甘肅隴南重要小麥生產(chǎn)品種‘中梁27’抗條銹特點分析及其利用價值

孫振宇, 黃 瑾, 馮 晶, 張 勃, 曹世勤*, 賈秋珍, 王曉明, 金社林*, 王萬軍, 宋建榮

(1. 甘肅省農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所， 蘭州 730070; 2. 中國農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所,植物病蟲害 生物學國家重點實驗室，北京 100193; 3. 甘肅省天水市農(nóng)業(yè)科學研究所， 天水 741200)

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甘肅隴南重要小麥生產(chǎn)品種‘中梁27’抗條銹特點分析及其利用價值

孫振宇1, 黃 瑾1, 馮 晶2, 張 勃1, 曹世勤1*, 賈秋珍1, 王曉明1, 金社林1*, 王萬軍3, 宋建榮3

(1. 甘肅省農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所， 蘭州 730070; 2. 中國農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所,植物病蟲害 生物學國家重點實驗室，北京 100193; 3. 甘肅省天水市農(nóng)業(yè)科學研究所， 天水 741200)

2007-2013年對甘肅隴南重要小麥生產(chǎn)品種‘中梁27’在甘肅省不同生態(tài)區(qū)進行了全生育期抗條銹特點研究和苗期抗條銹基因推導分析,結果表明：‘中梁27’全生育期對接種的條銹菌CYR29、CYR31、CYR32、Su11-4、Su11-7、Su11-11、Su11-13、HY4、HY7、HY8表現(xiàn)抗病,對CYR33表現(xiàn)中抗-中感,對新菌系貴22-9、貴22-14表現(xiàn)感病。對自然誘發(fā)的條銹病,從2012年開始在甘肅田間表現(xiàn)感病。苗期對24個國內(nèi)外供試條銹菌單孢菌系的抗性譜與已知基因載體品種不一致,推測含有未知抗條銹基因。

冬小麥; 中梁27; 條銹病; 抗銹性特點

由條形柄銹菌(PucciniastriiformisWest f.sp.triticiEriks)引起的小麥條銹病是發(fā)生于甘肅省及中國小麥生產(chǎn)上的最主要病害,種植抗病品種是防治該病最經(jīng)濟有效且有利于環(huán)境保護的措施[1-3]。已有的研究結果表明,甘肅隴南麥區(qū)是小麥條銹病的常發(fā)易變區(qū),是條銹菌新小種的“策源地”[1-5]。該區(qū)小麥條銹病的發(fā)生流行,不僅嚴重影響當?shù)匦←湲a(chǎn)量,更為重要的是對我國黃淮海麥區(qū)小麥安全生產(chǎn)影響巨大。自1993年以來,隨著以CYR32、CYR33為代表的HY及水源致病類群的不斷出現(xiàn)和積累,造成我國重要小麥抗源材料‘繁6’及其衍生系——綿陽系品種的抗病性喪失[6],引致2002年小麥條銹病在全國范圍內(nèi)大流行,波及甘肅、四川、陜西、重慶、河南、山東、河北、寧夏、青海、貴州、云南等11個省(市、自治區(qū)),產(chǎn)量損失超過13億kg[7]。截至目前,由于小麥條銹病菌毒性變異和新小種的流行,已導致全國范圍內(nèi)7次大規(guī)模的品種更替。

從2010年開始,隨著條銹菌新致病類群G22的不斷出現(xiàn)和積累,造成國內(nèi)重要抗源材料‘南農(nóng)92R’系、‘貴農(nóng)’系及其衍生系材料抗病性的逐步喪失[8-10,12],包括‘蘭天17號’、‘川麥42號’等在內(nèi)的諸多生產(chǎn)品種(系)已逐步在田間喪失抗病性[10,12]。如何延長抗病品種在甘肅隴南的使用年限,持續(xù)控制甘肅省及中國小麥條銹病的發(fā)生流行,是擺在當前植物病理學家及抗病育種專家面前的一道難題和需要迫切解決的問題。同時進一步尋找、發(fā)掘和利用現(xiàn)有抗病品種及抗病資源,持續(xù)控制小麥條銹病在甘肅隴南及中國的發(fā)生流行,已成為當前生產(chǎn)及育種上的最主要工作之一。

