新疆新源縣小麥條銹菌生理小種鑒定

劉 琦，馬澤宇，曾明昊，吳 偉，董裕生，陳 利

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/農(nóng)林有害生物監(jiān)測與安全防控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆烏魯木齊 830052；2.新源縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，新疆新源 835800)

小麥條銹病(strip rust of wheat)作為一種氣傳流行性病害，其特點(diǎn)主要有分布范圍廣、傳播速度快和大面積爆發(fā)流行，是影響小麥產(chǎn)量的主要病害之一。當(dāng)溫度較低、濕度較大時，小麥條銹病容易發(fā)生。發(fā)病后，在適宜條件下，條銹菌可快速繁殖，其夏孢子可隨高空氣流進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳播。條銹病一般流行年份可造成小麥減產(chǎn)10%～20%，特大流行年份可導(dǎo)致小麥減產(chǎn)60%以上，甚至絕收。小麥條銹病在中國的發(fā)生流行規(guī)律相比其它國家更加復(fù)雜多變，形成了獨(dú)特的流行體系。新疆地理環(huán)境復(fù)雜，小麥條銹病作為伊犁河谷地區(qū)小麥的主要病害，已成為限制當(dāng)?shù)匦←溕a(chǎn)的重要因素。新源縣作為伊犁河谷區(qū)域重要的春、冬麥混播區(qū)，長期遭受著小麥條銹病的危害，且近些年來小麥條銹病的發(fā)生日趨嚴(yán)重。小麥條銹菌生理小種具有高度變異性，新的生理小種的產(chǎn)生和發(fā)展已成為小麥品種抗銹性喪失的主要原因。本研究利用19個中國鑒別寄主對新源縣小麥條銹菌生理小種進(jìn)行鑒定，以掌握新源縣小麥條銹菌的生理小種，為新疆小麥的抗病品種布局及抗病基因篩選提供參考。

1 材料與方法

1.1 條銹菌標(biāo)樣采集

2018 年4-6月在小麥拔節(jié)期、抽穗期和灌漿期進(jìn)行標(biāo)樣采集，采集地點(diǎn)位于新疆新源縣的阿克其村(AKQ)、鐵熱克阿吾孜村(TRK)、前進(jìn)牧場牛大隊(duì)(QJMC)、改良村(GL)以及吐爾根鄉(xiāng)克拉奧依村(TEG)，采樣田塊平均約50畝，采樣方法為五點(diǎn)采樣法，采集夏孢子堆新鮮、葉片整潔且較為完整的病葉，上述地點(diǎn)分別采集標(biāo)本樣17、18、23、17、25個，共計(jì) 100 份樣品。樣品用吸水紙單獨(dú)包裝，每個包裝標(biāo)明地名、海拔、采樣時間和經(jīng)緯度等信息，采回的樣品置于4 ℃干燥器備用。

1.2 鑒別寄主

鑒定小麥條銹菌生理小種所使用的19個鑒別寄主詳情如表1，感病材料選用銘賢169。

表1 鑒別寄主以及各鑒別寄主所含的抗性基因Table 1 Identification of hosts and the resistant genes

1.3 條銹菌分離、純化和擴(kuò)繁

1.3.1 小麥種植

小麥苗培育及條銹菌的分離純化和擴(kuò)繁均在新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院人工氣候室內(nèi)進(jìn)行。在接種前 10～15 d 選取飽滿的感病品種銘賢 169 播種于含有營養(yǎng)土的花盆中，每盆播種 15 粒，覆土置于 12 ℃的人工氣候室培養(yǎng)備用。

1.3.2 條銹菌分離與擴(kuò)繁

將小麥條銹菌標(biāo)樣平鋪于有吸水紙的培養(yǎng)皿中進(jìn)行活化，溫度 13～15 ℃，保濕 8～12 h ，至出現(xiàn)新鮮的夏孢子堆。待小麥一葉長至完全時，利用接種針在活化過的標(biāo)樣上挑取單孢子，輕涂于經(jīng)脫蠟處理過的小麥正面葉片的霧滴上；置于泡沫箱中并噴灑清水，轉(zhuǎn)至8 ℃條件下黑暗保濕36 h，使條銹菌充分侵染葉片；套隔離罩放置于人工氣候室內(nèi)，溫度 12 ℃，光照 12 h，相對濕度 60%～80%。

