4个春小麦种质资源抗条锈性鉴定和抗性遗传分析

侯 璐

(青海大学省部共建三江源生态与高原农牧业国家重点实验室/青海省农林科学院/农业部西宁作物有害生物科学观测实验站/青海省农业有害生物综合治理重点实验室，青海西宁 810016)

4个春小麦种质资源抗条锈性鉴定和抗性遗传分析

侯 璐

(青海大学省部共建三江源生态与高原农牧业国家重点实验室/青海省农林科学院/农业部西宁作物有害生物科学观测实验站/青海省农业有害生物综合治理重点实验室，青海西宁 810016)

为了解春小麦抗条锈性遗传规律，采用7个条锈菌生理小种(菌系)对4个春小麦优质种质进行了温室苗期抗条锈性评价，并在大田进行成株期抗病性评价，对苗期表现抗病的条锈菌小种进行苗期抗条锈性基因遗传分析。结果表明，4个春小麦种质对不同小种的抗性不尽相同，均全生育期抗条锈病，其中XM000002的抗性最强，苗期对所测的7个生理小种(菌系)均表现近免疫或高抗，成株期表现近免疫。遗传分析结果表明， YJ011784苗期对小种CYR33和CYR23表现近免疫的抗性都由一显一隐两对基因独立作用，对CYR27和CYR25的抗性由一对显性基因独立作用。YJ003443对CYR32的抗性由两对隐性基因共同作用，对CYR25和CYR23的抗性均由两对隐性基因独立作用。XM000622对CYR27和CYR25的抗性均由两对隐性基因独立作用，对CYR23的抗性由一对隐性基因独立作用；XM000002对CYR33和CYR25的抗性都由一对显性基因独立作用，对CYR32的抗性由两对隐性基因独立作用，对Sun11-4的抗性由一显一隐两对基因共同作用，对Sun11-6的抗性由一对隐性基因独立作用，对CYR27和CYR23的抗性都由一显一隐两对基因独立作用。

春小麦；种质资源；条锈病；遗传分析

小麦条锈病是由小麦条锈菌(Pucciniastriiformisf.sp.tritici)引起的影响小麦生产的世界性病害之一，在低温和潮湿环境下易发生，从小麦一叶期到成熟，只要植物是绿色都可以发生感染[1]。小麦条锈菌可随气流高空远距离传播，具有发病范围广、流行频率高、危害严重等特点。农药的大面积及时使用可以控制该病害，但要投入大量的人力、物力和财力，而且污染环境[2]。研究与实践证明，选育并利用抗病品种是防治小麦条锈病最有效、经济和安全的措施[1,3]。由于小麦条锈菌群体毒性结构复杂，新毒性小种不断形成，而小麦抗病类型单一，使小麦群体抗病遗传多样性变窄，致使小麦条锈病周期性流行。因此，防止小麦品种抗病性“丧失”是持续控制条锈病流行的重要策略。

如何有效解决抗病性“丧失”这一世界难题，国内外学者相继提出了各种理论与策略，诸如基因轮换[4]、基因布局[5]、采用多基因屏障[6]、利用微效基因抗性[7]、成株抗性[3,7-8]、慢锈性[9]、持久抗性[7]等，其核心是实现抗病基因的多样化及合理布局。因此，不断发掘新的抗条锈病基因并对其合理利用具有重要研究意义。抗条锈病基因发掘及其遗传特点研究是抗病育种的重要基础。

青海省是我国小麦条锈菌的主要越夏流行区之一[10]，每年拥有大量的小麦条锈病越夏菌源，主要以晚熟春小麦为主。由于这些地区收割期延迟，使小麦条锈病菌在麦株上可维持其寄生生活到九月中下旬，部分延迟到十月上旬，可以保持大量的菌源到早播冬小麦出苗后，为我国东部冬麦区秋苗发病提供较多的有效菌源。由于青海省内种植的春小麦主要以感病品种阿勃为主，这为我国小麦条锈病越夏菌源区的区域治理造成非常不利的局面。研究春小麦种质资源，不断寻找新的抗条锈病基因，增加抗病基因的多样性，并对其有效利用是控制青海省小麦条锈病流行最有效、经济和安全的方法，同时对抑制我国小麦条锈病菌越夏具有重要意义。

