小麥黃花葉病研究進展

李鵬+崔正勇+高國強+孫明柱+張鳳云+李新華

摘要：小麥黃花葉病是一種土傳病毒病害，現已成為危害我國小麥生產的主要病毒病之一，對小麥生產構成嚴重威脅。本文介紹了小麥黃花葉病的病原與傳播介體、發病規律與表現，總結了針對小麥黃花葉病開展的分子生物學和育種學研究，以期對小麥黃花葉病抗病育種和生產實踐提供參考。

關鍵詞：小麥黃花葉病；病毒；基因；抗病育種

中圖分類號：S435.121.4+9 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2017）08-0168-05

Abstract Wheat yellow mosaic （WYM） caused by Wheat yellow mosaic virus （WYMV） has been growing as one of the most serious diseases affecting wheat production in China. In this paper， the pathogens， vector， incidence rule and performance of WYM were introduced， and the studies on its molecular biology and wheat breeding were also summarized to provide references for resistance breeding and control.

Keywords Wheat yellow mosaic； Virus； Gene； Resistance breeding

小麥黃花葉病是當前危害我國小麥生產的主要土傳病毒病之一，主要是由小麥黃花葉病毒（Wheat yellow mosaic virus，WYMV）所引起，并通過土傳禾谷多黏菌（Polymyxa graminis）為介體進行傳播。近幾年，山東省的煙臺、臨沂、日照和棗莊等地小麥黃花葉病發病面積不斷擴大。小麥黃花葉病導致植株花色素苷積累，葉片發黃，春季生長緩慢，單位面積成穗數下降，穗粒數降低，粒重減輕，發病區域通常減產20%～70%，嚴重危害小麥生產和糧食安全[1]。由于禾谷多黏菌的孢子具有極強的抗逆性，可以長期在泥土中存活，含有WYMV的病土能夠保持致病能力長達數十年，采用常規的物理、化學方法以及改變耕作方式都難以對病害進行有效防控[2]。當前的研究和生產實踐一致表明，選育并推廣抗病、耐病品種是控制小麥黃花葉病危害的最佳途徑。本文介紹了小麥黃花葉病的病原與傳播介體、發病規律與表現，總結了針對小麥黃花葉病開展的分子生物學和育種學研究，以期對小麥黃花葉病抗病育種和生產實踐提供參考。

1 病原與傳播介體

大量研究表明，WYMV是引發小麥黃花葉病的主要病原，山東省膠東地區還存在WYMV和中國小麥花葉病毒（Chinese wheat mosaic virus，CWMV）復合侵染的現象。

WYMV屬于馬鈴薯Y病毒科（Potyviridae）的大麥黃花葉病毒屬（Bymovirus），最早由Inouye于1969年報道，病毒粒體直徑為12～14 nm，長度為100～350 nm，小麥黃花葉病毒基因組由2條單鏈RNA組成，分別是RNA1（7 636 nt）和RNA2（3 659 nt）。在自然條件下WYMV只侵染普通小麥和硬粒小麥，并在寄主體內產生規則的風輪體，以及排列有序的膜狀體。

中國小麥花葉病毒（CWMV）最早是由Diao等[3]發現并命名的，CWMV屬于真菌傳桿狀病毒屬（Furovirus），CWMV粒子為桿狀，直徑為20 nm，長度主要分布在150 nm和300 nm，病毒基因組由RNA1（7 147 nt）和RNA2（35 699 nt）組成，在寄主植物中產生圓形、橢圓形等不規則內含體，主要分布于細胞核附近。CWMV在中國目前主要分布于山東省的煙臺、榮成等地，常與WYMV復合感染[4]。

病毒與其介體真菌的依附關系一直是植物病理學界持續關注的重要課題，也是一個熱點和難點課題。1991年，最早由Chen等[5，6]利用膠體金免疫電鏡觀察，找到了禾谷多黏菌作為介體傳播病毒的直接證據，揭示了病毒存在于禾谷多黏菌內，并通過禾谷多黏菌作為介體進行增殖和侵染傳播。禾谷多黏菌是根腫菌綱的一種介體真菌，主要寄生于禾本科植物根部，能夠作為介體傳播包括WYMV和CWMV在內的9種麥類病毒，并引發嚴重病害[7]。禾谷多黏菌的侵染力非常強，有研究表明病土在稀釋15 625倍后，接種大小麥后仍能夠表現出致病能力[8]。