待葉片產(chǎn)生褪綠斑后，減去心葉，繼續(xù)培養(yǎng)。當(dāng)葉片產(chǎn)生夏孢子堆后，將含有夏孢子堆的葉片輕放在錫紙上，輕輕敲打葉片以便于夏孢子掉落，收集至小離心管，每隔 1 d 收集一次，約收集 5～6 次。將收集到的菌種利用涂抹法接種于銘賢 169 小麥上，以擴(kuò)繁出足夠量的菌種用于生理小種鑒定。菌種置于干燥器，4 ℃冷藏保存一周，之后保存在-80 ℃低溫冰箱備用。

1.4 生理小種鑒定

將 19 個鑒別寄主和感病品種銘賢 169 播種于花盆，每盆 4 個品種，每品種約6～8粒，共 5 盆，3 次重復(fù)，并做好標(biāo)簽以供區(qū)分；待一葉完全展開時，將1.3中繁殖好的菌種采用噴霧法進(jìn)行接種，一個標(biāo)樣菌種對應(yīng)一套鑒別寄主，經(jīng)黑暗保濕 24 h后，置于溫度 12°C、光照 12 h的人工氣候室中培養(yǎng) 15～20 d。

待銘賢169葉片完全發(fā)病后按小麥條銹病六級分級標(biāo)準(zhǔn)分別記錄反應(yīng)型，將 0～2 級劃分為抗病型(R)，3～4 級為感病型(S)。反應(yīng)型標(biāo)準(zhǔn)如表2和表3所示。

表2 小麥條銹病反應(yīng)型級別及其癥狀描述Table 2 Infection type and symptom description of wheat stripe rust

表3 2018年新源縣小麥條銹菌生理小種的類型及其在鑒別寄主上的反應(yīng)Table 3 Physiological races and the infection types on the differential hosts in Xinyuan County, 2018

2 結(jié)果與分析

對新疆新源縣的100 份小麥條銹病標(biāo)樣進(jìn)行了生理小種鑒定，結(jié)果如表4，其中，明確歸類的有 63 份，分屬于 23 個生理小種；未明確歸類的有37份，可歸于 4 種致病類群中，分別為水源11類群、Hybrid46類群、貴農(nóng)22類群和洛13 類群。

表4 2018年標(biāo)樣數(shù)量歸類信息Table 4 Information of classified samples in 2018

在明確歸類的63份標(biāo)樣中，條中 26以前類群生理小種 5 份，占比 7.9%；洛 10類群 4 份，占比 6.3%；洛 13 類群 3份，占比 4.8%；Hybird 46 類群 16 份，占比 25.4%；水源 11類群 21 份，占比 33.3%；貴農(nóng) 22 類群 14 份，占比 22.2%,詳情見表 5。不能明確歸類的37份標(biāo)樣中，致病類型類似洛13類群的7份，占比18.9%，類似貴農(nóng)22類群的8份，占比21.6%，類似Hybrid46類群的10份，占比27%，類似水源11類群的12份，占比32.4%。綜上所述，水源 11 類群、Hybird46類群和貴農(nóng) 22 類群是為害新疆小麥生產(chǎn)的主要致病類群，三個類群占比 81%；水源 11 類群占比最大，發(fā)生頻率為 33.3%，為新源縣的優(yōu)勢小種類群。

表5 2018年新源縣小麥條銹菌生理小種監(jiān)測結(jié)果Table 5 Identification result of Pst physiological races in Xinyuan County, 2018

在已鑒定出的 23 種生理小種類型中，條中 21號、條中23號、條中 25號、條中 26號、條中 28號、洛 10-2、條中 29號、洛 13-8、條中 30號、條中 31號、條中 32號、Hy-4、Hy-7、Hy-9、水11-3、水11-7、水11-9、水11-11、水11-12、條中 33號、條中 34號、貴 22-13和貴 22-14，出現(xiàn)的頻率依次為1.6%、1.6%、1.6%、3.0%、3.2%、 3.2%、3.0%、1.6%、1.6%、3.2%、11.1%、 3.2%、3.2%、3.2%、1.6%、3.2%、3.2%、4.8%、 3.2%、 17.5%、11.1%、6.3%和4.8%，詳情如表 5 所示，其中出現(xiàn)頻率居于首位的生理小種是條中33號，次為條中 32號和條中 34 號。就分布范圍而言，條中 32 號、條中 33 號和條中 34 號在 5 個監(jiān)測地均被檢測到，由此判定新疆新源縣目前條銹菌優(yōu)勢流行小種為條中 33 號小種。

貴農(nóng) 22 類群中，監(jiān)測到條中 34號小種發(fā)生率較高，已逐漸上升為該類群中的優(yōu)勢小種；在 19 個鑒別寄主中，只對中四和無毒力，為當(dāng)前致病力最強(qiáng)的流行小種。

