小麥品種‘Waikea’抗條銹病基因的遺傳分析

曾海婷， 馮 晶， 藺瑞明， 許玉鳳＊， 林 鳳， 徐世昌

（1.沈陽農(nóng)業(yè)大學，沈陽 110866；2.中國農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所／植物病蟲害生物學國家重點實驗室，北京 100193）

小麥條銹病是由小麥條銹菌（Puccinia striiformis f.sp.tritici West，Pst）引起的嚴重影響小麥生產(chǎn)的病害之一。該病分布范圍廣、發(fā)生歷史悠久、流行強度高、危害嚴重。在大流行年份，受害小麥可減產(chǎn)30%，甚至顆粒無收［1－3］。其原因主要是小麥條銹病菌生理小種的更替，使生產(chǎn)用的主干品種喪失抗病性，引起條銹病的大面積發(fā)生［4－5］。在條銹病的防治上，抗病品種的應用是最經(jīng)濟、有效、對生態(tài)安全的方法。因此，尋找和利用條銹抗源是育種工作者的當務之急。由于國內(nèi)小麥栽培品種中抗條銹基因抗病性的不斷喪失和可利用抗源材料的減少，許多研究者把注意力集中到引進外國抗源材料上。

從20世紀20年代初開始，中國已經(jīng)有目的、有計劃性的開始加強對外國優(yōu)質(zhì)小麥品種的引進，并對其農(nóng)藝性狀的遺傳和生理特性進行了深入研究［6－7］。杜久元［6］等于1992－2002年先后從 CIMMYT、美國俄勒岡大學、ENEA等引進2900份小麥種質(zhì)資源，并進行了抗條銹多年連續(xù)鑒定，篩選出條銹免疫材料18份，高抗條銹且優(yōu)質(zhì)的材料9份。其中 CMT.Du－2、CMT.Du－4、CMT.Du－5、CMT.Du－6、CMT.Du－7、CMT.Du－8、CMT.Du－9等7個持久抗條銹材料的抗性表現(xiàn)穩(wěn)定。蒲宗君［7］等從敘利亞國際農(nóng)業(yè)干旱中心（ICARDA）引進了200多份小麥材料，通過田間自然鑒定，發(fā)現(xiàn)了一些田間高抗條銹兼抗白粉的材料，并對高抗條銹小麥種質(zhì)ICA31、ICA70進行抗條銹病遺傳分析。這些材料為小麥抗銹病育種提供了可用資源。

目前，生產(chǎn)中使用的以及從農(nóng)家品種中篩選的抗銹病基因多數(shù)屬于全生育期抗病基因，成株抗性基因較少。植物成株抗性是指苗期感病而成株期抗病的類型［8］。成株抗性是持久抗性的重要組成部分［9］。發(fā)掘和利用持久抗銹品種是目前抗病育種工作的主要方向。研究發(fā)現(xiàn)，美國西北部地區(qū)種植的小麥品種中有較多高溫成株抗病資源［10］，引進美國西北部小麥抗病品種，有助于豐富我國小麥抗病品種抗病基因資源。

白玉路等［10］對美國西北部59份小麥品種進行了抗條銹性鑒定，其中小麥品種‘Waikea’苗期表現(xiàn)感病，成株期對中國條銹菌混合小種CYR31、CYR32和CYR33表現(xiàn)抗病，說明其含有成株抗病基因。本研究通過對‘Waikea’及‘Taichung 29’雜交后代群體成株期的抗性表現(xiàn)分析、苗期溫敏微效基因檢測等，與國內(nèi)小麥品種對比其蛋白質(zhì)含量和產(chǎn)量，以期了解‘Waikea’在蛋白質(zhì)含量、產(chǎn)量和抗條銹上的優(yōu)勢，為進一步抗病基因分子定位和抗病育種及小麥品種改良提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

抗病親本‘Waikea’原產(chǎn)地美國西北部地區(qū)，系譜為Spillman／WestBred 906R［11］。感病材料‘Taichung 29’（T29）由中國農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所提供。以感病材料‘Taichung 29’作為母本與‘Waikea’雜交，獲得雜種F1種子，雜種F1代自交獲得F2代種子，F(xiàn)2代自交獲得F3代種子，F(xiàn)1代作父本與T29回交獲得BC1代種子，抗性鑒定所用的小麥條銹菌CYR31、CYR32和CYR33均由中國農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所提供。

1.2 苗期抗病性鑒定

種植‘Waikea’3盆，感病對照品種‘銘賢169’3盆，每盆15～20株，苗期分別接種CYR31、CYR32和CYR33。置于10℃黑暗保濕24h后移至常溫（晝15℃，夜10℃），待‘銘賢169’充分發(fā)病之后調(diào)查‘Waikea’的反應型，侵染型劃分參照Lewellen等的標準［12］，并進一步詳細分為十二級標準，即0，0；，0；＋，1，1＋，2－，2，2＋，3－，3，3＋，4［13］。

1.3 田間設計與處理

2012年2月下旬將供試材料及雜交后代播種于中國農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所農(nóng)業(yè)部廊坊有害生物科學觀測實驗站。基地種植區(qū)以畦為單位劃分，每畦長22m，寬2m，每畦66行，共種植3畦。親本‘Waikea’和‘Taichung 29’各1行，F(xiàn)1代2行，BC1代2行，F(xiàn)2代18行共185株，F(xiàn)3代173行共約1730株。每行10～15株，株間距10cm，行距0.25m。邊行種植誘發(fā)品種‘銘賢169’。

