2010-2017年河南省小麥白粉菌群體的毒性變化動態監測

張美惠 劉偉 王振花 徐飛 范潔茹 宋玉立 周益林

摘要 ：為了解河南省小麥白粉菌群體毒性結構及年度動態變化，對河南省近8年來的小麥白粉菌群體毒性進行了監測，結果表明其病菌群體對小麥白粉病抗性基因或組合Pm1a、Pm3a、Pm3b、Pm3c、Pm3f、Pm3e、Pm5a、Pm6、Pm7、Pm8、Pm17、Pm19、Pm1+2+9的毒性頻率高于70%，這些基因為無效抗病基因;對抗性基因或組合Pm1c、Pm2、Pm5b、Pm12、Pm13、Pm16、Pm21、Pm22、Pm23、Pm24、Pm35、Pm36、Pm46、Pm“XBD”、Pm2+Mld、Pm2+6的毒性頻率低于30%，其中對抗性基因Pm12、Pm16和Pm21的毒性頻率為0%，這些基因依然為有效的抗病基因。病菌群體對Pm4a、Pm4b、Pm4+8等抗性基因或組合的毒性頻率近年來總體呈上升趨勢，且毒性頻率已達到30%～70%，應加強對這些抗病基因或組合的重點監測，并建議在抗病育種中謹慎使用。

關鍵詞 ：小麥白粉菌;?毒性頻率;?抗病基因;?抗病育種

中圖分類號：

S 435.121.46

文獻標識碼：?A

DOI：?10.16688/j.zwbh.2019147

Monitoring of the changes in the virulence of Blumeria graminis f.sp. tritici in Henan province during 2010-2017

ZHANG Meihui1，?LIU Wei1，?WANG Zhenhua1，?XU Fei2，?FAN Jieru1，?SONG Yuli2，?ZHOU Yilin1

（1. State Key Laboratory for Biology of Plant Diseases and Insect Pests， Institute of Plant Protection，

Chinese Academy of Agricultural Sciences， Beijing?100193， China; 2. Institute of Plant Protection，Henan

Academy of Agricultural Sciences， Key Laboratory of Integrated Pest Management on Crops in Southern

Region of North China， Ministry of Agriculture， Zhengzhou?450002， China）

Abstract

To understand the changes in the virulence structures and annual dynamics of Blumeria graminis f. sp. tritici population in Henan province， the virulence of B.graminis f. sp tritici population was monitored in Henan in recent 8 years. The results showed that the virulence frequencies of the pathogen to the resistance genes Pm1a， Pm3a， Pm3b， Pm3c， Pm3f， Pm3e， Pm5a， Pm6， Pm7， Pm8， Pm17， Pm19， Pm1+2+9 were higher than 70%， indicating that these resistance genes were ineffective. Its virulence frequencies to the resistance genes Pm1c， Pm2， Pm5b， Pm12， Pm13， Pm16， Pm21， Pm22， Pm23， Pm24， Pm35， Pm36， Pm46， Pm“XBD”， Pm2+Mld， Pm2+6 were lower than 30%， wherein the virulence frequencies to Pm12， Pm16 and Pm21 were zero， revealing that these genes were still effective. The virulence frequencies to Pm4a， Pm4b and Pm4+8 had an increasing tendency in recent years， which reached 30%-70%. Therefore， these genes should be monitored emphatically and used cautiously in wheat breeding.

Key words

Blumeria graminis f. sp. tritici;?virulence frequency;?resistance gene;?wheat breeding

由專性寄生菌Blumeria graminis f. sp. tritici引起的小麥白粉病目前已成為影響我國小麥生產的主要病害之一，近年來其發生流行面積一直維持在600～800萬 hm2。種植抗病品種是防治小麥白粉病最經濟、有效和安全的方法，但由于植物與病原菌的協同進化作用，主效單基因抗病品種的廣泛種植極易對病菌群體產生選擇壓力，造成病菌群體相應毒性基因的頻率迅速上升[1]，從而導致抗病性“喪失”，因此監測小麥白粉菌群體的毒性及動態變化對抗病育種和品種布局具有重要指導意義。基于基因對基因學說在植物病理學領域得到更多人的認可，20世紀70年代Wolfe、Schwarzbach等提出采用含有已知抗病基因的鑒別寄主監測和分析禾谷類白粉病菌毒性的方法[12]，并在國內外逐漸應用于小麥白粉菌群體毒性監測的研究中。自20世紀80年代以來，我國學者對小麥白粉菌群體毒性監測中發現，由于黑麥1B/1R易位或代換系品種的大面積推廣，抗病基因Pm8對小麥白粉病的抗性喪失，近年來又發現病菌群體對Pm4a和Pm4b的毒性頻率也呈上升趨勢[35]。