對基因有毒力的標(biāo)樣監(jiān)測到 54 份，對基因有毒力的標(biāo)樣監(jiān)測到 27 份，對基因有毒力的標(biāo)樣監(jiān)測到 50 份，對基因有毒力的標(biāo)樣監(jiān)測到14份。毒性基因、+、和出現(xiàn)的頻率為 85.7%、43%、 79.3%和 2.2%，和頻率均在75%以上，說明和的抗性水平在逐漸喪失。

3 討論與結(jié)論

新疆新源縣作為小麥條銹病的重度發(fā)生區(qū)，大面積爆發(fā)的條銹病對當(dāng)?shù)匦←湲a(chǎn)量產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。據(jù)自治區(qū)植保站提供的條銹病發(fā)病數(shù)據(jù)顯示，2010-2019年新源縣小麥條銹病發(fā)病情況遠(yuǎn)高于其它地區(qū)。因此，明確該地區(qū)小麥條銹菌群體結(jié)構(gòu)，對于整個伊犁河谷地區(qū)的小麥條銹病預(yù)測預(yù)報和防治有至關(guān)重要的作用。

貴農(nóng) 22 致病類群在新源縣的檢出，表明新疆小麥條銹菌的致病類型和內(nèi)地趨于一致。我國雖具有大量抗條銹資源類型，但CYR 32和CYR 33的抗條銹資源主要在和貴農(nóng)系等抗源上，在不同流行區(qū)域均有使用，選育的品種在生產(chǎn)上已發(fā)揮了重要作用。新菌系的出現(xiàn)將使以 92R系、貴農(nóng)系等為抗源的大批抗銹品種面臨抗性喪失的潛在危險。在2013年至2016年甘肅的條銹菌生理小種鑒定中，貴農(nóng)22號致病類群認(rèn)定為優(yōu)勢類群，與本研究中新疆新源縣的優(yōu)勢致病類群一致；條中34號生理小種在多個地區(qū)被檢出，表明其在我國已普遍發(fā)生。

本研究結(jié)果表明，在致病類群中，貴農(nóng) 22 類群發(fā)生頻率較高，是目前該地區(qū)必須持續(xù)監(jiān)測的小麥條銹菌生理小種類群，情況與內(nèi)地基本一致，但演化過程相對滯后。生理小種類型中，條中 33 號發(fā)生頻率最高，達(dá)到 17.5%，成為當(dāng)前新疆新源縣的優(yōu)勢流行小種；條中 32 號和條中 34 號發(fā)生頻率一致，為 11.1%，相對2014年何海明的結(jié)果有所上升，條中31號發(fā)生頻率 3.2%，相對有所下降。條中 34 號生理小種是目前公認(rèn)的致病力最強(qiáng)的小種，在本研究中被檢出，說明其危害性在逐步擴(kuò)大。毒性頻率中，與何海明的研究結(jié)果相比，仍呈持續(xù)增長趨勢，其他毒性基因基本保持不變，貴農(nóng) 22 在 2017 年(條中 34號命名前)只檢測到抗性基因，現(xiàn)在鑒定為和基因，這可能是造成在新源縣頻率略微下降的原因，但該基因仍是目前最具有威脅的小麥條銹菌致病基因，應(yīng)引起高度警惕。

實(shí)踐表明，防治小麥條銹病最經(jīng)濟(jì)可行的方法是選用抗病品種，但是在植物對病原物進(jìn)行抗病性防御的同時，病原物也通過不斷地更新，進(jìn)化出更多的小種，導(dǎo)致小麥品種抗性喪失。明確病原菌群體遺傳結(jié)構(gòu)和監(jiān)測生理小種的毒性結(jié)構(gòu)變異，是預(yù)測預(yù)報和抗病育種的重要前提，可以為小麥條銹病預(yù)測和防治提供科學(xué)理論依據(jù)。監(jiān)測小麥條銹菌生理小種，可以了解其種類組成，進(jìn)一步確定新疆小麥條銹菌與相鄰地區(qū)之間的交流情況，對新疆區(qū)域小麥條銹病的發(fā)生流行及防控具有重要的意義，也對完善中國小麥條銹病流行規(guī)律及抗病育種具有重要意義。因此，今后要繼續(xù)加強(qiáng)對新源縣乃至新疆小麥條銹菌生理小種的監(jiān)測，為育種工作者及早調(diào)整育種目標(biāo)，有針對性的選育抗病品種提供理論基礎(chǔ)。