198份小麥種質資源赤霉病綜合抗性鑒定及其FHB1抗性基因檢測

賈寶森 徐銳 熊澤浩 高德榮 王書平 王曉玲 方正武

摘要：選取26份小麥地方品種，75份黃淮麥區小麥改良品種，97份長江中下游麥區小麥改良品種，采用單花滴注法進行赤霉病抗性鑒定并調查供試品種的穗長、株高、千粒質量和小穗密度等農藝性狀。結果表明，鑒定篩選到抗病品種2個，中抗品種（系）35個，中感品種（系）77個，高感赤霉病的品種（系）84個。利用FHB1分子標記對供試小麥進行檢測。其中在Fhb1位點上表現為抗病性基因型（Fhb1+）的小麥品種（系）33個，在Fhb1位點上表現為感病性基因型（Fhb1-）小麥品種（系）165個，且呈抗病基因型品種與感病基因型品種的平均病小穗率差異顯著（P<0.05）。FHB1分子標記檢測結果為陽性的小麥品種赤霉病抗性顯著高于檢查結果為陰性的小麥品種。此外，篩選得到抗性達到中感及以上水平的小麥品種（系） 114個，考察農藝性狀發現揚麥18、寧麥19、寧麥8號、揚麥12、等18個品種（系）農藝性狀優良，可作為小麥赤霉病育種的親本選用。

關鍵詞：小麥;赤霉病;農藝性狀;Fhb1抗病基因

中圖分類號： S512.102.4? 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2021）23-0104-05

收稿日期：2021-04-01

基金項目：湖北省科學技術重大創新專項（編號：2018ABA085）。

作者簡介：賈寶森（1997—），男，山東濟寧人，碩士研究生，主要從事麥類種質資源創新與利用研究。E-mail：jbs1010813546@126.com。

通信作者：方正武，博士，教授，主要從事麥類種質資源創新與利用研究。E-mail：fangzhengwu88@163.com。

小麥赤霉?。‵usarium head blight，簡稱FHB）是一種由禾谷鐮刀菌侵染導致的真菌型病害，是目前我國小麥生產上最嚴重、最普遍、危害最大的小麥穗部病害之一。禾谷鐮刀菌產生的子囊孢子在小麥開花期侵染穗部穎殼，病菌侵染后在小麥籽粒生長發育過程中不斷增殖生長，并在小麥籽粒中產生和積聚脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（DON）、玉米赤霉烯酮（ZEN）等多種危害人畜健康的毒素[1-2]，嚴重威脅糧食安全和小麥生產質量水平的進一步提高。長江中下游麥區、黃淮麥區的小麥種植面積約占全國小麥種植總面積的2/3，是我國重要的小麥生產區。因氣候原因長江中下游麥區長久以來都是小麥赤霉病的高發區、重發區。近年來，江蘇省年均赤霉病發生面積已超該省小麥種植總面積的50%，高達120萬hm2[3]。隨著農作制度改變和氣候變化等因素的影響，小麥赤霉病迅速由長江中下游麥區向黃淮麥區蔓延，病害面積日漸擴大并有加重的趨勢。培育并推廣農藝性狀優良且兼顧抗赤性的小麥品種是減輕小麥赤霉病危害最經濟、安全、有效的途徑[4]。長江中下游麥區為赤霉病抗病性育種提供了豐富的種質資源，其中蘇麥3號、部分揚麥系列和寧麥系列等都是小麥抗赤霉病育種中常用的抗源材料[5-6]。此外，望水白、海鹽種、黃方柱和白三月黃等抗性優良的地方品種同樣源于長江中下游麥區[7]。黃淮麥區歷史上不是赤霉病的常發區，對抗赤霉病品種的關注較少，迄今為止黃淮麥區優質抗源稀缺，該地區尚未發現有效穩定的赤霉病抗源[8]。發現和利用抗赤霉病小麥種質資源，提高赤霉病抗性已成為黃淮麥區主要育種目標之一。