由于各地小麥白粉病發生流行、種植品種的抗性等因子的差異，導致不同地區、不同年份病菌群體的毒性也存在一定差異。河南省是我國小麥主要產區，據統計近年來小麥播種面積在530萬hm2以上，小麥白粉病發生比較嚴重，一般年份可達60萬hm2以上。王錫鋒等[6]、宋玉立等[7]和李亞紅等[4，8]對河南省小麥白粉菌群體毒性已有相關的研究報道，其監測結果顯示在河南省抗病基因Pm1a、Pm3a、Pm3b、Pm3c、Pm5a、Pm6、Pm8等已經完全喪失抗性;雖然抗性基因（組合）Pm2、Pm2+6、Pm“XBD”等在河南省一直保持較好的抗性，但這些基因近幾年在我國其他部分省份抗性效果較差[3]。本研究在此基礎上對2010-2017年河南省小麥白粉菌群體毒性進行了監測，以期進一步了解近年來河南省小麥白粉菌群體毒性結構和年度動態變化，進而為河南省抗病品種的合理布局提供有效信息。

1?材料與方法

1.1?供試材料

本試驗用于小麥白粉菌毒性鑒定的含已知抗白粉病基因的鑒別寄主由中國農業科學院植物保護研究所麥病組保存，共42個品種，其中感病對照品種為‘Chancellor和‘阿夫。供試小麥白粉菌菌株于2010-2017年采自河南省安陽市鶴壁市、林州市;新鄉市輝縣市、新鄉市、延津縣;焦作市修武、溫縣;鄭州市鞏義市、滎陽市;開封市開封區;三峽門市靈寶市、盧氏縣;洛陽市孟津縣、嵩縣等河南省小麥主要產區。

1.2?試驗方法

1.2.1?小麥白粉菌的分離、純化和擴繁

將在河南省小麥產區采集的帶有有性閉囊殼的小麥病葉用蒸餾水浸泡1 d，保濕3 d后挑取病葉上的閉囊殼于潮濕的濾紙上，并將該濾紙貼在培養皿蓋上。配制含1%苯駢咪唑的水瓊脂培養基，將無菌小麥品種‘Chancellor的葉段緊密擺放在上面，并蓋上帶有閉囊殼的培養皿蓋，用封口膜密封。培養12 d 左右檢查有性閉囊殼釋放孢子情況，將被子囊孢子侵染的葉片接種到試管小麥苗上，置于18℃培養箱中培養至出現可見侵染點（約4～5 d），將只帶有單個孢子堆的小麥葉段剪下，擺放在水瓊脂培養基上培養至產生分生孢子后再進行轉接繁殖，按照此方法再重復兩次，即可得到單孢子堆純化的小麥白粉菌菌株。帶無性分生孢子的病葉標樣可直接接種到試管苗上，其他過程同有性閉囊殼的分離純化。將分離純化的小麥白粉菌菌株通過多次接種完成擴繁備用[9]。

1.2.2?小麥白粉菌的毒性鑒定

將42個含有已知抗白粉病基因的小麥品種播種于塑料方盒內（36 cm×25 cm×10 cm），每品種播種6～8粒種子，其中感病品種‘Chancellor和‘阿夫為對照。盒子上方用鐵絲架做支撐罩上透明塑料袋以防小麥苗被雜菌污染，并置于18～20℃的溫室中培養，待小麥長至一心一葉期時，通過抖接法接種擴繁備用的新鮮小麥白粉菌菌株，培養8～10 d后調查發病情況，毒性鑒定調查標準參照司權民等的“0～4”級調查方法[10]，記載第一葉片的反應型。無毒性菌株用反應型為0～2型表示，有毒性菌株用反應型3～4型表示。毒性頻率=毒性菌株數/參試菌株數×100%[11]。

2?結果與分析

2010-2017年河南省小麥白粉菌群體毒性測定結果（表1）表明，病菌群體對Pm1a、Pm3a、Pm3b、Pm3c、Pm3e、Pm3f、Pm5a、Pm6、Pm7、Pm8、Pm17、Pm19、Pm1+2+9等抗性基因或組合平均毒性頻率高于70%，其中對Pm1a、Pm3c、Pm3e、Pm3f、Pm5a、Pm6、Pm7、Pm8、Pm17、Pm19、Pm1+2+9等抗性基因或組合毒性頻率連續8年均高于70%，這些抗性基因在河南省已經喪失抗性，不能在抗病育種中繼續使用。對Pm3d、Pm4a、Pm4b、Pm5e、Pm25、Pm30、Pm34、Pm4+8、Pm4b+5b、Pm5+6等抗性基因或組合的毒性頻率在30%～70%之間。對Pm2、Pm5b、Pm22、Pm23、Pm24、Pm35、Pm36、Pm“XBD”、Pm2+6等抗性基因或組合毒性頻率介于10%～30%，對Pm1c、Pm13、Pm46、Pm2+Mld等抗性基因或組合的毒性頻率小于10%;對抗性基因Pm12、Pm16和Pm21的毒性頻率為0%，說明目前這些抗病基因在河南省均保持良好或優良的抗性。

