綿陽地區(qū)小麥近等基因系多品種混播的抗條銹病效果研究及異常寒潮的影響

張 華，康曉慧*，陳萬權(quán)，劉 博 ，梁永亮，楊 亨

(1.西南科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，中國 綿陽 621010；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，植物病蟲害生物學(xué)國家重點實驗室，中國 北京 100193)

綿陽地區(qū)小麥近等基因系多品種混播的抗條銹病效果研究及異常寒潮的影響

張 華1，康曉慧1*，陳萬權(quán)2，劉 博2，梁永亮1，楊 亨1

(1.西南科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，中國 綿陽 621010；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，植物病蟲害生物學(xué)國家重點實驗室，中國 北京 100193)

為了比較不同小麥品種的抗性基因?qū)π←湕l銹病發(fā)生的影響，以及小麥對連續(xù)一個月寒潮且平均氣溫突降10 ℃以上的適應(yīng)能力，以小麥抗條銹病近等基因系6個品種為材料，在四川綿陽進(jìn)行單播和混播處理，并和當(dāng)?shù)匦←溸M(jìn)行比較分析.在自然發(fā)病條件下，研究了條銹病在單播和混播條件下的發(fā)病情況和寒潮對小麥抗病能力的影響.試驗結(jié)果表明，6種小麥在不同生長階段對條銹菌的反應(yīng)型差異顯著(P<0.05)，不同近等基因品種單播和混播的枯芯率差異顯著(P<0.05)，同時，結(jié)合當(dāng)年寒潮的影響，四川小麥品種適應(yīng)當(dāng)?shù)禺惓－h(huán)境的能力較強.

小麥;條銹病;反應(yīng)型；病害指數(shù)；枯芯；凍害

AbstractIn order to compare the effect of resistance genes of different wheat varieties on the occurrence of wheat stripe rust, and the adaptability of wheat to the cold weather up to a month and the average temperature of 10 degrees Celsius, in this paper, 6 varieties of wheat stripe rust resistance near isogenic lines were used as the materials to carry out the unicast and mixed sowing treatments in Mianyang, Sichuan. Under the condition of natural disease, the incidence of stripe rust and the impact of cold weather on wheat’s disease resistance were thoroughly studied. Our test results show that the 6 kinds of wheat in different growth stages of wheat stripe rust reacted significantly differently (P<0.05), with significant difference in near isogenic varieties of dry mixture of unicast and core rates (P<0.05). At the same time, combined with the impact of current cold weather, our study showed that Sichuan wheat varieties could adapt well with the abnormal environment.

Keywordswheat; stripe rust; reaction type; disease index; dry core damage

小麥銹病、白粉病、赤霉病是我國小麥生產(chǎn)上的三大主要病害，其中，小麥銹病分稈銹、葉銹和條銹.條銹病(病原菌Pucciniastriiformisf.sp.tritici)在我國是小麥三種銹病中發(fā)生最廣、危害最重的病害，主要發(fā)生于西北、西南、黃淮海等冬麥區(qū)和西北春麥區(qū).小麥條銹病在流行年份可減產(chǎn)20%～30%，嚴(yán)重田塊甚至絕收.特別是 1950，1964，1990和2002年4次病害全國大流行，發(fā)生面積均超過 667 萬 hm2，損失小麥共計 120 億 kg[1].其中 1950 年損失的小麥占全國小麥總產(chǎn)量的 41.4%，超過當(dāng)年全國夏季征糧的總數(shù)[2].四川盆地是條銹病菌的主要越夏區(qū)域之一[3]，當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)作物管理部門對此類病害的研究和防治工作高度重視，長期以來組織專業(yè)工作小組研究和控制條銹病，并取得良好效果.小麥條銹病，苗期染病，幼苗葉片上產(chǎn)生多層輪狀排列的鮮黃色夏孢子堆.成株葉片初發(fā)病時夏孢子堆為小長條狀，鮮黃色，橢圓形，與葉脈平行，且排列成行，像縫紉機軋過的針腳一樣,呈虛線狀，后期表皮破裂，出現(xiàn)銹褐色粉狀物；小麥近成熟時，葉鞘上出現(xiàn)圓形至卵圓形黑褐色夏孢子堆，散出鮮黃色粉末，即夏孢子.多年來國內(nèi)外的研究和生產(chǎn)實踐證明,合理利用抗病基因,培育和推廣高效、穩(wěn)定、廣譜、持久的抗病品種是控制與治理小麥條銹病最經(jīng)濟(jì)、安全、有效的途徑[4].

