甘肅隴南重要小麥生產(chǎn)品種‘中梁27’抗條銹特點(diǎn)分析及其利用價(jià)值

孫振宇, 黃 瑾, 馮 晶, 張 勃, 曹世勤*, 賈秋珍, 王曉明, 金社林*, 王萬軍, 宋建榮

(1. 甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所， 蘭州 730070; 2. 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; 3. 甘肅省天水市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所， 天水 741200)

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甘肅隴南重要小麥生產(chǎn)品種‘中梁27’抗條銹特點(diǎn)分析及其利用價(jià)值

孫振宇1, 黃 瑾1, 馮 晶2, 張 勃1, 曹世勤1*, 賈秋珍1, 王曉明1, 金社林1*, 王萬軍3, 宋建榮3

(1. 甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所， 蘭州 730070; 2. 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; 3. 甘肅省天水市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所， 天水 741200)

2007-2013年對(duì)甘肅隴南重要小麥生產(chǎn)品種‘中梁27’在甘肅省不同生態(tài)區(qū)進(jìn)行了全生育期抗條銹特點(diǎn)研究和苗期抗條銹基因推導(dǎo)分析,結(jié)果表明：‘中梁27’全生育期對(duì)接種的條銹菌CYR29、CYR31、CYR32、Su11-4、Su11-7、Su11-11、Su11-13、HY4、HY7、HY8表現(xiàn)抗病,對(duì)CYR33表現(xiàn)中抗-中感,對(duì)新菌系貴22-9、貴22-14表現(xiàn)感病。對(duì)自然誘發(fā)的條銹病,從2012年開始在甘肅田間表現(xiàn)感病。苗期對(duì)24個(gè)國內(nèi)外供試條銹菌單孢菌系的抗性譜與已知基因載體品種不一致,推測含有未知抗條銹基因。

冬小麥; 中梁27; 條銹病; 抗銹性特點(diǎn)

由條形柄銹菌(PucciniastriiformisWest f.sp.triticiEriks)引起的小麥條銹病是發(fā)生于甘肅省及中國小麥生產(chǎn)上的最主要病害,種植抗病品種是防治該病最經(jīng)濟(jì)有效且有利于環(huán)境保護(hù)的措施[1-3]。已有的研究結(jié)果表明,甘肅隴南麥區(qū)是小麥條銹病的常發(fā)易變區(qū),是條銹菌新小種的“策源地”[1-5]。該區(qū)小麥條銹病的發(fā)生流行,不僅嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)匦←湲a(chǎn)量,更為重要的是對(duì)我國黃淮海麥區(qū)小麥安全生產(chǎn)影響巨大。自1993年以來,隨著以CYR32、CYR33為代表的HY及水源致病類群的不斷出現(xiàn)和積累,造成我國重要小麥抗源材料‘繁6’及其衍生系——綿陽系品種的抗病性喪失[6],引致2002年小麥條銹病在全國范圍內(nèi)大流行,波及甘肅、四川、陜西、重慶、河南、山東、河北、寧夏、青海、貴州、云南等11個(gè)省(市、自治區(qū)),產(chǎn)量損失超過13億kg[7]。截至目前,由于小麥條銹病菌毒性變異和新小種的流行,已導(dǎo)致全國范圍內(nèi)7次大規(guī)模的品種更替。

從2010年開始,隨著條銹菌新致病類群G22的不斷出現(xiàn)和積累,造成國內(nèi)重要抗源材料‘南農(nóng)92R’系、‘貴農(nóng)’系及其衍生系材料抗病性的逐步喪失[8-10,12],包括‘蘭天17號(hào)’、‘川麥42號(hào)’等在內(nèi)的諸多生產(chǎn)品種(系)已逐步在田間喪失抗病性[10,12]。如何延長抗病品種在甘肅隴南的使用年限,持續(xù)控制甘肅省及中國小麥條銹病的發(fā)生流行,是擺在當(dāng)前植物病理學(xué)家及抗病育種專家面前的一道難題和需要迫切解決的問題。同時(shí)進(jìn)一步尋找、發(fā)掘和利用現(xiàn)有抗病品種及抗病資源,持續(xù)控制小麥條銹病在甘肅隴南及中國的發(fā)生流行,已成為當(dāng)前生產(chǎn)及育種上的最主要工作之一。

冬小麥品種‘中梁27’是甘肅隴南山區(qū)重要生產(chǎn)品種,由天水市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所小麥中心選育而成。自2006年在示范區(qū)推廣以來,由于其良好的抗病、豐產(chǎn)特性,深受示范區(qū)群眾的歡迎,取得了較好的控病增產(chǎn)效果[11]。目前對(duì)該品種抗病特點(diǎn)分析方面,國內(nèi)尚未開展相關(guān)研究。基于此,作者開展相關(guān)抗條銹性特點(diǎn)分析,旨在為其在甘肅隴南的充分利用起到積極的推動(dòng)作用。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試菌系：用于苗期、成株期抗病性評(píng)價(jià)的條銹菌單孢菌系共13個(gè),包括CYR29、CYR31、CYR32、CYR33、Su11-4、Su11-7、Su11-11、Su11-13、HY4、HY7、HY8、G22-9和G22-14,由甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所小麥病害課題組提供。用于基因推導(dǎo)分析的26個(gè)國內(nèi)外條銹菌單孢菌系包括3E22、7E158、45E221、43E159、167E62、175E191、239E188、34E40、99E22、41E233、3E10、113E80、64E12、34E30、36E8、45E191、2E26、45E185、107E58、32E200、44E169、45E169、45E25、40E47、108E41和109E125,來自中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所麥類作物病害課題組。

