春小麥品系‘MY002894’和‘YJ006793’成株期抗條銹病基因遺傳分析

方世玉　李秋榮　侯璐等

中圖分類號：S 435. 121. 42 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16688/j.zwbh.2020169

小麥條銹病是由條形柄銹菌小麥專化型Puccinia strii jormis f.sp. tritici引起的氣傳病害，小麥整個生育期內(nèi)都會發(fā)生。該病害具有分布范圍廣，影響面積大，危害嚴(yán)重等特點，對小麥的產(chǎn)量有著巨大影響。由于條銹菌新生理小種不斷產(chǎn)生和發(fā)展，現(xiàn)有的條銹抗源利用不夠合理，生產(chǎn)品種基因單一，使我國一些小麥品種‘喪失了對條銹菌的抗性[]。因此，從小麥材料中挖掘新的抗病基因，研究其遺傳特點，合理利用抗條銹病基因，是一項重要的基礎(chǔ)研究工作。

青海省是我國小麥條銹病的越夏流行地區(qū)之一。該省春小麥和冬小麥交錯種植，區(qū)域內(nèi)種植‘阿勃‘京農(nóng)411‘高原448等感病小麥品種，抗病春小麥品種種植較少。由于晚熟的春小麥上的菌源可以傳播到早播的冬麥苗上，導(dǎo)致省內(nèi)條銹病流行十分頻繁，并且條銹菌可以通過大氣循環(huán)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳播，給我國東部冬小麥區(qū)發(fā)病提供較多的有效菌源口]，對我國的條銹越夏菌源區(qū)治理產(chǎn)生不利影響口]。因此，尋找新的春小麥抗條銹病基因，研究其遺傳特點，進(jìn)而培育出抗病新品種，對控制小麥條銹病流行十分重要。

為增加抗條銹病基因的多樣性，需要不斷尋找新的抗條銹病基因。但目前在春小麥抗條鎊病遺傳分析方面，國內(nèi)研究較少。姚強等對春小麥品種‘青春39的抗條銹病能力研究結(jié)果表明，‘青春39'對CYR17的抗病性由1對顯性基因控制，而對CYR33的抗病性由1顯1隱兩對基因獨立控制。張調(diào)喜等對‘墨波/‘T29 'F₂群體的抗性遺傳效應(yīng)及青海春小麥品種‘青春38'成株期抗條銹性進(jìn)行了遺傳解析。侯璐等先后對8個春小麥種質(zhì)資源進(jìn)行了苗期抗條銹病基因遺傳分析，明確了8份春小麥抗條銹病基因的遺傳特點，并且對青海春小麥品種‘高原363成株期抗條銹病基因進(jìn)行了遺傳模型分析。

本研究組苗期分小種測試時發(fā)現(xiàn)，2個春麥品系‘MY002894和‘YJ006793表現(xiàn)為小種?；共⌒?，對大田流行的最新小種CYR34表現(xiàn)感病，而2015年到2019年4年期間成株期大田測試均對條銹菌表現(xiàn)良好的抗病性。本研究擬分析這2個品系的成株期抗條銹病基因及遺傳特點，為后續(xù)合理有效的利用提供理論基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1試驗材料

‘MY002894'和‘YJ006793為抗條銹春小麥資源，綜合農(nóng)藝性狀好，抗性強，由青海國家復(fù)份種質(zhì)庫提供。感病對照春小麥品系‘Taichung 29'（T29）白中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所徐世昌研究員提供。以‘MY002894'為父本與‘Taichung 29'（T29）雜交獲得F_2：3群體，‘MY002894為父本與‘YJ006793雜交獲得的F_2：3群體，由本研究室保存。

供試條銹菌小種Sunll-4、Sunll-6、CYR32、CYR33、CYR34由西北農(nóng)林科技大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院植物抗病遺傳研究室提供，青海省農(nóng)林科學(xué)院植物保護(hù)研究所保存。

1.2試驗方法

春小麥品系‘MY002894'和‘YJ006793的苗期抗性鑒定于2015年在青海省西寧市青海省農(nóng)林科學(xué)院植物保護(hù)研究所溫室進(jìn)行，供試小麥材料分別播種在裝有泥炭土：蛭石：珍珠巖=2：1：1培養(yǎng)基質(zhì)的7cm×7cm×7cm塑料花盆內(nèi)，每盆種10～15粒，置于溫室按常規(guī)方法培養(yǎng)。待小麥幼苗第1片葉充分展開、第2片葉露尖時，采用涂抹法接種，將少許銹菌夏孢子放在潔凈的毛玻璃上，用滴管加入少量水，用接種針混勻涂抹到葉片上。幼苗放置于溫度為（10±1）℃的保濕箱內(nèi)24 h后，移至溫室培養(yǎng)，溫度（16±1）℃，相對濕度80%，L∥D=16 h∥8h，光照強度9000 lx。待感病品系‘T29充分發(fā)病時（15～20d）調(diào)查反應(yīng)型。