冬小麥品種‘中梁27’是甘肅隴南山區(qū)重要生產(chǎn)品種,由天水市農(nóng)業(yè)科學研究所小麥中心選育而成。自2006年在示范區(qū)推廣以來,由于其良好的抗病、豐產(chǎn)特性,深受示范區(qū)群眾的歡迎,取得了較好的控病增產(chǎn)效果[11]。目前對該品種抗病特點分析方面,國內(nèi)尚未開展相關研究?；诖?作者開展相關抗條銹性特點分析,旨在為其在甘肅隴南的充分利用起到積極的推動作用。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試菌系：用于苗期、成株期抗病性評價的條銹菌單孢菌系共13個,包括CYR29、CYR31、CYR32、CYR33、Su11-4、Su11-7、Su11-11、Su11-13、HY4、HY7、HY8、G22-9和G22-14,由甘肅省農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所小麥病害課題組提供。用于基因推導分析的26個國內(nèi)外條銹菌單孢菌系包括3E22、7E158、45E221、43E159、167E62、175E191、239E188、34E40、99E22、41E233、3E10、113E80、64E12、34E30、36E8、45E191、2E26、45E185、107E58、32E200、44E169、45E169、45E25、40E47、108E41和109E125,來自中國農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所麥類作物病害課題組。

供試品種：‘中梁27’來自于天水市農(nóng)業(yè)科學研究所小麥中心。感病對照‘銘賢169’來自甘肅省農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所小麥病害課題組。用于抗條銹基因推導的30個已知抗條銹病基因(組合)即Yr1、Yr2、Yr2+Yr6、Yr2+Yr6+、Yr2+YrH7、Yr3+YrV23、Yr3+、Yr3a+Yr4a+Yr16、Yr4+、Yr5、Yr6+Yr20、Yr7+Yr22+Yr23、Yr7+、Yr8+Yr19、Yr9+YrCle、Yr9+、Yr10+YrMor、Yr12、Yr2+Yr3a+Yr4a+Yr13、Yr15、Yr17、Yr24、Yr25+YrSD、Yr25、Yr26、Yr27、Yr28、Yr32、YrSpP和YrSu載體品種由中國農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所麥類作物病害課題組提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 苗期、成株期抗條銹性評價

2007-2013年逐年選用供試的13個新鮮條銹菌單孢菌系,在甘肅省農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所蘭州低溫溫室分別進行接種和鑒定。成株期接種鑒定在甘肅省農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所甘谷試驗站進行,接種方法為噴孢子懸浮液法。從2007年開始,每年在甘肅省不同生態(tài)區(qū)的天水市農(nóng)業(yè)科學研究所甘谷試驗站(海拔1 270 m)、甘谷縣白家灣鄉(xiāng)東三十里鋪村(海拔1 720 m)、甘谷縣古坡鄉(xiāng)魏家坪村(海拔1 920 m)、天水市秦州區(qū)汪川良種場(海拔1 680 m)和臨洮農(nóng)業(yè)學校(海拔1 960 m)進行條銹病自然誘發(fā)鑒定。具體種植、調(diào)查時間等方法參照參考文獻[13-14]進行。

其中反應型記載采用0、0;、1、2、3、4共6級標準,其中0～2級為抗病(R),3～4級為感病(S);嚴重度記載采用0、t、5%、10%、20%、40%、60%、80%、100%共9級標準;普遍率記載采用0、t、5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%共13級標準[1]。

1.2.2 苗期抗條銹基因推導分析

2011年11-12月在中國農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所低溫溫室,將供試材料和27個已知抗條銹病基因載體品種順序編號,播于盛有營養(yǎng)土的30 cm×20 cm×10 cm(長×寬×高)的塑料盒中,每品種播5～7粒催芽種子。待供試品種第一片葉完全展開后,采用掃抹法分別接種24個新鮮供試單孢菌系[13-14]。接種后15～18 d,待感病對照‘銘賢169’充分發(fā)病后,依照0～4級標準調(diào)查記載反應型。

基于Flor基因?qū)蛟韀15],通過比較分析供試品種和已知抗條銹基因載體品種對供試菌系相互作用所產(chǎn)生的反應型,推導供試品種可能含有的抗條銹基因[16]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

病情指數(shù)=嚴重度×普遍率/100[1]。

2 結果與分析

2.1 苗期、成株期抗病性評價

2.1.1 接種鑒定結果

連續(xù)多年接種鑒定結果發(fā)現(xiàn),‘中梁27’對CYR33及CYR29、CYR31、CYR32、Su11-4、Su11-7、Su11-11、Su11-13、HY4、HY7、HY8均表現(xiàn)免疫到中抗水平,對新菌系G22-9和G22-14表現(xiàn)感病，詳細結果見表1。

表1 ‘中梁27’對供試菌系的抗條銹性表現(xiàn)1)

1) 表中數(shù)據(jù)為反應型/嚴重度/普遍率,下同。

Data in the table were listed as infection type / severity / incidence. The same below.

2.1.2 自然誘發(fā)鑒定結果

各地多年監(jiān)測結果發(fā)現(xiàn), ‘中梁27’自2011年開始,在甘谷、汪川及臨洮田間對自然誘發(fā)的條銹病逐步表現(xiàn)感病,但嚴重度和病情指數(shù)相對較低,在1～4之間，詳細結果見表2。

表2 2007-2013年‘中梁27’在甘肅各地抗病性表現(xiàn)1)

1) 括號內(nèi)數(shù)據(jù)為病情指數(shù)。

The data in brackets was disease index.

