利用外源抗銹基因選育抗銹小麥品種的研究

張二喜，宋建榮，張耀輝，李金昌

（甘肅省天水市農(nóng)業(yè)科學研究所，甘肅 天水 741000）

利用外源抗銹基因選育抗銹小麥品種的研究

張二喜，宋建榮，張耀輝，李金昌

（甘肅省天水市農(nóng)業(yè)科學研究所，甘肅 天水 741000）

利用帶有外源抗銹基因的材料與普通小麥多次雜交、回交，將中間偃麥草（Thinopy ruminterm Edium）、長穗偃麥草（Agropyron elongatum）、黑麥（Secale cereale）和簇毛麥（Haynaldiavillosa）的抗條銹病基因?qū)肫胀ㄐ←湥蓭Э箺l銹病基因的抗病、抗旱、高產(chǎn)小麥新品種天選41號、天選47號、中梁22號、中梁23號、中梁24號、中梁25號、中梁27號、中梁29號和中天1號。

普通小麥；品種；外源抗銹基因；選育

病害是限制糧食生產(chǎn)的主要因素之一。甘肅隴南為我國小麥條銹病的核心疫源區(qū)，條銹病發(fā)生面積廣，流行成災率高，小麥品種抗銹性喪失快，一般3～5 a就會喪失抗性［1］?？箺l銹基因的轉(zhuǎn)育是提高生產(chǎn)品種抗條銹基因豐富度及抗銹性的重要措施，突破性品種的育成在于關鍵性基因的發(fā)現(xiàn)和育種材料的創(chuàng)造利用［2］。目前，只有Yr5、Yr10等極少數(shù)抗條銹病基因?qū)χ袊鴱妰?yōu)勢生理小種條中30號、條中31號、條中32號仍表現(xiàn)免疫或高抗，其中主要強優(yōu)勢流行小種條中32號毒性譜更寬，致病范圍更廣，已使中國大部分麥區(qū)的主栽品種淪為感病，發(fā)病面積占播種面積的90%［3-4］。因此，尋找新的抗源、發(fā)現(xiàn)和利用小麥近緣種（屬）中新的有效抗病基因，選育抗病品種或挖掘新抗源迫在眉捷，利用外源抗源是小麥抗條銹育種的有效措施。在抗銹小麥品種的選育中，許多材料為外源種屬與普通小麥的中間材料，這些材料存在農(nóng)藝性狀不良或品質(zhì)偏差等問題，導致這些材料難以在小麥育種中直接利用。天水市農(nóng)業(yè)科學研究所從20世紀70年代開始，以抗條銹病或抗白粉病小麥近緣種屬黑麥（Secale cereale），以及含有中間偃麥草（Thinopy ruminterm edium）、簇毛麥（Haynaldia villosa）和長穗偃麥草（Agropyron elongatum）的雙二倍體、代換系或易位系為抗源，與農(nóng)藝性狀優(yōu)良的優(yōu)質(zhì)小麥品種雜交，其雜交后代進行抗病性定向選擇，再與農(nóng)藝親本采用不同雜交方法進行組配，使優(yōu)異基因累加、聚合，選育小麥新品種（系），豐富了小麥育種的抗病親本材料，為選育抗病或優(yōu)質(zhì)抗病小麥品種奠定了基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料包括含有近緣種屬抗性基因的八倍體中間偃麥草無芒中4、十倍體長穗偃麥草R431、八倍體小黑麥加非乃、六倍體小黑麥匈57，普通小麥材料中梁12號、中梁15號、中梁16號、中梁21號、ciemenp、2882、S394、濟南9號、普里美比、錢保德、咸農(nóng)4號、82WR（96-2-2-2-1）、保加利亞10號、8619-52、Fr81-4、蘭天1號、內(nèi)102-1，以及小麥-簇毛麥易位系92R178。其中無芒中4引自山西省農(nóng)業(yè)科學院小麥研究所，十倍體長穗偃麥草R431引自中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所，八倍體小黑麥加非乃引自河北農(nóng)業(yè)大學，小麥-簇毛麥易位系92R178引自南京農(nóng)業(yè)大學細胞遺傳研究室，其余材料均由天水市農(nóng)業(yè)科學研究所提供。