小麥赤霉病抗性可分為抗初侵染（TypeⅠ）、抗拓展（TypeⅡ）、抗籽粒侵染（TypeⅢ）、耐病性（TypeⅣ）、抗DON積累（TypeⅤ）5種抗病類型[9]。小麥赤霉病抗性是由多基因控制的數量性狀，目前已定位上百個與赤霉病抗性相關的數量性狀基因座（QTL）[10]，但僅有7個被正式命名，迄今為止只有Fhb1和Fhb7相繼被克隆[11-12]，研究表明來源于望水白的FHB1是目前抗性最強、最穩定且應用也最為廣泛的抗病基因。FHB1不僅可以顯著降低赤霉病嚴重度還能將由禾谷鐮刀菌代謝產生的DON轉化為低毒的脫氧雪腐鐮刀菌烯醇-3-葡萄糖苷（DON-3G），減輕毒素積聚的危害[13-14]。隨著我國小麥赤霉病的發生日漸嚴重，近年來有關赤霉病抗性鑒定的研究日益增多。徐喬喬等通過單花滴注接種法對45份小麥品種（系）進行了抗性鑒定，獲得了13份抗病材料[15]。靳鳳從363份美國冬小麥核心種質材料中，發現22份材料表現出較好的赤霉病抗性并且其中一部分材料在Fhb1位點上表現為感病性基因型[16]。周淼平等通過對黃淮麥區的500多份小麥材料進行赤霉病抗性鑒定，獲得抗性水平達中感以上的小麥品種（系）共18份[17]。這些鑒定結果極大地豐富了抗赤霉病品種選育的種質信息。本研究采用單花滴注法對198份小麥材料進行赤霉病抗性鑒定并進行農藝性狀的調查。按NY/T 2954—2016《小麥區域試驗品種抗赤霉病鑒定技術規程》標準評價供試小麥抗性水平。采用Fhb1 STS功能標記，對供試材料進行Fhb1等位基因檢測。篩選獲得抗赤性較好且兼顧豐產性的小麥種質資源，為小麥抗赤霉病育種的親本選擇提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試驗設計

供試材料來源于黃淮麥區、長江中下游麥區的198個小麥品種（系）。其中地方品種26個，黃淮麥區改良品種75個，長江中下游麥區改良品種97個。試驗設蘇麥3號、揚麥158、淮麥20、周麥18分別為赤霉病高抗、中抗、中感、高感對照品種。

1.2 抗病鑒定圃設置

試驗于2018—2019年小麥生長期，在湖北省荊州市荊州區長江大學農學院試驗基地進行。每個材料種植2行，行長1.5 m，行距0.2 m，株距0.1 m，2次重復，隨機區組排列。試驗田的田間管理同常規育種田。

1.3 赤霉病抗性鑒定

于2019年4月上旬，在田間進行接種鑒定。參照Yu等方法制備禾谷鐮刀菌孢子懸浮液，懸浮液濃度為5×105個/mL[18]。于小麥揚花始期使用微量移液器進行單花滴注接種：每個品種選取20個開花期基本相同的單穗，每穗選中部1個小花注入 10 μL 孢子懸浮液，用彩色膠帶對接種穗進行標記，并記錄接種日期，接種后進行彌霧保濕。接種21 d后調查病小穗數，計算病小穗率。按NY/T 2954—2016《小麥區域試驗品種抗赤霉病鑒定技術規程》標準劃分抗性水平和小麥赤霉病嚴重度。

1.4 Fhb1基因的檢測

每個品種選取20粒健康飽滿的種子種植于發芽盒中，在溫室中催芽出苗，每個品種（系）分別取 5～10張幼嫩葉片，在液氮中速凍并研磨至粉末，采用改良十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）法[19]提取小麥基因組DNA。并用NanoDrop 2000微量分光光度計和瓊脂糖凝膠電泳測定DNA濃度和純度，于 -20 ℃ 條件下保存待用。

參照李騰公布的引物序列[20]（TaHRC-STS-F：ATTCCTACTAGCCGCCTGGT，TaHRC-STS-R：ACTGGGCAAGCAAACATTG）進行擴增，PCR體系和擴增程序參考李騰的方法[20]。用1.5%瓊脂糖凝膠電泳檢測PCR產物。Fhb1抗病等位基因（記為Fhb1+）、Fhb1感病等位基因（Fhb1-）擴增片段分別為1.4 kb和 2.0 kb。

