甘肅省小麥條銹病研究進展及機遇與挑戰

摘要：小麥生產關乎國家糧食安全，條銹病是小麥生產上最重要的病害之一。甘肅隴南越夏區是小麥條銹病常發易變區和新小種策源地。通過系統回顧甘肅省農業科學院植物保護研究所立足隴南越夏區開展小麥條銹病研究60年來的進展，分析了存在的問題，并提出未來研究方向，旨在更好保持甘肅省農業科學院小麥條銹病研究在國內影響和地位，為持續引領甘肅省小麥條銹病研究提供借鑒和幫助。

關鍵詞：小麥條銹??；研究進展；機遇；挑戰；甘肅省

中圖分類號：S435.121.42 文獻標志碼：A 文章編號：2097-2172（2024）06-0495-08

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2024.06.002

Progresses， Opportunities and Challenges of Wheat Stripe Rust

Research in Gansu Province

CAO Shiqin 1， 2， 3， JIA Qiuzhen 1， 2， 3， ZHANG Bo 1， 2， 3， HUANG Jin 1， 2， 3， SUN Zhenyu 1， 2， 3，

LUO Huisheng 1， 2， 3， WANG Wanjun 4

（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， the Ministry of Agriculture and Rural Affairs， P. R. China， Gangu Gansu

741200， China; 3. National Agricultural Experimental Station for Plant Protection at Gangu， the Ministry of

Agriculture and Rural Affairs， P. R. China， Gangu Gansu 741200， China; 4. Green Agronomic Centre，

Tianshui Academy of Agricultural Sciences， Gangu Gansu 741200， China）

Abstract： Wheat production is a guarantee to the national food security. Wheat stripe rust， caused by Puccinia striiformis f.sp. tritici （Pst）， is one of the most important foliar diseases on wheat in China and the world. The Southern Gansu Province including Longnan City， Tianshui City， Dingxi City and Hui Autonomous Prefecture of Linxia， is hot area of Pst over-summering area. We summarized the progress to wheat stripe rust research of Institute of Plant Protection， Gansu Academy of Agricultural Sciences （IPPS， GAAS） in the past 60 years， the questions and development directions were also discussed in this paper， aiming to better maintain the influence and status of wheat stripe rust research at Gansu Academy of Agricultural Sciences in China， and provide reference and assistance for continuously leading the research on wheat stripe rust in Gansu Province.

Key words： Wheat stripe rust; Progress; Opportunity; Challenge; Gansu Province

小麥是甘肅人每天必不可少的口糧，近年來在甘肅省種植面積約73.33萬hm2。條銹病是甘肅省及全國小麥生產上的最主要病害，全國每年有133.33萬hm2小麥處于條銹病的威脅之下，持續控制小麥條銹病的發生危害，對保障甘肅省及中國小麥安全生產意義重大。

甘肅隴南越夏區主要包括六盤山以西，蘭州市以東以南的天水市、隴南市、臨夏州、定西市及平涼市莊浪縣、靜寧縣和甘南州舟曲縣等地，特殊的地理和生態環境條件使得隴南成為中國小麥條銹病最大的越夏區和條銹病流行的“心臟”地帶［1 ］。從20世紀60年代中期開始，以甘肅省農業科學院王吉慶先生為代表的老一輩科學家與中國農業科學院植物保護研究所、中國農業大學、西北農林科技大學及省內外相關單位的曾士邁院士、李振岐院士、康振生院士等一道，扎根甘肅隴南，面向全國，系統開展了甘肅省小麥條銹病的研究與防控，取得了一個個階段性成果，為保障甘肅省及中國小麥安全生產做出了重要貢獻。新時代新征程，進一步弘揚科學家精神，持續做好小麥條銹病的研究與防控，是當前及今后一段時期新一代科技工作者身上的重要任務。

現通過回顧60年來甘肅省小麥條銹病研究進展，旨在為持續保持甘肅省農業科學院植物保護研究所在國內小麥條銹病研究中的地位，引領甘肅省小麥條銹病防控研究方向提供借鑒。

1 主要研究進展

1.1 系統監測了甘肅省小麥條銹菌群體消長動態

自1974年以來，甘肅省農業科學院植物保護研究所與中國農業科學院植物保護研究所、中國農業大學、西北農林科技大學等國內相關單位，系統開展小麥條銹菌生理小種監測，先后監測并命名了CYR17～CYR34生理小種18個，主要致病類型200余個。在這些生理小種和致病類型中，對甘肅省及中國影響最大的流行小種有CYR17、CYR18、CYR19、CYR25、CYR28、CYR29、CYR31、CYR32、CYR33、CYR34［2 - 19 ］。