眾多學(xué)者發(fā)現(xiàn)，只用一個?；共⌒詮姷钠贩N，人為單一地擴大種植面積，均會為新的病原菌的繁殖和積累提供有利條件，使?；剐允В藶榈膯我换俣仍娇?，其?；剐允У乃俣纫苍娇?因此，利用小麥遺傳多樣性控制植物病害也非常重要.遺傳多樣性的大田試驗以多系品種[5]、生物多樣性布局[6]等為典型.利用生物多樣性持續(xù)控制作物病害是國內(nèi)外研究熱點之一[7]，研究表明品種混播可提高單個品種的千粒質(zhì)量，并且能降低小麥銹病的發(fā)生[8].本研究通過在同一麥地自然誘發(fā)Avocet S*6/Yr1，Avocet S*6/Yr6，Avocet S*6/Yr7，Avocet S*6/Yr9，Avocet S*6/Yr18和Avocet S*6/Yr26(以下簡稱Yr1,Yr6,Yr7,Yr9,Yr18及Yr26)共6種近等基因系小麥，進(jìn)行大田不同生長期的抗性鑒定，對各個相關(guān)因素進(jìn)行分析.

1 材料及方法

1.1 試驗材料

本研究選用的6個小麥參試品種為近幾年綿陽地區(qū)試驗地的主要栽培品種，作為對照組的銘賢169高度感誘.種子主要來源于西南科技大學(xué)、綿陽農(nóng)科院、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)所.

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗地設(shè)計 試驗地位于四川盆地西北部綿陽市涪城區(qū)龍門鎮(zhèn)香社村西南科技大學(xué)小麥基地，屬涪江中、上游地帶. 試驗分別于2015年10月20日播種，利用誘發(fā)行高感品種自然發(fā)病. 試驗田長17.5 m，寬 17.6 m，四周設(shè) 1 m 寬的保護(hù)行，小區(qū)面積為(2×3)m2,每個小區(qū)種植小麥5行，行長2 m，行距0.3 m.分別將Yr1，Yr6，Yr9進(jìn)行單播、兩兩混播和三種混播，將Yr7，Yr18，Yr26進(jìn)行單播、兩兩混播和三種混播.設(shè)3 次重復(fù),每次重復(fù)7個小區(qū)，品種排列順序隨機分布.采用人工開溝，條播. 鑒定品種均勻播種， 誘發(fā)行品種銘賢169與供試材料垂直種植，每兩廂中間播1行誘發(fā)品種銘賢169. 田間管理與當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)一致.播種前測定3個供試品系的發(fā)芽率，根據(jù)各組分的發(fā)芽率和千粒質(zhì)量采取相等有效粒數(shù)的方法稱質(zhì)量到行，試驗地采用正常肥水管理，全生育期內(nèi)不施用任何殺菌劑，使其自然發(fā)病.

1.2.2 調(diào)查方法與數(shù)據(jù)分析 小區(qū)一出現(xiàn)病情就開始調(diào)查，方法為各小區(qū)逐行低頭慢步踏查和蹲下細(xì)查相結(jié)合，記載各小區(qū)病葉數(shù)及嚴(yán)重度，每周調(diào)查一次.到盛發(fā)期時，對每個小區(qū)采取5點取樣法進(jìn)行調(diào)查，每點調(diào)查40片葉片，記載各小區(qū)的病葉數(shù)、嚴(yán)重度、反應(yīng)型，然后計算其病情指數(shù)(平均嚴(yán)重度×病葉率×100)，每7天調(diào)查一次.平均嚴(yán)重度=∑[(各嚴(yán)重度級別×各級病葉數(shù))/(調(diào)查葉片總數(shù)×最高嚴(yán)重度)]×100.小麥條銹發(fā)病分級標(biāo)準(zhǔn)見表1.

