我國小麥農(nóng)家品種‘小紅芒’成株抗條銹性遺傳分析

王建超， 馮 晶， 王鳳濤， 蒼 晶，藺瑞明*， 馮曉琴， 徐世昌

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，哈爾濱 150030；2.植物病蟲害生物學(xué)國家重點實驗室，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所，北京100193；3.內(nèi)蒙古呼倫貝爾市牙克石莫拐農(nóng)場，海拉爾 022150）

我國小麥農(nóng)家品種‘小紅芒’成株抗條銹性遺傳分析

王建超1，2， 馮 晶2， 王鳳濤2， 蒼 晶1*，藺瑞明2*， 馮曉琴3， 徐世昌2

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，哈爾濱 150030；2.植物病蟲害生物學(xué)國家重點實驗室，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所，北京100193；3.內(nèi)蒙古呼倫貝爾市牙克石莫拐農(nóng)場，海拉爾 022150）

小麥農(nóng)家品種是寶貴的種質(zhì)資源，具有豐富的等位基因變異。我國農(nóng)家品種‘小紅芒’具有成株抗條銹性的特點，可抗我國當(dāng)前主要流行小種。采用常規(guī)雜交分析方法，通過‘小紅芒’與感病品種‘Taichung29’雜交、自交和回交，獲得F1、F2和BC1代。在田間成株期接種條銹菌CYR32，對其雙親及雜交后代進行了抗病性鑒定和統(tǒng)計分析。結(jié)果表明，‘小紅芒’對CYR32的成株抗條銹性是由1對隱性抗條銹性基因控制。建議在今后抗病育種中加以有效利用。

小麥農(nóng)家品種； 條銹?。?成株抗性； 遺傳分析

小麥條銹病是小麥主要真菌病害之一，在我國西南和西北小麥種植區(qū)危害嚴重，一般造成減產(chǎn)20%～30%，甚至導(dǎo)致絕收［1］，嚴重威脅我國小麥的安全生產(chǎn)。由于小麥條銹菌致病性具有較高的遺傳變異特點，尤其是大面積種植單一抗病品種，加速對條銹菌致病性定向化選擇，易產(chǎn)生新的致病小種，常導(dǎo)致抗病品種“喪失”原有的抗病性。不斷提高小麥抗條銹病基因的多樣性，并合理布局，可以減輕對條銹菌生理小種的選擇壓力，延緩新小種的產(chǎn)生與發(fā)展，延長抗性品種的使用年限［2］。培育和推廣抗病品種是持續(xù)穩(wěn)定控制該病害最經(jīng)濟、安全、有效的措施［3］。我國當(dāng)前生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的小麥抗條銹病基因主要是全生育期抗性類型，由一個或幾個主效基因控制，這種類型的抗病性容易被條銹菌新生理小種或致病類型克服而失去利用價值。成株抗性（adult plant resistance，APR）是小麥條銹病的重要抗性類型，相對于苗期抗性而言，具有成株抗性特點的品種在成株期表現(xiàn)抗病而在苗期感?。?］。這種類型抗性廣泛存在于小麥、水稻和玉米等作物中。除小麥銹病外，在其他作物病害體系中也發(fā)現(xiàn)了成株抗性的存在，如大麥、小麥及燕麥的白粉?。?-7］、小麥黑斑病［8］和水稻白葉枯?。?］等。一般認為成株抗性和溫敏抗性是植物持久抗病性的重要組成成分［10-11］。但也有人認為成株抗性與環(huán)境溫度有關(guān)，即高溫成株抗性（high temperature adult plant resistance，HTAP），HTAP是指在小麥成株期較高環(huán)境溫度下表達的一類抗病性，這類抗病性無小種?；?，抗性比較持久［12-13］。目前已在小麥分子遺傳圖譜上標(biāo)記定位的高溫成株抗條銹基因包括Yr18、Lr34、Pm38、Yr34、Yr36、Yr39等［14-15］。因此，鑒定篩選具有成株抗性特點的小麥新抗源，并明確其抗病基因及遺傳和抗病特點，在抗病育種中具有實際應(yīng)用價值。小麥農(nóng)家品種是我國保存的非常珍貴的遺傳資源，有豐富的遺傳多樣性和異質(zhì)性，其中也包含豐富的抗條銹病基因資源。例如‘小紅芒’對我國當(dāng)前小麥條銹菌流行小種CYR32等具有良好的成株抗病性。本研究利用感病品種‘Taichung 29’與具有成株抗性的品種‘小紅芒’雜交、自交和測交，構(gòu)建遺傳群體，并在成株期利用CYR32接種后進行抗性鑒定和遺傳分析，以明確其抗病基因及遺傳和抗性特點，為建立目的基因的分子標(biāo)記和轉(zhuǎn)育利用奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料小麥農(nóng)家品種‘小紅芒’（NJ575）的3個不同單株系（NJ575 1、NJ575 2和NJ575 3）和感病材料‘Taichung 29’及其鑒定菌系CYR32均由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所提供。采用常規(guī)雜交方法，以感病材料‘Taichung 29’為母本，與農(nóng)家品種‘小紅芒’的3個不同株系雜交、自交和測交，獲得3個遺傳群體（NJ08 28 3、NJ08 28 5和NJ08 28 6）的F1、F2和BC1代。

