小麦黄花叶病研究进展

李鹏+崔正勇+高国强+孙明柱+张凤云+李新华

摘要：小麦黄花叶病是一种土传病毒病害，现已成为危害我国小麦生产的主要病毒病之一，对小麦生产构成严重威胁。本文介绍了小麦黄花叶病的病原与传播介体、发病规律与表现，总结了针对小麦黄花叶病开展的分子生物学和育种学研究，以期对小麦黄花叶病抗病育种和生产实践提供参考。

关键词：小麦黄花叶病；病毒；基因；抗病育种

中图分类号：S435.121.4+9 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2017）08-0168-05

Abstract Wheat yellow mosaic （WYM） caused by Wheat yellow mosaic virus （WYMV） has been growing as one of the most serious diseases affecting wheat production in China. In this paper， the pathogens， vector， incidence rule and performance of WYM were introduced， and the studies on its molecular biology and wheat breeding were also summarized to provide references for resistance breeding and control.

Keywords Wheat yellow mosaic； Virus； Gene； Resistance breeding

小麥黄花叶病是当前危害我国小麦生产的主要土传病毒病之一，主要是由小麦黄花叶病毒（Wheat yellow mosaic virus，WYMV）所引起，并通过土传禾谷多黏菌（Polymyxa graminis）为介体进行传播。近几年，山东省的烟台、临沂、日照和枣庄等地小麦黄花叶病发病面积不断扩大。小麦黄花叶病导致植株花色素苷积累，叶片发黄，春季生长缓慢，单位面积成穗数下降，穗粒数降低，粒重减轻，发病区域通常减产20%～70%，严重危害小麦生产和粮食安全[1]。由于禾谷多黏菌的孢子具有极强的抗逆性，可以长期在泥土中存活，含有WYMV的病土能够保持致病能力长达数十年，采用常规的物理、化学方法以及改变耕作方式都难以对病害进行有效防控[2]。当前的研究和生产实践一致表明，选育并推广抗病、耐病品种是控制小麦黄花叶病危害的最佳途径。本文介绍了小麦黄花叶病的病原与传播介体、发病规律与表现，总结了针对小麦黄花叶病开展的分子生物学和育种学研究，以期对小麦黄花叶病抗病育种和生产实践提供参考。

1 病原与传播介体

大量研究表明，WYMV是引发小麦黄花叶病的主要病原，山东省胶东地区还存在WYMV和中国小麦花叶病毒（Chinese wheat mosaic virus，CWMV）复合侵染的现象。

WYMV属于马铃薯Y病毒科（Potyviridae）的大麦黄花叶病毒属（Bymovirus），最早由Inouye于1969年报道，病毒粒体直径为12～14 nm，长度为100～350 nm，小麦黄花叶病毒基因组由2条单链RNA组成，分别是RNA1（7 636 nt）和RNA2（3 659 nt）。在自然条件下WYMV只侵染普通小麦和硬粒小麦，并在寄主体内产生规则的风轮体，以及排列有序的膜状体。

中国小麦花叶病毒（CWMV）最早是由Diao等[3]发现并命名的，CWMV属于真菌传杆状病毒属（Furovirus），CWMV粒子为杆状，直径为20 nm，长度主要分布在150 nm和300 nm，病毒基因组由RNA1（7 147 nt）和RNA2（35 699 nt）组成，在寄主植物中产生圆形、椭圆形等不规则内含体，主要分布于细胞核附近。CWMV在中国目前主要分布于山东省的烟台、荣成等地，常与WYMV复合感染[4]。

病毒与其介体真菌的依附关系一直是植物病理学界持续关注的重要课题，也是一个热点和难点课题。1991年，最早由Chen等[5，6]利用胶体金免疫电镜观察，找到了禾谷多黏菌作为介体传播病毒的直接证据，揭示了病毒存在于禾谷多黏菌内，并通过禾谷多黏菌作为介体进行增殖和侵染传播。禾谷多黏菌是根肿菌纲的一种介体真菌，主要寄生于禾本科植物根部，能够作为介体传播包括WYMV和CWMV在内的9种麦类病毒，并引发严重病害[7]。禾谷多黏菌的侵染力非常强，有研究表明病土在稀释15 625倍后，接种大小麦后仍能够表现出致病能力[8]。

