甘肅省主要小麥生產(chǎn)品種及高代品系的抗白粉基因推導(dǎo)

曹學(xué)仁, 周益林*, 段霞瑜, 曹世勤

(1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所,植物病蟲害生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100193;2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所,蘭州 730070)

甘肅省主要小麥生產(chǎn)品種及高代品系的抗白粉基因推導(dǎo)

曹學(xué)仁1, 周益林1*, 段霞瑜1, 曹世勤2

(1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所,植物病蟲害生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100193;2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所,蘭州 730070)

[目的]采用基因推導(dǎo)法對目前甘肅省小麥主要生產(chǎn)品種及高代品系進(jìn)行抗白粉基因分析,為甘肅省白粉病的抗病育種和品種使用及布局提供依據(jù)。[方法]利用21個(gè)小麥白粉菌株,結(jié)合品種系譜對甘肅14個(gè)小麥生產(chǎn)品種及28個(gè)高代品系進(jìn)行抗白粉基因推導(dǎo)。[結(jié)果]14個(gè)生產(chǎn)品種中,1個(gè)含Pm8,1個(gè)含Pm4b,4個(gè)含未知抗病基因,其余8個(gè)對所有供試菌株全部表現(xiàn)感病;28個(gè)高代品系中,5個(gè)含Pm8,2個(gè)含Pm3a,1個(gè)含Pm4b,1個(gè)含Pm30,5個(gè)含未知抗病基因,其余14個(gè)對所有供試菌株全部表現(xiàn)感病。[結(jié)論]目前甘肅小麥生產(chǎn)品種及高代品系中缺乏抗白粉病基因,一旦條件適宜,小麥白粉病在甘肅地區(qū)極易發(fā)生和流行,應(yīng)該引起生產(chǎn)管理部門和育種專家的注意和重視。

小麥; 白粉病; 基因推導(dǎo)

甘肅省氣候條件多樣,不同地區(qū)生態(tài)條件差異大,在海拔800～2 400 m生態(tài)區(qū)都有小麥種植。20世紀(jì)70年代甘肅省小麥白粉病僅在隴南地區(qū)的武都、文縣川壩地區(qū)發(fā)生,80年代以來其發(fā)生范圍在甘肅省逐年擴(kuò)大,近年來發(fā)生面積達(dá)53.3萬hm2以上,已成為甘肅省小麥上的主要病害之一[1]。種植抗病品種是防治該病害最經(jīng)濟(jì)有效的措施。但是小麥白粉菌變異快、產(chǎn)孢量大、生活周期短,加上大面積種植抗源單一的品種,導(dǎo)致品種抗性容易喪失。選用不同抗性基因的品種并對其進(jìn)行合理布局可以延緩品種抗性的喪失速度,因此明確品種(系)抗病基因的組成及特點(diǎn),是品種合理布局的基礎(chǔ)。

基因推導(dǎo)是識別品種抗病基因的一種常用方法,它是由Loegering1971年根據(jù)Flor的基因?qū)驅(qū)W說提出來的[2]。該方法操作快速、簡單,能在4～8周了解用常規(guī)雜交方法需要2～3年才能得到的遺傳信息[3],在小麥品種抗白粉病研究中得到了廣泛的應(yīng)用[4-8]。本研究采用基因推導(dǎo)法對目前甘肅省小麥主要生產(chǎn)品種及高代品系進(jìn)行了抗白粉基因分析,以期為甘肅省白粉病的抗病育種和品種使用及布局提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試的42個(gè)小麥品種(系)名稱、系譜和來源見表1,其中前14個(gè)品種為甘肅目前主要生產(chǎn)品種,后28個(gè)為高代品系,均由甘肅省農(nóng)科院植保所提供。35個(gè)已知抗白粉病基因品種(系)由本課題組提供。用于鑒定的21個(gè)已知毒性的小麥白粉菌菌株采自我國不同的小麥生態(tài)區(qū),為單孢堆分離物,由中國農(nóng)科院植保所保存。

表1 供試小麥品種(系)名稱、系譜和來源

續(xù)表1

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所溫室進(jìn)行。具體方法參見文獻(xiàn)[7]:將已知基因品種(系)和供試材料播種于36 cm×25 cm×10 cm的塑料方盒內(nèi),每品種(系)播種5～7粒種子,并以感病材料‘阿夫’和‘Chancellor’為對照。套上用鐵絲架撐開的透明塑料袋以防污染,然后放在溫室中培養(yǎng),待第1片葉完全展開后,接種白粉菌分生孢子,每一個(gè)菌株分別接種一套小麥寄主(包括已知基因品種或系和供試材料),7～10 d充分發(fā)病后,按司權(quán)民等的調(diào)查方法[9],記載第 1片葉的反應(yīng)型,其中 0、0;、1和2型為抗病反應(yīng)型,3和4型為感病反應(yīng)型。