供試品種：‘中梁27’來自于天水市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所小麥中心。感病對(duì)照‘銘賢169’來自甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所小麥病害課題組。用于抗條銹基因推導(dǎo)的30個(gè)已知抗條銹病基因(組合)即Yr1、Yr2、Yr2+Yr6、Yr2+Yr6+、Yr2+YrH7、Yr3+YrV23、Yr3+、Yr3a+Yr4a+Yr16、Yr4+、Yr5、Yr6+Yr20、Yr7+Yr22+Yr23、Yr7+、Yr8+Yr19、Yr9+YrCle、Yr9+、Yr10+YrMor、Yr12、Yr2+Yr3a+Yr4a+Yr13、Yr15、Yr17、Yr24、Yr25+YrSD、Yr25、Yr26、Yr27、Yr28、Yr32、YrSpP和YrSu載體品種由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所麥類作物病害課題組提供。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 苗期、成株期抗條銹性評(píng)價(jià)

2007-2013年逐年選用供試的13個(gè)新鮮條銹菌單孢菌系,在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所蘭州低溫溫室分別進(jìn)行接種和鑒定。成株期接種鑒定在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所甘谷試驗(yàn)站進(jìn)行,接種方法為噴孢子懸浮液法。從2007年開始,每年在甘肅省不同生態(tài)區(qū)的天水市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所甘谷試驗(yàn)站(海拔1 270 m)、甘谷縣白家灣鄉(xiāng)東三十里鋪村(海拔1 720 m)、甘谷縣古坡鄉(xiāng)魏家坪村(海拔1 920 m)、天水市秦州區(qū)汪川良種場(海拔1 680 m)和臨洮農(nóng)業(yè)學(xué)校(海拔1 960 m)進(jìn)行條銹病自然誘發(fā)鑒定。具體種植、調(diào)查時(shí)間等方法參照參考文獻(xiàn)[13-14]進(jìn)行。

其中反應(yīng)型記載采用0、0;、1、2、3、4共6級(jí)標(biāo)準(zhǔn),其中0～2級(jí)為抗病(R),3～4級(jí)為感病(S);嚴(yán)重度記載采用0、t、5%、10%、20%、40%、60%、80%、100%共9級(jí)標(biāo)準(zhǔn);普遍率記載采用0、t、5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%共13級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[1]。

1.2.2 苗期抗條銹基因推導(dǎo)分析

2011年11-12月在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所低溫溫室,將供試材料和27個(gè)已知抗條銹病基因載體品種順序編號(hào),播于盛有營養(yǎng)土的30 cm×20 cm×10 cm(長×寬×高)的塑料盒中,每品種播5～7粒催芽種子。待供試品種第一片葉完全展開后,采用掃抹法分別接種24個(gè)新鮮供試單孢菌系[13-14]。接種后15～18 d,待感病對(duì)照‘銘賢169’充分發(fā)病后,依照0～4級(jí)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)查記載反應(yīng)型。

基于Flor基因?qū)蛟韀15],通過比較分析供試品種和已知抗條銹基因載體品種對(duì)供試菌系相互作用所產(chǎn)生的反應(yīng)型,推導(dǎo)供試品種可能含有的抗條銹基因[16]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

病情指數(shù)=嚴(yán)重度×普遍率/100[1]。

2 結(jié)果與分析

2.1 苗期、成株期抗病性評(píng)價(jià)

2.1.1 接種鑒定結(jié)果

連續(xù)多年接種鑒定結(jié)果發(fā)現(xiàn),‘中梁27’對(duì)CYR33及CYR29、CYR31、CYR32、Su11-4、Su11-7、Su11-11、Su11-13、HY4、HY7、HY8均表現(xiàn)免疫到中抗水平,對(duì)新菌系G22-9和G22-14表現(xiàn)感病，詳細(xì)結(jié)果見表1。

表1 ‘中梁27’對(duì)供試菌系的抗條銹性表現(xiàn)1)

1) 表中數(shù)據(jù)為反應(yīng)型/嚴(yán)重度/普遍率,下同。

Data in the table were listed as infection type / severity / incidence. The same below.

2.1.2 自然誘發(fā)鑒定結(jié)果

各地多年監(jiān)測結(jié)果發(fā)現(xiàn), ‘中梁27’自2011年開始,在甘谷、汪川及臨洮田間對(duì)自然誘發(fā)的條銹病逐步表現(xiàn)感病,但嚴(yán)重度和病情指數(shù)相對(duì)較低,在1～4之間，詳細(xì)結(jié)果見表2。

表2 2007-2013年‘中梁27’在甘肅各地抗病性表現(xiàn)1)

1) 括號(hào)內(nèi)數(shù)據(jù)為病情指數(shù)。

The data in brackets was disease index.