2 发病规律与表现

WYMV和CWMV 都是通过禾谷多黏菌为介体进行传播的，并在禾谷多黏菌的孢子囊内越夏。小麦播种后，带毒的禾谷多黏菌孢子接触并穿透小麦根毛细胞，致病病毒随孢子进入细胞内，并随着游动孢子进行不断增殖。这一阶段病毒侵染的严重程度与温湿度密切相关，小麦幼苗在10℃以上土温中生长超过10天，通常发病程度会加重，若出苗后土壤温度已低至10℃以下，发病程度会显著下降，如果在10月下旬到11月上旬降雨较多、土壤湿度大，病毒侵染也会加重。小麦受到侵染后，病毒在秋苗期和越冬期处于潜伏状态，麦苗通常不表现出发病症状。小麦生长进入返青期时开始表现发病症状，感病植株的新生叶片开始褪绿，随着花色素苷在叶片中的积累，叶片上橙黄色梭形点逐步扩大合并成为黄绿相间的不规则状条斑，病叶逐步发黄、枯死，并最终造成小麦节间生长受阻，根系生长缓慢，新生分蘖死亡，植株生物量明显下降[9，10]。这一阶段，如果春季气温回升早且不高于15℃，染病植株发病重；如果这一时期气温和土壤温度回升快，气温能够达到20℃，则感病植株叶片仅轻微褪绿，发病症状不明显，对植株生长发育影响小。在小麦抽穗期，由于这一时期气温较高，发病较轻的病株症状快速消退，感病严重的病株也能够快速恢复生长，但病害已导致有效穗数、穗粒数和千粒重下降，造成的产量损失已无法挽回。在小麦收获后，禾谷多黏菌的孢子随着小麦根残体的腐烂进入土壤，病毒随休眠孢子越夏进入下一轮侵染。endprint

3 分子生物学研究

分子生物学研究的快速发展和广泛应用，在小麦黄花叶病致病病毒的分类与鉴定、抗病基因的筛选定位等研究方面均发挥了重要作用。

3.1 小麦黄花叶病致病病毒的分类与鉴定

WYMV和小麦梭条斑花叶病毒（WSSMV）曾被众多学者认作同种异名，因为两者无论在粒子形态、病症表现、发病与传播规律，还是在血清学和细胞学特性上都非常相似，现今仍有许多研究者将WYMV和WSSMV相混淆[10，11]。利用反转录PCR和单链构象多态性分析（SSCP）， 雷娟利等[12]证实了山东、河南、江苏、浙江、湖北、四川和陕西省发生的经由禾谷多黏菌传播的小麦黄花叶病是由WYMV引发的。李大伟等[13]在长江中下游及淮河流域9个县（市） 采集了27份表现梭条斑花叶症状的小麦样品，利用RT-PCR检测和电镜观察，在25份样品中检测到了WYMV，没有检测到WSSMV存在。杨军等[14]对湖北罗田县小麦黄花叶病病株进行了病原分析，病毒序列分析比对结果表明该病毒为WYMV，而非WSSMV。

由于CWMV与土传小麦花叶病毒（SBWMV）在病毒形态、病害流行特点及寄主范围等生物学特性上均非常相似，很长一段时期都被认定为SBWMV。Diao等[3]对取自山东烟台地区的禾谷多黏菌传棒状病毒进行了全基因组序列分析，发现该病毒与SBWMV氨基酸序列相似性为76.1%，全基因组RNA核苷酸序列相似性为71.1%，不同于已知的SBWMV，表明这是一个新型病毒，并将其命名为中国小麦花叶病毒。

利用分子生物学检测方法，研究人员对众多省份和地区的小麦黄花叶病病原进行了鉴定分析。丛倩倩等[15]对2012年采自山东省10个地区的105份病株材料进行检测，通过RT-PCR和测序分析在泰安、临沂和枣庄的样品中检测到了WYMV，没有检测到CWMV等病毒。赵玖华等[9]对2012年在郯城、莒南等地发生的小麦黄花叶病进行了分子检测，发现是由WYMV和CWMV混合侵染引发的。孙炳剑等[4]对不同省份地市的小麦黄花叶病致病病毒进行鉴定，结果表明，山东烟台以WYMV为主，零星检测到CWMV；山东荣成以CWMV为主，零星检测到WYMV；江苏扬州、河南省西平县只检测到WYMV。为快速准确地对WYMV和CWMV进行同步检测，缪倩等[16]建立了多重RT-PCR检测方法，并利用该方法对江苏高邮、扬州和大丰的小麦黄花叶病病株样本进行检测，结果表明高邮和扬州的病原为WYMV，而大丰的病原为CWMV。RT-PCR是当前检测CWMV的主要方法，Zhang等[17]建立了一种荧光环介导逆转录扩增（RT-LAMP）检测方法，并对取自山东烟台的小麦样品进行了检测，利用该方法进行WYMV检测，操作简单、高特异性、高灵敏度、方便省时。

