美國(guó)小麥種質(zhì)資源IR35抗條銹性評(píng)價(jià)及遺傳分析

駱惠生， 曹世勤， 黃 瑾， 賈秋珍， 張 勃， 馮 晶， 金社林＊

（1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，蘭州 730070；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所／植物病蟲害生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193）

小麥條銹病由專性寄生菌條形柄銹菌（Pucciniastriiformisf.sp.tritici）引起，是發(fā)生于甘肅省及我國(guó)北方小麥生產(chǎn)上的最主要病害之一，種植抗病品種是防治該病最經(jīng)濟(jì)有效的措施［1］。研究發(fā)現(xiàn)，近年來(lái)隨著大量抗病小麥新品種（系）的育成和推廣，雖然使小麥的產(chǎn)量得到顯著提高，但其遺傳基礎(chǔ)日趨狹窄［2－3］，具有相同或相似抗病品種（基因背景）在不同生態(tài)區(qū)的廣泛種植，加快了條銹病菌定向選擇和品種抗病性喪失的步伐，導(dǎo)致小麥條銹菌新的毒性小種及致病類型的不斷出現(xiàn)，造成抗病品種抗病性的不斷喪失，引致小麥條銹病近年來(lái)在甘肅省及全國(guó)局部地區(qū)頻繁發(fā)生。特別是在條銹病常發(fā)易變區(qū)的甘肅隴南，該現(xiàn)象表現(xiàn)更為突出。進(jìn)一步擴(kuò)大優(yōu)異小麥抗源材料的選擇范圍，將會(huì)增加甘肅隴南小麥品種遺傳多樣性，從而延緩條銹病菌變異速度，延長(zhǎng)抗病品種使用年限，對(duì)有效指導(dǎo)抗病品種選育和合理布局，持續(xù)控制小麥條銹病發(fā)生流行具有重要作用。

國(guó)內(nèi)在以外引材料為抗源進(jìn)行小麥抗條銹病利用方面，取得了較好的成效。如20世紀(jì)70年代中期從國(guó)外引進(jìn)的‘阿夫’、‘阿桑’、‘南大2419’、‘阿芙樂爾’、‘山前麥’、‘洛夫林10’、‘洛夫林13’等小麥品種先后在國(guó)內(nèi)作為一線抗源材料或直接用作生產(chǎn)品種，曾一度較好地控制了甘肅隴南及中國(guó)小麥條銹病的發(fā)生流行［4］。1990－2010年甘肅省審定的34個(gè)冬小麥品種中，有18個(gè)品種中含有國(guó)外材料血緣［5］。

小麥種質(zhì)資源材料‘IR35’是甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院從美國(guó)引進(jìn)的一個(gè)普通小麥品種。經(jīng)2006－2011年連續(xù)多年在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所蘭州低溫溫室和甘谷試驗(yàn)站及臨洮農(nóng)業(yè)學(xué)校進(jìn)行苗期、成株期抗病性鑒定和抗性變異監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)該品種對(duì)接種和自然誘發(fā)的條銹病均表現(xiàn)中度抗病（總體病情2－3／20／40，侵染型／嚴(yán)重度／普遍率），嚴(yán)重度、病葉率和終期病情指數(shù)均相對(duì)較低，且適應(yīng)性和豐產(chǎn)性也表現(xiàn)較好，在育種上具有一定的利用價(jià)值。基于此，作者開展了該品種的抗條銹性特點(diǎn)及其遺傳結(jié)構(gòu)研究，以期為充實(shí)甘肅隴南抗病基因資源庫(kù)和該品種的更好利用打下良好的工作基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

小麥種質(zhì)資源材料‘IR35’由甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科研管理處樊廷錄惠贈(zèng)，來(lái)自美國(guó)。用于抗病性評(píng)價(jià)及苗期遺傳分析的相關(guān)親本及‘IR35’與‘銘賢169’組合各世代材料、條銹菌單孢菌系條中32號(hào)、33號(hào)來(lái)自甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所小麥病害課題組。

用于基因推導(dǎo)的30個(gè)已知抗條銹病基因載體品種‘Chinese 166’（Yr1）、‘Joss cambier’（Yr2）、‘Heines Kolben’（Yr2＋Yr6）、‘Heines Peko’（Yr2＋Yr6，＋ ）、‘Heines Ⅶ ’（Yr2 ＋Yr H7）、‘Vilmorin23’（Yr3＋Yr V23）、‘Nord Desprez’（Yr3，＋）、‘Cappelle Desprez’（Yr3a＋Yr4a＋Yr16，＋）、‘Hybrid46’（Yr4，＋）、‘T.speltaalbum’（Yr5）、‘Fielder’（Yr6＋Yr20）、‘Lee’（Yr7＋Yr22＋Yr23）、‘Reichersberg 42’（Yr7，＋）、‘Compair’（Yr8＋Yr19）、‘Clement’（Yr9＋YrCle）、‘Lovrin 13’（Yr9，＋）、‘Moro’（Yr10＋Yr Mor）、‘Mega’（Yr12）、‘Maris Huntsman’（Yr2＋Yr3a＋Yr4a＋Yr13）、‘Dippes Triumph’（Yr15）、‘VPM1’（Yr17）、‘K733’（Yr24）、‘Strubes Dickkopf’（Yr25＋YrSD）、‘Tp981’（Yr25）、‘Line R55’（Yr26）、‘Selkirk’（Yr27）、‘T.tauschiiW－219’（Yr28）、‘Carstens V’（Yr32）、‘Spaldings Prolific’（Yr－Sp P）、‘Suwon92／Omar’（YrSu）和26個(gè)不同毒性譜的國(guó)內(nèi)外條銹菌單孢菌系2E26、3E10、3E22、7E158、32E200、34E30、34E40、36E8、40E47、41E233、43E159、44E169、45E25、45E169、45E185、45E191、45E221、64E12、99E22、107E58、108E41、109E125、113E80、167E62、175E191、239E188均來(lái)自中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所麥類作物病害組［6］。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 抗病性鑒定及監(jiān)測(cè)

