西藏青稞和小麥品種的條銹病抗性鑒定

杜志敏,范春捆,康振生,趙 杰

(1. 西北農(nóng)林科技大學植物保護學院/旱區(qū)作物逆境生物學國家重點實驗室,陜西楊凌 712100; 2. 西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學院農(nóng)業(yè)研究所,西藏拉薩 850000)

青稞(HordeumvulgareL. var.nudumHook. f.)和小麥(TriticumaestivumL.)不僅是西藏藏民的傳統(tǒng)主糧,也是當?shù)刂匾娘?、釀作?種植面積廣泛,占西藏作物總播種面積的80%,特別是青稞,在2 000～3 000 m海拔區(qū)域廣泛種植,甚至海拔4 750 m也有種植[1-2]。

大麥條銹病(barley stripe rust)和小麥條銹病(wheat stripe rust)分別由條形柄銹菌大麥?；?Pucciniastriiformisf. sp.hordei)和小麥專化型(P.striiformisf. sp.tritici)引起,是西藏青稞與小麥生產(chǎn)重要的常發(fā)性病害[3-5]。在西藏,條銹病自2月底至10月中旬均可發(fā)生,5月至6月是發(fā)生高峰期[4]。條銹病危害青稞可引起減產(chǎn)5%左右,嚴重時可達30%～40%,甚至顆粒無收,危害小麥可造成減產(chǎn)20%～40%[3,6]。

西藏是我國小麥條銹病一個獨立的流行區(qū),該區(qū)小麥條銹菌與其它主要流行區(qū)小麥條銹菌存在明顯的遺傳差異[7],該地區(qū)小麥條銹菌群體比其他主要條銹病流行區(qū)群體演化慢[9-10]。研究表明,西藏青稞、小麥條銹菌群體結(jié)構(gòu)與優(yōu)勢小種不斷更替[2, 8-10],有關(guān)小種監(jiān)測信息的缺乏影響了該地區(qū)青稞、小麥品種的合理利用。

選育和利用抗病品種是防治條銹病最經(jīng)濟、有效和環(huán)保的措施。但是,由于條銹菌不斷產(chǎn)生新小種,其中一些致病小種迅速發(fā)展并成為優(yōu)勢小種,使品種抗條銹性喪失,嚴重威脅麥類作物生產(chǎn)的安全[11-13]。目前,抗源不足與品種單一是西藏青稞、小麥抗銹育種面臨的主要問題?？逛P材料的選擇與利用成為青稞、小麥抗條銹病的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。有學者對西藏的一些小麥生產(chǎn)品種、保存品種與區(qū)試材料[14-15]以及青稞種質(zhì)[1,16]進行了抗條銹病鑒定,明確了其抗銹性。本研究選取抗條銹性尚不明確的41個青稞、小麥品種,對其利用當前條銹菌優(yōu)勢小種進行全育期、成株期抗條銹鑒定,以明確其抗條銹水平及抗性類型,為西藏青稞、小麥品種的合理使用及防治條銹病提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本研究供試的41個青稞、小麥品種由西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學院農(nóng)業(yè)研究所院提供,其中青稞品種15個,小麥品種26個,具體名稱見表1。小麥品種銘賢169和青稞品種果洛由本實驗室提供,用作感病對照。供試條銹菌為西藏地區(qū)2019年小麥條銹菌優(yōu)勢小種CYR32和CYR33、大麥條銹菌優(yōu)勢菌系PSH1和PSH2,由本實驗室前期鑒定并提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 菌系繁殖

將各10～15粒的小麥品種銘賢169、青稞品種果洛播種于裝有培養(yǎng)基質(zhì)(蒙肥生物科技有限公司,內(nèi)蒙古)的方形培養(yǎng)盆 (7 cm×7 cm×8 cm)中,覆厚約1 cm土后置培養(yǎng)托盤內(nèi)移至溫室,在托盤內(nèi)澆足量水;待幼苗生長至二葉初期,用雙指(大拇指與食指)蘸去離子水自下而上輕輕磨擦葉片完成脫蠟;取5 mg夏孢子加入0.5 mL去離水中,用接種針攪勻,配制成夏孢子懸浮液;用接種針蘸取夏孢子懸浮液于小麥銘賢169葉片上,大麥條銹菌夏孢子接種于果洛葉片上;用手持噴霧器,在接種植株的斜上方(斜線距離約40 cm)噴霧2～3次;用潔凈透明隔離塑料筒分別罩住接種植株,移至接種箱(Percival, LT-36L, 美國)內(nèi),10 ℃、100%相對濕度條件下,黑暗保濕24 h后,移至溫室,溫度與光周期為13 ℃ 8 h黑暗/16 ℃ 16 h光照,光照強度為8 000～10 000 lx,培養(yǎng)至產(chǎn)孢;收集夏孢子立即使用或置于干燥器內(nèi)保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 苗期抗條銹病鑒定