3.2 抗病基因的筛选定位

小麦黄花叶病发病表现易受气候等因素的影响，品种抗性鉴定准确性难以保证，这对抗病材料选择工作带来许多困难。遗传学研究表明，抗病品种对小麦黄花叶病的抗性受1到多对显性核基因控制[18]。对小麦黄花叶病相关抗性基因进行标记筛选和准确定位，并利用分子标记辅助选择对育种材料进行抗性基因筛选，能够避免环境因素的影响，鉴定结果快速准确。

Liu等[19]以WYMV抗病品种扬辐9311和感病品种扬麦10号构建F2作图群体，利用微卫星标记将小麦黄花叶病抗性基因YmYF定位在了2D染色體的长臂上；以WYMV高抗品种宁麦9号为母本与高感品种扬麦10号构建了 F2作图群体，利用AFLP和SSR标记将宁麦9号的黄花叶病抗性基因YmNM定位在了2A染色体上[20]。Zhu等[21]利用高抗品种Xifeng和高感品种Zhen 9523构建重组自交系群体，在3BS、5AL和7BS上分别发现了QYm.njau-3B.1、QYm.njau-5A.1和QYm.njau-7B.1等3个小麦黄花叶病抗性标记QTL位点。Nishio等[22]利用微卫星标记将荷兰小麦品种Ibis的小麦黄花叶病抗性基因YmIb定位在了2D染色体长臂上，与标记Xcfd16、Xwmc41、Xcfd168和Xwmc181的遗传距离分别为2.0、4.0、7.1 cM和12.4 cM。Takeuchi等[23]对美国小麦品种Madsen进行小麦黄花叶病抗性研究，认为Madsen的抗性是由1对主效基因控制的，并将该抗性基因YmMD定位在2DL染色体上，位于标记Xwmc41和Xgwm349之间。Suzuki等[24]利用Madsen与感病品种Hokushin构建重组自交系群体，对Madsen的抗病性进行了进一步研究，发现Madsen具有两个抗性QTL位点Qym1和Qym2，分别位于2DL和3BS染色体上，2DL染色体上的 Qym1位于标记Xgwm539和Xgwm349之间，3BS染色体上的Qym2位于标记Xbarc147和Xwmc623之间。

Liu等[19]在扬辐9311中发现的抗性基因YmYF、Nishio等[22]在荷兰小麦品种Ibis中发现的YmIb、Takeuchi等[23]和Suzuki等[24]分别在美国小麦品种Madsen中发现的YmMD和Qym1，都是被定位在了2D染色体的长臂，来源于不同国家的小麦品种都于2DL上发现了小麦黄花叶病抗性基因位点，表明这一染色体区域对于小麦黄花叶病抗性具有重要作用。

4 育种学研究

由于禾谷多黏菌的孢子具有极强的抗逆性，含有WYMV的病土能够保持致病能力长达数十年，采用物理、化学方法及栽培技术难以对病害进行有效防控，对小麦生产构成严重威胁[2]。当前研究一致认为培育并推广小麦黄花叶病抗性品种是最佳的病害防治方法。

魏玮等[11]以527个国内外小麦品种/系为材料，分别于2009、2010和2011年播种于山东省烟台、河南省驻马店和江苏省高邮的WYMV病圃进行抗性鉴定，结果表明仅有芒白4号、陕麦150、临优2069、京双16、西农2208、郑麦366、陕优225、郑麦9023、丰抗1号和石家庄72等10个品种/系在3个鉴定点均表现出WYMV抗性，占所有参试小麦品种的1.90%；而在3个地点都呈WYMV敏感反应的小麦品种则多达203个，占所有参试小麦品种的38.52%。杨红福等[25]研究了江苏省不同发病区域的土壤对镇麦系列品种的致病性，发现镇麦系列品种在不同来源带毒土壤中发病表现有所不同，镇麦168对5个地区的病土表现出了高抗或免疫，镇麦6号也表现出了较好抗性，认为不同来源的病毒致病性存在差异，并且病毒和品种表现出互作效应。endprint