在寻找新的抗条锈病基因、增加抗病基因的多样性方面，国内研究者做了大量的工作。在春小麦方面，曹世勤等[11]对甘肃省 26 个春小麦品种(系)进行了苗期抗条锈基因分析及成株期抗病性评价；李永平等[12]对临麦系列春小麦品种进行了抗病性分析；周新力等[13]对80份国外春小麦种质资源进行了抗条锈性评价；姚 强等[14-15]对120个春小麦品种(系)进行了成株期抗条锈性鉴定与评价，仅对青春39进行了苗期抗条锈性遗传分析。综上所述，国内对春小麦种质资源的抗条锈性遗传分析的研究罕见报道。本研究拟分析4个春小麦种质资源的抗条锈性特点和抗病基因遗传规律，为其在国内抗病育种中的合理利用提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 材 料

4个供试春小麦种质资源为YJ011784、YJ003443、XM000622、XM000002，综合农艺性状好、抗性强，由青海国家复份种质库提供。春小麦感病对照品种Taichung29(T29)由中国农科院植保所提供。以4个春小麦种质资源分别与T29杂交，共获得17个F2代群体，由本实验室保存。

供试条锈菌小种CYR33、CYR32、Sun11-4、Sun11-6、CYR27、CYR25、CYR23、感病品种铭贤169由西北农林科技大学植物保护学院植物抗病遗传研究室提供。

1.2 方 法

1.2.1 苗期抗性鉴定

于2014年在西北农林科技大学植物保护学院植物抗病遗传研究室温室进行，亲本播10～20 粒，F2代材料每份播种约200粒。供试小麦材料分别播种在装有培养基质的7×7×7 cm塑料花盆内，每盆种10～15粒，置于温室按常规方法培育。

待小麦幼苗第1片叶充分展开、第2片叶露尖时，采用孢子悬浮液涂抹叶片接种；幼苗放置于温度为10±1 ℃的保湿箱内24 h后,移至温室培养，温室温度16±1 ℃，相对湿度80%,光暗比16/8,光照强度9 000 lx。待T29充分发病时(15～20 d)调查反应型。反应型根据0～9级标准，其中，0～6级为抗病，7～9级为感病[16]。

1.2.2 成株期抗性鉴定

于2015 年在青海省农林科学院植保所条锈病抗性鉴定圃(36°47′ N，101°56″E，海拔2 446 m)自然发病条件下进行小麦条锈病抗性鉴定。每个材料播种1行，行长1 m，每20 个材料加设1行T29作为感病对照； 鉴定圃的四周各种3 行的T29作诱发行。 播种时间为4月上旬 ，从 7月7日开始(T29充分发病)，对各种质资源进行条锈反应型、病害严重度调查。反应型同分级1.2.1，严重度分级参照周新力等[13]的方法。

1.2.3 统计分析

2 结果与分析

2.1 供试种质资源的抗条锈性

由表1可知，对照品种T29苗期对7个小种均高感。YJ011784苗期对CYR33、CYR27和CYR23的反应型为1，对CYR25的反应型为2，均表现近免疫；对Sun11-4和Sun11-6的反应型为9，对CYR32的反应型为8，均为高感。YJ003443对CYR32和CYR23的反应型为3，表现高抗；对CYR25的反应型为2，表现近免疫；对CYR27表现中抗(反应型5)；对CYR33的反应型为8，对Sun11-4和Sun11-6的反应型为9，即为高感。XM000002对CYR33、Sun11-4和CYR23的反应型均为2，对CYR27和CYR25的反应型为1，表现近免疫；对Sun11-6 和CYR32表现高抗(反应型3)。XM000622对CYR27和CYR25表现近免疫(反应型为2)，对 CYR23表现高抗(反应型3)，对CYR33表现中抗(反应型6)；对CYR32和Sun11-4的反应型为8，对Sun11-6的反应型为9，均为高感。