為明確種質(zhì)資源材料‘IR35’的抗病性，2006－2011年連續(xù)6年分別在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所蘭州低溫溫室進(jìn)行苗期抗病性鑒定，在甘谷試驗(yàn)站和臨洮農(nóng)業(yè)學(xué)校進(jìn)行成株期田間自然誘發(fā)鑒定。苗期、成株期詳細(xì)鑒定方法參照參考文獻(xiàn)［7］進(jìn)行。

成株期抗病性監(jiān)測(cè)在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所甘谷試驗(yàn)站和定西市臨洮農(nóng)業(yè)學(xué)校進(jìn)行。在條銹病發(fā)生的高峰期（甘谷試驗(yàn)站5月下旬；臨洮農(nóng)校6月中旬），分別記載供試品種病情（侵染型、嚴(yán)重度和普遍率）。

1.2.2 抗病基因推導(dǎo)分析

2009年5－6月，在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所低溫溫室，將成套的抗條銹病已知基因品系和待測(cè)品種播于40 cm×20 cm×10 cm塑料盒內(nèi)，在小麥生長(zhǎng)的1葉期，采用掃抹法分別接種26個(gè)新鮮的供試菌系，置于10℃黑暗條件下保濕24 h，然后放在溫室（晝15～18℃／夜10～14℃、光照時(shí)間10～12 h／d、光照強(qiáng)度90～144μmol／m2·s）潛育發(fā)病，接種后15～18 d，待感病對(duì)照品種‘銘賢169’充分發(fā)病后，分別調(diào)查記載所有供試材料的侵染型。比較已知基因、供試材料和病原物相互作用產(chǎn)生的侵染型，推導(dǎo)‘IR35’所含的抗條銹病基因。

1.2.3 抗性遺傳分析

2010年3月，在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所蘭州低溫溫室，將供試組合各世代及親本材料分別播于直徑為10 cm塑料花盆中，每盆20粒。于1葉1心期用供試小種的單孢菌系采用抖孢子粉法接種。接種后15～18 d，待感病對(duì)照品種‘銘賢169’充分發(fā)病后分別記載發(fā)病級(jí)別。

病情級(jí)別記載采用全國(guó)統(tǒng)一的0～4級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行［8－9］。根據(jù)劉孝坤方法劃分抗感類型［8］，為準(zhǔn)確劃分抗感病標(biāo)準(zhǔn)，在0、0；、1、2、3、4共6級(jí)的基礎(chǔ)上，再增加2－和2＋兩個(gè)侵染型級(jí)別。用實(shí)測(cè)值與期望值的比率χ2進(jìn)行適合性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 抗病性鑒定及監(jiān)測(cè)

由表1結(jié)果看出，苗期接種鑒定，‘IR35’對(duì)條中29號(hào)表現(xiàn)免疫，對(duì)條中33號(hào)、條中32號(hào)、條中31號(hào)、水11－4及混合菌均表現(xiàn)中度抗病，侵染型為2型。成株期在甘谷試驗(yàn)站和臨洮農(nóng)業(yè)學(xué)校，‘IR35’對(duì)自然誘發(fā)的條銹病也表現(xiàn)中度抗病，病情2－3／10～20／30～40（侵染型／嚴(yán)重度／普遍率），嚴(yán)重度、普遍率和終期病情指數(shù)均相對(duì)較低，具有較好的抗病特點(diǎn)。

2.2 苗期抗性基因推導(dǎo)

鑒定結(jié)果發(fā)現(xiàn)，‘IR35’除對(duì)供試菌系45E221和239E188表現(xiàn)感病外，對(duì)其余24個(gè)供試單孢菌系均表現(xiàn)抗病，與已知基因載體品種對(duì)供試菌系的抗感反應(yīng)不一致，推測(cè)含有未知抗條銹病基因。