1.4 接種鑒定和抗性遺傳分析

2012年4月中旬用CYR33接種誘發(fā)行‘銘賢169’，接種約30d后，‘銘賢169’充分發(fā)病，嚴重度達到80%以上，開始調(diào)查發(fā)病反應型和嚴重度情況，每隔7d調(diào)查1次，共3次。反應型按照12級標準（0，0；，0；＋，1，1＋，2－，2，2＋，3－，3，3＋，4）調(diào)查，0～2＋為抗病型（R），3－～4為感病型（S）。根據(jù)F1、F2、F3群體的抗性分離比來確定抗病基因?qū)?shù)。

1.5 溫敏微效基因的檢測

苗期種植‘Waikea’材料以及‘銘賢169’各4盆，每盆15～20株，接種CYR33，每個品種各2盆同時置于常溫（晝15℃，夜10℃），高溫（晝24℃，夜18℃），RH 80%，光照時間14h／d，光強20000lx，且溫光轉(zhuǎn)換同步。待‘銘賢169’充分發(fā)病后調(diào)查‘Waikea’反應型。對比常溫和高溫條件下‘Waikea’的發(fā)病情況判斷是否含有溫敏微效基因。

2 結果與分析

2.1 ‘Waikea’苗期抗病性鑒定

‘Waikea’苗期分別接種 CYR31，CYR32和CYR33，待‘銘賢169’充分發(fā)病之后調(diào)查‘Waikea’的反應型。‘Waikea’對CYR31和CYR32表現(xiàn)為抗病，對CYR33表現(xiàn)為感病。結合白玉路等的研究結果，可推測知‘Waikea’對CYR33苗期表現(xiàn)感病，成株期表現(xiàn)抗病性（表1）。

2.2 ‘Waikea’苗期溫敏微效基因分析

‘Waikea’苗期接種CYR33，置于常溫和高溫條件下充分發(fā)病后分別調(diào)查反應型，反應型均為3－。說明‘Waikea’不含有溫敏微效抗病基因，對CYR33所含抗病基因?qū)儆诔芍昕共』颉?/p>

表1 常溫下‘Waikea’對供試條銹菌系苗期的抗性表現(xiàn)1）Table 1 Responses of‘Waikea’to Puccinia striiformis f.sp.tritici under normal temperature condition

2.3 ‘Waikea’對CYR33的成株期抗病性遺傳分析

表2 ‘Waikea’對條銹菌小種CYR33的成株抗性遺傳分析1）Table 2 Genetic analysis of adult‘Waikea’plant resistance to the race CYR33

3 結論與討論

根據(jù)“基因?qū)颉睂W說，小麥條銹菌小種不斷演化是導致抗源喪失的主要原因，挖掘新抗源是小麥抗條銹育種的根本途徑［11］。本研究就‘Waikea’成株期對CYR33的抗性進行遺傳分析，結果表明‘Waikea’對CYR33成株期抗性由一對顯性和一對隱性基因重疊或獨立控制。溫敏微效基因?qū)儆谌诳共』颍邷卣T發(fā)溫敏微效基因的表達。本研究中對‘Waikea’苗期進行了溫敏微效基因分析，結果表明‘Waikea’苗期在常溫和高溫條件下均感病，認為該小麥品種不含有溫敏微效基因，其對CYR33的抗性基因?qū)儆诔芍曛餍Э共』颉?/p>

通過對‘Waikea’成株期對CYR33的抗性遺傳分析，初步確定了‘Waikea’成株抗病基因由一對顯性基因和一對隱性基因重疊或者獨立控制，為以后進一步將此材料的抗性基因進行分子標記奠定了基礎。研究發(fā)現(xiàn)‘Waikea’中一對控制株高的基因BZ 998－447WP［14］，對條銹菌小種也有顯著的抗病性。本研究中的兩對基因其中是否包含基因BZ 998－447WP，有待進一步證實。

小麥的產(chǎn)量和蛋白質(zhì)的含量是小麥性狀和品質(zhì)（營養(yǎng)品質(zhì)和加工品質(zhì)）的決定性因素，‘Waikea’的蛋白質(zhì)含量和平均產(chǎn)量分別為13.2%和62.2BU／A（Bushel／acre，蒲 式 耳／英 畝），較 ‘Blanca grande’、‘Wa007990’、‘Id377s’等12份硬白春麥的平均蛋白含量高0.1%，平均產(chǎn)量高3.7BU／A。在同類小麥中，‘Waikea’的蛋白質(zhì)含量和產(chǎn)量都具優(yōu)良的品種優(yōu)勢，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有非常重要的利用價值。‘Waikea’產(chǎn)量與20份硬紅春麥平均產(chǎn)量相比高出了4.2BU／A，比18份軟白春麥平均產(chǎn)量高出7.5BU／A［15］。‘Waikea’與國內(nèi)目前主栽品種‘魯麥21’和‘豫麥58號’相比，其蛋白質(zhì)含量分別高出了0.5%和0.2%，產(chǎn)量分別高出了20BU／A和28BU／A。在抗條銹病方面，‘魯麥21’屬中抗條銹病，‘豫麥58號’中感條銹病，‘Waikea’成株期表現(xiàn)高抗條銹病特性。所以，在一些國內(nèi)外小麥栽培品種中‘Waikea’在品質(zhì)和產(chǎn)量上都具有明顯的優(yōu)勢，且與國內(nèi)兩個代表性的栽培品種相比具有高抗條銹病優(yōu)勢。因此說‘Waikea’不僅是抗病育種可利用的新抗源，而且也有助于提高子代材料的產(chǎn)量和品質(zhì)。對其抗銹性遺傳基礎的解析，將會更有針對性地進行我國小麥品種抗性轉(zhuǎn)育，進而增強我國生產(chǎn)小麥的抗病性和品質(zhì)。

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