每個品種取 10～15粒種子按1.2.1方法培養(yǎng)至二葉期;用0.03%(V/V)的吐溫-20水溶液噴霧至小麥幼苗葉片形成水膜;將夏孢子與滑石粉按1:20(V/V)的比例混勻后,用猴頭噴粉器沿四個方向均勻噴在幼苗葉面上,之后沿每個方向噴霧1～2次,移至保濕箱,按1.2.1方法保濕24 h;將接種植物移至溫室,按上述條件培養(yǎng)。接種后18～20 d,待感病對照充分發(fā)病,按0、0;、1、2、3、4共六級分級標準觀察并記錄,其中0～2級為免疫或抗病(resistant, R),3～4級為感病反應(susceptible, S)。

1.2.3 成株期鑒定

取每個品種7～10粒播種于圓形培養(yǎng)盆(直徑20 cm)內(nèi),待其生長至成株期接種,接種與培養(yǎng)方法同1.2.1。反應型分級同1.2.2方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 苗期抗條銹性分析

由表1和表2可知,15個青稞品種中,僅喜馬拉21號對大麥條銹菌PSH1表現(xiàn)為抗病,其余14個品種對其表現(xiàn)為感病;有2個品種(藏青25號、喜馬拉21號)對大麥條銹菌PSH2表現(xiàn)免疫或高抗,其余13個品種對其表現(xiàn)為感病;15個品種均對小麥條銹菌CYR33與CYR32表現(xiàn)免疫或抗病。

表1 41個青稞、小麥品種的抗條銹性水平Table 1 Resistance of 41 barley and wheat varieties to Puccinia striiformis

表2 供試材料苗期、成株期抗病品種的數(shù)量與比例Table 2 Number and percentage of resistant varieties at seedling and adult stages

供試的26個小麥品種對大麥條銹菌菌系PSH1與PSH2均表現(xiàn)抗病。除5個品種(CIMMYT-34、科成麥5號、蘭天15號、山東7號、山東9號)對小麥條銹菌小種CYR33表現(xiàn)感病外,其余21個均對CYR33表現(xiàn)免疫或抗病。有4個品種(SC-6359、保麥2號、山東7號、山東9號)對小麥條銹菌小種CYR32表現(xiàn)感病,其余22個品種表現(xiàn)免疫或抗病;有19個品種對CYR33和CYR32均表現(xiàn)抗病,分別是Lupas、SC-370、SC-1120、SC-936、SC-2854、SC-2721、18冬J-70、18冬J-79、18冬大-26、SC-538、18冬1337-2、18冬1635-1、18冬糯麥J-72、蘭天42號、蘭航選121、蘭天26號、蘭天131號、蘭天132號和201410。

2.2 成株期抗條銹性分析

由表1和表2可知,供試的26個小麥品種均對大麥條銹菌PSH1與PSH2表現(xiàn)成株期抗病;有19個品種對CYR33和CYR32均表現(xiàn)為成株期抗病,占供試小麥的73.1%;21個品種對CYR33表現(xiàn)成株期免疫或抗病,占供試小麥的80.8%,CIMMITY-34、科成麥5號、蘭天15號、山東7號、山東9號對CYR33表現(xiàn)感病;有22個品種對CYR32表現(xiàn)成株期免疫或抗病,占供試小麥的84.6%,山東7號、山東9號52和108在成株期對該小種表現(xiàn)為感病。

供試的15個青稞品種中,僅喜馬拉21號對大麥條銹菌PSH1表現(xiàn)為成株期抗病,占供試青稞的6.7%,其余14個品種均表現(xiàn)為感病;有2個品種(藏青25號和喜馬拉21號)對PSH2表現(xiàn)成株期免疫或抗病,占供試青稞的13.3%,其余13個品種均表現(xiàn)為感病;喜馬拉21號對PSH1和PSH2均表現(xiàn)成株期抗病。所有15個青稞品種(藏青13、藏青148、藏青2000、藏青25、藏青311、藏青3179、藏青320、藏青690、藏青80、藏青85、喜馬拉19號-1、喜馬拉19號-2、喜馬拉21號、喜馬拉22號和喜馬拉42號)成株期對小麥條銹菌小種CYR33與CYR32均表現(xiàn)免疫或抗病。