1.5 農藝性狀的測定

2019年，待各品種成熟期后，每份材料每次重復取10株主莖穗，測量記錄穗長、小穗數并計算小穗密度（每穗小穗數/穗長）。株高：每個品種隨機選取10個單株，測量主莖高度取平均值;晾干脫粒后使用浙江云普智能考種儀測量小麥籽粒粒長、粒寬、穗粒數和千粒質量等經濟性狀。

1.6 統計分析

利用Microsoft Excel 2019和Sigmaplot 10.0對試驗獲得的8個農藝性狀表型值、病小穗率、赤霉病嚴重度等數據進行描述性統計分析。

2 結果與分析

2.1 供試小麥品種（系）的赤霉病抗性

采用單花滴注接種法對198份供試小麥品種（系）進行抗性鑒定，赤霉病抗性鑒定結果見表1。單花滴注鑒定法共篩選到赤霉病抗性達高抗的品種（系）2個，分別是蘇麥3號、望水白，占1.01%;中抗35個，占17.68%，其中長江中下游麥區27個，黃淮麥區6個，地方品種2個;中感赤霉病品種（系）77個，占38.9%，其中長江中下游麥區43個，黃淮麥區25個，地方品種9個。高感品種（系）84個，占42.4%，其中黃淮麥區44個，長江中下游麥區26個，地方品種14個。蘇麥3號、揚麥158、淮麥20、周麥18平均病小穗率分別為7.4%、22.4%、29.0%、54.9%。

2.2 FHB1基因的分子標記檢測結果

利用FHB1的分子標記檢測198份供試小麥。

結果表明，33個材料在Fhb1位點呈抗病基因型Fhb1+。其中地方品種9個（白慈麥、白蒲、赤小麥、和蒲頭、胡須麥、糯麥、望水白、紫皮、翻山小麥），黃淮麥區1個（淮麥40），長江中下游麥區23個（浙麥1號、寧麥9號、蘇麥5號、揚麥18、鎮麥5號、揚麥28、鎮12096、寧麥13、寧麥14、寧麥15、揚輻3046、揚17G83、蘇麥3號、揚16-157、鄂麥178、寧麥16、寧麥18、寧麥19、寧麥24、寧麥26、生選6號、鎮麥8號、鎮麥12號）。其他材料在該位點呈感病基因型Fhb1-。統計結果表明，呈抗病基因型Fhb1+與感病基因型Fhb1-品種的平均病小穗率差異顯著（P<0.05）。FHB1分子標記檢測結果為陽性的小麥品種赤霉病抗性顯著高于檢查結果為陰性的小麥品種，但有少數檢測結果為陽性的品種表型為感?。▓D1、圖2）。

2.3 抗赤霉病小麥品種（系）農藝性狀與經濟性狀

經田間調查和統計分析供試品種（系）的相關農藝性狀，農家種的千粒質量指標普遍偏低，除農家種之外的中抗品種（系）的千粒質量指標高于中感和高感品種;農家種的株高性狀普遍偏高，黃淮麥區中抗品種（系）的株高高于中感和高感品種，而長江中下游麥區材料則表現相反; 所有品種（系）小穗密度與抗性呈負相關，且黃淮麥區品種（系）的小穗密度高于長江中下游麥區品種（系）;其次，農家種的穗長性狀高于改良品種，中抗和中感品種（系）的穗長明顯高于高感品種;中抗品種的穗粒數低于中感和高感品種的穗粒數，同時黃淮麥區品種（系）穗粒數明顯低于長江中下游麥區品種;其他各抗性等級、麥區小麥品種（系）間粒長、粒寬、小穗數等農藝性狀均沒有明顯差異（圖3）。

在抗性綜合評價為中感及以上的品種（系）中，以農藝性狀株高<90 cm，穗粒數>40粒/穗，小穗數>20個，小穗密度>1.7個/cm，千粒質量>35 g為優良的評測標準，結果篩選出揚麥19、揚麥22、揚16初74、揚糯麥1號、揚麥18、寧麥19、揚輻麥2號、寧麥8號、揚麥12、寧麥7號、揚14-214、寧麥18、鄂麥178、揚麥6號、鎮麥168、揚麥17、揚麥20、揚輻麥9311、寧麥16、揚麥11號、揚麥16和皖麥32共22個品種（系），這些品種除皖麥32來自黃淮麥區外，其他品種均來自于長江中下游麥區（表2）。

