抗銹冬小麥品種在甘肅隴南越夏區(qū)條銹病防控中的作用

摘要

條銹病是發(fā)生于甘肅隴南小麥生產(chǎn)上最主要的病害之一， 種植抗病品種是防治該病最經(jīng)濟(jì)有效的措施。對(duì)40個(gè)甘肅隴南小麥生產(chǎn)品種進(jìn)行成株期抗條銹病性評(píng)價(jià)， 分析1974年-2020年以‘蘭天’冬小麥為主的抗條銹病品種在隴南條銹菌越夏區(qū)種植后主要流行小種變化情況，發(fā)現(xiàn)自1993年以來(lái)隨著抗病品種（基因）布局的實(shí)施， 主要流行小種出現(xiàn)間隔時(shí)間由不足2年延長(zhǎng)到4.8年，最高出現(xiàn)頻率由1980年的87.3%（CYR19）下降到2018年的38.5%（CYR34）， 抗銹冬小麥品種在隴南越夏區(qū)推廣應(yīng)用后對(duì)條銹菌主要流行小種控制效果明顯。持續(xù)開展抗病品種合理布局應(yīng)用， 將會(huì)為持久控制小麥條銹病發(fā)生流行、保障甘肅省及中國(guó)小麥安全生產(chǎn)提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞

條銹病;" 隴南越夏區(qū);" 抗病品種;" 防控效果

中圖分類號(hào)：

S 435.121.42

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：" A

DOI：" 10.16688/j.zwbh.2024057

收稿日期：" 20240130""" 修訂日期：" 20240416

基金項(xiàng)目：

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2021YFD1401000）;甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物育種專項(xiàng)（2022GAAS006）

致" 謝：" 參加本試驗(yàn)部分工作的還有江代禮、譚翰杰、張能和紀(jì)燁斌等同學(xué)，特此一并致謝。

* 通信作者

E-mail：

caoshiqin6702@163.com

#

為并列第一作者

Control effect of resistant winter wheat varieties on stripe rust in the summering area of Longnan， Gansu province

CAO Shiqin1，2，3*，" JIA Qiuzhen1，2，3，" WANG Wanjun4，" ZHANG Wentao5，" BAI Bin5，" LI Ling6，ZHANG Bo1，2，3，" SUN Zhenyu1，2，3，" HUANG Jin1，2，3，" ZHANG Yaohui4，" LUO Huisheng1，2，3

（1. Institute of Plant Protection， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou" 730070， China;

2. Scientific Observing and Experimental Station of Crop Pests in Tianshui， Ministry of Agriculture

and Rural Affairs， China， Tianshui" 741200， China; 3. National Agricultural Experimental Station for

Plant Protection at Gangu， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， China， Tianshui" 741200， China;

4. Tianshui Institute of Agricultural Sciences， Gansu Province， Tianshui" 741001， China; 5. Wheat

Research Institute， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou" 730070， China;

6. Lanzhou Agricultural Research amp; Technology Promotion Center， Lanzhou" 730020， China）

Abstract

Wheat stripe rust， caused by Puccinia striiformis f.sp. tritici （Pst）， is one of the most important diseases affecting wheat production in Longnan， Gansu province. Planting resistant wheat varieties is the most economically effective control measure. This study evaluated adult plant resistance to stripe rust in 40 commercial wheat varieties grown in Longnan and analyzed the shifts in predominant Pst races from 1974 to 2020， particularly focusing on the primary resistant variety ‘Lantian’ used in the region. The results showed that since 1993， the implementation of resistant varieties has extended the emergence frequency time of dominant Pst races from less than two years to 4.8 years. The highest frequency of the predominant race decreased from 87.3% for CYR19 in 1980 to 38.5% for CYR34 in 2018. The results also indicated that the deployment of resistant winter wheat varieties in the Longnan summering area has effectively controlled the primary epidemic Pst races. Continued promotion of resistant wheat varieties will provides technical support for sustainably managing stripe rust in Gansu province and ensuring the safety of wheat production in China.