根據這些小種和致病類型的出現和作用，共劃分為3個大的致病類群時期。第1時期是1974 — 1985年，以CYR17、CYR18、CYR19、CYR25為代表的致病類群時期；第2時期是1986 — 1993年，以CYR28、CYR29為代表的洛夫林10和洛夫林13致病類群時期；第3時期是1994年至今，以CYR31、CYR32、CYR33、CYR34為代表的HY、水源和G22致病類群時期。其中1995 — 2001年是以CYR31、CYR32為代表的HY致病類群時期，2002—2011年是以CYR33為代表的水11致病類群時期，2012年至今是以CYR34為代表的貴農22致病類群時期。

分析主要流行小種出現頻率發現，CYR17 、CYR18在1974年出現頻率最高，分別為26.30%、42.40%；CYR19在1979年出現頻率最高，為88.60%；CYR25在1982年出現頻率最高，為44.21%；CYR28在1984年出現頻率最高，為4.98%；CYR29在1989年出現頻率最高，達到45.20%；CYR31在1996年出現頻率最高，為13.20%；CYR32在2013年出現頻率最高，為30.57%；CYR33在2011年出現頻率最高，達30.77%；CYR34在2018年出現頻率最高，達38.51%［2 - 19 ］（表1）。

1.2 明確了甘肅隴南越夏區在中國小麥條銹病流行體系中的作用

綜合前人研究結果，認為甘肅隴南越夏區在中國小麥條銹病流行體系中具有十分重要且具有其他越夏區不可替代的作用［1， 20 - 33 ］，主要表現在以下幾方面。

1.2.1 條銹菌群體遺傳多樣性高 多年的系統監測表明，80%以上的條銹菌主要流行小種首先在甘肅隴南越夏區被發現，而后逐步累積并傳播到全國其他麥區［1， 34 - 39 ］；與此同時，隴南越夏區內轉主寄主種類繁多，且分布范圍廣。自然條件下小麥條銹菌在越夏區野生感病小檗上不僅可以完成有性生殖循環，而且常年發生，在條銹病的發生中起著提供（初始）菌源的作用［40 - 43 ］。條銹菌無性、有性菌系在該區域混合生長是最主要的特點之一。

1.2.2 地理位置優越，作用獨特 從地理位置看，隴南越夏區位于中國的中部，主要包括甘肅省天水市、隴南市及定西市、臨夏州等地。區域內冬春小麥均有種植，春小麥最高種植海拔可到2 800 m，冬小麥最低種植海拔550 m。隴南越夏區秋冬季盛行西北風，可使該區域越夏及發病秋苗上的條銹菌夏孢子快速上升到3 000 m以上高空并遠距離向東傳播，并在冬季繁殖區的成都平原、陜西南部及湖北十堰等地越冬繁殖；春季盛行東南風，當地越冬菌源向西的青海、寧夏等地傳播，是條銹菌秋季和春季向外傳播的“基地”和自身繁殖蔓延“基地”［1， 26 ］。

1.2.3 越夏區面積大，保存菌源量多 近年來，由于全球溫度升高及種植結構調整，以甘肅省定西市、臨夏州等為代表的原春小麥種植區大面積改種冬小麥，使甘肅隴南越夏區面積由原來的20.0萬hm2擴展到目前的33.3萬 hm2［26 ］，自生麥苗數量多、苗齡大、秋苗早播為條銹菌在自生麥苗上大量繁殖和當地秋苗發病創造了較好的條件。

1.2.4 氣候條件適宜，條銹菌可順利完成周年循環 每年7月下旬至8月中旬的最熱月，隴南越夏區海拔1 450 m以上區域，旬平均氣溫在23 ℃以下，條銹菌可在當地自生麥苗及晚熟春麥上存活并保存大量菌源，順利完成越夏階段。每年12月下旬至翌年1月下旬為最冷月，隴南越夏區的隴南市和天水市海拔2 080 m以下區域，旬平均氣溫在-7 ℃以上，侵染于秋苗上的條銹菌夏孢子和菌絲體可在小麥幼苗葉片表面和植株細胞內或細胞間順利越冬，成為翌年當地春季流行的初侵染源及向西部春麥區提供菌源的“基地”［1， 20 - 25 ］。條銹菌在隴南越夏區內既能越冬又能越夏，完成周年循環，成為中國小麥條銹病流行的“心臟”地帶［1 ］。

