81份春小麥種質資源抗條銹病評價

侯 璐, 閆佳會, 姚 強, 李秋榮, 馬永強, 郭青云

(青海大學,農林科學院,農業部西寧作物有害生物科學觀測實驗站,青海省農業有害生物綜合治理重點實驗室,省部共建三江源生態與高原農牧業國家重點實驗室, 西寧 810016)

81份春小麥種質資源抗條銹病評價

侯 璐, 閆佳會, 姚 強, 李秋榮, 馬永強, 郭青云*

(青海大學,農林科學院,農業部西寧作物有害生物科學觀測實驗站,青海省農業有害生物綜合治理重點實驗室,省部共建三江源生態與高原農牧業國家重點實驗室, 西寧 810016)

本研究結合苗期分小種接種和大田成株期自然誘發條件下對供試的81份春小麥資源進行抗條銹病鑒定,分析其抗條銹病情況、抗病類型及抗病性關系,結果表明:具全生育期抗條銹病類型的資源有7份, 具成株期抗條銹病類型的資源有39份,有30份資源為含有成株期和對部分小種失去抗性的全生育期抗病性的抗性類型;苗期分別接種7個小種后,表現抗病的資源數為9～25份不等,表現中抗的資源為2～6份不等,表現感病的有50～69份不等,成株期表現抗病的73份,表現中抗的3份,感病的5份,即供試種質資源大部分表現為苗期感病,而成株期具有抗病性。聚類分析結果表明,該81份種質資源抗性聚類相對分散,遺傳多樣性水平較高。研究結果為小麥育種提供優良的抗條銹性資源。

春小麥; 種質資源; 條銹病; 抗病性

小麥條銹病是影響小麥生產最重要的病害之一,該病害是由小麥條銹菌Pucciniastriiformisf.sp.tritici引起的世界性小麥病害,在低溫和潮濕環境下易發生,小麥整個生育期均可發生感染[1]。該病菌可隨氣流高空遠距離傳播,具有發病范圍廣,流行頻率高,危害嚴重等特點。農藥的大面積及時使用可以控制該病害,但要投入大量的人力、物力、財力,而且污染環境[2]。研究與實踐證明,選育和利用抗病品種是防治小麥條銹病最有效、經濟、安全的措施[1,3]。然而,小麥條銹菌群體毒性結構復雜,新毒性小種不斷形成,并且利用的小麥品種抗病類型單一,使小麥群體抗病遺傳多樣性變窄,致使小麥條銹病周期性流行。

因此,防止小麥品種抗病性“喪失”是持續控制條銹病流行危害的重要策略。如何有效解決抗病性“喪失”這一世界難題,國內外專家學者相繼提出了各種理論與策略,諸如基因輪換[4],基因布局[5],采用多基因屏障[6],利用微效基因抗性[7],成株抗性[3,7-8],慢銹性[9]和持久抗性等等,其核心是實現抗病基因的多樣化及合理布局。因此,不斷發掘新的抗條銹病基因并合理利用是一項有戰略意義的基礎研究工作?？箺l銹病基因發掘及其遺傳特點研究是抗病育種的重要基礎。

青海省是我國小麥條銹菌主要越夏流行區之一[10],每年擁有大量的小麥條銹病越夏菌源,主要保存在晚熟春麥上。由于該地區收獲期晚,小麥條銹菌可以在植株上存活到9月中下旬,部分延遲到10月上旬,所以可以保存大量的菌源到早播冬麥出苗后,為我國東部冬麥區秋苗發病提供較多的有效菌源。同時青海省種植的春小麥主要以感病品種‘阿勃’為主,對我國小麥條銹病越夏菌源區的區域治理非常不利。

為尋找新的抗條銹病基因,增加抗病基因的多樣性,國內研究者做了大量的工作。徐世昌等所在小麥條銹菌研究團隊收集了大量中國小麥農家品種和生產品種并進行了系統的抗條銹病鑒定和抗病性研究[11-16]；曹世勤等對甘肅省 26 個春小麥品種(系),86份貴協系小麥種質資源,臨麥系列春小麥品種進行了抗病性評價和分析[17-19]；周新力等對80份國外春小麥種質資源進行了抗條銹性評價[20]；姚強等對120個春小麥品種(系)進行了成株期抗條銹性鑒定與評價,并對‘青春39’進行了苗期抗條銹性遺傳分析[21-22]。本研究對搜集的81份春小麥種質資源進行了系統的抗條銹性鑒定,以期為青海省春小麥育種提供優良抗條銹病資源。