1.2 方法

以小麥近緣種屬材料或含有近緣種屬抗性基因的材料與普通小麥材料雜交，雜交后代進行抗病性定向選擇，再與不同類型的農(nóng)藝親本采用不同雜交方法進行組配，使優(yōu)異基因累加、聚合，選育小麥新品種（系）。雜交各世代病害鑒定時，采用多個條銹菌生理小種混合菌種接種，定向選擇抗病單株。育成品種天選41號、天選47號、中梁22號、中梁23號、中梁24號、中梁25號、中梁27號、中梁29號和中天1號均由甘肅省農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所進行條銹病苗期及成株期分小種鑒定。

2 結(jié)果與分析

2.1 以黑麥為抗源培育的小麥品種

2.1.1 中梁23號 中梁23號是以八倍體小黑麥品種加非乃與普通小麥遠緣雜交F1為母本，普通小麥復合雜交F1為父本，再進行復合雜交并經(jīng)多年連續(xù)選育而成的1B/1R易位系，2001年通過甘肅省農(nóng)作物品種審定委員會審定。曾在條銹病核心疫源區(qū)甘肅隴南及平?jīng)龅葪l銹病重發(fā)區(qū)大面積推廣種植。中梁23號屬冬性，穗長7.5 cm，穗白色、無芒、紡錘型。籽粒紅色、硬質(zhì)、卵圓形。穗粒數(shù)32.4粒，千粒重40.6 g，容重743.5 g/L。株高90～100 cm，莖稈細而韌，抗倒伏，分蘗力強，成穗率高，株型緊湊，生長整齊，落黃好。苗期對混合菌免疫，成株期對條中25號、條中27號、條中29號、條中30號、條中31號及Hy4、 Hy7混合菌免疫，高抗白粉病。

2.1.2 天選41號 天選41號是以六倍體小黑麥匈57與T.J.B259/83遠緣雜交組合的F2為母本，天選33號為父本連續(xù)回交2次，其后代B2再用球莖大麥花粉誘導而成的孤雌生殖純合系，1995年通過甘肅省農(nóng)作物品種審定委員會審定。天選41號屬冬性品種，幼苗匍匐。穗紡錘形，白殼，長芒，紅粒。株高90.0～105.0 cm，葉色深綠，株形緊湊，抗旱抗凍性強，群體性狀好，成穗率高，高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。千粒重40 g左右，容重800 g/L以上。籽粒含粗蛋白12.74%（干基），賴氨酸0.4%，品質(zhì)較好。半山區(qū)生育期270～280 d，屬中早熟品種。對強毒性生理小種條中30號、條中31號表現(xiàn)中抗至高抗，對其它小種和混合菌表現(xiàn)免疫，對葉稈銹病、白粉病、葉枯病均表現(xiàn)中抗以上水平，綜合抗性優(yōu)良。

2.1.3 天選47號 天選47號是以六倍體小黑麥匈57與小黑雜41/49、天選37號、高加索等復合雜交而成的天882為母本，天選37號為父本進行有性雜交，采用系譜法經(jīng)連續(xù)多年的定向選擇而成［5］，2010年通過甘肅省農(nóng)作物品種審定委員會審定。為普通型小麥，幼苗匍匐，冬性。生育期在渭河川道區(qū)244 d左右，屬中熟品種。穗為紡錘形，護穎白色，斜肩，嘴銳，無芒。葉色深綠，葉片細長扭曲，半披垂。株高100 cm左右。莖稈較粗，彈性好，抗倒伏。千粒重36.3 g，屬大穗中粒品種。成株期對條中29號、水4、水14（中梁17、中梁22-S）、水14（中梁17-S）、條中32號（中梁17-S）、條中32號（中梁17、中梁22-S）小種均表現(xiàn)免疫，苗期對混合菌表現(xiàn)高抗。兼抗白粉病、葉銹病和葉枯病，輕度感染黃矮病，抗性較為全面。平均折合產(chǎn)量為6 705.0 kg/hm2，較對照品種中梁22號增產(chǎn)22.0%。

2.2 以中間偃麥草為抗源選育的小麥品種

2.2.1 中梁22號 中梁22號是以八倍體中間偃麥草無芒中4與S394雜交的F1為母本，以抗旱耐瘠品種咸農(nóng)4號為父本雜交育成，2000年通過甘肅省農(nóng)作物品種審定委員會審定，在天水、隴南、平?jīng)龅鹊?4個縣（區(qū)）累計種植推廣33.85萬hm2。中梁22號屬普通小麥，強冬性，生育期266 d，中早熟。幼苗生長匍匐，葉披垂、綠色。穗白色，無芒，紡錘形。籽粒紅色、粉質(zhì)、卵形。株高95.0 cm，穗長8.6 cm，千粒重40.0 g，稈細而韌，抗倒伏，分蘗力強，成穗率高，株型緊湊，生長整齊，落黃好。苗期及成株期對條銹病主要小種條中31號、Hy3、Hy4、Hy7表現(xiàn)免疫。中抗黃矮病。在2008年全國西北、西南條銹病大流行的情況下，該品種表現(xiàn)出其突出的抗條銹性，對當前流行的優(yōu)勢小種條中31號、條中32號表現(xiàn)免疫或高抗。中梁22號攜帶YrZhong 22抗病基因，位于5B染色體，YrZhong 22可能是一個來自中間偃麥草并與已知Yr基因不同的新的抗條銹病基因［6］。