從年度變化動態可看出，病菌群體對Pm4a、Pm4b和Pm4+8抗性基因或組合的毒性頻率除2011和2012年外總體呈上升趨勢。而病菌群體對抗性基因Pm3d和Pm“XBD”等的毒性頻率呈下降趨勢，特別是Pm3d的毒性頻率2015年和2016年分別只有13.89%和10.42%。病菌群體對Pm2、Pm22、Pm23、Pm2+6等抗性基因或組合的年均毒性頻率雖然低于30%，但年度間有一定波動。病菌群體對Pm5b、Pm13、Pm35、Pm2+Mld等抗性基因或組合的年均毒性頻率低于30%且年度間波動較小，抗性表現較為穩定。

3?討論

本研究對河南省近8年小麥白粉菌群體毒性進行監測的結果表明，總體上河南省大部分抗性基因的毒性頻率與其他省份是一致的[1216]：抗性基因Pm1a、Pm3a、Pm3b、Pm3c、Pm3e、Pm3f、Pm5a、Pm6、Pm7、Pm8、Pm17、Pm19、Pm1+2+9等在生產上已喪失抗病性，而Pm1c、Pm2、Pm5b、Pm12、Pm13、Pm16、Pm21、Pm22、Pm23、Pm24、Pm35、Pm36、Pm46、Pm“XBD”、Pm2+Mld、Pm2+6等仍為有效的抗病基因，可在抗病育種或生產上使用。

抗性基因Pm12、Pm16和Pm21分別來源于擬斯卑爾脫山羊草[17]、野生二粒小麥[18]、簇毛麥[19]，多年的抗性鑒定結果顯示這些基因在許多地方均表現出較強的抗性，甚至免疫[1216，20]。本研究中河南小麥白粉菌群體對抗性基因Pm12、Pm16和Pm21的毒性頻率均為0%，結果與劉偉等[5]對陜西省和王振花等[1516]對新疆及全國其他地區的小麥白粉菌群體對抗性基因Pm12、Pm16和Pm21毒性監測結果一致，另外，近年來新加的抗性基因Pm46的毒性頻率也比較低（小于2%），因此以上這些基因多年來在多個地區包括河南省呈現穩定抗性，建議可以在河南省抗病育種工作中加以利用。

雖然抗性基因Pm2和Pm“XBD”的毒性頻率低于30%，但年度間有一定波動，并且不同省份間的毒性頻率也呈現出差異，如病菌群體對抗性基因Pm2的毒性頻率在新疆和陜西省低于30%，而在其他省份遠高于30%[5，1516];病菌群體對抗性基因Pm“XBD”的毒性頻率在云南、湖北、山東、陜西等均較高，但在新疆仍較低[12，1516]，因此生產中應該謹慎使用，同時重點監測這些抗性基因。

20世紀90年代初期抗性基因Pm4a和Pm4b在河南省表現良好抗性，但當時在川黔地區已出現高毒力菌株，盛寶欽等[21]推測這將對黃淮海麥區抗病基因Pm4a和Pm4b的使用造成威脅。本研究發現近幾年河南省小麥白粉菌群體對抗性基因Pm4a和Pm4b的毒性頻率分別達到53.48%和54.29%，總體呈現上升的趨勢，雖然本監測結果顯示這兩個抗病基因2011和2012年的毒性頻率低于20%，但通過分析發現這可能是由于這兩年采樣地點過于集中造成的。李亞紅等[4，8]、劉偉等[5]、徐志等[22]也研究發現其他省份小麥白粉菌群體對抗病基因Pm4a和Pm4b的毒性頻率均超過50%且呈上升趨勢，因此抗性基因Pm4a和Pm4b應考慮謹慎使用或者不使用，并且繼續監測其毒性變化動態。

已有的一些研究表明抗病基因Pm30在全國多個省份表現良好抗性[4，5，12，14]，但本研究發現在河南省抗病基因Pm30的毒性頻率大于30%且呈上升趨勢，在河南省抗病育種中應謹慎使用。

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（責任編輯：楊明麗）