4个春小麦种质资源苗期抗条锈基因遗传分析

侯 璐，闫佳会，姚 强,2,李秋荣，郭青云，任迎辉，付丽颖

(1.青海大学 农林科学院，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，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，西宁 810016；2.旱区作物逆境生物学国家重点实验室，西北农林科技大学植物保护学院，陕西杨凌 712100；3.河南中鹤农业发展有限公司，河南浚县 456250)

小麦条锈病是影响小麦生产最重要的病害之一，该病害是由小麦条锈菌(Pucciniastriiformisfsp.tritici)引起的世界性病害，从小麦一叶期到成熟只要植物仍然是绿色都可以发生感染[1]。该病具有发病范围广，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、财力，而且污染环境[2]。实践证明，选育和利用抗病品种是防治小麦条锈病最有效、经济、安全的核心措施[1，3]。

同时，防止小麦品种抗病性“丧失”是持续控制条锈病流行危害的重要策略。如何有效解决抗病性“丧失”这一世界难题，国内外专家学者相继提出各种理论与策略，诸如基因布局[4]、基因轮换[5]、利用微效基因抗性[6]、成株抗性[3,6-7]、慢锈性[8]和持久抗性等，核心是实现抗病基因的多样化及合理布局。不断发掘新的抗条锈病基因并合理利用是一项重要工作，而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。

青海省是中国小麦条锈菌主要越夏流行区之一[9]，每年拥有大量的小麦条锈病越夏菌源，主要以晚熟春麦为主，由于这些地区收割期延迟因而小麦条锈病菌在这些麦株上得以维持其寄生生活到9月中下旬，部分延迟到10月上旬，可以保持大量的菌源到早播冬麦出苗后，为中国东部冬麦区秋苗发病提供较多的有效菌源。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，并对其有效利用培育和种植春小麦抗病品种，是控制青海省小麦条锈病流行最有效、经济和安全的方法，同时对抑制中国小麦条锈病越夏意义重大。

国内在研究春小麦方面，甘肃农科院植保所条锈病研究团队对甘肃省 26 个春小麦品种(系)，临麦系列春小麦品种进行抗病性评价和分析[10-11]，西北农林科技大学周新力等[12]对80份国外春小麦种质资源进行抗条锈性评价，青海省农林科学院姚强等[13-14]对120个春小麦品种(系)进行成株期抗条锈性鉴定与评价，仅有对‘青春39’进行苗期抗条锈性遗传分析的报道。综上所述，国内对春小麦种质资源抗条锈性遗传的研究报道不多。本研究分析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，拟为其在抗病育种中的合理利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

供试春小麦种质资源为‘MY005846’‘ZM018858’‘YJ003412’和‘YJ003417’，由青海国家复份种质库提供，青海省农林科学院植保所保存；春小麦感病对照品种‘Taichung 29’(‘T29’)由中国农科院植保所提供，青海省农林科学院植保所保存，以春小麦资源分别与‘T29’杂交获得F2代群体。

供试条锈菌小种CYR33、CYR32、CYR23、Sun11-4、Sun11-6、CYR27、CYR25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，青海省农林科学院植保所保存。

1.2 方 法

1.2.1 温室试验 抗病性遗传分析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，每份亲本播10～20 粒，遗传分析所用F2代群体材料每份播种约200粒。供试小麦材料分别播种在装有培养基质的7 cm×7 cm×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片叶露尖时采用涂抹法接种。接种完成后,将小麦幼苗放置于温度为(10±1) ℃保湿箱内24 h,移至温室培养，温室温度控制在(16±1) ℃,相对湿度为80%,光照时间16 h/d,光照强度9 000 lx。

2 结果与分析

2.1 4个春小麦种质资源抗条锈性评价

用CYR32、CYR33、CYR27、CYR25、CYR23、Sun11-4和Sun11-6接种各春麦资源，鉴定结果见表1。对照品种‘T29’对所测小种反应型为9，均表现高感；‘MY005846’对CYR27、CYR25和CYR23表现近免疫(反应型1或者2)，对Sun11-6 、CYR32和CYR33表现高抗(反应型3)，对Sun11-4表现中抗(反应型5)；‘ZM018858’对CYR27、CYR25、 CYR23、CYR32和Sun11-4表现近免疫(反应型1)，对Sun11-6(反应型为9)和CYR33(反应型为8)表现高感；苗期在所接种的7个小种中，‘YJ003412’对CYR33、CYR25和CYR23的反应型为1，表现近免疫，对CYR32的反应型为3，表现高抗，对CYR27的反应型为5，表现中抗，对Sun11-4和Sun11-6的反应型为9，即为高感；‘YJ003417’对CYR25和CYR23的反应型为1，即表现近免疫，对CYR33、CYR32、CYR27、Sun11-4和Sun11-6的反应型为8或9，即为高感。