2.2.2 中梁24號 中梁24號以八倍體中間偃麥草無芒中4與錢保德雜交的F2單株再與“82WR （96）-22-1-2-1”雜交育成，2004年通過甘肅省農(nóng)作物品種審定委員會審定。中梁24號屬普通小麥，強冬性、中熟，生育期262 d。幼苗生長匍匐，葉片披垂、綠色。株高平均79.2 cm，穗長6.6 cm，穗白色，長方形，無芒。籽粒紅色，卵圓形，千粒重33.1 g，容重745.0 g/L。生長整齊，落黃正常。對條銹病混合菌表現(xiàn)中抗至輕度感病，對條銹菌主要小種總體表現(xiàn)出中抗趨勢，其中對條中29號、水2類型表現(xiàn)免疫至高抗，對條中25號、條中31號表現(xiàn)中抗，大田具有慢銹性。籽粒含粗蛋白 17.35%、賴氨酸 0.57%、濕面筋41.63%、淀粉59.35%，屬高蛋白優(yōu)質(zhì)小麥。

2.2.3 中梁25號 中梁25號以八倍體中間偃麥草無芒中4與普通小麥復合雜交育成，2006年通過甘肅省農(nóng)作物品種審定委員會審定。屬普通小麥，強冬性，抗寒抗旱，耐瘠性強，豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性好，中熟，生育期262 d。幼苗生長匍匐，葉片披垂，綠色。株高平均100.0 cm，穗長7.4 cm，穗白色，無芒。籽粒紅色，卵圓形。平均穗粒數(shù)38.0粒，千粒重37.6 g，容重789.7 g/L。株型緊湊，生長整齊，落黃好。抗寒、抗旱性強。中抗白粉病、黃矮病，對條銹病混合菌表現(xiàn)中抗至輕度感病，對主要小種條中29號、洛13表現(xiàn)免疫，對條中31號、條中32號表現(xiàn)中抗，在大田具有慢銹性。籽粒含粗蛋白11.07%（干基）、濕面筋21.5%、灰分1.52%（干基）、賴氨酸0.46%（干基），沉降值66.5 mL，屬弱筋粉專用型優(yōu)良品種。在天水市區(qū)域試驗中，平均產(chǎn)量 5 188.5 kg/hm2，較對照品種咸農(nóng)4號增產(chǎn)16.9%，有較大的增產(chǎn)潛力。

2.2.4 中梁27號 中梁27號是以八倍體中間偃麥草無芒中4、中梁12號、保加利亞10、咸農(nóng)4號、中梁15號等6個親本材料復合雜交選育而成的易位系［7］，2007年通過甘肅省農(nóng)作物品種審定委員會審定。幼苗生長匍匐，葉片披垂，葉綠色。穗長7.5 cm，穗紡錘形，白色，頂芒，穎方肩。籽粒紅色、卵圓型，硬質(zhì)，籽粒飽滿。千粒重44.56 g，容重782.5 g/L。株高平均105.0 cm，分蘗力強，成穗率高，株型緊湊，生長整齊，落黃好。苗期對條銹病菌混合菌表現(xiàn)免疫，成株期對條銹菌主要流行小種條中32號、條中29號及水14均表現(xiàn)免疫，對混合菌表現(xiàn)中抗至中感，對水4表現(xiàn)感病。中梁27號為易位系，外源片段分別來自于St、E組染色體，均發(fā)生在A組染色體上。

