4個春小麥種質資源苗期抗條銹基因遺傳分析

侯 璐，閆佳會，姚 強,2,李秋榮，郭青云，任迎輝，付麗穎

(1.青海大學 農林科學院，青海大學省部共建三江源生態與高原農牧業國家重點實驗室，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，西寧 810016；2.旱區作物逆境生物學國家重點實驗室，西北農林科技大學植物保護學院，陜西楊凌 712100；3.河南中鶴農業發展有限公司，河南浚縣 456250)

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(Pucciniastriiformisfsp.tritici)引起的世界性病害，從小麥一葉期到成熟只要植物仍然是綠色都可以發生感染[1]。該病具有發病范圍廣，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]。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、安全的核心措施[1，3]。

同時，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各種理論與策略，諸如基因布局[4]、基因輪換[5]、利用微效基因抗性[6]、成株抗性[3,6-7]、慢銹性[8]和持久抗性等，核心是實現抗病基因的多樣化及合理布局。不斷發掘新的抗條銹病基因并合理利用是一項重要工作，而抗條銹病基因發掘及其遺傳特點研究是抗病育種的重要基礎。

青海省是中國小麥條銹菌主要越夏流行區之一[9]，每年擁有大量的小麥條銹病越夏菌源，主要以晚熟春麥為主，由于這些地區收割期延遲因而小麥條銹病菌在這些麥株上得以維持其寄生生活到9月中下旬，部分延遲到10月上旬，可以保持大量的菌源到早播冬麥出苗后，為中國東部冬麥區秋苗發病提供較多的有效菌源。研究春小麥種質資源，不斷尋找新的抗條銹病基因，增加抗病基因的多樣性，并對其有效利用培育和種植春小麥抗病品種，是控制青海省小麥條銹病流行最有效、經濟和安全的方法，同時對抑制中國小麥條銹病越夏意義重大。

國內在研究春小麥方面，甘肅農科院植保所條銹病研究團隊對甘肅省 26 個春小麥品種(系)，臨麥系列春小麥品種進行抗病性評價和分析[10-11]，西北農林科技大學周新力等[12]對80份國外春小麥種質資源進行抗條銹性評價，青海省農林科學院姚強等[13-14]對120個春小麥品種(系)進行成株期抗條銹性鑒定與評價，僅有對‘青春39’進行苗期抗條銹性遺傳分析的報道。綜上所述，國內對春小麥種質資源抗條銹性遺傳的研究報道不多。本研究分析4個春小麥種質資源的抗條銹性特點和抗病基因遺傳規律，擬為其在抗病育種中的合理利用提供依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試春小麥種質資源為‘MY005846’‘ZM018858’‘YJ003412’和‘YJ003417’，由青海國家復份種質庫提供，青海省農林科學院植保所保存；春小麥感病對照品種‘Taichung 29’(‘T29’)由中國農科院植保所提供，青海省農林科學院植保所保存，以春小麥資源分別與‘T29’雜交獲得F2代群體。

供試條銹菌小種CYR33、CYR32、CYR23、Sun11-4、Sun11-6、CYR27、CYR25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，青海省農林科學院植保所保存。

1.2 方 法

1.2.1 溫室試驗 抗病性遺傳分析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，每份親本播10～20 粒，遺傳分析所用F2代群體材料每份播種約200粒。供試小麥材料分別播種在裝有培養基質的7 cm×7 cm×7 cm塑料花盆內，每盆種10～15粒，置于溫室按常規方法培育。

待小麥幼苗第1片葉充分展開、第2片葉露尖時采用涂抹法接種。接種完成后,將小麥幼苗放置于溫度為(10±1) ℃保濕箱內24 h,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。

2 結果與分析

2.1 4個春小麥種質資源抗條銹性評價

用CYR32、CYR33、CYR27、CYR25、CYR23、Sun11-4和Sun11-6接種各春麥資源，鑒定結果見表1。對照品種‘T29’對所測小種反應型為9，均表現高感；‘MY005846’對CYR27、CYR25和CYR23表現近免疫(反應型1或者2)，對Sun11-6 、CYR32和CYR33表現高抗(反應型3)，對Sun11-4表現中抗(反應型5)；‘ZM018858’對CYR27、CYR25、 CYR23、CYR32和Sun11-4表現近免疫(反應型1)，對Sun11-6(反應型為9)和CYR33(反應型為8)表現高感；苗期在所接種的7個小種中，‘YJ003412’對CYR33、CYR25和CYR23的反應型為1，表現近免疫，對CYR32的反應型為3，表現高抗，對CYR27的反應型為5，表現中抗，對Sun11-4和Sun11-6的反應型為9，即為高感；‘YJ003417’對CYR25和CYR23的反應型為1，即表現近免疫，對CYR33、CYR32、CYR27、Sun11-4和Sun11-6的反應型為8或9，即為高感。