3 討論與結論

本研究采用單花滴注接種鑒定的方法，對198份供試小麥材料進行了赤霉病抗性的表型鑒定，僅有蘇麥3號、望水白2個品種達到R級抗性，蘇麥3號為改良品種，望水白則為農家種，且2個品種均來自長江中下游麥區;黃淮麥區未鑒定到赤霉病抗性水平達到R級的品種（系），說明R級赤霉病抗性的小麥種質資源十分稀少。同時，經過單花滴注接種鑒定到赤霉病抗性達到中抗的品種有35個，中感赤霉病的品種（系）為77個，其中大部分材料來源于長江中下游麥區，黃淮麥區供試材料赤霉病抗性普遍低于長江中下游麥區供試材料，說明黃淮麥區的赤霉病抗性品種匱乏，與相關研究結果[9，17]一致。農家種白慈麥、紅殼醬以及黃淮麥區的鄭麥9023、皖麥31、淮麥30、新鄉289、皖麥32、淮麥40和長江中下游麥區的鎮麥4號、揚麥11、寧麥24等小麥品種（系）赤霉病抗性鑒定為中抗赤霉，表明這些品種（系）的赤霉病抗性優良，可在赤霉病重發年份減輕赤霉病危害。程順和等提出選用農藝性狀優秀、抗病性優良的品種（系）雜交，后代兼顧產量與抗病性等性狀選擇，可達到選育出大面積推廣種植中抗品種的目的[21]。但抗性優良的小麥品種（系）及農家種大多農藝性狀較差，僅有2個R級抗性品種（蘇麥3號、望水白）的株高在1.2 m以上。通過相關農藝性狀分析，在單花滴注鑒定條件下，高抗和中抗小麥品種（系）的小穗數、穗長、小穗密度和株高等性狀明顯差于中感和感病品種（系）。改良品種中長江中下游麥區供試品種（系）的千粒質量、小穗密度、穗粒數等性狀明顯優于黃淮麥區材料，但株高較高。本研究在赤霉病抗性水平介于中感和中抗之間的品種（系）中篩選出性狀優良的揚麥18、寧麥19、寧麥8號、揚麥12、寧麥7號、揚14-214、寧麥18、鄂麥178、鎮麥168、揚麥6號、揚麥17、揚輻麥2號、揚麥20、寧麥16、揚輻麥9311、揚麥11號、揚麥16、皖麥32等共22個品種（系）可為赤霉病抗性育種的親本選擇。

Fhb1是目前抗性最強最穩定且應用最為廣泛的抗赤霉病基因。本研究在198份供試小麥品種（系）中檢測了Fhb1情況，共33個小麥品種（系）攜帶Fhb1基因，其中絕大部分材料來源自長江中下游麥區，而在黃淮麥區僅有淮麥40品種檢測到攜帶有Fhb1基因，這可能與黃淮麥區抗赤霉育種時間較短和Fhb1基因與感稈銹病基因、某些不利農藝性狀的連鎖較為緊密[6，22]有關，因此在小麥育種進程中受到人工選擇壓力而被去除。目前長江中下游麥區主要通過導入Fhb1基因來改良小麥品種的赤霉病抗性，并由此育成大量品種[23]。蘇麥3號、寧麥9號是我國小麥品種所含Fhb1基因的主要來源。長江中下游麥區抗性較好的寧麥系列品種和揚麥系列品種[7]就是利用寧麥9號培育成的。本試驗鑒定結果的中抗材料鄭麥9023、皖麥31、鎮麥1號、揚輻麥2號等22個品種（系）并不攜帶Fhb1抗病基因。這可能是因為小麥赤霉病抗性為數量性狀遺傳，這些材料可能含有Fhb1以外的其他抗病基因。寧麥13、寧麥15、翻山小麥、鄂麥178等18份材料，雖攜帶Fhb1抗病基因，但赤霉病抗性水平均未達到中抗級別，可能是由于遺傳背景不同，主效抗赤霉病基因與其他基因互作致使效應發生變化而導致赤霉病抗性改變或降低。

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