2010-2017年河南省小麥白粉菌群體的毒性變化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

張美惠 劉偉 王振花 徐飛 范潔茹 宋玉立 周益林

摘要 ：為了解河南省小麥白粉菌群體毒性結(jié)構(gòu)及年度動(dòng)態(tài)變化，對(duì)河南省近8年來的小麥白粉菌群體毒性進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明其病菌群體對(duì)小麥白粉病抗性基因或組合Pm1a、Pm3a、Pm3b、Pm3c、Pm3f、Pm3e、Pm5a、Pm6、Pm7、Pm8、Pm17、Pm19、Pm1+2+9的毒性頻率高于70%，這些基因?yàn)闊o效抗病基因;對(duì)抗性基因或組合Pm1c、Pm2、Pm5b、Pm12、Pm13、Pm16、Pm21、Pm22、Pm23、Pm24、Pm35、Pm36、Pm46、Pm“XBD”、Pm2+Mld、Pm2+6的毒性頻率低于30%，其中對(duì)抗性基因Pm12、Pm16和Pm21的毒性頻率為0%，這些基因依然為有效的抗病基因。病菌群體對(duì)Pm4a、Pm4b、Pm4+8等抗性基因或組合的毒性頻率近年來總體呈上升趨勢(shì)，且毒性頻率已達(dá)到30%～70%，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)這些抗病基因或組合的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，并建議在抗病育種中謹(jǐn)慎使用。

關(guān)鍵詞 ：小麥白粉菌;?毒性頻率;?抗病基因;?抗病育種

中圖分類號(hào)：

S 435.121.46

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：?A

DOI：?10.16688/j.zwbh.2019147

Monitoring of the changes in the virulence of Blumeria graminis f.sp. tritici in Henan province during 2010-2017

ZHANG Meihui1，?LIU Wei1，?WANG Zhenhua1，?XU Fei2，?FAN Jieru1，?SONG Yuli2，?ZHOU Yilin1

（1. State Key Laboratory for Biology of Plant Diseases and Insect Pests， Institute of Plant Protection，

Chinese Academy of Agricultural Sciences， Beijing?100193， China; 2. Institute of Plant Protection，Henan

Academy of Agricultural Sciences， Key Laboratory of Integrated Pest Management on Crops in Southern

Region of North China， Ministry of Agriculture， Zhengzhou?450002， China）

Abstract

To understand the changes in the virulence structures and annual dynamics of Blumeria graminis f. sp. tritici population in Henan province， the virulence of B.graminis f. sp tritici population was monitored in Henan in recent 8 years. The results showed that the virulence frequencies of the pathogen to the resistance genes Pm1a， Pm3a， Pm3b， Pm3c， Pm3f， Pm3e， Pm5a， Pm6， Pm7， Pm8， Pm17， Pm19， Pm1+2+9 were higher than 70%， indicating that these resistance genes were ineffective. Its virulence frequencies to the resistance genes Pm1c， Pm2， Pm5b， Pm12， Pm13， Pm16， Pm21， Pm22， Pm23， Pm24， Pm35， Pm36， Pm46， Pm“XBD”， Pm2+Mld， Pm2+6 were lower than 30%， wherein the virulence frequencies to Pm12， Pm16 and Pm21 were zero， revealing that these genes were still effective. The virulence frequencies to Pm4a， Pm4b and Pm4+8 had an increasing tendency in recent years， which reached 30%-70%. Therefore， these genes should be monitored emphatically and used cautiously in wheat breeding.