1 材料與方法

1.1 材料

81個供試春小麥種質資源由青海國家復份種質庫提供;春小麥感病對照品種‘Taichung29’ (T29)由中國農業科學院植物保護研究所徐世昌研究員提供,感病品種‘銘賢169’(M169)由西北農林科技大學植物保護學院植物抗病遺傳研究室提供。

7個供試條銹菌小種CYR33、CYR32、Sun11-4、Sun11-6、CYR27、CYR25和CYR23由西北農林科技大學植物保護學院植物抗病遺傳研究室提供,經中國鑒別寄主確認后,用感病品種‘銘賢169’擴繁后備用。

1.2 方法

1.2.1 溫室試驗

苗期分小種抗病性鑒定在西北農林科技大學植物保護學院植物抗病遺傳研究室溫室進行。供試小麥材料播種于裝有培養基質的7 cm×7 cm×7 cm塑料花盆內,每份資源播6～10粒。按常規方法培育。待小麥幼苗長至1葉1心期時采用涂抹法接種條銹菌。接種完成后, 將小麥幼苗放置于溫度為(10±1)℃保濕箱內24 h,隨后移至溫室培養。溫室溫度控制在(16±1)℃,相對濕度為80%, 光照時間16 h/d, 光照強度9 000 lx。

待對照感病品種‘Taichung29’充分發病時調查反應型。反應型調查根據11 級標準[23],即 0、0;、0;+、1、1+、2、2+、3-、3、3+、4。參考Wang等2012年[24],周新力等2015年[20]的分析方法,將 0～1+型劃為抗病(resistant);2～2+型劃為中抗(intermediate resistant);3-～4 型劃為感病(susceptible)。

1.2.2 田間試驗

田間試驗于2015 年在青海省互助縣威遠鎮銹病常發地,青海省農林科學院植物保護研究所小麥條銹病抗性鑒定自然發病圃進行。每個材料播種1行,行長1 m,每20 個材料加設1行‘Taichung 29’作為感病對照, 鑒定圃的四周各種3 行‘Taichung 29’作誘發行。 播種時間為4月上旬。從 7月上旬開始(當‘Taichung 29’充分發病的時候)對各種質資源進行調查,共調查2次,間隔5～7 d。記載反應型和嚴重度。田間病害嚴重度(%)按0、2、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、 85、90、 95、100分級記錄。選用2次調查中最大嚴重度作最終統計。

2 結果與分析

2.1 供試資源對條銹菌系的抗性鑒定與評價

81份供試材料苗期對7個小種的抗性和大田成株期自然發病鑒定結果如表1,根據抗病特性,將供試資源劃分為3種抗條銹病類型。

第一種為全生育期抗條銹病類型,有7份資源,其中XM000002、YJ003477、 YJ006793和YJ011792苗期對所測7個小種均表現抗病(反應型為0;～1+),成株期也表現為抗病,反應型為0;,嚴重度為2%～5%;XM000276、XM000702和MY005846,苗期對所測7個小種表現為抗病或中抗,反應型為0;～2+,嚴重度為5%。

第二種為成株期抗條銹病類型,有39份資源,苗期對所測7個小種均表現感病(反應型為3～4),成株期表現為抗病或中抗(反應型為0;～2,嚴重度為2%～20%)。

第三種為含有成株期和對部分小種失去抗性的全生育期抗病性的抗性類型,有30份資源。苗期對所測7個小種表現有抗病性分化,即對所測小種至少有一個表現抗病或中抗,成株期除了XM000622表現中抗(反應型為2,嚴重度為10%)外,其余29份資源成株期均表現抗病(反應型為0;～1,嚴重度為2%～20%)。

MY006378苗期除了對Sun11-4表現感病以外,對其他6個小種均表現抗病,而成株期為感病。由于成株期為田間自然誘發鑒定,小種數多,該資源暫且歸不到以上三種抗條銹類型中,需要田間重復試驗加以驗證確定。

表2結果顯示:苗期接種7個小種后,表現抗病的資源數為9～25份不等,表現中抗的資源為2～6份不等,表現感病的有50～69份不等,表明供試種質資源苗期大部分為感病,而成株期則大部分(73份)抗病。