Key words

stripe rust;" Longnan summering area;" resistant wheat variety;" control effect

甘肅隴南越夏區(qū)主要包括六盤山以西、蘭州市以東以南的天水市、隴南市、臨夏州、定西市及平?jīng)鍪星f浪縣、靜寧縣和甘南州舟曲縣等地，是中國(guó)小麥條銹病最大的越夏區(qū)和病害流行的“心臟”地帶［12］，也是西北越夏區(qū)（包括甘肅隴南、隴東，青海東部農(nóng)區(qū)和寧夏的隆德、固原等地）的重要組成部分［1］。條銹病是發(fā)生于該區(qū)域及中國(guó)小麥生產(chǎn)上的主要病害，據(jù)統(tǒng)計(jì)全國(guó)每年約有133.33萬(wàn)hm2小麥?zhǔn)艿綏l銹病的威脅［34］，持續(xù)控制甘肅隴南越夏區(qū)小麥條銹病的發(fā)生為害，是實(shí)現(xiàn)源頭治理、保障區(qū)域及國(guó)家小麥安全生產(chǎn)的治本之策［57］。

種植抗病品種是防治小麥條銹病最經(jīng)濟(jì)有效且有利于環(huán)境保護(hù)的措施［1，89］，進(jìn)行不同抗條銹病基因的合理布局，實(shí)現(xiàn)隴南越夏區(qū)抗條銹病基因多樣化，是持續(xù)控制該區(qū)域條銹病發(fā)生流行的前提［10］。針對(duì)隴南越夏區(qū)新小種出現(xiàn)頻率高、抗病生產(chǎn)品種（系）及抗源材料抗病性喪失速度快且長(zhǎng)期匱乏的現(xiàn)狀［1］，自20世紀(jì)60年代末期以來(lái)，王吉慶研究員、周祥椿教授等為代表的研究者立足甘谷試驗(yàn)站和清水試驗(yàn)站，面向甘肅隴南，放眼全國(guó)，先后與中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所

等多家相關(guān)單位，多方式、持續(xù)開展小麥抗病種質(zhì)資源評(píng)價(jià)、新種質(zhì)創(chuàng)制、新品種的選育及抗病基因合理布局與應(yīng)用。在抗銹育種方面，形成了業(yè)內(nèi)“抗銹品種哪家強(qiáng)，蘭天天選和中梁;武都中植和隴鑒，同心共筑抗銹夢(mèng)”的評(píng)價(jià)［11］。甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所自1991年起先后引進(jìn)10 000余份國(guó)內(nèi)外抗源材料在田間進(jìn)行了抗病性評(píng)價(jià)，探明了供試材料的抗病性特點(diǎn)及抗性類型［1214］，并在清水試驗(yàn)站建立了全國(guó)最大、最豐富的抗條銹病基因庫(kù)［15］。甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所、天水市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所等相關(guān)單位學(xué)者先后對(duì)20 000余份國(guó)內(nèi)外品種（系）及農(nóng)家品種材料在甘肅隴南進(jìn)行了抗條銹病性鑒定和評(píng)價(jià)，篩選出‘繁6’‘南農(nóng)92R’‘貴農(nóng)21’‘貴協(xié)1號(hào)’‘1R35’‘武都白繭兒’及‘Pascal’‘Flanders’‘Holdfast’等國(guó)內(nèi)外優(yōu)異種質(zhì)資源材料3 000余份，供省內(nèi)外育種單位利用［1624］。在此基礎(chǔ)上，培育出在隴南越夏區(qū)先后廣泛應(yīng)用的，以‘蘭天10號(hào)’‘蘭天19號(hào)’‘蘭天26號(hào)’‘蘭天36號(hào)’‘天選54號(hào)’‘中梁22號(hào)’‘武都23號(hào)’等為代表的蘭天、天選、中梁、武都系等抗條銹病品種333個(gè)［2527］，并提出了抗病品種布局方案［28］，通過(guò)多年來(lái)甘肅隴南抗病品種（基因）布局與實(shí)踐，逐步實(shí)現(xiàn)了利用基因遺傳多樣性控制隴南越夏區(qū)條銹病的目標(biāo)［29］，為該區(qū)域“有病無(wú)災(zāi)和病害持久控制”［10］這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)打下了良好的基礎(chǔ)。本文通過(guò)對(duì)前人的研究進(jìn)展進(jìn)行初步總結(jié)，旨在為今后甘肅隴南更好地防控小麥條銹病奠定基礎(chǔ)。

1" 材料與方法

1.1" 供試材料

供試的40個(gè)近年來(lái)新育成的在隴南大面積推廣應(yīng)用的蘭天、天選、中梁、武都系列冬小麥品種，來(lái)自甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所、天水市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所和隴南市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所。供試菌種CYR32、CYR34及混合菌來(lái)自甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所。

1974年-2020年主要流行小種及出現(xiàn)頻率數(shù)據(jù)資料來(lái)自汪可寧等［30］、宋位中等［31］、賈秋珍等［3244］、黃瑾等［45］相關(guān)文獻(xiàn)。

1.2" 試驗(yàn)方法

2022年和2023年，在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所甘谷試驗(yàn)站，對(duì)供試的40個(gè)小麥品種于4月下旬旗葉完全展開時(shí)分別進(jìn)行成株期人工接種條銹菌單孢菌系CYR32和CYR34［46］，接種后20 d，分別記載各品種條銹病病情（反應(yīng)型／嚴(yán)重度／普遍率），