Key words

Blumeria graminis f. sp. tritici;?virulence frequency;?resistance gene;?wheat breeding

由專性寄生菌Blumeria graminis f. sp. tritici引起的小麥白粉病目前已成為影響我國小麥生產(chǎn)的主要病害之一，近年來其發(fā)生流行面積一直維持在600～800萬 hm2。種植抗病品種是防治小麥白粉病最經(jīng)濟(jì)、有效和安全的方法，但由于植物與病原菌的協(xié)同進(jìn)化作用，主效單基因抗病品種的廣泛種植極易對(duì)病菌群體產(chǎn)生選擇壓力，造成病菌群體相應(yīng)毒性基因的頻率迅速上升[1]，從而導(dǎo)致抗病性“喪失”，因此監(jiān)測(cè)小麥白粉菌群體的毒性及動(dòng)態(tài)變化對(duì)抗病育種和品種布局具有重要指導(dǎo)意義。基于基因?qū)驅(qū)W說在植物病理學(xué)領(lǐng)域得到更多人的認(rèn)可，20世紀(jì)70年代Wolfe、Schwarzbach等提出采用含有已知抗病基因的鑒別寄主監(jiān)測(cè)和分析禾谷類白粉病菌毒性的方法[12]，并在國內(nèi)外逐漸應(yīng)用于小麥白粉菌群體毒性監(jiān)測(cè)的研究中。自20世紀(jì)80年代以來，我國學(xué)者對(duì)小麥白粉菌群體毒性監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)，由于黑麥1B/1R易位或代換系品種的大面積推廣，抗病基因Pm8對(duì)小麥白粉病的抗性喪失，近年來又發(fā)現(xiàn)病菌群體對(duì)Pm4a和Pm4b的毒性頻率也呈上升趨勢(shì)[35]。

由于各地小麥白粉病發(fā)生流行、種植品種的抗性等因子的差異，導(dǎo)致不同地區(qū)、不同年份病菌群體的毒性也存在一定差異。河南省是我國小麥主要產(chǎn)區(qū)，據(jù)統(tǒng)計(jì)近年來小麥播種面積在530萬hm2以上，小麥白粉病發(fā)生比較嚴(yán)重，一般年份可達(dá)60萬hm2以上。王錫鋒等[6]、宋玉立等[7]和李亞紅等[4，8]對(duì)河南省小麥白粉菌群體毒性已有相關(guān)的研究報(bào)道，其監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示在河南省抗病基因Pm1a、Pm3a、Pm3b、Pm3c、Pm5a、Pm6、Pm8等已經(jīng)完全喪失抗性;雖然抗性基因（組合）Pm2、Pm2+6、Pm“XBD”等在河南省一直保持較好的抗性，但這些基因近幾年在我國其他部分省份抗性效果較差[3]。本研究在此基礎(chǔ)上對(duì)2010-2017年河南省小麥白粉菌群體毒性進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，以期進(jìn)一步了解近年來河南省小麥白粉菌群體毒性結(jié)構(gòu)和年度動(dòng)態(tài)變化，進(jìn)而為河南省抗病品種的合理布局提供有效信息。

1?材料與方法

1.1?供試材料

本試驗(yàn)用于小麥白粉菌毒性鑒定的含已知抗白粉病基因的鑒別寄主由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所麥病組保存，共42個(gè)品種，其中感病對(duì)照品種為‘Chancellor和‘阿夫。供試小麥白粉菌菌株于2010-2017年采自河南省安陽市鶴壁市、林州市;新鄉(xiāng)市輝縣市、新鄉(xiāng)市、延津縣;焦作市修武、溫縣;鄭州市鞏義市、滎陽市;開封市開封區(qū);三峽門市靈寶市、盧氏縣;洛陽市孟津縣、嵩縣等河南省小麥主要產(chǎn)區(qū)。

1.2?試驗(yàn)方法

1.2.1?小麥白粉菌的分離、純化和擴(kuò)繁

將在河南省小麥產(chǎn)區(qū)采集的帶有有性閉囊殼的小麥病葉用蒸餾水浸泡1 d，保濕3 d后挑取病葉上的閉囊殼于潮濕的濾紙上，并將該濾紙貼在培養(yǎng)皿蓋上。配制含1%苯駢咪唑的水瓊脂培養(yǎng)基，將無菌小麥品種‘Chancellor的葉段緊密擺放在上面，并蓋上帶有閉囊殼的培養(yǎng)皿蓋，用封口膜密封。培養(yǎng)12 d 左右檢查有性閉囊殼釋放孢子情況，將被子囊孢子侵染的葉片接種到試管小麥苗上，置于18℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)至出現(xiàn)可見侵染點(diǎn)（約4～5 d），將只帶有單個(gè)孢子堆的小麥葉段剪下，擺放在水瓊脂培養(yǎng)基上培養(yǎng)至產(chǎn)生分生孢子后再進(jìn)行轉(zhuǎn)接繁殖，按照此方法再重復(fù)兩次，即可得到單孢子堆純化的小麥白粉菌菌株。帶無性分生孢子的病葉標(biāo)樣可直接接種到試管苗上，其他過程同有性閉囊殼的分離純化。將分離純化的小麥白粉菌菌株通過多次接種完成擴(kuò)繁備用[9]。