表1 81份春麥種質資源苗期分小種和成株期抗條銹性鑒定結果

續表1 Table 1(Continued)

資源Germplasmresources苗期測試Seedlingtest反應型InfectiontypeCYR32CYR33Sun11-4Sun11-6CYR27CYR25CYR23成株期測試Adult-stagetest(2015青?；ブ鶫uzhu,Qinghaiin2015)反應型Infectiontype嚴重度/%DiseaseseverityYJ0034543+3+3+3+3+440;5XM0001903+3+43+4440;10XM000286333+3+3+43+0;2XM0003053+333443+0;5MY0048333+43+3+3+3+3+0;5YJ0046863+3+43+4440;2XM0000773+3+3+34440;5YJ0069643+3+3+34430;5YJ0069633+3+3+33+44220YJ0118023+3+3+33+440;5511313+3+3+33+43+0;5XM0004943+3+3+3+43+40;2YJ0033853+3+3+3+4440;2ZM0189273+3+3+3+43+4110ZM0168513+3+3+3+443+25含有成株期和對部分小種失去抗性的全生育期抗病性Adult-plantresistanceandineffectiveall-stageresistancetopartofracesXM00040713+10;20;0;0;2MY008111323+3+1+43+0;2XM00062232+33+0;0;1210YJ0068274312323+0;2XM000011433240;0;120YJ00341743+3330;0;0;5XM00027943+33+0;42+0;5美1543+433+0;2+0;15美743+41+10;0;0;15YJ00339143+0;220;0;0;2MY01081043+3+14441106255243+3+3+4240;5美643+3+3+1+0;0;0;10XM00024743+3+3+3+40;0;5XM0001920;0;0;0;42+10;5XM0000540;3+230;0;0;0;2MY0051941+13+0;3+2+0;110MY15733+2+3+3+3+0;30;20YJ003443133+3+2+0;10;5YJ00341210;3+3+2+0;0;0;5YJ01178430;3+3+0;10;0;5XM0009923+3+33+0;0;0;0;2XM00010393+3+33+2+0;30;2MY0144713+3+3+23+3+3+0;2XM0005363+3+3+3140;0;5XM0003043+3+3+33420;2XM0002753+3+3+43+2+40;5XM0002843+3+3+3+30;40;2XM0002093+3+3+3+0;0;0;0;5625503+3+3+3+3+2+3+115感病SusceptibleXM0002343+3+43+43+43+10YJ0117903+3+3+3+33+43+10MY0094943+3+3+3+444420MY0115233+3+3+3+43+3430Taichung294444444450MY0063780;0;3+0;0;0;0;3+10

表2 供試資源大田抗性鑒定和對不同條銹菌生理小種苗期抗性統計結果1)

1) AP: 大田成株期鑒定; IT: 反應型。 AP: Adult plant tested; IT: Infection type.

2.2 供試種質資源的抗條銹性遺傳多樣性分析

采用NTSYspc 2.2 軟件依據抗、感類型計算遺傳相似系數,然后以UPGMA (Unweighted Pair-Group Mean Average) 法對上述81份種質資源的苗期和成株期抗病性調查數據進行聚類分析(圖1)。結果顯示,在相似系數為0.44水平上,81份資源分為2類,第1大類10份資源,第2大類71份資源;在相似系數為0.56水平上,分為3類,第1大類10份資源,第2大類18份資源,第3大類53份資源;在相似系數為0.61水平上,分為4類;在相似系數為0.65水平上,分為5類;在相似系數為0.755水平上,分為9類;在相似系數為0.82水平上,可分為14類;在相似系數為0.88水平上,可分為22類。抗性聚類分析表明,選擇的81份種質資源抗性聚類相對分散,遺傳多樣性水平較高,這可能與種質資源的多樣性有關。

圖1 春麥資源抗條銹性聚類分析Fig.1 Cluster analysis of stripe rust resistance of the tested germplasm resources

