三個小麥農(nóng)家品種的苗期抗白粉病遺傳分析

趙小華， 許紅星， 李秀全， 安調(diào)過＊

（1．中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心，石家莊 050021；2．中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所，北京 100081；3．中國科學(xué)院研究生院，北京 100049）

小麥白粉病是由布氏白粉菌小麥專化型（Blumeria gr a minis f．sp．tritici，Bgt）引起的真菌病害，對我國小麥安全生產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅。培育抗病品種是最為經(jīng)濟、安全、有效的防治措施［1］。現(xiàn)代農(nóng)業(yè)造成的抗源及抗病基因的單一化，加速了對不斷變異的白粉菌小種的定向選擇作用，促進(jìn)毒性新小種不斷出現(xiàn)，使得小麥生產(chǎn)品種的抗性不斷喪失。因此有必要挖掘新的抗源材料，提高抗病基因的多樣性，從而有效控制小麥白粉病。

目前國際上正式命名的小麥抗白粉病主效基因有57個，分布在40個基因位點上（Pm1～Pm43），這些基因來源于普通小麥、小麥近緣屬和小麥近緣種，其中來自普通小麥的抗病基因有Pm4c［2］、Pm38［3］和Pm39［4］等27個，其余的來自于小麥近緣屬（黑麥、山羊草、簇毛麥以及中間偃麥草等）和小麥近緣種（栽培一粒小麥、野生一粒小麥、波斯小麥等）。已經(jīng)報道的小麥抗白粉病基因中，Pm5e、ml xbd和Pm24分別來源于我國的小麥農(nóng)家品種‘復(fù)壯30’［5］、‘小白冬麥’［6］和‘齒牙糙’［7］。小麥農(nóng)家品種是經(jīng)過長期自然和人工選擇的產(chǎn)物，具有豐富的遺傳多樣性。對其抗病基因進(jìn)行研究，并進(jìn)行合理的開發(fā)和利用，將有助于改善抗病基因的單一化，增加抗源的多樣性。

本實驗室對258份國內(nèi)小麥農(nóng)家品種苗期接種國內(nèi)北方麥區(qū)流行的白粉菌E09菌株和石家莊地區(qū)的混合白粉病原菌，篩選出‘矮稈芒麥’（ZM04132）、‘紅頭麥’（京2651）和‘大紅頭’（S761）表現(xiàn)免疫至高抗，繼續(xù)對這3份農(nóng)家品種接種白粉菌E03、E05、E18、E20和E23菌株，結(jié)果均表現(xiàn)為抗病。為進(jìn)一步研究它們的抗白粉病遺傳特點，本研究對這3份品種進(jìn)行苗期抗性的遺傳分析，為其在抗病育種中的利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1．1 材料

供試小麥農(nóng)家品種‘矮稈芒麥’、‘紅頭麥’和‘大紅頭’來自于國家種質(zhì)資源庫，并由前期白粉病抗性鑒定篩選而來；作為感病對照的普通小麥品種‘銘賢169’由本實驗室保存。小麥白粉菌E09菌株由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所提供。

1．2 抗性鑒定

所有小麥材料均播種于72孔的穴盤中，每個穴盤隨機種植‘銘賢169’作為感病對照。所有小麥材料播種后置于室溫下培養(yǎng)。待苗生長至一葉期時進(jìn)行接種，置于黑暗條件下保濕培養(yǎng)24 h后，放在溫室中培養(yǎng)，L∥D＝14 h∥10 h，晝夜溫度為22℃／18℃。接種后10 d，待‘銘賢169’充分發(fā)病，調(diào)查記載發(fā)病情況。抗性調(diào)查時，反應(yīng)型按照“0～4”六級記載［8］；0型為免疫，0；型為近免疫，1～4型分別為高抗、中抗、中感和高感。