抗性评价结果表明，同一春麦资源对不同小种的抗性不尽相同，具有小种专化抗病性，各个春麦资源的抗病谱也不同。

表1 春小麦种质资源抗条锈性评价Table 1 Stripe rust resistance evaluation of spring wheat germplasm resources

2.2 ‘MY005846’的抗条锈性遗传分析

对‘MY005846’的抗条锈性遗传分析结果见表2。接种CYR23或CYR25后，‘MY005846’的反应型为1，接种CYR27后，反应型为2，接种CYR32、CYR33或Sun11-6后，‘MY005846’的反应型为3，感病亲本‘T29’均为9型，呈高感病反应；抗病亲本‘MY005846’的反应型为1时，F2代群体抗病类型多为1～2型，抗病亲本‘MY005846’的反应型为2时，F2代群体抗病类型多为2～3型,‘MY005846’的反应型为3时，F2代群体抗病类型多为3～4型，感病类型多为7～9型。

由表2可见，接种CYR33的F2群体，抗病、感病植株数符合13∶3的分离比例(χ2= 0.12，P=0.67)，表明‘MY005846’对CYR33的抗病性由1显1隐2个基因独立控制；接种CYR32的F2群体，抗病、感病植株数符合1∶3的分离比例(χ2= 0.35，P=0.50)，表明‘MY005846’对CYR32的抗病性由1对隐性基因控制；接种CYR27的F2群体，抗病、感病植株数符合15∶1的分离比例(χ2= 1.58，P=0.16)，表明‘MY005846’对CYR27的抗病性由2对显性基因独立控制；接种CYR25的F2群体，抗病、感病植株数符合3∶1的分离比例(χ2= 1.48，P=0.20)，表明‘MY005846’对CYR25的抗病性由1对显性基因独立控制；接种CYR23的F2群体，抗病、感病植株数符合3∶1的分离比例(χ2= 0.75，P=0.35)，表明‘MY005846’对CYR23的抗病性由1对显性基因控制；接种Sun11-6的F2群体，抗病、感病植株数符合9∶7的分离比例(χ2= 0.05，P=0.76)，表明‘MY005846’对Sun11-6的抗病性由2对显性基因共同控制。

2.3 ‘ZM018858’的抗条锈性遗传分析

用‘ZM018858’对表现近免疫的5个条锈病生理小种进行测试的遗传分析结果见表3。接种后，‘ZM018858’的反应型为1，为近免疫， ‘T29’都表现为4型，呈高感病反应，F2代抗病类型多为1～2型，感病类型多为8～9型。

由表3可见，接种CYR32的F2群体，抗病、感病植株数符合9∶7的分离比例(χ2= 0.16，P=0.64)，表明‘ZM018858’对CYR32的抗病性由2对显性基因共同控制；接种CYR27的F2群体，抗病、感病植株数符合15∶1的分离比例(χ2=0.38，P=0.44)，表明‘ZM018858’对CYR27的抗病性由2对显性基因独立控制；接种CYR25的F2群体，抗病、感病植株数符合15∶1的分离比例(χ2= 1.22，P=0.21)，表明‘ZM018858’对CYR25的抗病性由2对显性基因独立控制；接种CYR23的F2群体，抗病、感病植株数符合3∶13的分离比例(χ2= 0.004，P=0.98)，表明‘ZM018858’对CYR23的抗病性由1显1隐2对基因独立控制；接种Sun11-4的F2群体，抗病、感病植株数符合3∶13的分离比例(χ2= 0.27，P=0.54)，表明‘ZM018858’对Sun11-4的抗病性由1显1隐2对基因独立控制。

表2 ‘MY005846’对6个小种的抗条锈性遗传分析Table 2 Inheritance analysis of ‘MY005846’ resistance to 6 stripe rustraces

表3 ‘ZM018858’对5个小种的抗条锈性遗传分析Table 3 Inheritance analysis of ‘ZM018858’ resistance to 5 stripe rust races

2.4 ‘YJ003412’的抗条锈性遗传分析

用4个条锈病生理小种(致病类型)对‘YJ003412’进行抗性遗传分析，结果见表4。接种CYR33、CYR25和CYR23后，‘YJ003412’的反应型为1，为近免疫，接种CYR32后，‘YJ003412’的反应型为3，为高抗，‘T29’都表现为9型，呈高感病反应；F2代抗病类型多为1～3；感病类型多为8～9型。

