2017 — 2021年隴南條銹菌有性菌系毒性結構分析

摘要：有性菌系監測研究對揭示其在條銹菌變異中的作用及新小種的發現具有重要意義。2017 — 2021年對甘肅隴南條銹菌越夏區感病轉主寄主小檗種類進行了調查，從天水市秦州區，隴南市成縣、西和縣3種小麥條銹菌感病轉主寄主小檗上獲得了67個有性菌系共計454個單孢。將其先后接種于中國鑒別寄主上進行苗期毒性鑒定，結果發現，天水隴南主要感病轉主寄主為堆花小檗、短柄小檗及假豬豪刺。在已歸類小種類型中，共鑒定出28個生理小種和致病類型。優勢小種類型均為條中34號、條中32號、條中33號、貴22-14，出現頻率分別為14.54%、15.86%、4.85%、3.96%。未歸小種類型中，洛類、貴農、水源、Hy和中四類型出現頻率分別為1.98%、15.64%、12.56%、8.15%、4.63%。這為闡明隴南越夏區條銹菌毒性群體結構復雜，該區是條銹菌新小種的策源地提供了數據支撐。

關鍵詞：隴南越夏區；轉主寄主；小檗；條銹菌；有性菌系；毒性結構

中圖分類號：S435.121.42" " " " " " 文獻標志碼：A" " " " " " 文章編號：2097-2172（2022）01-0094-05

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2022.01.018

Analysis on Population Structure and Virulence of the Sexual Isolates of Puccinia striiformis f.sp. tritici from Southern Gansu Province

during 2017 — 2021

JIA Qiuzhen 1， 2， 3， ZHANG Bo 1， 2， 3， CAO Shiqin 2， 3， 4， WANG Xiaoming 1， 2， 3， SUN Zhenyu 1， 2， 3， HUANG Jin 1， 2， 3， LUO Huisheng 1， 2， 3， LI Qingqing 1， 2， 3

（1. Institute of Plant Protection， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China; 2. Scientific Observing and Experimental Station of Crop Pests in Tianshui， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， P. R. China， Gangu Gansu 741200， China; 3. National Agricultural Experimental Station for Plant Protection at Gangu， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， P. R. China， Gangu Gansu 741200， China; 4. Wheat Research Institute， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China）

Abstract： Monitoring the sexual production of Puccinia striiformis f.sp. tritici（Pst） is of great importance in ascertaining the variation reasons of the new isolates of Pst in population structure and virulence. To understand population structure and virulence of Pst infecting alternate host of Berberis， from 2017 to 2021， 67 sexual isolates about 454 single spores were obtained in infected leaves of Berberis from Qinzhou， Chengxian， Xihe， which were at over-summering area of Pst， and then isolated and identified in Chinese differential cultivars in seeding stage. The results showed that the infected alternate host of Berberis were Berberis brachypoda， Berberis aggregate and Berberis soulieana in Tianshui and Longnan. There were 28 races/isolates identified. The main races/isolates were CYR34， CYR32， CYR33， G22-14， and their frequencies were 14.54%， 15.86%， 4.85% and 3.96%， respectively. Undefinited types included Lovin types， Guinong types， Shuiyuan types， Hy typesand Zhong 4 types， and their frequencies were 1.98%， 15.64%， 12.56%， 8.15%and 4.63%， respectively. According to these studies， the results cleared that the population structure and virulence of over-summering area of southern Gansu Province were complex， it is heart and key area of Chinese prevalent scope of Pst.