2 發病規律與表現

WYMV和CWMV 都是通過禾谷多黏菌為介體進行傳播的，并在禾谷多黏菌的孢子囊內越夏。小麥播種后，帶毒的禾谷多黏菌孢子接觸并穿透小麥根毛細胞，致病病毒隨孢子進入細胞內，并隨著游動孢子進行不斷增殖。這一階段病毒侵染的嚴重程度與溫濕度密切相關，小麥幼苗在10℃以上土溫中生長超過10天，通常發病程度會加重，若出苗后土壤溫度已低至10℃以下，發病程度會顯著下降，如果在10月下旬到11月上旬降雨較多、土壤濕度大，病毒侵染也會加重。小麥受到侵染后，病毒在秋苗期和越冬期處于潛伏狀態，麥苗通常不表現出發病癥狀。小麥生長進入返青期時開始表現發病癥狀，感病植株的新生葉片開始褪綠，隨著花色素苷在葉片中的積累，葉片上橙黃色梭形點逐步擴大合并成為黃綠相間的不規則狀條斑，病葉逐步發黃、枯死，并最終造成小麥節間生長受阻，根系生長緩慢，新生分蘗死亡，植株生物量明顯下降[9，10]。這一階段，如果春季氣溫回升早且不高于15℃，染病植株發病重；如果這一時期氣溫和土壤溫度回升快，氣溫能夠達到20℃，則感病植株葉片僅輕微褪綠，發病癥狀不明顯，對植株生長發育影響小。在小麥抽穗期，由于這一時期氣溫較高，發病較輕的病株癥狀快速消退，感病嚴重的病株也能夠快速恢復生長，但病害已導致有效穗數、穗粒數和千粒重下降，造成的產量損失已無法挽回。在小麥收獲后，禾谷多黏菌的孢子隨著小麥根殘體的腐爛進入土壤，病毒隨休眠孢子越夏進入下一輪侵染。endprint

3 分子生物學研究

分子生物學研究的快速發展和廣泛應用，在小麥黃花葉病致病病毒的分類與鑒定、抗病基因的篩選定位等研究方面均發揮了重要作用。

3.1 小麥黃花葉病致病病毒的分類與鑒定

WYMV和小麥梭條斑花葉病毒（WSSMV）曾被眾多學者認作同種異名，因為兩者無論在粒子形態、病癥表現、發病與傳播規律，還是在血清學和細胞學特性上都非常相似，現今仍有許多研究者將WYMV和WSSMV相混淆[10，11]。利用反轉錄PCR和單鏈構象多態性分析（SSCP）， 雷娟利等[12]證實了山東、河南、江蘇、浙江、湖北、四川和陜西省發生的經由禾谷多黏菌傳播的小麥黃花葉病是由WYMV引發的。李大偉等[13]在長江中下游及淮河流域9個縣（市） 采集了27份表現梭條斑花葉癥狀的小麥樣品，利用RT-PCR檢測和電鏡觀察，在25份樣品中檢測到了WYMV，沒有檢測到WSSMV存在。楊軍等[14]對湖北羅田縣小麥黃花葉病病株進行了病原分析，病毒序列分析比對結果表明該病毒為WYMV，而非WSSMV。

由于CWMV與土傳小麥花葉病毒（SBWMV）在病毒形態、病害流行特點及寄主范圍等生物學特性上均非常相似，很長一段時期都被認定為SBWMV。Diao等[3]對取自山東煙臺地區的禾谷多黏菌傳棒狀病毒進行了全基因組序列分析，發現該病毒與SBWMV氨基酸序列相似性為76.1%，全基因組RNA核苷酸序列相似性為71.1%，不同于已知的SBWMV，表明這是一個新型病毒，并將其命名為中國小麥花葉病毒。