1.2.5 秋苗期發病時間長，向冬季繁殖區傳播菌源數量大 秋苗期發病時間為從每年10月中旬到12月中旬，約60 d［26 ］。發生于隴南越夏區感病秋苗及田邊地埂自生麥苗上的條銹菌夏孢子可隨西北冷空氣（西北風）向我國東部麥區（條銹菌冬季繁殖區）的成都平原、陜西南部、湖北十堰和陜西關中等地源源不斷的傳播［1， 22 - 23 ］，造成這些地區秋苗發病和病菌進一步繁殖，引致翌年春季在當地大范圍發病并進一步向黃淮海麥區蔓延流行。因此，在甘肅隴南越夏區種植抗病品種，特別是苗期抗病品種，采取適期晚播、種子拌種等技術措施，可起到“功在當地、利在全國”的作用。

1.3 篩選出一大批可供育種及生產上應用的品種（系）材料及種質資源

針對隴南越夏區新小種出現頻率高、抗病生產品種（系）及抗源材料抗病性喪失速度快且長期匱乏的現狀，以甘肅省農業科學院王吉慶研究員、周祥椿教授等為代表的一代代植物病理學家與育種家們長期協作，開展優異抗病品種（系）及種質資源的挖掘、評價和創制與應用。60年來，先后對20 000余份國內外品種（系）及農家品種材料進行抗條銹病性鑒定和評價，篩選出繁6、南農92R、貴農21、貴協1號、1R35、武都白繭兒、Pascal、Flanders、Holdfast等優異種質資源材料3 000余份供育種中利用［44 - 59 ］。甘肅省農業科學院小麥研究所、甘肅省農業科學院植物保護研究所、天水市農業科學研究所、隴南市農業科學研究所等區域內相關育種單位以此為親本，培育和鑒定出在隴南越夏區先后廣泛應用的以蘭天10號、蘭天19號、蘭天26號、蘭天36號等為代表的蘭天系列品種，以及以天選48號、天選54號等為代表的天選系列品種，以中梁22號、中梁25號等為代表的中梁系列品種，以武都19號等為代表的武都系列品種共計333個［60 - 62 ］。篩選出了以咸農4號等為代表的慢條銹品種并明確了其抗性組分特點和生理特點［63 - 65 ］。通過多種方法，先后明確了蘭天4號等300余份優異品種材料遺傳結構及其所含抗條銹病基因［66 - 77 ］，從優異種質材料BJ399中標記出對CYR34具有苗期抗性的新基因YrBJ399［78 ］。這些工作的開展，為隴南越夏區條銹病的持續控制和保障我國東部麥區的小麥安全生產起到了保駕護航的作用。

1.4 綜合防控技術研究取得新成效

1.4.1 抗病品種（基因）布局應用 抗銹品種多樣化對控制或減輕條銹病的流行為害有顯著作用，對不同抗源品種合理布局是控制條銹病流行為害更為有效的措施［1， 79 ］。自二十一世紀初開始，甘肅省農業科學院與中國農業科學院、西北農林科技大學相關專家持續開展了甘肅隴南小麥抗品種多樣性和基因布局研究，定向選育適于隴南越夏區種植且抗條銹病基因背景不同的抗銹品種。通過提出抗病品種布局方案，實現抗病品種（基因）合理布局，不僅大大提高了小麥條銹病菌源基地抗病基因豐富度，而且構筑條銹菌生活循環的雙重遺傳屏障，抑制病菌變異，延緩了病菌優勢小種的產生與發展，目前已取得階段性成效。從生理小種出現及流行頻率看，新小種的出現年限從1974 — 1979年的1.2 a、1980 — 1993年的1.6 a延長到1994 — 2020年的4.8 a，主要流行小種出現頻率從最高的80%以上顯著降低到38%。