Key words： Over-summering area of southern Gansu Province; Alternate host; Berberis; Puccinia striiformis f.sp. tritici; Sexualisolate; Population structure

條銹菌毒性不斷變異是造成小麥條銹病頻繁發生及品種抗病性喪失的主要原因［1 - 3 ］。對條銹菌變異開展監測研究是我國條銹病持續控制對策中的一項長期性、基礎性工作，并在條銹病有效防控中發揮了極其重要的作用［1， 4 ］。近年來的研究發現，小麥條銹菌是全孢型長循環生活史類型銹菌，能夠產生5種類型銹菌孢子（0為性孢子，I為銹孢子；II為夏孢子；III為冬孢子；IV為擔孢子），生活史過程是在主要寄主小麥上完成無性繁殖，在轉主寄主小檗或十大功勞上完成有性繁殖［5 - 12 ］。有性生殖是條銹菌毒性變異的主要來源之一，這不僅為長期從事小麥條銹菌毒性變異監測的植物病理學者們提供了新的研究領域，而且對條銹菌新小種的偵察及條銹病防治策略的進一步完善具有重要意義。基于此，甘肅省農業科學院植物保護研究所小麥銹菌研究團隊自2017年始，對隴南越夏區感病轉主寄主小檗進行了初步調查，并對從其中分離獲得的有性單孢菌系進行了生理小種鑒定，旨在為該區域小麥條銹病的持續控制提供技術支撐。

1" "材料與方法

1.1" "感病小檗銹子器采集

自2017年始，每年5月底至6月中下旬，在甘肅隴南條銹菌越夏區的天水市秦州區、隴南市成縣、西和縣，借助《中國植物志》第29 卷（電子版網址：http：//frps.eflora.cn/）［13 ］，對小檗科（Berberidaceae）小檗屬（Berberis）的記錄種，采用書本對照與專家確認相結合的辦法，對該區域發病小檗進行生物學種類鑒定。在此基礎上，對自然感病的小檗采集成熟銹子器后，剪成20 cm左右小段，15～20段為1捆，及時用泥土包埋枝條下端，置于紙杯中做短暫性保鮮處理，以避免葉片失水萎蔫，保障銹孢子的活力及有性菌系分離所需。

1.2" "有性菌系分離

對不同區域采集到的不同種類感病小檗，在甘肅省農業科學院植物保護研究所蘭州低溫溫室，用清水噴濕銹子器后，置于第1葉展開并噴有均勻露珠的感病小麥品種銘賢169麥苗上方，以便銹孢子吸水彈射于感病小麥苗上。隨后在9～12 ℃下黑暗保濕48 h，移入14～18 ℃低溫溫室培養，15～20 d后檢查發病情況。對出現花斑并長出條銹菌的葉片，用玻璃罩隔離培養。每個葉片為1個有性菌系，對獲得的不同有性菌系編號保存，以備單孢分離。

1.3" "有性單孢菌系的分離鑒定

在蘭州溫室，對獲得的有性菌系用孢子沉降塔進行單孢菌系分離，對分離的單孢菌系在銘賢169上擴繁并在中國鑒別寄主上進行表型鑒定。反應型分級采用0、0；、1、2、3、4共六級標準。通過抗感反應與中國條銹菌模式菌種劃分標準進行歸類比較測定有性菌系毒性。

2" "結果與分析

2.1" "隴南越夏區主要感病小檗種類

2017 — 2021年5月底至6月中下旬，對甘肅隴南條銹菌越夏區發病轉主寄主小檗種類進行調查發現，天水市秦州區娘娘壩鎮徐家店村優勢種群為短柄小檗（B. brachypoda Maxim）；天水市秦州區娘娘壩鎮錢家壩村優勢種群為堆花小檗（B. aggregata Schneid）；天水市秦州區大門鎮和麥積區麥積鎮下李莊村優勢種群均為堆花小檗和短柄小檗；隴南市成縣雞峰山優勢種群為堆花小檗，其次是假豪豬刺（B.soulieana Schneid）；隴南市西和縣城關鎮優勢種群是堆花小檗。

2.2" "有性菌系分離結果

2017 — 2021年對采集的發病小檗葉片上銹子器中的銹孢子進行分離，共獲得67個有性菌系，共計454個單孢。其中2017年6個有性菌系，32個單孢；2018年2個有性菌系，24個單孢；2019年28個有性菌系，178個單孢；2020年13個有性菌系，127個單孢；2021年18個有性菌系，93個單孢（表1）。