刘伟华等[18]对收集自国内外的37个小麦品种在4个省份的小麦黄花叶病病田进行了多年抗性鉴定，发现不同来源的病毒对品种的致病性存在差异，并且气候等因素也会对品种的抗感病表现产生较大影响，扬辐9311和宁麦9号在多年多点鉴定中表现出稳定抗性，在表型上两者均无感病症状。扬辐9311和宁麦9号作为优秀的抗病亲本，在小麦黄花叶病抗病育种中得到了广泛应用。以高抗小麦黄花叶病、丰产性高、农艺性状优良的宁麦9号为父本，抗倒性好但中感黄花叶病的宁麦8号为母本，育成了高抗小麦黄花叶病、中抗赤霉病、耐肥抗倒伏的小麦新品种扬辐麦4号[26]。以抗黄花叶病的优异种质扬辐9311为供体亲本，以携带Pm4a抗白粉病基因的高产小麦品种扬麦11为轮回亲本，利用回交转育和辐射诱变等育种技术，通过多年多点鉴定选择，育成了高抗小麦黄花叶病、兼抗白粉病的小麦新品种扬辐麦5号[27]。

笔者以航天突变系9940168为母本，与大面积推广品种济麦19进行杂交，育成了高抗小麦黄花叶病、高产广适型的小麦新品种鲁原502，先后通过了国家审定、山东省和安徽省审定、江苏省认定。在小麦黄花叶病多发且危害严重的山东省临沂地区，多年田间鉴定表明，鲁原502对小麦黄花叶病表现出高抗到免疫，在该区域种植增产效果显著。目前笔者已在该地区安排了品种比较鉴定试验，深入研究鲁原502的抗病生理表现和增产效果；以表现高抗的鲁原502、表现高感的临麦4号和矮抗58为亲本，进行正反交，构建F2作图群体，对鲁原502的小麦黄花叶病抗性进行遗传分析，并对其抗病基因进行定位。

除利用常规育种方法开展小麦抗黄花叶病育种外，一些单位还利用转WYMV基因的方法获得了抗黄花叶病的转基因材料。董槿等[28]利用基因枪法将WYMV外壳蛋白基因转入到普通小麦品系中，经室内及田间筛选获得抗小麦黄花叶病的转基因植株。徐惠君等[29]构建了WYMV复制酶基因（WYMV-Nib8）的表达载体，并利用基因枪法转入了扬麦158的愈伤组织，通过分子跟踪检测以及病田圃抗病性鉴定得到了4个表现稳定的抗病转基因株系，同时利用PCR技术筛选到只含WYMV-Nib8基因而沒有标记基因的扬麦158转基因材料。以扬麦158的转基因株系后代为亲本，与多种类型材料组配杂交、回交组合，获得了小麦黄花叶病抗性可以稳定遗传的后代材料，育成了多份高抗小麦黄花叶病并且兼抗多种其他病害的新材料，如兼抗黄花叶病和白粉病的高产新品系04T19，以及聚合Wax基因并且兼抗黄花叶病和白粉病的优异株系[30，31]。

5 结语

小麦黄花叶病广泛分布于黄淮麦区、长江中下游麦区、四川盆地及陕西渭河流域等冬小麦种植区，由于种植感病品种以及农用机械跨区作业，发病面积有逐渐扩大的趋势。安全有效地防治小麦黄花叶病已成为生产中亟待解决的问题，目前的研究一致认为选育、推广抗病性品种是防治小麦黄花叶病大发生的唯一良策。在病区应选用适合当地的抗病品种，如鲁原502、济麦22、良星99、扬辐麦5号、华麦6号等，并辅以适宜的栽培管理。在今后的研究中应加强分子生物学技术的利用，探明病毒、禾谷多黏菌和小麦三者之间的互作机理，探索病害防治新方法、防控新体系；广泛筛选对小麦黄花叶病表现抗病、耐病的品种和种质，对抗性基因进行标记定位和基因克隆，为小麦黄花叶病抗病新品种的选育提供基因资源，并利用分子标记辅助选择提高育种效率。

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