利用分子生物學檢測方法，研究人員對眾多省份和地區的小麥黃花葉病病原進行了鑒定分析。叢倩倩等[15]對2012年采自山東省10個地區的105份病株材料進行檢測，通過RT-PCR和測序分析在泰安、臨沂和棗莊的樣品中檢測到了WYMV，沒有檢測到CWMV等病毒。趙玖華等[9]對2012年在郯城、莒南等地發生的小麥黃花葉病進行了分子檢測，發現是由WYMV和CWMV混合侵染引發的。孫炳劍等[4]對不同省份地市的小麥黃花葉病致病病毒進行鑒定，結果表明，山東煙臺以WYMV為主，零星檢測到CWMV；山東榮成以CWMV為主，零星檢測到WYMV；江蘇揚州、河南省西平縣只檢測到WYMV。為快速準確地對WYMV和CWMV進行同步檢測，繆倩等[16]建立了多重RT-PCR檢測方法，并利用該方法對江蘇高郵、揚州和大豐的小麥黃花葉病病株樣本進行檢測，結果表明高郵和揚州的病原為WYMV，而大豐的病原為CWMV。RT-PCR是當前檢測CWMV的主要方法，Zhang等[17]建立了一種熒光環介導逆轉錄擴增（RT-LAMP）檢測方法，并對取自山東煙臺的小麥樣品進行了檢測，利用該方法進行WYMV檢測，操作簡單、高特異性、高靈敏度、方便省時。

3.2 抗病基因的篩選定位

小麥黃花葉病發病表現易受氣候等因素的影響，品種抗性鑒定準確性難以保證，這對抗病材料選擇工作帶來許多困難。遺傳學研究表明，抗病品種對小麥黃花葉病的抗性受1到多對顯性核基因控制[18]。對小麥黃花葉病相關抗性基因進行標記篩選和準確定位，并利用分子標記輔助選擇對育種材料進行抗性基因篩選，能夠避免環境因素的影響，鑒定結果快速準確。

Liu等[19]以WYMV抗病品種揚輻9311和感病品種揚麥10號構建F2作圖群體，利用微衛星標記將小麥黃花葉病抗性基因YmYF定位在了2D染色體的長臂上；以WYMV高抗品種寧麥9號為母本與高感品種揚麥10號構建了 F2作圖群體，利用AFLP和SSR標記將寧麥9號的黃花葉病抗性基因YmNM定位在了2A染色體上[20]。Zhu等[21]利用高抗品種Xifeng和高感品種Zhen 9523構建重組自交系群體，在3BS、5AL和7BS上分別發現了QYm.njau-3B.1、QYm.njau-5A.1和QYm.njau-7B.1等3個小麥黃花葉病抗性標記QTL位點。Nishio等[22]利用微衛星標記將荷蘭小麥品種Ibis的小麥黃花葉病抗性基因YmIb定位在了2D染色體長臂上，與標記Xcfd16、Xwmc41、Xcfd168和Xwmc181的遺傳距離分別為2.0、4.0、7.1 cM和12.4 cM。Takeuchi等[23]對美國小麥品種Madsen進行小麥黃花葉病抗性研究，認為Madsen的抗性是由1對主效基因控制的，并將該抗性基因YmMD定位在2DL染色體上，位于標記Xwmc41和Xgwm349之間。Suzuki等[24]利用Madsen與感病品種Hokushin構建重組自交系群體，對Madsen的抗病性進行了進一步研究，發現Madsen具有兩個抗性QTL位點Qym1和Qym2，分別位于2DL和3BS染色體上，2DL染色體上的 Qym1位于標記Xgwm539和Xgwm349之間，3BS染色體上的Qym2位于標記Xbarc147和Xwmc623之間。

Liu等[19]在揚輻9311中發現的抗性基因YmYF、Nishio等[22]在荷蘭小麥品種Ibis中發現的YmIb、Takeuchi等[23]和Suzuki等[24]分別在美國小麥品種Madsen中發現的YmMD和Qym1，都是被定位在了2D染色體的長臂，來源于不同國家的小麥品種都于2DL上發現了小麥黃花葉病抗性基因位點，表明這一染色體區域對于小麥黃花葉病抗性具有重要作用。