抗病性判別標(biāo)準(zhǔn)參考文獻(xiàn)［47］，病情指數(shù)=嚴(yán)重度×普遍率/100，反應(yīng)型3、4型，且病情指數(shù)≤25判定為具有慢條銹病特性

。同時(shí)在甘谷試驗(yàn)站大田進(jìn)行苗期接種誘發(fā)和成株期自然誘發(fā)相結(jié)合鑒定，在感病對(duì)照品種‘銘賢169’發(fā)病高峰期的5月下旬，分2次記載條銹病病情，以最重一次為準(zhǔn)。

1.3" 數(shù)據(jù)分析

用Microsoft Excel 2007進(jìn)行。

2" 結(jié)果與分析

2.1" 40個(gè)新品種成株期對(duì)主要流行小種的抗銹性表現(xiàn)

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)對(duì)CYR34， 2022年和2023年表現(xiàn)抗病的有‘蘭天36號(hào)’等19個(gè)和22個(gè)品種，分別占47.5%和55.0%;‘蘭天23號(hào)’等16個(gè)和17個(gè)品種具有慢條銹病特性，占40.0%和42.5%。對(duì)CYR32，有‘蘭天33號(hào)’等24個(gè)和21個(gè)品種表現(xiàn)抗病，分別占60.0%和52.5%;‘蘭天26號(hào)’等14個(gè)和15個(gè)品種具有慢條銹病特性，占35.0%和37.5%。對(duì)人工接種及自然誘發(fā)的混合菌，表現(xiàn)抗病的有‘蘭天42號(hào)’等22個(gè)和26個(gè)品種，分別占55.0%和65.0%;‘蘭天26號(hào)’等14個(gè)和10個(gè)品種具有慢條銹病特性，占35.0%和25.0%。兩年中總體抗病性評(píng)價(jià)表現(xiàn)抗病的有‘蘭天36號(hào)’等10個(gè)品種，占25.0%;‘蘭天23號(hào)’等24個(gè)品種具有慢條銹病特性，占60.0%。

2.2" 抗病品種應(yīng)用對(duì)甘肅省小麥條銹菌群體的影響

2.2.1" 主要流行小種類型分析

對(duì)1974年-2020年間甘肅省小麥條銹菌生理小種監(jiān)測(cè)結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，全國(guó)小麥條銹病協(xié)作組先后監(jiān)測(cè)并命名了CYR17～CYR34生理小種共計(jì)18個(gè)，其中對(duì)甘肅省及中國(guó)影響最大的流行小種有CYR17、CYR18、CYR19、CYR23、CYR25、CYR28、CYR29、CYR31、CYR32、CYR33、CYR34（表2）。其年度間消長(zhǎng)動(dòng)態(tài)見(jiàn)圖1。

2.2.2" 主要流行小種持續(xù)時(shí)間

監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)（表2），1974年-2020年間CYR32、CYR33這2個(gè)流行小種持續(xù)流行時(shí)間最長(zhǎng)，分別為26、23年；CYR23、CYR25、CYR28、CYR29、CYR34這5個(gè)流行小種持續(xù)流行時(shí)間也較長(zhǎng)，為9～11年；CYR17、CYR18、CYR19、CYR31這4個(gè)流行小種持續(xù)流行時(shí)間則較短，為2～6年。近年來(lái)（2010年-2020年），占據(jù)主要地位的流行小種為CYR32、CYR34，這2個(gè)流行小種持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)且出現(xiàn)的頻率也較高。

2.2.3" 主要流行小種出現(xiàn)頻率分析

分析從1974年-2020年間共監(jiān)測(cè)到的18個(gè)條銹菌生理小種，發(fā)現(xiàn)在1974年-1979年的6年間，命名小種有CYR17～CYR21共5個(gè)，主要流行小種是CYR17、CYR18、CYR19;1980年-1992年的13年間，命名小種有CYR22～CYR29共8個(gè)，主要流行小種是CYR25、CYR28、CYR29等;1993年-2020年的28年間，命名小種有CYR30～CYR34共5個(gè)，主要流行小種有CYR32、CYR33、CYR34等。表明在甘肅隴南通過(guò)抗病品種布局的實(shí)施和應(yīng)用，顯著提高了小麥條銹病菌源基地抗病基因豐富度，而且構(gòu)筑了條銹菌生活循環(huán)的雙重遺傳屏障，抑制病菌變異，延緩了病菌優(yōu)勢(shì)小種的產(chǎn)生與發(fā)展，并已取得階段性成效。