1.4.2 降低菌源量技術應用 每年8月下旬到10月中旬，通過延遲翻耕、人工或化學防除等措施，盡可能消滅田間地埂及場院的自生麥苗；對苗期感病品種，在播種期進行種子拌種（包衣）全覆蓋；在不影響翌年產量的前提下，進行適期晚播10 d以上，可顯著延遲秋苗期發病時間、降低發病程度。每年秋苗期或早春，在開展常規調查的基礎上進行帶藥偵查，對發病中心及鄰近麥苗進行重點噴霧防治，以降低擴散速率和向外傳播菌源的量；對越夏區田邊地埂的麥秸垛，于每年4月中旬至6月中下旬用塑料布封蓋，以防秸稈吹落于臨近小檗并造成發??；對小檗進行噴藥防治，控制發病程度，降低病葉率。

1.4.3 監測預警技術應用 樊兆遠等［80 ］通過對小麥條銹病流行的相關預測因子進行回歸分析，建立了甘谷縣小麥條銹病流行動態回歸模型；Hu等［30 ］利用隴南越夏區秋苗期菌量，開展了越冬及早期病害流行預測研究。云曉微等［81 ］對甘肅省平涼市、陜西省漢中市和河南省鄭州市的高空風量風向數據進行分析發現，三地之間小麥條銹病的發生流行具有較高的相關性，交叉驗證準確率最高可達93.8%。羅菊花等［82 ］利用建立的基于GIS的小麥條銹病預警系統對甘肅省慶陽市西峰區小麥條銹病進行預測，結果顯示2002 年小麥條銹病5 級大發生，與實際發生結果基本吻合。閆佳會等［83 ］應用real-time PCR 定量檢測技術，對甘谷田間小麥條銹菌秋苗期潛伏侵染進行了初步研究，發現分子病情指數（MDI）和田間病情指數（DI）間存在極顯著的相關性。郭麗麗等［84 ］通過對空氣中的小麥條銹菌夏孢子進行qPCR 檢測，明確了我國隴南地區小麥條銹菌夏孢子密度的周年動態規律?；赗NA 水平的qPCR 檢測技術，馬麗杰［85 ］構建了田間越冬小麥葉片中活體條銹菌量的檢測方法，明確了甘肅省和青海省不同地區的小麥條銹菌越冬菌量。谷醫林等［86 ］、Gu等［87 ］利用帶有8個1.5 mL離心管的旋轉盤式孢子捕捉器對小麥條銹菌夏孢子進行捕捉，明確了甘肅省甘谷縣空氣中小麥條銹菌孢子的周年動態變化規律。這些工作的開展，為隴南越夏區條銹病的早期精準監測和高效防治提供了技術支持。

1.4.4 綜合防控技術應用 針對三唑酮有效性問題，有針對性地開展了不同用藥次數對防治效果的影響，認為在科學合理的用藥條件下，可有效控制田間條銹病發生流行［88 ］；基于生物多樣性原理，開展了小麥品種混種或小麥與其他作物間種控制條銹病發生流行的研究［89 - 90 ］；基于條銹病發生流行特點，提出了防控策略［91 - 92 ］。通過“十三五”國家重點研發項目“北方小麥化肥農藥減施技術的集成應用”在甘肅省的實施，通過拌種和適期晚播這兩項降低初侵染源技術，可使甘肅隴南小麥條銹菌越夏區小麥條銹病的發病時間延后20 d，病葉率顯著低于不拌種對照的同期病情。通過2018 — 2020年在位于甘肅隴南低海拔川道區的甘肅省農業科學院植物保護研究所甘谷試驗站的應用表明，使用抗條銹病品種，防治條銹病藥劑可減施100%；使用助劑激健，殺菌劑20%三唑酮乳油施用量可減少30%，農藥利用率提高到63%，終期產量較農戶對照田增產14.5%和11.1%。針對隴南越夏區治理，馮晶等［93 ］提出了定向生態育種和抗病基因合理化利用，在小麥條銹病不同流行區構建互不重疊的遺傳屏障，切斷菌源基地內病菌周年循環以及東西部麥區之間的菌源傳播交流途徑的總體思路，提出了指導性、指令性、區域性、多樣性、開放性、長遠性的原則。

