小麦条锈病菌源基地生态治理技术研究与应用

小麦条锈病是制约小麦安全生产的重要生物灾害。陇南等地是我国小麦条锈病最重要的越夏区和东部广大麦区秋苗发病的主要菌源基地。自2001年以来,针对我国小麦条锈病连年流行成灾的严峻形势以及菌源基地病菌致病性变异和品种抗病性“丧失”等突出问题,采用生态病理学原理和方法,对我国小麦条锈病菌源区范围及其作用、病菌致病性变异、品种抗病基因遗传、作物适应性以及生态防控技术等进行了系统调查和试验研究,取得了重要进展。

1 主要内容与创新点

发现陇南小麦条锈病菌源区范围显著扩大,由过去的20万hm2扩大到近34万hm2,并向高海拔地区(海拔2 080 m)发展,海拔1 500～1 800 m地带是小麦条锈病的核心菌源区,自生麦苗提供有效菌源的时间为8月下旬至9月上旬,秋苗提供有效菌源的时间为10月中旬至12月下旬。根据陇南菌源基地秋季菌源数量与全国小麦条锈病发生流行之关系,建立了小麦条锈病大区流行早期异地测报技术体系。

完成了3 894份小麦条锈病标样的毒性鉴定分析,查明了优势小种类型、消长动态及其对我国小麦主要生产品种致病性特点,在国际上首次发现小麦条锈菌存在遗传重组现象以及对抗病基因Yr24/Yr26有毒力的新致病类型V26。研发出小麦条锈病分子诊断检测技术,可检测潜伏期的小麦条锈病害。

鉴定评价了3 268份小麦品种资源的抗条锈病性,筛选出优良抗病资源1 573份,查明了 224个小麦品种(系)携带的抗条锈病基因状况及其遗传特点,发现抗性谱互补的主效基因和微效基因重组产生“基因集团效应”,可有效延缓品种的抗病性“丧失”。在小麦D染色体组和AB染色体组上发现抗锈性抑制基因,不仅对抗锈基因具有专化抑制作用,而且还表现出对锈菌生理小种的专化性。制备出与Yr1、Yr2、Y r5 、Yr7 、Yr8 、Y r9 、Y r10 、YrSp、Y rVir1 、Y rK y2 、YrJu4 和Y rV23等12个抗条锈病基因共分离或紧密连锁的分子标记,其中大多为国际上首次报道或与目的基因距离最近,这为分子标记辅助育种和基因克隆奠定了基础。

采用传统杂交育种与分子标记辅助选择方法,成功培育出中植 1号(Yr9、YrC591)、中植2 号(Yr5、Yr10、YrC591)、陇鉴9383(Yr10)等10个抗病高产小麦品种,通过新品种审定;创制出85份农艺性状较好且抗病基因明确的高代品系,提供给全国82家育种单位利用,共培育出71个小麦新品系参加产量比较试验和9个抗病新品种通过审定。

在小麦条锈病核心菌源区引进和试种10多种高经济效益作物,研发出高垄低畦覆膜蔬菜、地膜马铃薯等配套栽培技术。研究提出基因布局、停麦改种、适期晚种、小麦混种、作物间套种以及自生麦苗防除等生态防病技术,并与药剂拌种等其他关键防治技术进行集成、组装和配套,创造性地构建了以生物多样性利用为核心,以生态抗灾、生物控害、化学减灾为目标的小麦条锈病菌源基地生态治理技术体系,即“两种(zhǒng)两种(zhòng)”技术体系。

发表研究论文85篇,其中 SCI源刊物10篇,制定农业行业标准1项,申请获得国家授权和公开发明专利各1项。农业部组织的成果鉴定认为,该项目总体研究达到国际先进水平,在小麦条锈病菌源区勘界、病害异地测报和生态治理技术体系应用和成效等方面处于国际领先地位。

2007-2009年间在陇南小麦条锈病菌源基地累计推广应用40万hm2,防病效果达到85%以上,增收节支15.42亿元,同时压低了全国小麦条锈病的发生面积和流行程度,保产降耗效益达42.8亿元。该项成果对植物生态病理学科发展和国家小麦条锈病防控决策提供了重要的科学依据和技术支撑,其研究经验和方法亦为国际上研究其他气传病害提供了重要借鉴和参考,经济、社会和生态效益极其显著。

2 主要完成单位

中国农业科学院植物保护研究所、甘肃省农业科学院植物保护研究所、甘肃省植保植检站、全国农业技术推广服务中心、甘肃省农业科学院小麦研究所、甘肃省天水市农业科学研究所。

3 主要完成人

陈万权、徐世昌、金社林、蒲崇建、赵中华、周祥椿、宋建荣、吴立人、姜玉英、曹世勤、张秋萍、刘太国、张耀辉、段霞瑜。

4 获奖情况

2010年获中国植物保护学会科学技术奖一等奖。

5 代表性论著

[1]陈万权,刘太国,陈巨莲,等.小麦抗病虫性评价技术规范,第1部分：小麦抗条锈病评价技术规范[S].中华人民共和国农业行业标准(NY/T 1443.1-2007),2007.

[2]陈万权,徐世昌,吴立人.中国小麦条锈病流行体系与持续治理研究回顾与展望[J].中国农业科学,2007,40(增刊 1)：177-183.

[3]Chen Wanquan,Wu Liren,Liu Taiguo,et al.Pathotype dynamics,diversity and virulence evolution in Pucciniastriiformis f.sp.tritici,the causal agent of wheat stripe(yellow)rust in China from 2003 to 2007[J].Plant Disease,2009,93：1093-1101.

[4]Cao Lihua,Xu Shichang,Lin Ruiming,et al.Early molecular diagnosis and detection of Puccinia striiformis f.sp.tritici in China[J].Letters in Applied Microbiology,2008,46：501-506.

[5]Duan Xiayu,Tellier A,Wan Anmin,et al.Puccinia striiformis f.sp.tritici presents high diversity and recombination in the over-summering zone of Gansu-China[J].Mycologia,2009,DOI：10.3852/08-098.