3" 結(jié)論與討論

3.1" 強(qiáng)化抗病品種布局

研究發(fā)現(xiàn)，小麥品種和抗銹親本單一化是導(dǎo)致條銹病流行的主導(dǎo)因素，抗銹品種多樣化對(duì)控制或減輕條銹病的流行為害有顯著作用，實(shí)行不同抗源品種合理布局是控制條銹病流行危害更為有效的措施［1］。馮晶等［3］對(duì)隴南越夏區(qū)控制，提出了指導(dǎo)性、指令性、區(qū)域性、多樣性、開放性、長(zhǎng)遠(yuǎn)性的原則。在抗病品種應(yīng)用上提出了定向生態(tài)育種和抗病基因合理化利用，在小麥條銹病不同流行區(qū)構(gòu)建互不重疊的遺傳屏障，切斷菌源基地內(nèi)病菌周年循環(huán)以及東西部麥區(qū)之間的菌源傳播交流途徑的總體思路，具有較好的前瞻性。從初步的分析結(jié)果看，通過(guò)抗病品種的合理布局，甘肅省小麥條銹菌生理小種新小種類型出現(xiàn)數(shù)量顯著低于上世紀(jì)。其中新小種的出現(xiàn)年限從1974年-1979年的1.2年、1980年-1993年的1.6年延長(zhǎng)到1994年-2020年的4.8年，主要流行小種出現(xiàn)頻率從最高的80%以上顯著降低到38%左右（圖2）。

3.2" 強(qiáng)化新技術(shù)在抗病育種中的應(yīng)用

隨著分子標(biāo)記、基因編輯、合成生物學(xué)以及基因組學(xué)、蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)和生物信息學(xué)等現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展，開展小麥抗條銹病基因的鑒定標(biāo)記、分

離克隆、功能分析及其轉(zhuǎn)移利用，從表型和生物信息

學(xué)兩方面著手，育種家與植物病理學(xué)者密切合作，精準(zhǔn)開展種質(zhì)資源的抗逆性評(píng)價(jià)、篩選與利用等基礎(chǔ)性工作已成為現(xiàn)實(shí)。在開展優(yōu)異材料的抗條銹病基因分子檢測(cè)進(jìn)行輔助選擇育種的基礎(chǔ)上，白斌等［49］開展了抗銹基因聚合育種成果實(shí)踐。對(duì)抗逆性優(yōu)異的遠(yuǎn)緣材料，結(jié)合生物育種技術(shù)，通過(guò)回交手段或通過(guò)染色體工程技術(shù)，克服生殖隔離、聚合野生優(yōu)異資源，創(chuàng)制二線抗源，持續(xù)解決種質(zhì)資源匱乏的“卡脖子”技術(shù)和育種之需［28］，更是甘肅隴南抗病育種的首要任務(wù)。與此同時(shí)，利用多種抗銹類型是豐富和充實(shí)隴南抗銹基因庫(kù)的前提，更是實(shí)現(xiàn)抗病基因合理布局的基礎(chǔ)。

3.3" 強(qiáng)化品種抗病性監(jiān)測(cè)

小麥條銹菌致病性變異是引起小麥品種抗銹性“喪失”，從而造成病害大流行的主要原因［10］。目前國(guó)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)和命名了CYR1～CYR34共34個(gè)生理小種，還有多個(gè)致病類型［28］。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，小檗是小麥條銹菌的轉(zhuǎn)主寄主［5053］，更是條銹菌生理小種毒性變異的關(guān)鍵所在。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，甘肅隴南越夏區(qū)短柄小檗Berberis brachypoda Maxim.、堆花小檗Berberis aggregata Schneid.、假豪豬刺Berberis soulieana Schneid.等各種小檗遍布，且與麥田鄰近，為條銹菌的毒性變異提供了極好的生態(tài)環(huán)境條件［50］。賈秋珍等［54］選用76個(gè)甘肅省小麥生產(chǎn)品種，人工接種條銹菌ZS有性菌系和無(wú)性菌系，苗期和成株期調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，有性菌系的致病性和相對(duì)寄生適合度均高于無(wú)性菌系。這對(duì)隴南越夏區(qū)抗病品種的有效性提出了更高的要求，對(duì)其抗病持久性也提出了更為明確的時(shí)限。進(jìn)一步強(qiáng)化該區(qū)域品種抗病性變異研究，著力實(shí)現(xiàn)抗病品種（基因）合理布局，將會(huì)為有效破解“病菌小種抗銹品種”興衰循環(huán)的難題提供技術(shù)支撐，為助力隴南越夏區(qū)條銹病持續(xù)控制、保障區(qū)域及國(guó)家糧食安全提供技術(shù)支撐。

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