表1 小麥條銹發(fā)病分級標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果分析

2.1 不同小麥品種的發(fā)病情況

2016年1月25日初次調(diào)查時，6個品種小區(qū)均未發(fā)現(xiàn)病害，誘發(fā)品種169已經(jīng)出現(xiàn)5～10個點的發(fā)病中心.2016年2月2日，Yr7, Yr18和Yr26的單播和混播小區(qū)出現(xiàn)1個發(fā)病點，但Yr1, Yr6和Yr9的小區(qū)并未發(fā)現(xiàn)發(fā)病中心.2016年2月10日寒流過后，近等基因系小麥均出現(xiàn)不同程度的枯芯和表面葉片大面積枯黃的癥狀，而四川小麥只有少數(shù)幾個試驗品種有輕微的枯黃癥狀.大麥和銘賢169基本都出現(xiàn)枯芯和葉片枯黃癥狀.但條銹病發(fā)仍不明顯.2016年3月15日調(diào)查時發(fā)現(xiàn)，隨著新葉的生長，小麥條銹病明顯增多，一般出現(xiàn)在新葉上,相對往年的條銹病害盛發(fā)期，時間晚15～20天，且單播小區(qū)病發(fā)區(qū)的范圍明顯比混播小區(qū)的大.以上結(jié)果顯示，凍害在一定程度上延長了小麥條銹病菌的休眠期.同時，小麥混播可在一定程度上減少條銹病的發(fā)生.

2.2 小麥近等基因系在極寒條件下的生長情況

2.2.1 凍害的影響 寒流后2月25日第一次調(diào)查發(fā)現(xiàn)，整個小麥普遍出現(xiàn)葉片枯黃的癥狀，即凍害.其中單播品種較混播品種的嚴(yán)重，近等基因系小麥比四川小麥的凍害嚴(yán)重.作為保護(hù)行的大麥基本出現(xiàn)凍害現(xiàn)象.在小麥凍害之后反應(yīng)型最明顯、受害老葉未枯死前的時期，對小麥?zhǔn)軆龊η闆r進(jìn)行分析.根據(jù)小麥葉片表面的枯黃和退綠程度，分為嚴(yán)重枯黃(4)，過半枯黃(3)，一般枯黃(2)，長勢良好(1)四個等級.結(jié)果(表2)顯示，單播和兩種混播的枯黃程度較嚴(yán)重，三種混播的長勢較好，地勢靠邊區(qū)域的小麥比中間的程度輕，初步分析這可能與小麥所處的地勢和受風(fēng)的情況有關(guān).根據(jù)5月收獲小麥時對小麥的測產(chǎn)，大麥基本沒有收獲，待測小麥品種中，Yr1+Yr6混播的小麥50%為死殼.

表2 6個品種的凍害程度

注：表中數(shù)據(jù)為3個重復(fù)的凍害程度平均值；新復(fù)極差檢測，同列不同小寫字母表示在P<0.05差異顯著，下同.

2.2.2 凍害較嚴(yán)重小麥的枯芯情況 觀察發(fā)現(xiàn)，小麥Yr1, Yr6和Yr9的枯芯癥狀比較明顯.對這3種小麥生長情況進(jìn)行分析，見表3.調(diào)查結(jié)果(表4)顯示，在凍害盛發(fā)期，小麥的枯芯率均較高，混播處理的Yr1+Yr9較其他的小區(qū)極顯著(p<0.01)增加，單播的Yr1較其他小區(qū)極顯著(p<0.01)降低.混播的小區(qū)只有Yr6+Yr9與單播的小區(qū)枯芯差距小，說明抗寒性與小麥的品種有關(guān)，與是否混播沒有顯著關(guān)系.

表3 在小麥枯芯盛發(fā)期對3個特殊品種枯芯率的方差分析

表4 3種不同近等基因品種單播和混播的枯芯率

注：同列不同大寫字母表示在P<0.01差異顯著，其他同表2，下同.

2.2.3 近等基因系小麥與四川本地主栽品種的葉片枯芯率比較 隨機選擇枯芯較明顯的四川小麥與Yr7, Yr18及Yr26進(jìn)行比較(表5)，除Yr18和 Yr26之外，其他品種的小麥?zhǔn)艿降膬龊τ绊懴鄬^小，這幾種小麥均種植在同一塊小麥地，土壤、水源、陽光等生長環(huán)境基本一致，而兩類小麥的距離僅2 m，所以受風(fēng)向影響的情況較低.通過方差分析的結(jié)果顯示，四川小麥較北方小麥的抗寒能力強，這可能與四川主栽品種的多代遺傳所形成的物種適應(yīng)性有關(guān).