2 面臨的挑戰

經過甘肅省農業科學院小麥條銹病研究團隊三代人的共同努力，在條銹病流行規律、條銹菌生理小種監測、品種抗病性及綜合防控技術集成與研究應用方面開展了大量工作，一方面積累了豐富的數據資料，為條銹病的持續控制與隴南越夏區的治理提供了技術支撐；另一方面在團隊建設和學科發展方面走在了全國的前列。面對新時代新任務，特別是面對國家糧食安全需求和新一輪糧食千億斤行動、人才培養等方面，仍然存在諸多薄弱環節需要不斷努力克服。一是基礎學科研究尚需進一步深入。目前，小麥條銹病研究的重心已從常規轉入宏觀和微觀兩個方面，應緊盯國內外研究步伐，在分子生物學和宏觀流行研究學方面齊發力，在深度和廣度上下功夫。二是前沿交叉學科研究尚需進一步緊密加強。面對智慧植保，需要不斷從海量數據中挖掘新規律，亟需找到新的交叉融合點和突破點；基于物聯網的田間儀器設備應用尚需進一步加強。三是科技創新能力尚需進一步加強。團隊中85后人才匱乏、對新型交叉學科了解和應用不多是最關鍵的制約因素。

3 展望

小麥條銹病研究就是甘肅省植物病理學研究的縮影，涉及方方面面的內容。對其研究不僅要面向國內國際前沿，緊盯熱點問題進行探討，更要面向農業生產的主戰場，針對隴南越夏區治理做好文章。隴南越夏區治理是一項龐大的系統工程，涉及植物病理學、小麥遺傳育種學、作物栽培學、農業生態學和農業經濟學等諸多學科領域，必須全國一盤棋，圍繞當前農業高質量發展和鄉村振興目標，加強不同學科領域的協同創新以及科研、生產和管理部門的密切合作，只有如此，小麥條銹病持續控制目標才有可能實現。甘肅省農業科學院植物保護研究所小麥銹病團隊面對新時代新賽道，需要咬定銹病這個“青山”不放松，秉持“在創新中守正、在守正中創新”的原則，堅持一張藍圖畫到底，奏響新時代甘肅小麥銹病研究新篇章。一要堅持目標導向。緊盯國家新一輪糧食千億斤行動計劃和甘肅省小麥綠色化發展規劃，努力在大數據應用、精準監測預警、新藥劑篩選及減量使用、高效防控技術等的研發和集成應用上下功夫、出實招；基于分子標記、基因編輯、合成生物學以及基因組學、蛋白組學、代謝組學和生物信息學等現代生物技術的發展，開展小麥抗條銹病基因的鑒定標記、分離克隆、功能分析及其轉移利用，從表型和生物信息學兩方面著手，與育種家密切合作，精準開展種質資源的抗逆性評價、篩選與利用等基礎性工作。對抗逆性優異的遠緣材料，結合生物育種技術，通過回交手段或通過染色體工程技術，克服生殖隔離、聚合野生優異資源，創制二線抗原，持續解決種質資源匱乏的“卡脖子”技術和育種之需［60 - 61 ］。進一步充實隴南小麥抗條銹病基因庫，強化抗病基因合理布局。加強實用新技術培訓和宣傳，將甘肅省農業科學院小麥銹病、甘谷試驗站及清水試驗站的“金字招牌”做大做強。二要創新方式方法。在策略上，進一步借助西北農林科技大學的力量，強化與中國農業科學院植物保護研究所的合作，加強與省內相關育種、推廣單位的聯合，以甘谷試驗站為立足點，開展隴南越夏區源頭治理工作。在技術上，基于常規鑒定和監測，將分子生物學、大數據等微觀、宏觀研究技術應用于隴南越夏區生產實踐，并使其大放異彩。三要強化人才培養。大膽起用和著力培養現有80后博士、碩士研究人才，并使之盡快成長為省內、國內拔尖領軍人才；盡快引進高素質青年科技人才，充實研究隊伍，努力在“十四五”末形成年齡結構更為合理、創新能力更強的研究團隊。四要明晰目標任務。團隊在有明晰的研究方向及有近期、中期和長期的目標任務基礎上，制定出“十四五”產出目標及“十五五”“十六五”發展規劃，要有更為清晰可行的產出目標和成果培育目標。要居安思危，在內引外聯的基礎上做大做強自身，引領甘肅小麥條銹病研究再上新臺階，實現新跨越。

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