抗性評價結果表明，同一春麥資源對不同小種的抗性不盡相同，具有小種專化抗病性，各個春麥資源的抗病譜也不同。

表1 春小麥種質資源抗條銹性評價Table 1 Stripe rust resistance evaluation of spring wheat germplasm resources

2.2 ‘MY005846’的抗條銹性遺傳分析

對‘MY005846’的抗條銹性遺傳分析結果見表2。接種CYR23或CYR25后，‘MY005846’的反應型為1，接種CYR27后，反應型為2，接種CYR32、CYR33或Sun11-6后，‘MY005846’的反應型為3，感病親本‘T29’均為9型，呈高感病反應；抗病親本‘MY005846’的反應型為1時，F2代群體抗病類型多為1～2型，抗病親本‘MY005846’的反應型為2時，F2代群體抗病類型多為2～3型,‘MY005846’的反應型為3時，F2代群體抗病類型多為3～4型，感病類型多為7～9型。

由表2可見，接種CYR33的F2群體，抗病、感病植株數符合13∶3的分離比例(χ2= 0.12，P=0.67)，表明‘MY005846’對CYR33的抗病性由1顯1隱2個基因獨立控制；接種CYR32的F2群體，抗病、感病植株數符合1∶3的分離比例(χ2= 0.35，P=0.50)，表明‘MY005846’對CYR32的抗病性由1對隱性基因控制；接種CYR27的F2群體，抗病、感病植株數符合15∶1的分離比例(χ2= 1.58，P=0.16)，表明‘MY005846’對CYR27的抗病性由2對顯性基因獨立控制；接種CYR25的F2群體，抗病、感病植株數符合3∶1的分離比例(χ2= 1.48，P=0.20)，表明‘MY005846’對CYR25的抗病性由1對顯性基因獨立控制；接種CYR23的F2群體，抗病、感病植株數符合3∶1的分離比例(χ2= 0.75，P=0.35)，表明‘MY005846’對CYR23的抗病性由1對顯性基因控制；接種Sun11-6的F2群體，抗病、感病植株數符合9∶7的分離比例(χ2= 0.05，P=0.76)，表明‘MY005846’對Sun11-6的抗病性由2對顯性基因共同控制。

2.3 ‘ZM018858’的抗條銹性遺傳分析

用‘ZM018858’對表現近免疫的5個條銹病生理小種進行測試的遺傳分析結果見表3。接種后，‘ZM018858’的反應型為1，為近免疫， ‘T29’都表現為4型，呈高感病反應，F2代抗病類型多為1～2型，感病類型多為8～9型。

由表3可見，接種CYR32的F2群體，抗病、感病植株數符合9∶7的分離比例(χ2= 0.16，P=0.64)，表明‘ZM018858’對CYR32的抗病性由2對顯性基因共同控制；接種CYR27的F2群體，抗病、感病植株數符合15∶1的分離比例(χ2=0.38，P=0.44)，表明‘ZM018858’對CYR27的抗病性由2對顯性基因獨立控制；接種CYR25的F2群體，抗病、感病植株數符合15∶1的分離比例(χ2= 1.22，P=0.21)，表明‘ZM018858’對CYR25的抗病性由2對顯性基因獨立控制；接種CYR23的F2群體，抗病、感病植株數符合3∶13的分離比例(χ2= 0.004，P=0.98)，表明‘ZM018858’對CYR23的抗病性由1顯1隱2對基因獨立控制；接種Sun11-4的F2群體，抗病、感病植株數符合3∶13的分離比例(χ2= 0.27，P=0.54)，表明‘ZM018858’對Sun11-4的抗病性由1顯1隱2對基因獨立控制。

表2 ‘MY005846’對6個小種的抗條銹性遺傳分析Table 2 Inheritance analysis of ‘MY005846’ resistance to 6 stripe rustraces

表3 ‘ZM018858’對5個小種的抗條銹性遺傳分析Table 3 Inheritance analysis of ‘ZM018858’ resistance to 5 stripe rust races

2.4 ‘YJ003412’的抗條銹性遺傳分析

用4個條銹病生理小種(致病類型)對‘YJ003412’進行抗性遺傳分析，結果見表4。接種CYR33、CYR25和CYR23后，‘YJ003412’的反應型為1，為近免疫，接種CYR32后，‘YJ003412’的反應型為3，為高抗，‘T29’都表現為9型，呈高感病反應；F2代抗病類型多為1～3；感病類型多為8～9型。

