)［12］，并進(jìn)一步詳細(xì)分為十二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，即0，0；，0；＋，1，1＋，2－，2，2＋，3－，3，3＋，4［13］。

1.3 田間設(shè)計(jì)與處理

2012年2月下旬將供試材料及雜交后代播種于中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所農(nóng)業(yè)部廊坊有害生物科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站?；胤N植區(qū)以畦為單位劃分，每畦長(zhǎng)22m，寬2m，每畦66行，共種植3畦。親本‘Waikea’和‘Taichung 29’各1行，F(xiàn)1代2行，BC1代2行，F(xiàn)2代18行共185株，F(xiàn)3代173行共約1730株。每行10～15株，株間距10cm，行距0.25m。邊行種植誘發(fā)品種‘銘賢169’。

1.4 接種鑒定和抗性遺傳分析

2012年4月中旬用CYR33接種誘發(fā)行‘銘賢169’，接種約30d后，‘銘賢169’充分發(fā)病，嚴(yán)重度達(dá)到80%以上，開(kāi)始調(diào)查發(fā)病反應(yīng)型和嚴(yán)重度情況，每隔7d調(diào)查1次，共3次。反應(yīng)型按照12級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（0，0；，0；＋，1，1＋，2－，2，2＋，3－，3，3＋，4）調(diào)查，0～2＋為抗病型（R），3－～4為感病型（S）。根據(jù)F1、F2、F3群體的抗性分離比來(lái)確定抗病基因?qū)?shù)。

1.5 溫敏微效基因的檢測(cè)

苗期種植‘Waikea’材料以及‘銘賢169’各4盆，每盆15～20株，接種CYR33，每個(gè)品種各2盆同時(shí)置于常溫（晝15℃，夜10℃），高溫（晝24℃，夜18℃），RH 80%，光照時(shí)間14h／d，光強(qiáng)20000lx，且溫光轉(zhuǎn)換同步。待‘銘賢169’充分發(fā)病后調(diào)查‘Waikea’反應(yīng)型。對(duì)比常溫和高溫條件下‘Waikea’的發(fā)病情況判斷是否含有溫敏微效基因。

2 結(jié)果與分析

2.1 ‘Waikea’苗期抗病性鑒定

‘Waikea’苗期分別接種 CYR31，CYR32和CYR33，待‘銘賢169’充分發(fā)病之后調(diào)查‘Waikea’的反應(yīng)型?！甒aikea’對(duì)CYR31和CYR32表現(xiàn)為抗病，對(duì)CYR33表現(xiàn)為感病。結(jié)合白玉路等的研究結(jié)果，可推測(cè)知‘Waikea’對(duì)CYR33苗期表現(xiàn)感病，成株期表現(xiàn)抗病性（表1）。

2.2 ‘Waikea’苗期溫敏微效基因分析

‘Waikea’苗期接種CYR33，置于常溫和高溫條件下充分發(fā)病后分別調(diào)查反應(yīng)型，反應(yīng)型均為3－。說(shuō)明‘Waikea’不含有溫敏微效抗病基因，對(duì)CYR33所含抗病基因?qū)儆诔芍昕共』颉?/p>

表1 常溫下‘Waikea’對(duì)供試條銹菌系苗期的抗性表現(xiàn)1）Table 1 Responses of‘Waikea’to Puccinia striiformis f.sp.tritici under normal temperature condition

2.3 ‘Waikea’對(duì)CYR33的成株期抗病性遺傳分析

表2 ‘Waikea’對(duì)條銹菌小種CYR33的成株抗性遺傳分析1）Table 2 Genetic analysis of adult‘Waikea’plant resistance to the race CYR33

3 結(jié)論與討論

根據(jù)“基因?qū)颉睂W(xué)說(shuō)，小麥條銹菌小種不斷演化是導(dǎo)致抗源喪失的主要原因，挖掘新抗源是小麥抗條銹育種的根本途徑［11］。本研究就‘Waikea’成株期對(duì)CYR33的抗性進(jìn)行遺傳分析，結(jié)果表明‘Waikea’對(duì)CYR33成株期抗性由一對(duì)顯性和一對(duì)隱性基因重疊或獨(dú)立控制。溫敏微效基因?qū)儆谌诳共』?，高溫誘發(fā)溫敏微效基因的表達(dá)。本研究中對(duì)‘Waikea’苗期進(jìn)行了溫敏微效基因分析，結(jié)果表明‘Waikea’苗期在常溫和高溫條件下均感病，認(rèn)為該小麥品種不含有溫敏微效基因，其對(duì)CYR33的抗性基因?qū)儆诔芍曛餍Э共』颉?/p>

通過(guò)對(duì)‘Waikea’成株期對(duì)CYR33的抗性遺傳分析，初步確定了‘Waikea’成株抗病基因由一對(duì)顯性基因和一對(duì)隱性基因重疊或者獨(dú)立控制，為以后進(jìn)一步將此材料的抗性基因進(jìn)行分子標(biāo)記奠定了基礎(chǔ)。研究發(fā)現(xiàn)‘Waikea’中一對(duì)控制株高的基因BZ 998－447WP［14］，對(duì)條銹菌小種也有顯著的抗病性。本研究中的兩對(duì)基因其中是否包含基因BZ 998－447WP，有待進(jìn)一步證實(shí)。

小麥的產(chǎn)量和蛋白質(zhì)的含量是小麥性狀和品質(zhì)（營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和加工品質(zhì)）的決定性因素，‘Waikea’的蛋白質(zhì)含量和平均產(chǎn)量分別為13.2%和62.2BU／A（Bushel／acre，蒲 式 耳／英 畝），較 ‘Blanca grande’、‘Wa007990’、‘Id377s’等12份硬白春麥的平均蛋白含量高0.1%，平均產(chǎn)量高3.7BU／A。在同類(lèi)小麥中，‘Waikea’的蛋白質(zhì)含量和產(chǎn)量都具優(yōu)良的品種優(yōu)勢(shì)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有非常重要的利用價(jià)值?！甒aikea’產(chǎn)量與20份硬紅春麥平均產(chǎn)量相比高出了4.2BU／A，比18份軟白春麥平均產(chǎn)量高出7.5BU／A［15］?！甒aikea’與國(guó)內(nèi)目前主栽品種‘魯麥21’和‘豫麥58號(hào)’相比，其蛋白質(zhì)含量分別高出了0.5%和0.2%，產(chǎn)量分別高出了20BU／A和28BU／A。在抗條銹病方面，‘魯麥21’屬中抗條銹病，‘豫麥58號(hào)’中感條銹病，‘Waikea’成株期表現(xiàn)高抗條銹病特性。所以，在一些國(guó)內(nèi)外小麥栽培品種中‘Waikea’在品質(zhì)和產(chǎn)量上都具有明顯的優(yōu)勢(shì)，且與國(guó)內(nèi)兩個(gè)代表性的栽培品種相比具有高抗條銹病優(yōu)勢(shì)。因此說(shuō)‘Waikea’不僅是抗病育種可利用的新抗源，而且也有助于提高子代材料的產(chǎn)量和品質(zhì)。對(duì)其抗銹性遺傳基礎(chǔ)的解析，將會(huì)更有針對(duì)性地進(jìn)行我國(guó)小麥品種抗性轉(zhuǎn)育，進(jìn)而增強(qiáng)我國(guó)生產(chǎn)小麥的抗病性和品質(zhì)。

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