2.3 抗病性遺傳分析

2.3.1 對(duì)條中32號(hào)抗病性遺傳分析結(jié)果

苗期鑒定結(jié)果表明，‘銘賢169’高度感病，侵染型3～4型?！甀R35’表現(xiàn)中度抗病，侵染型1～2型。根據(jù)雙親及雜交后代侵染型級(jí)別及各級(jí)侵染型的數(shù)目，將0～2型劃為抗病類型（R），2＋～4型劃為感病類型（S）。在‘IR35’與‘銘賢169’組合中，12株 F1代全部表現(xiàn)抗病，侵染型1～2型。在100株F2代群體中，有76株抗病株，24株感病株，抗感分離比較好地符合3R：1S理論比，卡方測(cè)驗(yàn)值，表明‘IR35’對(duì)條中32號(hào)的抗病性由1對(duì)顯性基因控制（表2）。

表2 ‘IR35’／‘銘賢169’組合各世代群體苗期對(duì)條中32號(hào)的抗病性分離結(jié)果Table 2 The resistance of seedling plants of wheat varieties‘IR35’，‘MX169’and their progenies to Puccinia striiformis physiological race CYR32

2.3.2 對(duì)條中33號(hào)抗病性遺傳分析結(jié)果

苗期鑒定結(jié)果表明，‘銘賢169’高度感病，侵染型3～4型?！甀R35’表現(xiàn)中度抗病，侵染型1～2型。根據(jù)雙親及雜交后代侵染型級(jí)別及各級(jí)侵染型的數(shù)目，將0～2型劃為抗病類型（R），2＋～4型 劃為感病類型（S）。在‘IR35’與‘銘賢169’組合中，15株F1代均表現(xiàn)感病。在151株F2代群體中，有46株抗病株，105株感病株，抗感分離比較好地符合1R∶3S理論比，卡方測(cè)驗(yàn)值，表明‘IR35’對(duì)條中33號(hào)的抗病性由1對(duì)隱性基因控制（表3）。

3 討論

多年、多點(diǎn)鑒定及監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，小麥種質(zhì)資源材料‘IR35’在苗期對(duì)供試條銹菌系及混合菌表現(xiàn)中度抗病，成株期在自然發(fā)病的條件下也表現(xiàn)中度抗病，表明該品種具有較好的苗期抗條銹特性。同時(shí)田間調(diào)查發(fā)現(xiàn)，‘IR35’綜合農(nóng)藝性狀優(yōu)良，適應(yīng)性較好，可在今后小麥抗條銹病育種中作為抗源材料加以利用，以進(jìn)一步豐富甘肅隴南小麥生產(chǎn)品種及抗源材料的抗病基因類型，提高抗病基因多樣性和抗病品種的豐富度，穩(wěn)定條銹菌群體結(jié)構(gòu)，降低新小種出現(xiàn)頻率，持續(xù)控制小麥條銹病在甘肅隴南的發(fā)生 流行。

表3 ‘IR35’／‘銘賢169’組合各世代群體苗期對(duì)條中33號(hào)的抗病性分離結(jié)果Table 3 The resistance of seedling plants of wheat varieties‘IR35’，‘MX169’and their progenies to Puccinia striiformis physiological race CYR33

抗性基因推導(dǎo)分析發(fā)現(xiàn)，小麥種質(zhì)資源材料‘IR35’含有未知抗條銹基因，遺傳分析表明‘IR35’對(duì)條中32號(hào)和條中33號(hào)的抗病性均由1對(duì)抗條銹病基因控制，抗條中32號(hào)的基因?yàn)轱@性，抗條中33號(hào)的基因?yàn)殡[性，至于2對(duì)基因是否為相同的抗條銹基因，有待于進(jìn)一步研究。

［1］李振岐，曾士邁.中國(guó)小麥銹?。跰］.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2002.

［2］Li Z F，Xia X C，Zhou X C，et al.Seedling and slow rusting resistances to stripe rust in Chinese common wheat［J］.Plant Disease，2006，90：1302－1312.

［3］郝晨陽(yáng)，王蘭芬，張學(xué)勇，等.我國(guó)育成小麥品種的遺傳多樣性演變［J］.中國(guó)科學(xué)（C輯），2005，35（5）：408－415.

［4］Yang W Y，Yen C，Yang J L，et al.Evaluation ofAegilops tauschiicross for resistance to physiological strains CYR30 and CYR31 of wheat stripe rust in China［J］.Genetic Resources and Evolution，1998，45：395－398.

［5］杜久元，李金昌，張耀輝.引進(jìn)國(guó)外種質(zhì)對(duì)甘肅隴南小麥生產(chǎn)和條銹病控制的作用［J］.中國(guó)種業(yè)，2011（8）：12－15.

［6］曹世勤，駱惠生，黃瑾，等.冬小麥品種隴鑒9821抗條銹遺傳分析［J］.植物病理學(xué)報(bào)，2012，42（3）：274－280.

［7］金社林，王曉明，李繼平，等.小麥品種（系）抗條銹性鑒定［J］.甘肅農(nóng)業(yè)科技，1996（8）：33－35.

［8］劉孝坤.小麥抗源對(duì)條銹病的研究結(jié)果初報(bào)［J］.植物保護(hù)學(xué)報(bào)，1988，15（1）：33－39.

［9］何家泌.小麥抗銹性遺傳與抗銹育種［J］.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，1980，13（4）：53－64.