2.3" "有性單孢菌系鑒定

對2017—2021年獲得的454個有性條銹菌單孢菌系進行毒性分析發現，5年間已歸類型有243個，未歸類型有211個，分別占53.52%和46.48%。其中已歸類型中，共監測到洛13-3、洛13-8、條中32號、Hy4、Hy8、Hy29、Hy30、Hy103、條中33號、水3、水4、水5、水5-2、水7、水35、水159、條中34號、貴22-13、貴22-14、貴22-51、貴22-74、貴22-78、貴22-83、貴22-104、貴22-108、ZS-1、ZS-18、ZS-52等28個生理小種和致病類型（表2）。

2.3.1" " 已歸類型" " 2017年6個有性菌系32個單孢，共監測出已知小種類型8個，占監測出小種類型的25.00%，其中條中32號4個，占12.50%；條中34號1個，占3.13%；水5類型1個，占3.13%；ZS-18、ZS-52類型各1個，均占3.13%。2018年2個有性菌系24個單孢，共監測出已知小種類型8個，占監測出小種類型的33.33%，其中條中32號、條中34號、貴22-14各2個，各占8.33%；水3類型、ZS-1類型各1個，各占4.17%。2019年28個有性菌系178個單孢，共監測出已知小種類型77個，占監測出小種類型的43.26%，其中洛13-3、洛13-8類型各1個，各占0.56%；條中32號24個，占13.48%；Hy4類型2個，占1.12%；Hy8類型3個，占1.69%；條中33號9個，占5.06%；、條中34號17個，占9.55%；貴22-14類型4個，占2.25%；貴22-78類型1個，占0.56%；ZS-1類型1個，占0.56%。2020年13個有性菌系127個單孢，共監測出已知小種類型83個，占監測出小種類型的65.35%，其中條中32號24個，占18.90%；Hy8類型2個，占1.57%；Hy29類型、Hy103類型各1個，各占0.78%；條中33號8個，占6.30%；條中34號24個，占18.90%；貴22-14類型7個，占5.51%；貴22-13類型、貴22-51類型、貴22-74類型各1個，各占0.78%；貴22-78類型2個，占1.57%；貴22-108類型3個，占2.36%；ZS-1類型4個，占3.15%；ZS-18類型3個，占2.36%；ZS-52類型1個，占0.79%。2021年13個有性菌系93個單孢，共監測出已知小種類型67個，占監測出小種類型的72.04%，其中洛13-3類型3個，占3.49%，洛13-8類型1個，占1.16%；條中32號18個，占19.36%；Hy8類型3個，占3.23%；Hy30類型1個，占1.08%；條中33號5個，占5.38%；條中34號22個，占23.66%；貴22-14類型5個，占5.38%；貴22-83類型1個，占1.08%；貴22-104類型2個，占2.15%；貴22-108類型4個，占4.30%；ZS-1類型2個，占2.15%。

2.3.2" " 未歸類型" " 2017年共監測出未歸小種類型24個，占監測出小種類型的75.00%，分別是水源未歸7個，占21.88%；貴農未歸11個，占34.38%；中四未歸4個，占12.50%；未歸其他2個，占6.25%。2018年共監測出未歸小種類型16個，占監測出小種類型的66.67%，分別是水源未歸4個，占16.67%；貴農未歸9個，占37.50%；中四未歸2個，占8.33%；未歸其他1個，占4.17%。2019年共監測出未歸小種類型101個，占監測出小種類型的56.74%，分別是洛13類未歸3個，占1.69%；Hy未歸21個，占11.80%；水源未歸35個，占19.67%；貴農未歸20個，占11.24%；中四未歸12個，占6.74%；未歸其他10個，占5.62%。2020年共監測出未歸小種類型44個，占監測出小種類型的34.65%，分別是洛類未歸2個，占1.57%；水源未歸8個，占6.30%；Hy未歸11個，占8.66%；貴農未歸20個，占15.48%；中四未歸2個，占1.57%；未歸其他1個，占0.79%。2021年共監測出未歸小種類型26個，占監測出小種類型的27.96%，分別是洛類未歸4個，占4.30%；Hy未歸5個，占5.38%；水源未歸3個，占3.23%；貴農未歸11個，占11.83%；中四未歸1個，占1.08%；未歸其他2個，占2.15%。