2.2 苗期抗條銹基因推導(dǎo)分析

由表3結(jié)果看出,‘中梁27’除對(duì)供試菌系175E191和239E188表現(xiàn)感病外,對(duì)其余24個(gè)菌系均表現(xiàn)抗病,與30個(gè)抗性基因(組合)抗性反應(yīng)譜不一致[13-14],結(jié)合系譜分析,推測含有未知抗病基因。

表3 ‘中梁27’對(duì)26個(gè)供試條銹菌單孢菌系的苗期抗病性表現(xiàn)

3 結(jié)論與討論

小麥條銹菌新小種的出現(xiàn)和群體毒性結(jié)構(gòu)的改變是引起小麥品種抗銹性喪失的主導(dǎo)因素[8]。正是由于新的毒性菌系G22致病類群的出現(xiàn),導(dǎo)致從2011年開始,‘中梁27’的抗病性在甘肅隴南田間逐步喪失,在生產(chǎn)中逐漸失去利用價(jià)值,這也與前人研究結(jié)論相一致[1-2,6,10]。

研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),‘中5’具有優(yōu)異的抗條銹特性,是當(dāng)前我國小麥抗條銹育種上不可多得的抗條銹資源材料[17]。近年來國內(nèi)學(xué)者先后從其衍生系品種(系)‘中梁22號(hào)’、‘中93444’和‘中93447’中標(biāo)記出了Yrzhong22[18]、Yrzhong93444[19]、Yrzhong93447[20]等3個(gè)分布于不同染色體上的、有別于已知抗條銹基因的新基因。宋建榮等[11]研究發(fā)現(xiàn),‘中梁27’為易位系材料,其外源片段分別來自中間偃麥草的St和E組染色體。分析‘中梁27’系譜,目前其親本材料中除‘中4’在甘肅隴南田間表現(xiàn)抗病外,其余各親本材料‘保加利亞10’、‘咸農(nóng)4號(hào)’、‘中梁15號(hào)’、‘中梁12號(hào)’均表現(xiàn)感病,初步推測‘中梁27’抗條銹基因來源于抗病親本‘中4’,但兩品種所含抗病基因是否相同,則有待于進(jìn)一步研究。

鑒于目前‘中梁27’已在甘肅隴南田間開始感病的現(xiàn)狀,建議在生產(chǎn)中應(yīng)壓縮其種植面積,在播種期進(jìn)行藥劑拌種,成株期進(jìn)行藥劑噴灑防治,以控制條銹病的發(fā)生流行。

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(責(zé)任編輯：王 音)

Resistant characters and application value of wheat cultivar ‘Zhongliang 27’ to stripe rust in all-stage in Gansu Province

Sun Zhenyu1, Huang Jin1, Feng Jing2, Zhang Bo1, Cao Shiqin1, Jia Qiuzhen1, Wang Xiaoming1, Jin Shelin1, Wang Wanjun3, Song Jianrong3

(1. Institute of Plant Protection, Gansu Academy of Agricultural Sciences, Lanzhou 730070, China; 2. Institute of Plant Protection, Chinese Academy of Agricultural Sciences/State Key Laboratory for Biology of Plant Diseases and Insect Pests, Beijing 100193, China; 3. Tianshui Institute of Agricultural Sciences, Gansu 741200, China)

The wheat cultivar ‘Zhongliang 27’ was an important wheat planting variety in Longnan region, Gansu Province at present time. In order to evaluate its resistance to stripe rust, artificial inoculation of differential races ofPucciniastriiformisf.sp.tritici(Pst) including CYR31, CYR32, CYR33, Su11-4, Su11-7, Su11-11, Su11-13, HY4、HY7 and HY8, G22-9 and G22-14 were made in Lanzhou greenhouse (Institute of Plant Protection, Gansu Academy of Agricultural Sciences, IPP-GAAS) at seedling stage and Gangu testing station of IPP-GAAS at adult stage, and natural induced pool at different locations in Gansu Province during 2007-2013. The results showed that the wheat variety ‘Zhongliang 27’ was resistant to above 80% testing isolates except new isolates G22-9 and G22-14 ofPst. Since 2012, ‘Zhongliang 27’was susceptible to natural stripe rust in fields at different locations in Gansu Province because of new pathogenic type G22. By artificial inoculation of 24Pstisolates at seedling stage in Beijing greenhouse (Institute of Plant Protection, Chinese Academy of Agricultural Sciences, IPP-CAAS) at seedling stage, we found that ‘Zhongliang 27’ has different resistance spectra from the varieties with known resistant genes, postulating that there may be unknown resistant gene in the variety.

winter wheat; ‘Zhongliang 27’; stripe rust; resistant character

2014-05-23

2014-07-09

國家自然科學(xué)基金地區(qū)基金(31160362);“十二五”國家科技支撐計(jì)劃(2012BAD19B04)

S 435.121.42

A

10.3969/j.issn.0529-1542.2015.04.034

* 通信作者 E-mail:caoshiqin6702@163.com；jinshelin@163.com