4 育種學研究

由于禾谷多黏菌的孢子具有極強的抗逆性，含有WYMV的病土能夠保持致病能力長達數十年，采用物理、化學方法及栽培技術難以對病害進行有效防控，對小麥生產構成嚴重威脅[2]。當前研究一致認為培育并推廣小麥黃花葉病抗性品種是最佳的病害防治方法。

魏瑋等[11]以527個國內外小麥品種/系為材料，分別于2009、2010和2011年播種于山東省煙臺、河南省駐馬店和江蘇省高郵的WYMV病圃進行抗性鑒定，結果表明僅有芒白4號、陜麥150、臨優2069、京雙16、西農2208、鄭麥366、陜優225、鄭麥9023、豐抗1號和石家莊72等10個品種/系在3個鑒定點均表現出WYMV抗性，占所有參試小麥品種的1.90%；而在3個地點都呈WYMV敏感反應的小麥品種則多達203個，占所有參試小麥品種的38.52%。楊紅福等[25]研究了江蘇省不同發病區域的土壤對鎮麥系列品種的致病性，發現鎮麥系列品種在不同來源帶毒土壤中發病表現有所不同，鎮麥168對5個地區的病土表現出了高抗或免疫，鎮麥6號也表現出了較好抗性，認為不同來源的病毒致病性存在差異，并且病毒和品種表現出互作效應。endprint

劉偉華等[18]對收集自國內外的37個小麥品種在4個省份的小麥黃花葉病病田進行了多年抗性鑒定，發現不同來源的病毒對品種的致病性存在差異，并且氣候等因素也會對品種的抗感病表現產生較大影響，揚輻9311和寧麥9號在多年多點鑒定中表現出穩定抗性，在表型上兩者均無感病癥狀。揚輻9311和寧麥9號作為優秀的抗病親本，在小麥黃花葉病抗病育種中得到了廣泛應用。以高抗小麥黃花葉病、豐產性高、農藝性狀優良的寧麥9號為父本，抗倒性好但中感黃花葉病的寧麥8號為母本，育成了高抗小麥黃花葉病、中抗赤霉病、耐肥抗倒伏的小麥新品種揚輻麥4號[26]。以抗黃花葉病的優異種質揚輻9311為供體親本，以攜帶Pm4a抗白粉病基因的高產小麥品種揚麥11為輪回親本，利用回交轉育和輻射誘變等育種技術，通過多年多點鑒定選擇，育成了高抗小麥黃花葉病、兼抗白粉病的小麥新品種揚輻麥5號[27]。

筆者以航天突變系9940168為母本，與大面積推廣品種濟麥19進行雜交，育成了高抗小麥黃花葉病、高產廣適型的小麥新品種魯原502，先后通過了國家審定、山東省和安徽省審定、江蘇省認定。在小麥黃花葉病多發且危害嚴重的山東省臨沂地區，多年田間鑒定表明，魯原502對小麥黃花葉病表現出高抗到免疫，在該區域種植增產效果顯著。目前筆者已在該地區安排了品種比較鑒定試驗，深入研究魯原502的抗病生理表現和增產效果；以表現高抗的魯原502、表現高感的臨麥4號和矮抗58為親本，進行正反交，構建F2作圖群體，對魯原502的小麥黃花葉病抗性進行遺傳分析，并對其抗病基因進行定位。

除利用常規育種方法開展小麥抗黃花葉病育種外，一些單位還利用轉WYMV基因的方法獲得了抗黃花葉病的轉基因材料。董槿等[28]利用基因槍法將WYMV外殼蛋白基因轉入到普通小麥品系中，經室內及田間篩選獲得抗小麥黃花葉病的轉基因植株。徐惠君等[29]構建了WYMV復制酶基因（WYMV-Nib8）的表達載體，并利用基因槍法轉入了揚麥158的愈傷組織，通過分子跟蹤檢測以及病田圃抗病性鑒定得到了4個表現穩定的抗病轉基因株系，同時利用PCR技術篩選到只含WYMV-Nib8基因而沒有標記基因的揚麥158轉基因材料。以揚麥158的轉基因株系后代為親本，與多種類型材料組配雜交、回交組合，獲得了小麥黃花葉病抗性可以穩定遺傳的后代材料，育成了多份高抗小麥黃花葉病并且兼抗多種其他病害的新材料，如兼抗黃花葉病和白粉病的高產新品系04T19，以及聚合Wax基因并且兼抗黃花葉病和白粉病的優異株系[30，31]。