2.2 苗期抗條銹基因推導分析

由表3結果看出,‘中梁27’除對供試菌系175E191和239E188表現(xiàn)感病外,對其余24個菌系均表現(xiàn)抗病,與30個抗性基因(組合)抗性反應譜不一致[13-14],結合系譜分析,推測含有未知抗病基因。

表3 ‘中梁27’對26個供試條銹菌單孢菌系的苗期抗病性表現(xiàn)

3 結論與討論

小麥條銹菌新小種的出現(xiàn)和群體毒性結構的改變是引起小麥品種抗銹性喪失的主導因素[8]。正是由于新的毒性菌系G22致病類群的出現(xiàn),導致從2011年開始,‘中梁27’的抗病性在甘肅隴南田間逐步喪失,在生產(chǎn)中逐漸失去利用價值,這也與前人研究結論相一致[1-2,6,10]。

研究結果發(fā)現(xiàn),‘中5’具有優(yōu)異的抗條銹特性,是當前我國小麥抗條銹育種上不可多得的抗條銹資源材料[17]。近年來國內(nèi)學者先后從其衍生系品種(系)‘中梁22號’、‘中93444’和‘中93447’中標記出了Yrzhong22[18]、Yrzhong93444[19]、Yrzhong93447[20]等3個分布于不同染色體上的、有別于已知抗條銹基因的新基因。宋建榮等[11]研究發(fā)現(xiàn),‘中梁27’為易位系材料,其外源片段分別來自中間偃麥草的St和E組染色體。分析‘中梁27’系譜,目前其親本材料中除‘中4’在甘肅隴南田間表現(xiàn)抗病外,其余各親本材料‘保加利亞10’、‘咸農(nóng)4號’、‘中梁15號’、‘中梁12號’均表現(xiàn)感病,初步推測‘中梁27’抗條銹基因來源于抗病親本‘中4’,但兩品種所含抗病基因是否相同,則有待于進一步研究。

鑒于目前‘中梁27’已在甘肅隴南田間開始感病的現(xiàn)狀,建議在生產(chǎn)中應壓縮其種植面積,在播種期進行藥劑拌種,成株期進行藥劑噴灑防治,以控制條銹病的發(fā)生流行。

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(責任編輯：王 音)

Resistant characters and application value of wheat cultivar ‘Zhongliang 27’ to stripe rust in all-stage in Gansu Province

Sun Zhenyu1, Huang Jin1, Feng Jing2, Zhang Bo1, Cao Shiqin1, Jia Qiuzhen1, Wang Xiaoming1, Jin Shelin1, Wang Wanjun3, Song Jianrong3

(1. Institute of Plant Protection, Gansu Academy of Agricultural Sciences, Lanzhou 730070, China; 2. Institute of Plant Protection, Chinese Academy of Agricultural Sciences/State Key Laboratory for Biology of Plant Diseases and Insect Pests, Beijing 100193, China; 3. Tianshui Institute of Agricultural Sciences, Gansu 741200, China)

The wheat cultivar ‘Zhongliang 27’ was an important wheat planting variety in Longnan region, Gansu Province at present time. In order to evaluate its resistance to stripe rust, artificial inoculation of differential races ofPucciniastriiformisf.sp.tritici(Pst) including CYR31, CYR32, CYR33, Su11-4, Su11-7, Su11-11, Su11-13, HY4、HY7 and HY8, G22-9 and G22-14 were made in Lanzhou greenhouse (Institute of Plant Protection, Gansu Academy of Agricultural Sciences, IPP-GAAS) at seedling stage and Gangu testing station of IPP-GAAS at adult stage, and natural induced pool at different locations in Gansu Province during 2007-2013. The results showed that the wheat variety ‘Zhongliang 27’ was resistant to above 80% testing isolates except new isolates G22-9 and G22-14 ofPst. Since 2012, ‘Zhongliang 27’was susceptible to natural stripe rust in fields at different locations in Gansu Province because of new pathogenic type G22. By artificial inoculation of 24Pstisolates at seedling stage in Beijing greenhouse (Institute of Plant Protection, Chinese Academy of Agricultural Sciences, IPP-CAAS) at seedling stage, we found that ‘Zhongliang 27’ has different resistance spectra from the varieties with known resistant genes, postulating that there may be unknown resistant gene in the variety.

winter wheat; ‘Zhongliang 27’; stripe rust; resistant character

2014-05-23

2014-07-09

國家自然科學基金地區(qū)基金(31160362);“十二五”國家科技支撐計劃(2012BAD19B04)

S 435.121.42

A

10.3969/j.issn.0529-1542.2015.04.034

* 通信作者 E-mail:caoshiqin6702@163.com；jinshelin@163.com