2.3 以長穗偃麥草為抗源選育的小麥品種—中天1號

中天1號是先以小麥品種Fuhuko與十倍體長穗偃麥草（R431）雜交，后用“北京837”和“晉2148”連續(xù)回交后自交育成的易位系［8］，2008年通過甘肅省農(nóng)作物品種審定委員會審定。該品種冬性，生育期269 d。幼苗生長匍匐，葉片披垂，葉綠色。穗長8.0 cm，穗紡錘形，白色，頂芒，穎方肩。籽粒紅色、卵圓型，粉質(zhì)，籽粒飽滿。千粒重39.46 g，容重764.0 g/L。株高平均106.0 cm，分蘗力強，成穗率高，株型緊湊，生長整齊，落黃好。籽粒粗蛋白含量13.54%，濕面筋含量24.8%，沉降值9.2 mL，形成時間1.4 min，穩(wěn)定時間1.0 min，拉伸面積16 cm2，延伸性106 mm，最大抗延阻力124 E.U。達到中筋粉的要求，適用于制作面條、饅頭等食品。苗期、成株期均對供試菌系均表現(xiàn)免疫，總體抗性表現(xiàn)優(yōu)異。中天1號為1BL/1RS易位系，抗性由YrTp 1和YrTp 2一顯一隱兩對基因控制，所含抗條銹基因不同于目前已知抗條銹基因［9］。

2.4 以簇毛麥為抗源選育的小麥品種—中梁29號

中梁29號以92R137為母本、938-4為父本進行雜交，采用系譜法選育而成［10］，2009年通過甘肅省農(nóng)作物品種審定委員會審定。屬普通小麥，冬性，幼苗半匍匐，生育期239 d左右。長方形穗，白殼，頂芒，葉相披垂，葉色綠色，株型緊湊，平均株高97.3 cm，穗長平均8.6 cm，千粒重39.5 g，籽粒紅色，粉質(zhì)，容重773.7 g/L。生長整齊，落黃好，籽粒飽滿。該品種對目前流行條銹菌小種水4、水7、水14、Hy8、條中32號及混合菌，無論是苗期或成株期均表現(xiàn)免疫，評價為總體抗性表現(xiàn)優(yōu)異。兼抗白粉病，黃矮病，抗病性非常突出。

3 討論

1）近年來，病原菌新小種的出現(xiàn)導致抗病親本和品種喪失抗性，小麥種內(nèi)的遺傳資源日趨貧乏，嚴重地影響著小麥品種的改良和換代。為了應對病原菌小種的不斷變化，小麥育種者必須不斷尋找新的抗源［11］。小麥近緣種屬是一個龐大的基因庫，擁有十分豐富的栽培小麥所不具備的優(yōu)良基因，是小麥改良的重要種質(zhì)資源［12］。遠緣雜交是小麥育種技術的方法之一，采用遠緣雜交將外源的優(yōu)良基因?qū)胄←溨腥?，是選育早熟、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病、抗逆性強小麥品種的一種好方法［2，13-15］。天水市農(nóng)業(yè)科學研究所利用小麥近緣種（屬）育成了天選41號、天選47號、中梁22號、中梁23號、中梁24號、中梁25號、中梁27號、中梁29號、中天1號等小麥新品種。其中將不同來源抗性材料采取多親本復合雜交、連續(xù)回交等組配方式使其抗性基因累加、互作，逐步聚合到同一受體中，育成了抗多種病害的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)小麥中梁23號、中梁27號。中梁23號對當前流行的條銹菌生理小種全部免疫，而親本組配中所用的抗條銹材料中梁15號、中梁16號和中梁12號已喪失抗性，只有八倍體小黑麥加非乃仍表現(xiàn)免疫，說明中梁23號的抗條銹病基因可能來自于加非乃或為多個親本不同抗性基因互作的結(jié)果，這有待進一步深入研究。中梁27號對當前流行的條銹菌生理小種全部免疫，親本中目前只有無芒中4仍表現(xiàn)免疫。中梁27號的外源片段分別來自于St、E組染色體，抗條銹病基因是否來自于外源的St、E組染色體，還需進一步研究。天選41號、天選47號、中梁24號、中梁25號和中梁29號品種從親本材料目前的抗病性推測，其抗病性可能來自外源抗病基因，這也有待進一步研究。

2） 在利用遠緣材料與小麥雜交時，首先應盡量選擇抗病、早熟、豐產(chǎn)等綜合農(nóng)藝性狀優(yōu)良的小麥品種，采用復合或用多品種測交、多次回交，可解決雜交后代分離大、分離世代較長、小麥與遠緣材料雜交不親合的問題。其次選擇配合力好的優(yōu)秀農(nóng)藝親本對組合的成功十分重要。第三，在遠緣雜交后代中，由于遠緣優(yōu)良基因很容易丟失，應盡可能采用早代染色體檢測、分子標記等方法跟蹤調(diào)查，保證外源基因的成功導入。

［1］ 宋建榮，張耀輝.我國條銹病核心疫源區(qū)隴南冬小麥育種策略［J］.湖南農(nóng)業(yè)大學學報（自然科學版），2007，33（8）：72-76.