成株期抗性測試分別于2015年、2016年、2017年和2019年在青海省農(nóng)林科學(xué)院植物保護(hù)研究所小麥條銹病自然發(fā)病圃進(jìn)行。親本以撒播的方式種植1行，行長1m，行距0.3m，每行播10粒，2017年以單粒點播的方式種植F2群體單株，每行播10粒，2017年收獲的F。家系群體的種子于2019年繼續(xù)種植測試，每個F。家系撒播種植1行，每塊試驗地中每播種20行就插種1行‘Taichung29（T29）作為感病誘發(fā)對照組，鑒定圃的四周各種3行‘Taichung29（T29）作誘發(fā)行。播種時間為每年4月上旬，在每年7月上旬小麥抽穗期開始，待‘Taichung29（T29）充分發(fā)病時，對親本及F₂群體（2017年）每個單株進(jìn)行調(diào)查，對F₃家系（2019年）每一行進(jìn)行調(diào)查，記錄反應(yīng)型和嚴(yán)重度，反應(yīng)型和嚴(yán)重度調(diào)查重復(fù)2次，間隔7d，取2次調(diào)查數(shù)據(jù)的平均值進(jìn)行最終統(tǒng)計?！甅Y002894和‘Taichung29（T29）進(jìn)行雜交后，于2017年收獲152個F2 群體單株，2019年收獲149個F₃家系。‘MY002894和‘YJ006793進(jìn)行雜交后，于2017年收獲176個F₂群體單株，2019年收獲171個F₃家系。

‘MY002894和‘YJ006793苗期和成株期反應(yīng)型按Line等的0～9級方法記錄，0～5級為抗病;6～9級為感病，病害嚴(yán)重度（DS，%）按0～100%分級記錄。采用Excel2016軟件統(tǒng)計數(shù)據(jù)并繪制‘MY002894/‘Taichung29（T29）和‘MY002894/‘YJ006793群體的病害嚴(yán)重度和成株期反應(yīng)型的頻率分布條形圖;統(tǒng)計各株系的抗感分離比，實際比值與期望比值的符合程度用χ²（≤χ²_0.05）進(jìn)行適合性檢驗，確定最適合的分離比率。

2結(jié)果與分析

2.1供試親本‘MY002894' YJ006793和‘Tai-chung 29（T29）抗條銹性分析

由表1可知，‘MY002894苗期對Sun11-4、Sun11-6、CYR32的反應(yīng)型為2，對CYR33的反應(yīng)型為3，表現(xiàn)為高抗：對CYR34的反應(yīng)型為8，表現(xiàn)為高感?！甕J006793苗期對Sun11-4、Sun11-6、CYR32、CYR33反應(yīng)型為2，表現(xiàn)為近免疫;對CYR34的反應(yīng)型為7，表現(xiàn)為感病。即‘MY002894和‘YJ006793苗期具有小種?；共⌒?，但對近年流行的小種CYR34表現(xiàn)感病。通過對‘MY002894和‘YJ006793成株期病害的反應(yīng)型和嚴(yán)重度的調(diào)查可以知道，2015年，2016年，2017年兩個品系的反應(yīng)型為都為2，‘MY002894的病害嚴(yán)重度為5%、10%、10%，‘YJ006793的病害嚴(yán)重度為5%、10%、15%;2019年‘MY002894的反應(yīng)型為3，病害嚴(yán)重度為15%;‘YJ006793的反應(yīng)型為2，病害嚴(yán)重度為10%。‘MY002894和‘YJ006793苗期對近年流行的小種CYR34表現(xiàn)感病，但在大田成株期多年一直表現(xiàn)出很高的抗病性，這兩個抗性品系具有穩(wěn)定的成株期抗病性?！產(chǎn)ichung 29（T29）苗期對上述5個小種均表現(xiàn)為高感;在田間的成株期調(diào)查中也表現(xiàn)為高感，說明‘a(chǎn)ichung 29（T29）是一個感病品系。1） IT：反應(yīng)型;DS：嚴(yán)重度。

IT：Infection type; DS： Disease severity

2.2‘MY002894抗條銹病基因遺傳分析

‘MY002894/‘T29F_2：3群體單株（家系）的反應(yīng)型和病害嚴(yán)重度數(shù)值分布圖如圖1，F(xiàn)_2：3群體在2個環(huán)境下反應(yīng)型和病害嚴(yán)重度中間型較多，反應(yīng)型和病害嚴(yán)重度整體上均未呈現(xiàn)連續(xù)性分布，但是不同的區(qū)段內(nèi)卻又出現(xiàn)了連續(xù)性分布的現(xiàn)象。對‘MY002894的抗條銹遺傳分析結(jié)果見表2，‘MY002894/‘Taichung29F₂群體單株調(diào)查結(jié)果中，抗病植株為57株，感病植株為95株，即‘MY002894與‘Taichung 29雜交后代F2群體卡方測驗符合7R：9S的抗感分離比（X2=2.17，P=0.12）。對F3群體家系調(diào)查中，抗病家系有55個，感病家系有94個，也符合7R：9S的抗感分離比（X²=2. 56，P=0.09），由卡方分析結(jié)果得出‘MY002894有2對獨立作用的隱性成株期抗條銹病基因。