3 討論

小麥條銹病是中國小麥生產的主要病害之一,增加小麥抗條銹基因的遺傳多樣性,可以減緩小麥條銹病的流行發展速度和減少病害造成的損失;小麥材料的抗條銹性是小麥與條銹菌在長期的協同進化中形成的一系列防御機制,是寄主植物和病原物之間相互作用所表現出來的抗病或感病的現象,是二者相互作用的結果。根據小麥品種對條銹菌小種的專化性,可以劃分為小種專化型抗病性和非小種?；涂共⌒?；按小麥不同生育期抗條銹性特點,分為全生育期抗病性和成株期抗病性[25]。全生育期抗病性ASR (all-stage resistance)在小麥苗期就被鑒定出來,在小麥苗期至成株期均表現抗病性。全生育期抗病性屬于小種專化性抗病性,抗病性水平較高,但致病菌的突變重組和釋放容易使原具有全生育期抗病性的小麥品種感病[1,26-27],此類抗病性一般是由主效單基因或寡基因控制,表現質量性狀遺傳。目前全生育期抗條銹病基因只有少數還維持其抗性,如Yr5、Yr15[28]。成株期抗病性APR (adult plant resistance),是指在小麥成株期表達的一類抗病性。在較高環境溫度下表達的一類成株期抗病性,又被稱為高溫成株期抗病性HTAP(high-temperature adult plant resistance),具有高溫成株期抗病性的小麥品種在苗期是感病的,但隨著小麥的生長和溫度的升高抗病性會逐漸增強,這類抗病性無小種專化性,抗病性比較持久[26],由于屬于數量性狀遺傳,一般難以被結合到育種材料中去,具有這類基因的抗病品種與感病品種的雜交后代中,抗病程度是連續性變化的,亦有表現質量性狀特點的。植物的生長時期、環境溫度和濕度是影響高溫成株期抗病性的主要因素[1]。

本研究對供試81 份春小麥種質資源在溫室和田間進行抗條銹性評價,根據不同生育期表現的抗病性,將其劃分為全生育期抗病類型、成株期抗病類型和含有成株期和對部分小種失去抗病性的全生育期抗病性的抗性類型。全生育期抗病性又分為對本研究所測小種均表現抗病的全生育期抗病性和對本研究所用部分小種表現抗病的全生育期抗病性;抗性聚類分析表明,選擇的81份種質資源抗性聚類相對分散,遺傳多樣性水平較高。本研究結果表明供試種質資源對條銹病抗性苗期以高感為主,成株期以近免疫為主,即該81份資源中大部分為具有成株期抗病性的資源,對本研究所測小種均表現抗病的全生育期抗病性的資源僅有7份,該7份資源將優先被推薦應用于育種。

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(責任編輯：楊明麗)

Identification and analysis of the resistance of 81 spring wheatgermplasm resources to stripe rust

Hou Lu, Yan Jiahui, Yao Qiang, Li Qiurong, Ma Yongqiang, Guo Qingyun

(Qinghai University, Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Scientific Observing and ExperimentalStation of Crop Pest in Xining, Ministry of Agriculture, Key Laboratory of Agricultural IntegratedPest Management, State Key Laboratory of Plateau Ecology and Agriculture, Xining 810016, China)

To definite the resistance composition, resistance type and resistance relationship of 81 spring wheat germplasm resources to stripe rust, different races ofPucciniastriiformisf.sp.triticiwere used separately to evaluate the resistance at seedling stage by inoculation in greenhouse and at adult stage by natural infection in field. The results showed that seven germplasm resources showed all-stage resistance, thirty-nine showed adult-plant resistance,and thirty showed adult-plant resistance and ineffective all-stage resistance to part of Chinese stripe rust races. After separately inoculated seven dominant races at seedling stage, 9-25 germplasm resources were resistant, 2-6 were intermediate resistant, 50-69 were susceptible. when tested at adult stage, 73 germplasm resources were resistant,3 were intermediate resistant,and 5 were susceptible. The results indicated that most of the germplasm resources were susceptible at seedling stage, but resistant at adult stage. Cluster analysis showed that resistance relationship of these 81 spring wheat germplasm resources were dispersed, and presented high stripe rust resistance diversity.

spring wheat; germplasm resources; stripe rust; disease-resistance

2016-07-24

2016-09-17

2015年度留學人員科技活動擇優資助項目;青海省自然科學基金(2014-ZJ-925Q);國家自然科學基金(31660513;31360421)

S 435.121

A

10.3969/j.issn.0529-1542.2017.03.029

致 謝： 本研究溫室鑒定在西北農林科技大學植物保護學院植物抗病遺傳研究室溫室進行,感謝井金學教授、王保通教授、李強副研究員對本研究提供菌種和試驗條件。

* 通信作者 E-mail:guoqingyunqh@163.com