接種CYR33的F2群體，抗病、感病植株數符合3∶13的分離比例(χ2= 0.17，P=0.62)，表明‘YJ003412’對CYR33的抗病性由1顯1隱2對基因共同控制；接種CYR32的F2群體，抗病、感病植株數符合1∶3的分離比例(χ2= 0.33，P=0.52)，表明‘YJ003412’對CYR32的抗病性由1對隱性基因獨立控制；接種CYR25的F2群體，抗病、感病植株數符合1∶3的分離比例(χ2= 0.05，P=0.75)，表明‘YJ003412’對CYR25的抗病性由1對隱性基因控制；接種CYR23的F2群體，抗病、感病植株數符合13∶3的分離比例(χ2=0.008 5，P=0.86)，表明‘YJ003412’對CYR23的抗病性由1顯1隱2對基因獨立控制。

2.5 ‘YJ003417’的抗條銹性遺傳分析

用‘YJ003417’對表現近免疫的2個條銹病生理小種分別接種測試，并進行遺傳分析，結果見表5。接種CYR25和CYR23后，‘YJ003417’的反應型為1，為近免疫， ‘T29’都表現為9型，呈高感病反應，F2代抗病類型多為1～2；感病類型多為8～9型。

接種CYR25的F2群體，抗病、感病植株數符合3∶1的分離比例(χ2= 1.97，P=0.14)，表明‘YJ003417’對CYR25的抗病性由1對顯性基因獨立控制；接種CYR23的F2群體，抗病、感病植株數符合3∶1的分離比例(χ2= 0.37，P=0.49)，表明‘YJ003417’對CYR23的抗病性由1對顯性基因控制。

表4 ‘YJ003412’對4個小種的抗條銹性遺傳分析Table 4 Inheritance analysis of ‘YJ003412’ resistance to 4 stripe rust races

表5 ‘YJ003417’對2個小種的抗條銹性遺傳分析Table 5 Inheritance analysis of ‘YJ003417’ resistance to 2 stripe rust races

3 討 論

周新力等[12]綜合評價 80 份國外春小麥種質資源的抗條銹性，發現具有全生育期抗病類型的有8 份，具有成株抗病類型的有 28 份，44 份兼具成株期和對部分中國小種失去抗性的全生育期抗病類型；曹世勤等[10]研究26個甘肅省春小麥品種(系)的抗條銹性，發現19個品種(系)含有 Yr1及未知抗病基因，7個品種(系)推測含有未知抗病基因；李永平等[11]對5個臨麥系列春小麥品種抗條銹性進行研究，初步推測供試臨麥系品種含有未知抗條銹基因；姚強[14]鑒定收集到的120個春麥品種(系)成株期抗病性，結果表明抗病的春小麥品種(系)比較少。綜合前人研究以及本研究結果，表明抗條銹性春小麥品種(系)對小麥條銹菌的抗性表現小種專化性，此種情況在本研究抗性鑒定結果中亦有體現，且抗性類型多樣化，春麥品種(系)對所測小種均表現近免疫或免疫的品種(系)比較稀少，但推測到含有未知抗性基因。

國內對春麥品種或資源進行抗條銹性遺傳分析的報到甚少，姚強等[13]對青海春小麥品種‘青春39’進行抗條銹基因遺傳分析研究，發現其中至少含有1顯1隱2個苗期抗條銹病基因。本研究亦采用多小種分別接種鑒定分析春小麥種質資源中抗條銹基因組成和遺傳機制，遺傳分析結果表明，‘MY005846’中至少含有2個顯性1個隱性抗條銹病基因，‘ZM018858’中也至少含有2個顯性1個隱性抗條銹病基因，這2個資源中抗病基因的作用方式不同，‘YJ003412’中至少含有1顯1隱2個抗性基因，‘YJ003417’中至少含有1個顯性基因。說明春小麥中抗條銹性機制比較復雜。

雖然本研究中‘YJ003417’對CYR25和CYR23均由單顯性基因控制，容易進行下一步基因定位，但CYR25和CYR23僅為中國早些年流行的小種，‘YJ003417’對其他5個小種，特別是近 年流行的優勢小種CYR32和CYR33均表現高感，‘YJ003417’中的苗期抗條銹基因難以在生產中優先利用，其他3份資源中對CYR32或CYR33的抗性基因可優先考慮進一步研究和利用，本研究發現‘MY005846’除對Sun11-4表現中抗以外，對其他小種均表現高抗或免疫，該資源可優先被推薦應用于育種。

本研究采用分小種檢測法和經典遺傳學方法，分析‘MY005846’‘ZM018858’‘YJ003412’和‘YJ003417’的抗條銹性特點和抗病基因遺傳規律，以期為春麥種質資源在抗病育種中的合理利用提供指導。

致謝：溫室測試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、李強副研究員提供菌種和試驗條件。

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