1.2.2?小麥白粉菌的毒性鑒定

將42個(gè)含有已知抗白粉病基因的小麥品種播種于塑料方盒內(nèi)（36 cm×25 cm×10 cm），每品種播種6～8粒種子，其中感病品種‘Chancellor和‘阿夫?yàn)閷?duì)照。盒子上方用鐵絲架做支撐罩上透明塑料袋以防小麥苗被雜菌污染，并置于18～20℃的溫室中培養(yǎng)，待小麥長(zhǎng)至一心一葉期時(shí)，通過抖接法接種擴(kuò)繁備用的新鮮小麥白粉菌菌株，培養(yǎng)8～10 d后調(diào)查發(fā)病情況，毒性鑒定調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)參照司權(quán)民等的“0～4”級(jí)調(diào)查方法[10]，記載第一葉片的反應(yīng)型。無毒性菌株用反應(yīng)型為0～2型表示，有毒性菌株用反應(yīng)型3～4型表示。毒性頻率=毒性菌株數(shù)/參試菌株數(shù)×100%[11]。

2?結(jié)果與分析

2010-2017年河南省小麥白粉菌群體毒性測(cè)定結(jié)果（表1）表明，病菌群體對(duì)Pm1a、Pm3a、Pm3b、Pm3c、Pm3e、Pm3f、Pm5a、Pm6、Pm7、Pm8、Pm17、Pm19、Pm1+2+9等抗性基因或組合平均毒性頻率高于70%，其中對(duì)Pm1a、Pm3c、Pm3e、Pm3f、Pm5a、Pm6、Pm7、Pm8、Pm17、Pm19、Pm1+2+9等抗性基因或組合毒性頻率連續(xù)8年均高于70%，這些抗性基因在河南省已經(jīng)喪失抗性，不能在抗病育種中繼續(xù)使用。對(duì)Pm3d、Pm4a、Pm4b、Pm5e、Pm25、Pm30、Pm34、Pm4+8、Pm4b+5b、Pm5+6等抗性基因或組合的毒性頻率在30%～70%之間。對(duì)Pm2、Pm5b、Pm22、Pm23、Pm24、Pm35、Pm36、Pm“XBD”、Pm2+6等抗性基因或組合毒性頻率介于10%～30%，對(duì)Pm1c、Pm13、Pm46、Pm2+Mld等抗性基因或組合的毒性頻率小于10%;對(duì)抗性基因Pm12、Pm16和Pm21的毒性頻率為0%，說明目前這些抗病基因在河南省均保持良好或優(yōu)良的抗性。

從年度變化動(dòng)態(tài)可看出，病菌群體對(duì)Pm4a、Pm4b和Pm4+8抗性基因或組合的毒性頻率除2011和2012年外總體呈上升趨勢(shì)。而病菌群體對(duì)抗性基因Pm3d和Pm“XBD”等的毒性頻率呈下降趨勢(shì)，特別是Pm3d的毒性頻率2015年和2016年分別只有13.89%和10.42%。病菌群體對(duì)Pm2、Pm22、Pm23、Pm2+6等抗性基因或組合的年均毒性頻率雖然低于30%，但年度間有一定波動(dòng)。病菌群體對(duì)Pm5b、Pm13、Pm35、Pm2+Mld等抗性基因或組合的年均毒性頻率低于30%且年度間波動(dòng)較小，抗性表現(xiàn)較為穩(wěn)定。