列出已知抗病基因品種(系)和供試材料的抗譜,對其進(jìn)行比較分析,并參考品種的系譜。如果供試材料與某個(gè)含已知抗病基因的品種(系)的抗譜相同或非常接近,則認(rèn)為供試材料與該品種(系)所含的抗病基因相同;復(fù)合抗病基因是通過比較供試材料的抗譜與2個(gè)或2個(gè)以上的已知基因品種(系)的合成抗譜的相似程度來確定。

2 結(jié)果與分析

已知抗病基因品種(系)和供試材料對21個(gè)小麥白粉菌株的反應(yīng)見表2和表3(對供試菌株均表現(xiàn)感病的未列出),從表中可以看出,14個(gè)主要生產(chǎn)品種中 ,‘天選43’、‘中梁 27 號’、‘蘭天 13 號’、‘蘭天 21號’、‘蘭天 23 號’、‘隴鑒 9343’、‘隴鑒 9811’、‘隴鑒9821’等8個(gè)品種對21個(gè)菌株均表現(xiàn)感病,占供試生產(chǎn)品種總數(shù)的60%。‘中梁23號’的抗譜與Pm4b的抗譜一致,因此推測該品種含有Pm4b抗病基因。‘中梁22號’與Pm8的抗譜在3個(gè)菌株上存在差異,推斷除了Pm8外,可能還含有其他抗病基因。另外‘蘭天25號’、‘蘭天15號’和‘蘭天24號’的抗譜與已知基因品種(系)的抗譜存在較大差異,因此推測含有與已知抗病基因品種(系)不同的抗病基因或基因組合,其中‘蘭天24號’對供試21個(gè)菌株中的20個(gè)表現(xiàn)抗性,而‘蘭天25號’和‘蘭天15號’分別對12個(gè)和13個(gè)供試菌株表現(xiàn)抗性。‘蘭天17號’對供試21個(gè)菌株都表現(xiàn)高抗,親本組合中含有‘92R137’,因此該品種可能含有抗白粉基因Pm21。

表2 已知抗病基因品種(系)對21個(gè)供試白粉菌株的反應(yīng)1)

續(xù)表2

26個(gè)高代品系中,13個(gè)對供試21個(gè)菌株全部感病 ,包括‘Y9220-25’、‘天 9412’、‘天 912’、‘石917’、‘9681’、‘98-294-2-4’、‘9923-1-1’、‘97t110’、‘旱 9633-15-2-3’、‘天 95-3’、‘Y9220-1-4-2-5’、‘98101-6-3-2’和‘咸農(nóng) 4 號’。‘9933-2-1’、‘隴原031’、‘95-3-13’等 3個(gè)品系的抗譜和Pm8的一致,這3個(gè)品系含有Pm8。‘95-1-15’和‘隴原 931’與Pm8分別有1個(gè)菌株的反應(yīng)存在差異,因此它們除了含有Pm8抗病基因外,還有可能含有其他抗病基因。‘95-62-8’的抗譜和Pm4b一致,含有抗病基因Pm4b。‘94t133’和‘9474’對供試菌株的反應(yīng)和Pm3a一致,推測這2個(gè)品系含有Pm3a基因。‘清98-294-6-14-2’除含有抗病基因Pm30外,含有其他抗病基因。‘中X9610’對供試的21個(gè)菌株均表現(xiàn)抗性,抗性可能來自于親本‘92R178’中的Pm21。3個(gè)材料(‘天 96-3’、‘96-43’和‘隴原 991’)含有未知抗病基因或基因組合。

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明,50%以上的供試小麥材料對21個(gè)菌株全部感病,不含有效的抗白粉病基因。從已推出的可能含有的抗病基因來看,Pm8或Pm8與其他未知基因組合所占比例比較高,另外還有兩個(gè)高代品系中含有Pm3a基因,而曹世勤等的研究結(jié)果表明,Pm8和Pm3a在甘肅田間的抗病性已經(jīng)喪失[10]。因此目前甘肅小麥生產(chǎn)品種及高代品系中缺乏含抗白粉病基因,一旦條件適宜,小麥白粉病在甘肅地區(qū)極易發(fā)生和流行,這應(yīng)該引起生產(chǎn)管理部門和育種專家的注意和重視。

但是,本研究也發(fā)現(xiàn)對白粉病表現(xiàn)較好的小麥生產(chǎn)品種,如‘中梁23號’、‘蘭天24號’和‘蘭天17號’等,在生產(chǎn)中應(yīng)注意合理布局,延緩其抗性的喪失。高代品系中‘中 X9610’、‘95-62-8’和‘清 98-294-6-14-2’抗性表現(xiàn)較好,應(yīng)加快這些品種的利用和推廣。

