小麥Pm21抗白粉病基因新種質篩選及其抗性鑒定

摘要：為進一步加強小麥白粉病抗性基因Pm21在黃淮冬麥區的育種利用，選用100份近年來審定的小麥品種、后備品系等開展Pm21分子標記檢測，同時進行白粉病苗期單小種抗性鑒定，并對苗期單小種抗性材料進行成株期田間自然發病抗性鑒定。結果表明，內麥8號等7份材料攜帶Pm21抗白粉病基因，且除南農9918外，其余6份材料均來自西南冬麥區；表型鑒定結果表明，含有Pm21抗病基因的7份材料在苗期均對E09小種表現為抗性，且成株期仍保持抗性。另外，有26份材料在苗期對E09小種表現為抗性，但成株期不抗，且不含有Pm21基因，推測其可能含有其他白粉病單小種抗病基因。

關鍵詞：小麥；Pm21基因；抗白粉病；種質資源；抗性鑒定

中圖分類號：S512.103.7；S435.121.4⁺6 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）21-0162-04

收稿日期：2024-07-09

基金項目：淮安市農業科學研究院科研發展基金（編號：HNY202115、HNY202211）；江蘇省種業振興“揭榜掛帥”項目（編號：JBGS［2021］051）；江蘇現代農業產業技術體系建設項目（編號：JATS［2023］190）；淮安市自然科學研究計劃（指導性）項目（編號：HABZ202228）。

作者簡介：李 菁（1995—），女，河南三門峽人，碩士，研究實習員，研究方向為小麥遺傳育種。E-mail：453165085@qq.com。

通信作者：孫蘇陽，研究員，研究方向為小麥高效育種。E-mail：ssy6688@163.com。

小麥白粉病是由布氏白粉菌（Blumeria graminis f. sp. tritici）引起的植物病害，以子囊孢子或分生孢子通過氣流進行傳播，屬于氣傳性病害，其主要特征為葉面覆蓋白色粉狀物^［1］。該病害的發生和流行與氣候、土壤和病原體的種類等因素密切相關^［2］。小麥白粉病菌短暫的生命周期使得它在小麥群體中迅速傳播，給農業生產造成重大損害。小麥白粉病是影響江蘇省小麥生產的主要病害之一。因此，培育抗白粉病小麥新品種，對降低農戶種植成本、保障糧食安全具有重大意義。

研究表明，遺傳改良是預防小麥白粉病的一個重要途徑。通過基因定位、克隆和功能研究，已經從小麥及其近緣物種中得到了90多個與小麥白粉病抗性相關的基因^［3］，這為小麥品種的遺傳改良提供了有力支持。其中，Pm21基因被發現能夠顯著提高植物的抗病性能，也是針對目前流行的白粉菌菌株依舊保持抗性的一個基因。Pm21來源于英國劍橋的簇毛麥，以T6VS.6AL易位形式在長江中下游麥區和西南麥區得到較為廣泛的應用^［4］。而通過分子標記檢測，可以提前知曉植株中是否含有目的基因，進而提高選擇效率，進一步縮短育種年限，是小麥定向遺傳改良的一種重要手段。

本研究對100份近年來審定的小麥品種、后備品系等進行Pm21分子標記檢測，明確Pm21基因分布情況；并結合白粉病苗期單小種抗病性鑒定，及部分材料成株期抗病性鑒定，明確抗病基因真實性及材料抗性，為有針對性地配置雜交組合、選育抗病新品種奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料共100份，均為近年來育成的品種或高代品系，由筆者所在課題組自行收集。已知攜帶Pm21抗病基因的陽性對照材料為揚麥33。感病對照為蘇麥3號，用于接種的菌株為目前流行的強毒性致病菌E09白粉菌菌株，均由江蘇省農業科學院種質資源與生物技術研究所吳紀中研究員提供。

1.2 抗白粉病基因Pm21的標記檢測

在供試小麥生長至2葉1心時，取葉片，用CTAB法提取基因組DNA。Pm21分子鑒定引物序列為F：5′-CACTCTCCTCCACTAACAGAGG-3′；R：5′-GTTTGTTCACGTTGAATGAATTC-3′^［5］，由生工生物工程（上海）股份有限公司合成。

采用10 μL擴增體系，擴增程序為：94 ℃預變性3 min；94 ℃變性1 min，55 ℃退火1 min，72 ℃延伸2 min，循環40次；72 ℃延伸5 min。擴增產物利用1.0%瓊脂糖凝膠電泳檢測。