綜上所述,1個青稞品種(喜馬拉21號)和24個小麥品種對大麥條銹菌菌系PSH1、PSH2苗期和成株期均表現(xiàn)抗病。15個青稞品種(藏青13、藏青148、藏青2000、藏青25、藏青311、藏青3179、藏青320、藏青690、藏青80、藏青85、喜馬拉19號-1、喜馬拉19號-2、喜馬拉21號、喜馬拉22號和喜馬拉42號)和19個小麥品種(Lupas、SC-370、SC-1120、SC-936、SC-2854、SC-2721、18冬J-70、18冬J-79、18冬大-26、SC-538、18冬1337-2、18冬1635-1、18冬糯麥J-72、蘭天42號、蘭航選121、蘭天26號、蘭天131號、蘭天132號和201410)對小麥條銹菌小種CYR33和CYR32具有苗期和成株期抗性。

3 討 論

西藏是條銹病多發(fā)地區(qū),是中國小麥條銹病流行體系中相對獨立的流行區(qū),小麥條銹菌可在當?shù)卦较?、越?完成病害周年循環(huán)[7,17]。20世紀80-90年代,王宗華和旺姆[18]在西藏林芝、米林、拉薩進行了四個年份的抗銹鑒定,篩選到了當時抗西藏條銹菌的小麥品種,如水源11(Suwon 11)、PKBL-16、錢保德、綿陽11、牛朱特等,分析了已知抗條銹病基因和小麥品種抗性變異情況與區(qū)域間條銹病發(fā)生差異,為西藏小麥條銹的抗源利用與防控起到了重要作用。2009-2011年,楊敏娜等[15]對全國的46個小麥品種、45個生產(chǎn)及后備品種及西藏26個小麥種質(zhì)鑒定發(fā)現(xiàn),多數(shù)品種在西藏對條銹病表現(xiàn)穩(wěn)定抗性,但在西藏小麥產(chǎn)區(qū)利用較少,其中有22個西藏本地小麥品種表現(xiàn)抗病,為該地區(qū)抗病品種的選育和推廣提供了重要依據(jù)。彭岳林等[14]于2012-2014年對西藏48個小麥品種的抗條銹病鑒定發(fā)現(xiàn),19個小麥品種表現(xiàn)抗條銹病,但抗病基因單一。周春宏等[19]發(fā)現(xiàn)西藏地方小麥品種曲白春對小麥條銹病表現(xiàn)全生育期抗性,推測其可能攜帶新的抗條銹病基因。目前,西藏本地小麥生產(chǎn)品種中的大多數(shù)已喪失抗條銹性[14],對該地區(qū)小麥生產(chǎn)有潛在危害。本研究中,供試的青稞僅有1個品種對大麥條銹菌流行小種抗病,沒有品種感小麥條銹菌流行小種;供試的小麥品種無論是對小麥條銹菌流行小種,還是大麥條銹菌流行小種,抗性表現(xiàn)均較好。因此,收集、引進和鑒定新抗源,加強青稞、小麥新品種的培育,或者通過品種抗條銹病改良,替換或減少高感品種的種植,大力降低高感品種的種植面積,根據(jù)西藏條銹病流行區(qū)、常發(fā)區(qū)和偶發(fā)區(qū)不同流行區(qū)的發(fā)生特點,分區(qū)合理利用不同抗病類型品種,延長抗病品種的使用年限,為西藏青稞、小麥生產(chǎn)的安全提供保障。

加強新小種的監(jiān)測,對西藏青稞、小麥抗病品種的合理分布及防治條銹病是非常必要的。研究表明,條銹菌有性生殖可以產(chǎn)生豐富的新小種[20-23],是條銹菌毒性變異的重要途徑。西藏是小麥條銹菌有性生殖發(fā)生的重要區(qū)域,不僅條銹菌轉(zhuǎn)主寄主小檗種類多樣,而且分布十分廣泛[23-25],自然條件下,小麥條銹菌不僅在春季可以在轉(zhuǎn)主寄主小檗上進行有性生殖[26],而且在秋季也可以在轉(zhuǎn)主寄主小檗上進行有性生殖循環(huán)[27]。因此,加強西藏條銹菌新小種,特別是優(yōu)勢小種的持續(xù)監(jiān)測,對掌握品種抗條銹性及其合理利用是十分必要的。本研究供試的大麥條銹菌、小麥條銹菌均是西藏林芝地區(qū)的優(yōu)勢小種,據(jù)此可預警性地指導西藏青稞、小麥抗條銹病品種的前瞻性育種,可有效地降低條銹病規(guī)模性發(fā)生危害。

研究表明,小麥抗條銹病基因Yr1、Yr3、Yr6、Yr9和YrA6在西藏地區(qū)已經(jīng)喪失抗性[14]。成株期抗病品種具有非小種?；?抗性持久的優(yōu)點。本研究中,供試青稞和小麥品種中均有成株期抗條銹的品種,可對其進一步挖掘和利用。還可以引進適合西藏的具有較好遺傳抗性的青稞、小麥品種,積極推廣合理種植抗病品種,促進西藏青稞、小麥生產(chǎn)。