接种CYR33的F2群体，抗病、感病植株数符合3∶13的分离比例(χ2= 0.17，P=0.62)，表明‘YJ003412’对CYR33的抗病性由1显1隐2对基因共同控制；接种CYR32的F2群体，抗病、感病植株数符合1∶3的分离比例(χ2= 0.33，P=0.52)，表明‘YJ003412’对CYR32的抗病性由1对隐性基因独立控制；接种CYR25的F2群体，抗病、感病植株数符合1∶3的分离比例(χ2= 0.05，P=0.75)，表明‘YJ003412’对CYR25的抗病性由1对隐性基因控制；接种CYR23的F2群体，抗病、感病植株数符合13∶3的分离比例(χ2=0.008 5，P=0.86)，表明‘YJ003412’对CYR23的抗病性由1显1隐2对基因独立控制。

2.5 ‘YJ003417’的抗条锈性遗传分析

用‘YJ003417’对表现近免疫的2个条锈病生理小种分别接种测试，并进行遗传分析，结果见表5。接种CYR25和CYR23后，‘YJ003417’的反应型为1，为近免疫， ‘T29’都表现为9型，呈高感病反应，F2代抗病类型多为1～2；感病类型多为8～9型。

接种CYR25的F2群体，抗病、感病植株数符合3∶1的分离比例(χ2= 1.97，P=0.14)，表明‘YJ003417’对CYR25的抗病性由1对显性基因独立控制；接种CYR23的F2群体，抗病、感病植株数符合3∶1的分离比例(χ2= 0.37，P=0.49)，表明‘YJ003417’对CYR23的抗病性由1对显性基因控制。

表4 ‘YJ003412’对4个小种的抗条锈性遗传分析Table 4 Inheritance analysis of ‘YJ003412’ resistance to 4 stripe rust races

表5 ‘YJ003417’对2个小种的抗条锈性遗传分析Table 5 Inheritance analysis of ‘YJ003417’ resistance to 2 stripe rust races

3 讨 论

周新力等[12]综合评价 80 份国外春小麦种质资源的抗条锈性，发现具有全生育期抗病类型的有8 份，具有成株抗病类型的有 28 份，44 份兼具成株期和对部分中国小种失去抗性的全生育期抗病类型；曹世勤等[10]研究26个甘肃省春小麦品种(系)的抗条锈性，发现19个品种(系)含有 Yr1及未知抗病基因，7个品种(系)推测含有未知抗病基因；李永平等[11]对5个临麦系列春小麦品种抗条锈性进行研究，初步推测供试临麦系品种含有未知抗条锈基因；姚强[14]鉴定收集到的120个春麦品种(系)成株期抗病性，结果表明抗病的春小麦品种(系)比较少。综合前人研究以及本研究结果，表明抗条锈性春小麦品种(系)对小麦条锈菌的抗性表现小种专化性，此种情况在本研究抗性鉴定结果中亦有体现，且抗性类型多样化，春麦品种(系)对所测小种均表现近免疫或免疫的品种(系)比较稀少，但推测到含有未知抗性基因。

国内对春麦品种或资源进行抗条锈性遗传分析的报到甚少，姚强等[13]对青海春小麦品种‘青春39’进行抗条锈基因遗传分析研究，发现其中至少含有1显1隐2个苗期抗条锈病基因。本研究亦采用多小种分别接种鉴定分析春小麦种质资源中抗条锈基因组成和遗传机制，遗传分析结果表明，‘MY005846’中至少含有2个显性1个隐性抗条锈病基因，‘ZM018858’中也至少含有2个显性1个隐性抗条锈病基因，这2个资源中抗病基因的作用方式不同，‘YJ003412’中至少含有1显1隐2个抗性基因，‘YJ003417’中至少含有1个显性基因。说明春小麦中抗条锈性机制比较复杂。

虽然本研究中‘YJ003417’对CYR25和CYR23均由单显性基因控制，容易进行下一步基因定位，但CYR25和CYR23仅为中国早些年流行的小种，‘YJ003417’对其他5个小种，特别是近 年流行的优势小种CYR32和CYR33均表现高感，‘YJ003417’中的苗期抗条锈基因难以在生产中优先利用，其他3份资源中对CYR32或CYR33的抗性基因可优先考虑进一步研究和利用，本研究发现‘MY005846’除对Sun11-4表现中抗以外，对其他小种均表现高抗或免疫，该资源可优先被推荐应用于育种。

本研究采用分小种检测法和经典遗传学方法，分析‘MY005846’‘ZM018858’‘YJ003412’和‘YJ003417’的抗条锈性特点和抗病基因遗传规律，以期为春麦种质资源在抗病育种中的合理利用提供指导。

致谢：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、李强副研究员提供菌种和试验条件。

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