1.2 方法

菌種繁殖：在溫室播種感病品種‘銘賢169’于直徑為10 cm的花盆中，待第一片葉完全展開時備用。初繁菌種用涂抹法接種，溫室潛育7～10 d后，接種葉片出現(xiàn)侵染斑，剪去心葉，加玻璃罩隔離保純。待初繁菌長滿葉片后，利用掃抹法擴繁。

成株期抗病性鑒定：2007年至2011年成株抗銹性鑒定試驗在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所廊坊基地進行。選用中國當(dāng)前條銹菌流行小種CYR31、CYR32和CYR33，于4月上旬田間噴霧接種誘發(fā)行，在5月下旬調(diào)查旗葉和倒數(shù)第二葉，侵染型采用“0～4”型常規(guī)六級標(biāo)準(zhǔn)記載［16］。

苗期抗病性鑒定：苗期抗性鑒定在溫度可控制的人工氣候室內(nèi)進行，以感病品種‘銘賢169’為對照。將供試材料播于直徑10 cm花盆中，出苗7 d后第一片葉子完全展開時用掃抹法接菌，在10℃接種間內(nèi)保濕24 h，然后轉(zhuǎn)移到低溫溫室中繼續(xù)潛育培養(yǎng)，溫室光照時間L∥D＝14h∥10 h，光強6 000 lx，RH 75%，待‘銘賢169’充分發(fā)病后調(diào)查侵染型。

2 結(jié)果與分析

2.1 ‘小紅芒’苗期和成株期抗條銹性鑒定

在苗期和成株期分別接種生理小種CYR31、CYR32和CYR33進行抗性鑒定，結(jié)果顯示，感病親本‘Taichung 29’在苗期和成株期均表現(xiàn)為高感（侵染型為4型），‘小紅芒’各單株系在成株期對3個生理小種均表現(xiàn)高抗水平（侵染型為0；型），而在苗期均表現(xiàn)高感（侵染型為4型），說明‘小紅芒’對條銹病的抗性具有成株抗性特點。

2.2 ‘小紅芒’對條銹病的抗性遺傳分析

以‘小紅芒’的3個單株系（NJ575 1、NJ575 2和NJ575 3）為父本與感病親本‘Taichung 29’雜交，構(gòu)建了3個遺傳群體（NJ08 28 3、NJ08 28 5和NJ08 28 6）。在NJ08 28 3群體的成株期接種CYR32單孢菌系，結(jié)果顯示，‘小紅芒’抗?。?；型），‘Taichung 29’感?。?型），F(xiàn)1代感?。?型），F(xiàn)2代群體出現(xiàn)抗感分離。根據(jù)雙親及其雜交后代的侵染型級別及各級侵染型數(shù)目將0～2型劃為抗病類，3～4型劃為感病類，在其222株的F2代分離群體中，抗病株有46株，感病株有176株，經(jīng)χ2檢驗，符合由1對隱性基因控制的1R∶3S的理論比例（χ2｛1∶3｝＝2.168＜χ20.10）；BC1代7株均表現(xiàn)感病，與由1對隱性基因控制的理論比例相符合。表明農(nóng)家品種‘小紅芒’對CYR32的成株抗病性由1對隱性抗性基因控制（表1）。

利用‘小紅芒’NJ08 28 5和NJ08 28 6遺傳群體對上述分析結(jié)果做進一步驗證。結(jié)果顯示，2個群體與‘Taichung 29’雜交后代的F1和BC1代在成株期對CYR32均表現(xiàn)感?。ㄇ秩拘蜑?型），F(xiàn)2代群體出現(xiàn)抗感分離，對分別為200株和182株2個F2代群體接種CYR32菌系進行成株期抗性鑒定，抗感分離情況經(jīng)χ2檢驗，均符合由1對隱性基因控制的理論比例（χ2｛1∶3｝＝0.426 7＜χ20.500；χ2｛1∶3｝＝0.593 5＜χ20.250）。表明農(nóng)家品種‘小紅芒’對CYR32的成株抗病性也由1對隱性成株基因控制（表2，表3），與NJ08 28 3群體遺傳分析結(jié)果一致。

表1 成株抗性農(nóng)家品種‘小紅芒’NJ08 28 3群體對條銹菌小種CYR32抗性遺傳分析1）Table 1 Genetic analysis of the adult plant resistance of a wheat landrace‘Xiaohongmang’to stripe rust race CYR32 usingNJ08 28 3 population

表2 成株抗性農(nóng)家品種‘小紅芒’NJ08 28 5群體對條銹菌小種CYR32抗性遺傳分析1）Table 2 Genetic analysis of the adult plant resistance of a wheat landrace Xiaohongmang to stripe rust race CYR32 usingNJ08 28 5 population