成株期，春小麦感病对照品种T29的反应型为8和9，严重度为60%，表现高感。4个种质资源除了XM000622表现中抗(反应型5，严重度8%)外，YJ011784(反应型2，严重度5%)、YJ003443(反应型2，严重度5%)和XM000002(反应型1，严重度2%)成株期都表现近免疫。

2.2 YJ011784的抗条锈性遗传分析

对YJ011784的抗条锈性进行遗传分析，结果见表2。YJ011784与感病亲本T29的F2代对条锈病抗感分离明显，抗病类型多为1～2型，感病类型多为8～9型。

表1 4个春小麦种质资源的抗条锈性Table 1 Stripe rust resistance of four spring wheat germplasm resources

IT：反应型；DS：严重度。

IT：Infection type;DS:Disease severity.

表2 YJ011784对4个条锈菌生理小种的抗性遗传分析Table 2 Inheritance analysis of resistance to four prevalent races of Puccinia striiformis f. sp tritici in YJ011784

2.3 YJ003443的抗条锈性遗传分析

2.4 XM000002的抗条锈性遗传分析

用供试条锈病生理小种对XM000002进行抗性遗传分析，结果见表4。T29/XM000002的F2代 抗病类型多为1～3型，感病类型多为8～9型。

表3 YJ003443对3个条锈菌生理小种的抗性遗传分析Table 3 Inheritance analysis of resistance to three prevalent races of Puccinia striiformis f. sp tritici in YJ003443

表4 XM000002对7个条锈菌生理小种的抗性遗传分析Table 4 Inheritance analysis of resistance to seven prevalent races of Puccinia striiformis f. sp tritici in XM000002

2.5 XM000622的抗条锈性遗传分析

用XM000622表现免疫或高抗的3个条锈病生理小种对XM000622进行遗传分析，结果见表5。T29/XM000622的F2代 抗病类型多为1～3型，感病类型多为8～9型。

表5 XM000622对3个条锈菌生理小种的抗性遗传分析Table 5 Inheritance analysis of resistance to three prevalent races of Puccinia striiformis f. sp tritici in XM000622

3 讨 论

在春小麦抗条锈性研究方面，姚 强等[15]用成株期鉴定评价了收集于青海、西藏等地区的120个春小麦品种(系)，发现表现免疫和近免疫、抗病、中抗、中感、感病的春小麦品种(系)所占的比例分别为5.00%、0.83%、23.33%、29.17%、31.67%，免疫或近免疫抗病春小麦品种(系)较少。周新力等[13]利用中国当前小麦条锈菌流行小种评价了 80 份国外春小麦种质资源的抗条锈性，发现8份全生育期抗病， 28份成株期抗病。曹世勤等[11]研究发现，26个甘肃省春小麦品种(系)中，19个品种(系)含有 Yr1及未知抗病基因，其余品种(系)推测含有未知抗病基因。李永平等[12]对临麦32号-临麦36号5个临麦系列春小麦品种抗条锈性研究发现，供试临麦系品种抗性谱与已知基因载体品种的抗性谱均不一致，初步推测供试临麦系品种含有未知抗条锈基因。