3?討論

本研究對(duì)河南省近8年小麥白粉菌群體毒性進(jìn)行監(jiān)測(cè)的結(jié)果表明，總體上河南省大部分抗性基因的毒性頻率與其他省份是一致的[1216]：抗性基因Pm1a、Pm3a、Pm3b、Pm3c、Pm3e、Pm3f、Pm5a、Pm6、Pm7、Pm8、Pm17、Pm19、Pm1+2+9等在生產(chǎn)上已喪失抗病性，而Pm1c、Pm2、Pm5b、Pm12、Pm13、Pm16、Pm21、Pm22、Pm23、Pm24、Pm35、Pm36、Pm46、Pm“XBD”、Pm2+Mld、Pm2+6等仍為有效的抗病基因，可在抗病育種或生產(chǎn)上使用。

抗性基因Pm12、Pm16和Pm21分別來源于擬斯卑爾脫山羊草[17]、野生二粒小麥[18]、簇毛麥[19]，多年的抗性鑒定結(jié)果顯示這些基因在許多地方均表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗性，甚至免疫[1216，20]。本研究中河南小麥白粉菌群體對(duì)抗性基因Pm12、Pm16和Pm21的毒性頻率均為0%，結(jié)果與劉偉等[5]對(duì)陜西省和王振花等[1516]對(duì)新疆及全國其他地區(qū)的小麥白粉菌群體對(duì)抗性基因Pm12、Pm16和Pm21毒性監(jiān)測(cè)結(jié)果一致，另外，近年來新加的抗性基因Pm46的毒性頻率也比較低（小于2%），因此以上這些基因多年來在多個(gè)地區(qū)包括河南省呈現(xiàn)穩(wěn)定抗性，建議可以在河南省抗病育種工作中加以利用。

雖然抗性基因Pm2和Pm“XBD”的毒性頻率低于30%，但年度間有一定波動(dòng)，并且不同省份間的毒性頻率也呈現(xiàn)出差異，如病菌群體對(duì)抗性基因Pm2的毒性頻率在新疆和陜西省低于30%，而在其他省份遠(yuǎn)高于30%[5，1516];病菌群體對(duì)抗性基因Pm“XBD”的毒性頻率在云南、湖北、山東、陜西等均較高，但在新疆仍較低[12，1516]，因此生產(chǎn)中應(yīng)該謹(jǐn)慎使用，同時(shí)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)這些抗性基因。

20世紀(jì)90年代初期抗性基因Pm4a和Pm4b在河南省表現(xiàn)良好抗性，但當(dāng)時(shí)在川黔地區(qū)已出現(xiàn)高毒力菌株，盛寶欽等[21]推測(cè)這將對(duì)黃淮海麥區(qū)抗病基因Pm4a和Pm4b的使用造成威脅。本研究發(fā)現(xiàn)近幾年河南省小麥白粉菌群體對(duì)抗性基因Pm4a和Pm4b的毒性頻率分別達(dá)到53.48%和54.29%，總體呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，雖然本監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示這兩個(gè)抗病基因2011和2012年的毒性頻率低于20%，但通過分析發(fā)現(xiàn)這可能是由于這兩年采樣地點(diǎn)過于集中造成的。李亞紅等[4，8]、劉偉等[5]、徐志等[22]也研究發(fā)現(xiàn)其他省份小麥白粉菌群體對(duì)抗病基因Pm4a和Pm4b的毒性頻率均超過50%且呈上升趨勢(shì)，因此抗性基因Pm4a和Pm4b應(yīng)考慮謹(jǐn)慎使用或者不使用，并且繼續(xù)監(jiān)測(cè)其毒性變化動(dòng)態(tài)。

已有的一些研究表明抗病基因Pm30在全國多個(gè)省份表現(xiàn)良好抗性[4，5，12，14]，但本研究發(fā)現(xiàn)在河南省抗病基因Pm30的毒性頻率大于30%且呈上升趨勢(shì)，在河南省抗病育種中應(yīng)謹(jǐn)慎使用。

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（責(zé)任編輯：楊明麗）