利用基因推導(dǎo)方法雖然可以在較短時(shí)間內(nèi)推斷品種的抗病基因組成。但它往往受到菌株鑒別能力、品種(系)遺傳背景、試驗(yàn)環(huán)境條件的影響,此外人為誤差也對試驗(yàn)結(jié)果造成一定影響[11],因此需要結(jié)合常規(guī)的遺傳分析及分子標(biāo)記等方法來提高結(jié)果的準(zhǔn)確性。

[1]李剛,李宗明,王新俊.甘肅省小麥白粉病測報(bào)與防治技術(shù)研究報(bào)告[M]∥劉萬才,邵振潤,姜瑞中.小麥白粉病測報(bào)與防治技術(shù)研究.北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2000:69-74.

[2]Loegering W Q,Mcintodh R A,Burton C H.Computer analysis of disease data to derive hypothetical genotypes for reaction of host varieties to pathogens[J].Canadian Journal of Genetics and Cy tology,1971,13:742-748.

[3]郭愛國,赤國彤,王煥如.小麥抗病性基因推導(dǎo)方法的發(fā)展及應(yīng)用[J].河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1993,16(2):98-104.

[4]Heun M,Fischbeck G.Identification of wheat powdery mildew resistance genes by analyzing host-pathogen interaction[J].Plant Breeding,1987,98:124-129.

[5]張忠山,王錫鋒,劉紅彥,等.黃淮麥區(qū)18個(gè)小麥品種抗白粉病基因的推導(dǎo)[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),1991,24(6):39-44.

[6]郭愛國,赤國彤,霍云萍,等.17個(gè)小麥品種抗白粉性基因的推導(dǎo)[J].河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1993,16(2):18-22.

[7]向齊君,盛寶欽,段霞瑜,等.若干小麥抗白粉病品系的有效抗病基因的測定[J].作物學(xué)報(bào),1996,22(6):741-744.

[8]周益林,段霞瑜,陳剛,等.40個(gè)小麥優(yōu)良品種資源的抗白粉病基因推導(dǎo)[J].植物病理學(xué)報(bào),2002,32(4):301-305.

[9]司權(quán)民,張新心,段霞瑜,等.小麥抗白粉病品種的基因分析與歸類研究[J].植物病理學(xué)報(bào),1992,22(4):349-355.

[10]曹世勤,郭建國,駱惠生,等.甘麥白粉病抗源材料的篩選及抗病基因庫的組建[J].植物保護(hù),2008,34(1):49-52.

[11]袁軍海,劉太國,陳萬權(quán).中國47個(gè)小麥新品種(系)苗期抗葉銹基因推導(dǎo)[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2007,40(9):1925-1935.

Postulation of wheat powdery mildew resistance genes in commercial wheat cultivars and advanced lines from Gansu Province

Cao Xueren1, Zhou Yilin1, Duan Xiayu1, Cao Shiqin2
(1.State Key Laboratory for Biology of Plant Disease and Insect Pests,Institute of Plant Protection,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Beijing100193,China;2.Institute of Plant Protection,Gansu Academy of Agricultural Sciences,Lanzhou730070,China)

[Objective]Wheat powdery mildew resistance genes of main commercial wheat cultivars and advanced lines from Gansu Province were analyzed,in order to provide information for plant breeders and make use of them.[Method]Wheat powdery mildew resistance genes in 14 commercial wheat cultivars and 28 advanced lines from Gansu Province were postulated by inoculating 21 isolates ofBlumeria graminisf.sp.tritici.[Result]The results indicated that in 14 commercial wheat cultivars,1 carriedPm8,and 1 carriedPm4b,and 4 carried unknown resistance genes,and the other 8 cultivars were susceptible to all tested isolates ofB.graminisf.sptritici.In 28 advanced lines,5 lines carriedPm8,and 2 carriedPm3a,and 1 carriedPm4b,and 1 carriedPm30,and 5 lines carried unknown resistance genes,and the other 14 lines were susceptible to all tested isolates ofB.graminisf.sptritici.[Conclusion]The lack of wheat powdery mildew resistance genes of main commercial wheat cultivars and advanced lines from Gansu Province may lead to disease occurrence and epidemics when conditions are proper,which should be paid attention to for the breeders and managers.

wheat; powdery mildew; gene postulation

S 435.121.46;S 432.21

A

10.3969/j.issn.0529-1542.2011.02.008

2010-03-29

2010-04-03

國家自然科學(xué)基金(30821140351);公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(3-15)

*通信作者E-mail:ylzhou@ippcaas.cn