1．3 統(tǒng)計分析

根據(jù)調(diào)查記載的情況，將0～2型劃分為抗病類型，3～4型劃分為感病類型，計算雜交F2代群體的抗病單株與感病單株的比值，并經(jīng)卡方測驗分析其符合度。參照何家泌［9］小麥抗病基因分離理論模式，結(jié)合F1植株的抗病性、F2群體的抗感單株分離比例，對鑒定結(jié)果進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2．1 小麥農(nóng)家品種‘矮稈芒麥’抗性遺傳分析

‘矮稈芒麥’對白粉菌E09菌株的反應(yīng)型為0～1型，‘銘賢169’對E09的反應(yīng)型為4型，正交和反交的F1代植株對E09的反應(yīng)型均為4型，表明‘矮稈芒麥’對E09的抗性主要由隱性核基因控制。在161株‘矮稈芒麥’ב銘賢169’組合構(gòu)成的F2分離群體中，有47株表現(xiàn)抗病、114株表現(xiàn)感病。抗病株中反應(yīng)型為0型的有18株、反應(yīng)型為1型的有13株、反應(yīng)型為2型的有16株；感病株中反應(yīng)型為3型的有55株、反應(yīng)型為4型的有59株；抗感分離比符合1∶3（χ2＝1．29，p＝0．26，表1）。遺傳分析結(jié)果表明，‘矮稈芒麥’對E09的抗性由1對隱性基因控制［9］。

表1 ‘矮稈芒麥’與‘銘賢169’雜交各世代對白粉菌E09菌株的抗性表現(xiàn)

2．2 小麥農(nóng)家品種‘紅頭麥’抗性遺傳分析

遺傳分析與2．1類似，‘紅頭麥’對白粉菌E09菌株的反應(yīng)型為0型，‘銘賢169’對E09的反應(yīng)型為4型，正交和反交的F1代植株對E09的反應(yīng)型均為4型，表明‘紅頭麥’對E09的抗性主要由隱性核基因控制。在156株‘紅頭麥’ב銘賢169’組合構(gòu)成的F2分離群體中，有42株表現(xiàn)抗病、114株表現(xiàn)感病。抗病株中反應(yīng)型為0型的植株有5株、反應(yīng)型為1型的有6株、反應(yīng)型為2型的有31株；感病株中反應(yīng)型為3型的有45株、反應(yīng)型為4型的有69株；抗感分離比符合1∶3（χ2＝0．21，p＝0．64，表2）。遺傳分析結(jié)果表明，‘紅頭麥’對E09的抗性由1對隱性基因控制。

表2 ‘紅頭麥’與‘銘賢169’雜交各世代對白粉菌E09菌株的抗性表現(xiàn)

2．3 小麥農(nóng)家品種‘大紅頭’抗性遺傳分析

遺傳分析與前面兩者類似，‘大紅頭’對白粉菌E09菌株的反應(yīng)型為0型，‘銘賢169’對E09的反應(yīng)型為4型，正交和反交的F1代植株對E09的反應(yīng)型均為4型，表明‘大紅頭’對E09的抗性主要由隱性核基因控制。在157株‘紅頭麥’ב銘賢169’組合構(gòu)成的F2分離群體中，有43株表現(xiàn)抗病、114株表現(xiàn)感病。抗病株中反應(yīng)型為0型的植株有20株、反應(yīng)型為1型的有13株、反應(yīng)型為2型的有10株；感病株中反應(yīng)型為3型的有80株、反應(yīng)型為4型的有34株；抗感分離比符合1∶3（χ2＝0．36，p＝0．55，表3）。遺傳分析結(jié)果表明，‘大紅頭’對E09的抗性由1對隱性基因控制。

表3 ‘大紅頭’與‘銘賢169’雜交各世代對白粉菌E09菌株的抗性表現(xiàn)