表5 四川小麥與北方小麥在寒流后的枯芯率

2.3 條銹病反應(yīng)型

對6個品種兩年不同生育期對條銹病的反應(yīng)型進(jìn)行多重比較，結(jié)果顯示具有顯著差異(P<0.05).整體呈現(xiàn)先升后降的趨勢，在最開始的分蘗期普遍病害較輕甚至沒有明顯現(xiàn)象，而孕穗期病害最嚴(yán)重，之后病害開始降低.由此可推斷不管天氣如何變化，小麥的抗病性均始于孕穗期后.將6個品種在2015年的反應(yīng)型進(jìn)行比較，有顯著差異(P<0.05).其中Yr26較其他品種顯著性(P<0.05)增加，反應(yīng)型一度達(dá)到3.4. 2016年的反應(yīng)型結(jié)果顯示，由于寒流的影響，各個品種的抗性明顯降低，并基本出現(xiàn)失綠的癥狀，反應(yīng)型最高達(dá)到4.綜合分析發(fā)現(xiàn)，Yr26的反應(yīng)型較高，最高時達(dá)到高感水平，其他品種的反應(yīng)型均在抗病品種的范圍內(nèi)(表6).

表6 6個小麥品種兩年不同生育期反應(yīng)型的比較

3 討論

四川盆地作為主要的小麥條銹繁殖區(qū)之一[9]，冬季繁殖區(qū)小麥的抗條銹病水平直接關(guān)系到其他區(qū)域小麥的病菌感染趨勢.要從根本上降低病菌造成的危害，最有效的方法是優(yōu)選優(yōu)育，種植抗病性強的品種[10-12].品種混種作為一種通過栽培來控制病害的自然防病措施，近年來受到越來越多的重視.在利用小種?；剐缘男←溒贩N混合系統(tǒng)中,如果復(fù)雜小種在病原物群體中不占優(yōu)勢,那么混合系統(tǒng)減輕病害的作用可持續(xù)有效.復(fù)雜小種在品種混合群體中的動態(tài)也須注意，否則品種混合有可能逐漸降低其病害控制作用，以至于混合群體完全喪失其抗病性.病害的嚴(yán)重程度也影響小麥品種遺傳多樣性的發(fā)揮.因此，品種混種還有多方面的問題值得研究[13-14].

本試驗選擇四川地區(qū)抗性比較明顯的近等基因系小麥，通過大田高感抗性品種自然誘發(fā)，對不同生育期和生長條件下的抗逆性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)不同品種間反應(yīng)型和病情指數(shù)差異性顯著；在不同的生長環(huán)境條件下，抗病性明顯發(fā)生改變.多重比較結(jié)果顯示，生育期和品種間反應(yīng)型差異顯著，抗逆性差異極顯著.綜合分析結(jié)果表明，不同小麥品種的反應(yīng)型有差異，這與不同品種的抗性基因有關(guān)，不同年份小麥的反應(yīng)型也有差異，這可能與不同時間小麥生長的環(huán)境不同和子代的抗性遺傳發(fā)生改變有關(guān).試驗兩年間天氣和環(huán)境差別較大，同種小麥所表現(xiàn)出的抗性有所不同，不同品種間的差異形式相似.Yr26在條銹病盛發(fā)期，在寒流的影響下，反應(yīng)型已達(dá)到高感水平.而Yr1， Yr6， Yr18及Yr7的枯芯和葉片表面枯黃程度相對較低，這可能與其抗凍害能力有關(guān)，需要進(jìn)一步的分子試驗進(jìn)行驗證.

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(編輯 WJ)

A Study of the Effect of Wheat Varieties with Near-isogenic Lines on Resistance to Stripe Rust and Abnormally Cold Weather in Mianyang

ZHANGHua1,KANGXiao-hui1*,CHENWan-quan2*,LIUBo2,LIANGYong-liang1,YANGHeng1

(1.College of Life Science and Engineering, Southwest University of Science and Technology, Mianyang 621010,China; 2.State Key laboratory for Biology of Plant Diseases and Insect Pests, Institute of Plant Protection, The Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100193, China)

S512.1

A

1000-2537(2017)05-0024-05

2017-03-06

“十二五”國家科技支撐計劃資助項目(2012BAD19B04)；國家自然科學(xué)基金資助項目(61661136004)；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系資助項目(CARS-03)

*通訊作者,E-mail：xhuik@126.com;wqchen@ippcaas.cn

10.7612/j.issn.1000-2537.2017.05.004