除了发现青海春小麦品种青春39至少含有1显1隐两对苗期抗条锈病基因[14]，本研究为国内首次对春小麦种质资源进行抗条锈性遗传分析。小麦抗条锈病的遗传机制分为单基因、多基因或主效基因与微效基因共同作用等多种方式[18]。本研究中，4个春小麦种质资源苗期对条锈病菌不同小种的抗性由单基因或者两对基因控制，其中，YJ011784中至少含有1显1隐两对抗条锈病基因，YJ003443中至少含有2对隐性基因，XM000622中至少含有2对隐性基因，XM000002中至少含有2对隐性基因和1对显性基因。春小麦种质资源XM000622只对早些年流行的小种表现近免疫或高抗，遗传分析结果推断其由隐性基因作用，由于其对近年流行的小种CYR32表现高感，而对CYR33仅表现中抗，成株期亦表现中抗，初步推测XM000622中可能含有微效基因作用。综合本研究遗传分析结果与青春39的抗条锈性遗传分析结果[14]发现，春小麦抗条锈性的机制比较复杂，还未发现含有抗条锈病单基因的春小麦品种。

本研究采用分小种检测法和经典遗传学方法 分析了种质YJ011784、YJ003443，、XM000622和XM000002的抗条锈性遗传规律，以期为这些春麦种质资源在抗病育种中的合理利用提供理论指导。一方面可通过抗-抗杂交，实现抗病基因的累加，以提高寄主的抗病性和抗性相对持久性；另一方面可根据遗传特点，进一步通过分子标记技术定位抗病基因，获得与抗病基因紧密连锁的分子标记，直至基因克隆，以便更高效的辅助育种，获得更有应用价值的抗病新种质或生产品种。

致谢:本研究温室测试在西北农林科技大学植物保护学院植物抗病遗传研究室温室进行，感谢井金学教授、王保通教授、李 强副研究员对本研究提供菌种和实验条件。

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Stripe Rust Resistance Evaluation and Genetic Analysis of Four Spring Wheat Germplasm Resources

HOU Lu

(Qinghai University,State Key Laboratory of Plateau Ecology and Agriculture,Qinghai Academy of Agriculture and Forestry Science/Scientific Observing and Experimental Station of Crop Pest in Xining,Ministry of Agriculture/Key Laboratory of Agricultural Integrated Pest Management,Xining,Qinghai 810016,China)

In order to study on the stripe rust resistance hereditary rule of spring wheat, seven dominant races(or single spore strain) ofPucciniastriiformsf. sp.triticiprevalent in China were used to evaluate stripe rust resistance of four spring wheat germplasm resources at seedling stage in greenhouse conditions, and resistance at adult stage was evaluate in field. Then, genetic analysis of stripe rust resistance gene was conducted on these spring wheat germplasm resources.Results showed that:the resistance of one germplasm resource to different races is different; the resistance spectrum of each germplasm resource is different; and all four germplasm resources showed all stage stripe rust resistance. The spring wheat germplasm resource XM000002 showed highly resistance or nearly immune to all seven races at seedling stage and showed near immune at adult stage. Result of genetic analysis showed that:YJ011784 contains one dominant and one recessive gene conferring to CYR33 and CYR23 independently, and contains one dominant gene conferring to CYR27 and CYR25; the resistance of YJ003443 to CYR32 are controlled by two complementary recessive genes, and that to CYR27 and CYR25 are both controlled by two recessive genes independently; in XM000622, two recessive genes confer to CYR27 and CYR25 independently, and one dominant gene confers to CYR23. In XM000002, one dominant gene confers to both CYR33 and CYR25, two recessive genes confer to CYR32. The resistance of XM000002 to Sun11-4 is controlled by one dominant gene and one recessive gene complementary, and that to Sun11-6 is controlled by one recessive gene, and the resistance to CYR27 and CYR23 are both controlled by one dominant gene and one recessive gene independently.

Spring wheat; Germplasm resource; Stripe rust; Genetic analysis

时间：2017-01-03

2016-05-11

2016-06-10

青海省自然科学基金项目(2014-ZJ-925Q)；2015年度留学人员科技活动择优资助项目；青海大学博士科研启动基金项目

E-mail：mantou428@163.com

S512.1；S332

A

1009-1041(2017)01-0080-07

网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20170103.1629.022.html