表3 成株抗性農(nóng)家品種‘小紅芒’NJ08 28 6群體對條銹菌小種CYR32抗性遺傳分析1）Table 3 Genetic analysis of the adult plant resistance of a wheat landrace‘Xiaohongmang’to stripe rust race CYR32 usingNJ08 28 6 population

3 討論

我國是世界上最大的小麥條銹病流行區(qū)，每次條銹菌新致病型的出現(xiàn)并大規(guī)模流行都造成重大經(jīng)濟損失。成株抗性存在于多種植物－病原菌互作體系中，目前尚未發(fā)現(xiàn)其具有小種?；?。本研究中所用的‘小紅芒’是我國農(nóng)家品種，不僅對我國近年來3個主要流行小種CYR31、CYR32和CYR33具有成株抗病性，而且對CYR17、CYR29等小種以及近年來出現(xiàn)的貴農(nóng)22致病類群、Hybrid致病類群的菌系也均表現(xiàn)抗病。有人認為成株抗性是植物持久抗病性的重要組成部分，因而發(fā)掘并利用具有持久抗性特點的抗條銹病基因資源尤為重要。小麥農(nóng)家品種是重要的遺傳資源，在歷史上為我國糧食安全作出重要貢獻。我國各小麥種植區(qū)域具有生態(tài)環(huán)境多樣性，因而造就小麥農(nóng)家品種遺傳多樣性和異質(zhì)性，這些遺傳資源歷經(jīng)多年的自然選擇而保存下來。目前對小麥農(nóng)家品種的研究越來越受到重視，已經(jīng)從農(nóng)家品種中獲得許多重要抗源材料，并明確了其抗病基因及遺傳特點，如小麥農(nóng)家品種‘小白冬麥’含有1個隱性抗白粉病基因mlxbd［17］，紅麥（‘蘇1661’）對條銹病生理小種CYR26的抗性基因為Yr Hm［18］等。因此說，農(nóng)家品種‘小紅芒’是今后抗病育種中可利用的新抗源。值得指出的是，農(nóng)家品種中蘊涵著豐富的抗條銹病基因，不斷發(fā)掘并對其加以研究和利用將有助于改變我國目前小麥抗銹育種中抗源單一的局面，對實現(xiàn)我國小麥生產(chǎn)品種抗病基因多樣化和抗病基因合理布局具有重要意義。

本研究結(jié)果表明，‘小紅芒’對CYR32的抗性是由1對隱性成株抗性基因控制。這與我國部分小麥農(nóng)家品種抗條銹病基因的遺傳特點相似，如‘紅疙瘩’對CYR19的抗性是由隱性上位的1對顯性基因和2對隱性基因共同控制，對CYR26的抗性是由1對隱性上位的顯性基因和2對隱性基因共同控制，對CYR32的抗性是由互補的3對隱性基因共同控制的［19］；通過對硬粒小麥‘Rivet’和普通小麥‘Redking’雜交研究發(fā)現(xiàn)，‘Rivet’的成株期抗性是由1對單隱性基因控制［20］。小麥農(nóng)家品種以隱性遺傳方式控制其抗病性是否是維持農(nóng)家品種抗病性穩(wěn)定性的一種重要機制有待于進一步研究［21］。

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Genetic analysis on the adult plant resistance of a wheat landrace‘Xiaohongmang’toPuccinian striiformis

Wang Jianchao1，2， Feng Jing2， Wang Fengtao2， Cang Jing1，
Lin Ruiming2， Feng Xiaoqin3， Xu Shichang2
（1.College of Life Sciences，Northeast Agricultural University，Harbin150030，China；2.State Key
Laboratory for Biology of Plant Diseases and Insect Pests，Institute of Plant Protection，Chinese
Academy of Agricultural Sciences，Beijing100193，China；3.Hailaer Yakeshi Moguai
Farm in Hulunbeir of Inner Mongolia，Hailaer022150，China）

Wheat landraces are important germplasms conserved and are rich of resistance allelic genes to stripe rust.The landrace‘Xiaohongmang’derived from China is characterized as adult plant resistance to major predominant races of stripe rust in China.The general crossing genetic analysis method was used in this study. Through crossing and backcrossing‘Xiaohongmang’with a susceptible variety‘Taichung 29’，the seeds of F1，F(xiàn)2and BC1generations were produced.In field plot，the resistant and susceptible parents，the plants of F1，F(xiàn)2and BC1generations were inoculated with race CYR32 at the adult stage to investigate disease resistance and conduct genetic analysis.The results indicated that the adult plant resistance of‘Xiaohongmang’to stripe rust race CYR 32 was controlled by a major recessive gene.This wheat landrace could be used in resistance breeding practice.

wheat landrace； stripe rust； adult plant resistance； genetic analysis

S 435.121.42

A

10.3969/j.issn.0529 1542.2015.01.031

2014 02 17

2014 03 27

國家自然科學(xué)基金（31171838；31261140370）

*通信作者E-mail：cangjing2003@163.com；rmlin@ippcaas.cn