5 結語

小麥黃花葉病廣泛分布于黃淮麥區、長江中下游麥區、四川盆地及陜西渭河流域等冬小麥種植區，由于種植感病品種以及農用機械跨區作業，發病面積有逐漸擴大的趨勢。安全有效地防治小麥黃花葉病已成為生產中亟待解決的問題，目前的研究一致認為選育、推廣抗病性品種是防治小麥黃花葉病大發生的唯一良策。在病區應選用適合當地的抗病品種，如魯原502、濟麥22、良星99、揚輻麥5號、華麥6號等，并輔以適宜的栽培管理。在今后的研究中應加強分子生物學技術的利用，探明病毒、禾谷多黏菌和小麥三者之間的互作機理，探索病害防治新方法、防控新體系；廣泛篩選對小麥黃花葉病表現抗病、耐病的品種和種質，對抗性基因進行標記定位和基因克隆，為小麥黃花葉病抗病新品種的選育提供基因資源，并利用分子標記輔助選擇提高育種效率。

參考文獻：

[1]Li D W， Han C G， Xing Y M， et al. Identification of the Wheat yellow mosaic virus occurring in China by RT-PCR [J]. Acta Phytopathologica Sinica， 1997， 27：303-307.

[2]Ohto Y， Hatta K， Ishiguro K. Differential wheat cultivars to discriminate pathogenicity of Japanese Wheat yellow mosaic virus（WYMV） isolates[J]. Jpn. J. Phytopathol.， 2006， 72：93-100.

[3]Diao A， Chen J， Ye R， et al. Complete sequence and genome properties of Chinese wheat mosaic virus， a new furovirus from China[J].Journal of General Virology，1999，80：1141-1145.

[4]孫炳劍， 羊健， 孫麗英， 等. 禾谷多黏菌傳小麥病毒病的分布及變化動態[J]. 麥類作物學報， 2011， 31（5）：969-973.

[5]Chen J P， Swaby A G， Adams M J， et al. Barley mild mosaic virus inside its fungal vector， Polymyxa graminis[J]. Annals of Applied Biology， 1991， 118（3）：615-621.

[6]Chen J P， Hong J， Adams M J. Ultrastructural studies of resting spore development of Polymyxa graminis[J]. Mycological Research， 1998， 102（6）：687-691.

[7]陳劍平. 中國禾谷多黏菌傳麥類病毒研究現狀與展望[J]. 自然科學進展， 2005，15（5）：524-533.

[8]陳劍平. 禾谷多粘菌對小麥梭條斑花葉病毒（WSSMV）傳播以及土壤侵染潛力測定[J].中國病毒學， 1993， 8（4）：379-384.endprint

[9]趙玖華， 徐德坤， 尚佑芬， 等. 山東省小麥黃花葉病的突發與防控措施[J]. 山東農業科學， 2012， 44（10）： 95-97.

[10]王磊， 宋超， 郝金凱，等. 小麥黃花葉病的發生及防治[J]. 農業科技通訊， 2014（6）： 158-160.

[11]魏瑋， 李俊敏， 孫麗英， 等. 小麥黃花葉病抗性鑒定及抗性親本簡單重復序列多態性分子標記的篩選[J]. 浙江農林大學學報， 2016， 33（1）： 76-79.

[12]雷娟利， 陳炯， 陳劍平， 等. 我國真菌傳線狀小麥花葉病毒病病原初步鑒定為小麥黃花葉病毒（WYMV）[J]. 中國病毒學， 1998，13（1）：89-96.