3 討論

小麥農(nóng)家品種‘矮稈芒麥’、‘紅頭麥’和‘大紅頭’對石家莊本地區(qū)的混合白粉病菌表現(xiàn)出良好的抗性。本研究利用白粉菌E09菌株，對這3份農(nóng)家品種進(jìn)行了抗性遺傳分析。結(jié)果表明，這3份農(nóng)家品種對E09的抗性均由1對隱性基因控制。該結(jié)果有助于這3份農(nóng)家品種進(jìn)一步的分子標(biāo)記及定位研究，為其作為抗源在小麥抗白粉病育種中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

對小麥農(nóng)家品種中的白粉病抗性基因進(jìn)行遺傳分析，前人也有一些報道［10－12］。其中胡衛(wèi)國等對陜西小麥農(nóng)家品種‘矮稈芒麥’和‘大紅頭’進(jìn)行白粉病抗性遺傳分析，結(jié)果表明，‘矮稈芒麥’含有3對隱性抗白粉病基因，‘大紅頭’含有2對顯性互補抗白粉病基因［10］，與本研究的結(jié)果并不一致。胡衛(wèi)國等采用的白粉病菌株為關(guān)中4號，本研究采用的白粉菌為E09菌株，不同的菌株有不同的毒性（無毒性）基因，品種中與之相對應(yīng)的抗性基因也不同，因此有不同的抗性表現(xiàn)；另外，小麥農(nóng)家品種是我國農(nóng)民在長期的生產(chǎn)實踐中選擇、經(jīng)品種資源科學(xué)家征集、整理而來的品種，往往多個材料具有相同的名字，不同來源和材料本身不同的情況時常發(fā)生，胡衛(wèi)國等用到的小麥農(nóng)家品種‘矮稈芒麥’、‘大紅頭’與本研究中的‘矮稈芒麥’、‘大紅頭’同名但也有可能來源不同。總之，農(nóng)家品種是改良小麥的一個重要基因庫。由于農(nóng)家品種本身普遍存在的異質(zhì)性，因此，對農(nóng)家品種的研究，首先要在保證材料純化的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步鑒定發(fā)掘其攜帶的有益基因。本研究涉及的3份農(nóng)家品種都是在這樣的基礎(chǔ)上進(jìn)行抗病性鑒定和遺傳分析的。

目前已正式命名的小麥抗白粉病基因中，大多數(shù)表現(xiàn)為顯性遺傳，少數(shù)表現(xiàn)為隱性遺傳，包括Pm5a、Pm5b、Pm5c、Pm5d、Pm5e、Pm9、Pm26 和Pm42［13－14］。本研究中發(fā)現(xiàn)的3份小麥農(nóng)家品種‘矮稈芒麥’、‘紅頭麥’和‘大紅頭’所攜帶的抗性基因均為隱性基因。Pm5a的載體品種‘Hope’對白粉菌E03、E05、E09、E20和 E23菌株均表現(xiàn)為感病［15］，Pm5b的載體品種‘Kor moran’對E09表現(xiàn)出感病［16］，Pm5c的載體品種‘Kolandi’對 E05、E09表現(xiàn)出感病［16］，Pm5e的載體品種‘復(fù)壯30’對 E18、E23表現(xiàn)出感病［17］，而本研究中3份農(nóng)家品種‘矮稈芒麥’、‘紅頭麥’和‘大紅頭’對 E03、E05、E09、E18、E20和E23這些菌株均表現(xiàn)抗病，可以推知，這3份農(nóng)家品種所攜帶的白粉病抗性基因應(yīng)該不同于Pm5a、Pm5b、Pm5c、Pm5e。另外，兩個抗白粉病隱性基因Pm26［18］和 Pm42［14］都來源于野生二粒小麥，而本研究中的白粉病抗性基因均來自于農(nóng)家品種，推測這3份農(nóng)家品種所攜帶的白粉病抗性基因可能不同于Pm26和Pm42。至于3份農(nóng)家品種中含有的抗白粉病基因與Pm5d和Pm9是否相同，還有待于進(jìn)一步的分析。而3份農(nóng)家品種所攜帶的抗白粉病基因之間的相互關(guān)系，也有待于進(jìn)一步的等位性分析。

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