3" "討論與結論

從近年來的調查結果看，轉主寄主小檗在隴南越夏區廣泛分布，但不同海拔及生境條件下優勢小檗種類不一。如在天水市秦州區皂郊鎮徐家店村，優勢種群為植株高大（株高2.0 m以上）、枝葉繁茂且葉片大并柔嫩多汁的短柄小檗，而在距離不足20 km的秦州區娘娘壩鎮錢家壩村，優勢種群變為植株矮小（株高0.5～1.0 m）、葉片小的堆花小檗；在隴南市成縣雞峰山的陽坡處，也多以植株矮小的堆花小檗為主，在陰涼環境下主要是株高在1.0" m左右、葉片堅硬且肥厚的假豪豬刺為主；與此同時，由于各地氣候條件不一，小檗發病高峰也不一致，其中假豪豬刺一般為于5月中下旬，短柄小檗和堆花小檗一般在5月下旬至6月上旬。

研究發現，轉主寄主小檗在條銹病病原菌抗逆存活、新小種產生、病原菌群體遺傳多樣性以及提供菌源侵染小麥等主要寄主中起作用［12 ］。在不同的氣候條件下，轉主寄主小檗和主要寄主的物候期重合性在小檗對小麥條銹菌的作用中存在一定差異［14 ］。在隴南越夏區，采集點的感病小檗與小麥田臨近或直線距離均不超過1 km，而且小檗發病時田間小麥正處于揚花灌漿期，產生的銹孢子可隨風著落于臨近小麥葉片上并定殖、存活和繁殖、蔓延。隴南越夏區麥秸垛的廣泛存在為冬孢子的存活、4月下旬到5月上旬后降水量的偏多為冬孢子的萌發和侵染小檗葉片提供了有利條件。這也進一步證明了諸多結論，如隴南越夏區小麥條銹菌群體有豐富的群體遺傳多樣性和高度的毒性變異特點，是條銹菌毒性基因庫［15］；天水地區的小麥條銹菌群體表型和基因型顯著不同于進行嚴格無性繁殖的歐洲、澳大利亞和新西蘭群體［16 ］，群體遺傳多樣性豐富度方面較法國20 a累積群體高7倍［17 ］。其主要原因是轉主寄主小檗的廣泛分布及哺育品種大量存在所致。本研究結果表明，5年間有性菌系群體中條中32號共監測出72個，占15.86%，居第1位；其次是條中34號66個，出現頻率14.54%；條中33號22個，占4.85%；貴22-14類型18個，占3.96%。2017 — 2021年甘肅省1 728份條銹菌無性菌系中，條中34號共監測出508個，占29.40%，居第1位；條中32號共監測出297個，占17.19%，居第2位；貴22-14類型83個，占4.80%，居第3位；條中33號監測出76個，占4.40%，居第4位［18 ］。有性與無性條銹菌優勢小種及類型總趨勢基本一致。有性菌系各年度間均監測出不同比例的ZS菌系。這也進一步證明了隴南越夏區條銹菌群體毒性結構復雜，是中國小麥條銹菌常發易變區的原因所在。

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收稿日期：2022 - 08 - 29

基金項目：國家自然科學基金（31860484）；國家重點研發計劃（2021YFD1401001-08）；金城科普專家項目。

作者簡介：賈秋珍（1963 — ），女，陜西大荔人，研究員，主要從事小麥條銹病研究工作。Email：jiaqiuzhen@163.com。

通信作者：張" "勃（1980 — ），男，陜西西安人，博士，主要從事小麥條銹病研究工作。Email：zbo29@163.com。