［2］ 鐘冠昌，穆素梅，張正斌.麥類遠緣雜交［M］.北京：科學出版社，2002.

［3］ 萬安民，吳立人，金社林，等.中國小麥條銹菌條中32號的命名及其特性［J］.植物病理學報，2003，30 （4）：347-352.

［4］ 萬安民，吳立人，金社林，等.2000—2001年我國小麥條病發(fā)生和生理小種監(jiān)測結(jié)果［J］.植物保護，2002，28（3）：5-9.

［5］ 汪石俊，李金昌，王 偉，等.冬小麥新品種天選47號選育報告［J］.甘肅農(nóng)業(yè)科技，2010（12）：3-5.

［6］ 楊敏娜，徐智斌，王美南，等.小麥品種中梁22抗條銹病基因的遺傳分析和分子作圖［J］.作物學報，2008，34（7）：1 280-1 284.

［7］ 宋建榮，岳維云，呂莉莉，等.冬小麥新品系中梁969選育報告［J］.甘肅農(nóng)業(yè)科技，2008（1）：3-5.

［8］ 宋建榮，呂莉莉，張耀輝.冬小麥新品種中天1號選育報告［J］.甘肅農(nóng)業(yè)科技，2009（1）：3-5.

［9］ 殷學貴，尚勛武，龐斌雙，等.A-3中抗條銹新基因YrTp1和YrTp2的分子標記定位分析［J］.中國農(nóng)業(yè)科學，2006，39（1）：10-17.

［10］ 宋建榮，岳維云，呂莉莉，等.冬小麥新品系中梁X9614選育報告［J］.甘肅農(nóng)業(yè)科技，2008（11）：3-4.

［11］ 楊作民，唐伯讓，沈克全，等.小麥抗病育種的戰(zhàn)略問題——小麥對條銹病、白粉病第二線抗源的建立和利用［J］.作物學報，1994，12（7）：385-394.

［12］ 董玉琛.小麥的基因源［J］.麥類作物學報，2000，20（3）：78-81.

［13］ 鐘冠昌，穆素梅，張榮琦，等.八倍體小偃麥與普通小麥雜交育種的研究［J］.西北植物學報，1995，15（1）：6-9.

［14］ 張榮琦，陳春環(huán)，趙曉農(nóng)，等.八倍體小偃麥與普通小麥雜交選育抗旱小麥品種的研究［J］.西北植物學報，1999，19（1）：24-28.

［15］ 張榮琦，陳春環(huán)，趙曉農(nóng)，等.八倍體小偃麥與普通小麥雜交選育優(yōu)質(zhì)小麥新品種的研究［J］.西北農(nóng)林科技大學學報，2004，32（3）：25-27.

（本文責編：鄭立龍）

Study of Wheat Rust-resistant Breeding Using Exogenous Rust-resistant Gene

ZHANG Erxi，SONG Jianrong，ZHANG Yaohui，LI Jinchang
（Tianshui Institute of Agricultural Sciences，Tianshui Gansu 741000，China）

The multi-hybridize and backcross between exogenous material which with rust-resistant gene and normal wheat variety are conducted，to import the rust-resistant gene of Thinopy ruminterm edium，Agropyron elongatum，Secale cereal and Haynaldia villosa to normal wheat variety.The new wheat variety of rust-resistant and drought-resistant and high yield had been bred successfully，the newly bred variety include Tianxuan 41，Tianxuan 47，Zhongliang 22，Zhongliang 23，Zhongliang 24，Zhongliang 25，Zhongliang 27，Zhongliang 29，and Zhongtian 1.

Normal wheat;Variety;Exogenous rust-resistant gene;Breeding

S512.1

A

1001-1463（2015）07-0001-04

10.3969/j.issn.1001-1463.2015.07.001

2015-03-31

甘肅省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新項目“抗條銹高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)冬小麥新品種選育”（2012GAAS06-5）；甘肅省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新項目“抗銹高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)冬小麥新品種選育與示范”（GNCX-2013-6）

張二喜（1961—），男，甘肅天水人，農(nóng)藝師，主要從事農(nóng)作物新品種示范推廣工作。聯(lián)系電話：（0）13919641269。

宋建榮（1963—），男，甘肅天水人，研究員，主要從事小麥育種栽培研究工作。E-mail：tskd228202@163.com