1.3 白粉病抗性鑒定

1.3.1 苗期鑒定 采用人工接菌法鑒定。將小麥種子播在72孔的穴盤，供試品種及感病對照各播種20粒。于幼苗1葉期人工接種，將充分發病的足量蘇麥3號葉片置于待接葉片上方，輕輕抖落病菌孢子。接種7 d后當感病對照表現出明顯病癥時調查病情，按照盛寶欽的0～4級分類方法^［6］，2級中抗為抗感標準（葉片病斑直徑小于1 mm，但菌絲層較厚，不透綠，能產生一定量孢子）。評價時，癥狀比2級更嚴重則判定為感病（S），癥狀與2級相同或輕于2級，則判定為抗病（R）。

1.3.2 成株期鑒定 采用自然發病。選取苗期表現為抗病的材料，種植于溫室大棚內，每個材料播種10粒。待植株進入拔節期時，勤澆水，保持環境濕潤，持續觀察發病情況。在小麥抽穗時白粉病盛發期，按照《小麥品種試驗記載項目與標準》記載發病嚴重程度：1級，葉片無肉眼可見癥狀；2級，基部葉片發病；3級，病斑蔓延至中部葉片；4級，病斑蔓延至劍葉；5級，病斑蔓延至穗及芒。

2 結果與分析

2.1 Pm21的分子標記檢測

利用分子標記SCAR1265對100份材料進行檢測，陽性對照為揚麥33。檢測結果表明，僅南農9918、綿麥1501、綿麥51、南麥660、內麥366、內麥8號、西科546等7份材料能夠擴增出與陽性對照相同的特異性片段（圖1），占試驗材料總數的 7%，其中6份材料來自西南冬麥區；1份材料來自長江中下游冬麥區；而76份黃淮冬麥區材料均未檢測到Pm21抗病基因。

2.2 白粉病抗性鑒定

利用國內白粉病流行菌種E09小種對100份育成品種（系）進行苗期抗性鑒定，結果表明，對E09小種表現為抗性的材料共有33份，占比33%。來自黃淮冬麥區的材料共76份，表現苗期抗性的有23份，占比30.26%；來自西南冬麥區的小麥品種（系）有21份，表現為苗期抗性的材料有9份，占比42.86%；來自長江中下游冬麥區的小麥品種（系）有3份，表現為苗期抗性的材料有1份，占比33.33%（表1）。對苗期表現為抗病的33份材料進行成株期自然發病，抗性鑒定結果表明，表現為成株期抗白粉病（嚴重度為1級）的材料共有 7份，它們主要來自西南冬麥區。嚴重度為3級的材料共有8份，占比24.24%；嚴重度為4級的材料有18份，占比54.54%。經分子鑒定含有Pm21抗病基因的7份材料，在苗期和成株期均表現出抗性。

3 討論與結論

各個麥區的育種家針對不同生態環境對品種抗病性的選擇有所差異。本試驗研究結果表明，西南冬麥區的品種無論苗期還是成株期白粉病抗病性都要略優于黃淮冬麥區的品種，結合Pm21抗病基因在材料中的分布結果來看，西南冬麥區的品種對Pm21的利用率較高，這可能是其抗性較好的原因之一。對國審小麥品種白粉病抗性水平的研究發現，抗性水平為長江上游麥區gt;長江中下游麥區gt;黃淮北片麥區gt;北部冬麥區gt;黃淮南片麥區gt;黃淮冬麥早播組、東北西北春麥區，本研究的結果與之基本一致。我國各大麥區的白粉病育種中，長江流域麥區和黃淮北片麥區占有領先地位，近5年審定了部分高抗、中抗白粉病小麥品種，但此類品種在各麥區中所占比例還比較低。2019—2023年黃淮北片和黃淮南片麥區國審小麥品種對主要病害的抗性水平中，白粉病雖有所增強，但抗性水平仍以中感和高感為主^［7］。本研究中黃淮冬麥區小麥品種占比較高，但抗白粉病品種占比較小，黃淮冬麥區抗白粉病小麥新品種的培育力度有待進一步增強。

本研究中分子鑒定含有Pm21基因的材料在苗期和成株期抗病鑒定中均表現出白粉病抗性，驗證了抗病基因存在的真實性，也表明Pm21是針對目前流行的白粉病生理小種仍具有極強抗性的一個基因，亟需擴大其育種利用范圍。

本研究利用Pm21分子標記對100份小麥品種、后備品系等開展基因檢測，得到7份含有Pm21抗性基因的材料；同時利用小麥白粉病菌E09單小種進行苗期抗性鑒定，得到33份單小種抗性材料，對其進一步開展成株期田間自然發病鑒定，發現仍然保持抗性的材料有7份；結合分子鑒定結果，發現表現出全生育期抗性的材料均為含有Pm21抗性基因的材料。本研究篩選到的抗性材料，將為針對性地利用Pm21抗性基因、選育抗白粉病小麥新品種奠定基礎。

另外，本研究中有一些不含Pm21抗性基因的材料在苗期表現出對白粉病菌單小種的抗性，其可能含有其他已知或未知的基因，有待于進一步驗證。

參考文獻：

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