[13]李大偉， 韓成貴. 中國小麥黃花葉病毒（WYMV） 分布的RT-PCR鑒定[J]. 植物病理學報，1997，27（4）：303-307.

[14]楊軍，侯明生. 湖北省小麥黃花葉病病原的部分序列鑒定[J]. 植物病理學報， 2001，31（4）：319-323.

[15]叢倩倩， 許斐斐， 李向東， 等. 山東小麥黃花葉病毒的分子檢測與鑒定[J]. 山東農業科學， 2012， 44（11）：8-11.

[16]繆倩， 季英華， 任春梅， 等. 一種快速同步檢測小麥黃花葉病毒和中國小麥花葉病毒的方法[J].麥類作物學報，2013，33（3）： 595-599.

[17]Zhang Z Y， Liu X J， Li D W， et al. Rapid detection of Wheat yellow mosaic virus by reverse transcription loop-mediated isothermal amplification[J]. Virology Journal， 2011， 8： 550.

[18]劉偉華， 何震天， 耿波， 等. 小麥對黃花葉病的抗性鑒定及典型品種的遺傳分析[J].植物病理學報，2004，34（6）：542-547.

[19]Liu W， Nie H， Wang S， et al. Mapping a resistance gene in wheat cultivar Yangfu9311 to yellow mosaic virus， using microsatellite markers [J]. Theor.Appl. Genet.，2005，111：651-657.

[20]Liu W， Nie H， He Z， et al. Mapping of a wheat resistance gene to yellow mosaic disease by amplified fragment length polymorphism and simple sequence repeat markers[J]. Journal of Integrative Plant Biology， 2005， 47： 1133-1139.

[21]Zhu X， Wang H， Guo J， et al. Mapping and validation of quantitative trait loci associated with wheat yellow mosaic bymovirus resistance in bread wheat [J]. Theor. Appl. Genet.， 2012， 124：177-188.

[22]Nishio Z， Kojima H， Hayata A， et al. Mapping a gene conferring resistance to wheat yellow mosaic virus in European winter wheat cultivar ‘Ibis （Triticum aestivum L.）[J]. Euphytica， 2010， 176：223-229.

[23]Takeuchi T， Munekata S， Suzuki T， et al. Breeding of wheat lines resistant to wheat yellow mosaic virus and localization of the resistance gene （YmMD） derived from wheat cultivar ‘Madsen [J]. Breed Res.， 2010， 12：1-8.

[24]Suzuki T， Murai M， Hayashi T， et al. Resistance to wheat yellow mosaic virus in Madsen wheat is controlled by two major complementary QTLs [J]. Theor. Appl. Genet.， 2015，128：1569-1578.

[25]楊紅福， 吳承東， 吉沐祥， 等. 小麥黃花葉病對鎮麥系列品種致病力研究[J].金陵科技學院學報，2012，28（3）：42-44.

[26]何震天， 陳秀蘭， 楊鶴峰， 等. 高抗黃花葉病小麥新品種揚輻麥4號及后續品種的選育[J].江蘇農業科學， 2009（2）：98-100.

[27]何震天， 陳秀蘭， 張容， 等. 多抗小麥新品種揚輻麥5號的選育[J]. 核農學報， 2013，27（2）：173-176.

[28]董槿， 何震天， 韓成貴， 等. 抗小麥黃花葉病毒轉基因小麥的獲得及病毒誘導的基因沉默[J].科學通報， 2002， 47（10）：763-767.

[29]徐惠君， 龐俊蘭， 葉興國， 等. 基因槍介導法向小麥導入黃花葉病毒復制酶基因的研究[J].作物學報， 2001， 27（6）： 688-693.

[30]吳宏亞， 張伯橋， 高德榮， 等. 轉復制酶基因抗小麥黃花葉病新品系的評價與利用[J]. 作物雜志， 2005（6）：12-14.

[31]吳宏亞， 張伯橋， 高德榮， 等. 轉WYMV-Nib8基因抗黃花葉病小麥的鑒定及優良株系的選育[J]. 麥類作物學報， 2006， 26（6）：11-14.endprint