2.3‘YJ006793/‘MY002894F_2：3群體抗條銹病基因遺傳分析

‘MY002894/‘YJ006793F_2：3群體的反應(yīng)型和病害嚴(yán)重度頻率分布見圖2，2017年F₂群體和2019年的F₃群體的反應(yīng)型抗性較多，反應(yīng)型和病害嚴(yán)重度整體均未呈連續(xù)分布，但是不同的區(qū)段內(nèi)卻又出現(xiàn)了連續(xù)性分布的現(xiàn)象，兩年的測試結(jié)果呈現(xiàn)相同的變化趨勢。對‘MY002894/‘YJ006793F_2：3群體的抗條銹遺傳分析結(jié)果見表3，在F₂群體中，抗病植株為148株，感病植株為28株，‘MY002894和‘YJ006793雜交后代F₂群體卡方測驗符合55R：9S的抗感分離比（X²=0.36，P=0.48）。對F₃家系群體中，抗病家系有151株，感病家系有20株，‘MY002894與‘YJ006793F₃群體感染條銹菌后卡方測驗也符合55R：9S的抗感分離比（X²=0.61，P=0.37）。即‘MY002894與‘YJ006793雜交F^2：3群體對條銹菌的抗病性由1對顯性基因2對隱性基因獨立控制。由‘MY002894抗條銹病基因遺傳分析結(jié)果，‘MY002894中有2對獨立作用的隱性成株期抗條銹病基因，可推出‘YJ006793中有1對顯性成株期抗條銹病基因。

3討論

目前國內(nèi)對小麥抗條銹病基因的遺傳分析主要是根據(jù)孟德爾經(jīng)典遺傳定律進(jìn)行分析，通過X²（≤X²_0.05）進(jìn)行適合性檢驗，確定其最適合的分離比率，進(jìn)而確定抗病基因的顯隱性、數(shù)目以及基因間作用方式，得出抗條銹病基因作用規(guī)律。張瑩等對小麥品系‘P9897成株期抗條銹性進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其抗條銹性是由一顯一隱2對基因獨立控制或起重疊作用控制的。蘇萍萍等對小麥種質(zhì)資源‘P10078成株期抗性進(jìn)行研究，得出其由1對顯性主效基因控制。周春宏等通過研究西藏地方小麥品種‘曲白春后，發(fā)現(xiàn)其成株期對條銹菌的抗性由2對獨立顯性基因控制。馬東方等研究了‘小偃6號成株期對CYR30、CYR32的抗病性，得出‘小偃6號的抗病性均由2對隱性基因累加作用控制，對Su11-4的抗病性由1對顯性基因控制。邱亨池等發(fā)現(xiàn)‘秦農(nóng)142成株期對條銹病的抗性由1對顯性基因和1對隱性基因共同決定。

本研究中，2個雜交群體成株期對條銹病的抗性由2對基因或3對基因控制。通過采用經(jīng)典遺傳學(xué)的方法結(jié)合基因推導(dǎo)的方法分析‘MY002894和‘YJ006793的抗病遺傳規(guī)律，結(jié)果表明，‘MY002894成株期抗條銹性由2對隱性基因獨立控制，‘YJ006793中有1對顯性成株期抗條銹病基因。在4年的成株期抗性調(diào)查中發(fā)現(xiàn)‘MY002894'和‘YJ006793的抗病性比較穩(wěn)定，對小麥條銹病有很高的抗性，對其抗性基因的研究有重要的意義。本研究通過抗感雜交確定‘MY002894中抗性基因的數(shù)目，依據(jù)抗感雜交的結(jié)果，再根據(jù)抗一抗雜交的結(jié)果，可以推測‘YJ006793中的抗條銹病基因類型。使用這樣的方法可以快速確定其抗條銹遺傳特點，直接篩選出比2個抗病親本表現(xiàn)更高抗病性和抗性持久性的家系，以期為這2個春小麥種質(zhì)資源在抗病育種中的利用提供理論指導(dǎo)。‘MY002894和‘YJ006793都為抗性材料，抗一抗雜交可以實現(xiàn)抗病基因的累加，在后代中，有可能篩選出比2個抗病親本更加優(yōu)良的抗條銹性和抗性持久性的家系，直接為育種家提供優(yōu)良的抗性基因聚合材料和理論參考;也可以通過分子標(biāo)記技術(shù)進(jìn)行下一步研究，為春小麥抗病育種提供服務(wù)，從而獲得更有應(yīng)用價值的抗病新種質(zhì)或生產(chǎn)品種。