白肋烟抗黑胫病育种研究进展

高加明，吴成林，黄 勇，曹景林，程君奇，李亚培，张俊杰

（1中国烟草总公司湖北省公司，武汉430030；2湖北省烟草科学研究院，武汉430030；3湖北省烟草公司恩施州公司，恩施445000）

烟草作为我国重要的经济作物，从苗床到大田整个生育期均受到多种病害的威胁，在生产中常常遭受严重的病害损失。烟草黑胫病（Tobacco black shank）是由真菌（Phytophthora nicotianae）引起的［1］，是全球烟草农业生产中危害最严重的病害之一，在世界各烟叶生产区均有发生。该病在我国分布范围很广，基本遍布各省烟叶种植区，黑胫病平均发病率为5% ～12%，发病严重的田块甚至可造成绝收［2］，对烤烟、白肋烟及其它晾晒烟生产造成了极大的经济损失。目前烟草农业上对烟株黑胫病病害防治的常见措施主要还是施用农药，而施用农药不仅污染环境，还易造成农残，影响烟叶质量［3］。对黑胫病病害最经济有效的防治措施是选育和应用抗黑胫病烟草品种。本文对白肋烟抗黑胫病育种研究进展进行综述，以期促进白肋烟抗黑胫病品种的选育。

1 白肋烟抗黑胫病种质资源及抗性遗传特性

1.1 白肋烟抗黑胫病种质资源

就世界范围而言，白肋烟抗黑胫病育种最早在美国展开［4］。美国育种家利用野生种长花烟草作为白肋烟对黑胫病的抗源，育成了首个抗黑胫病白肋烟品种L8。随后利用抗源通过杂交、回交等方法形成了一批表现中抗至抗的白肋烟抗黑胫病种质资源，包括Burley 11A、Kentucky 17、Tennessee 86、Burley 26、Burley 27、Burley 64、Kentucky 16、Virginia 528、Burley 151等。

我国在白肋烟种植资源收集鉴定和利用方面开展了大量工作。湖北省烟草科学研究院对150余份白肋烟种质资源进行了系统鉴定［5］，表现中抗至抗烟草黑胫病种质资源35份（表1），其中自主选育的鄂白009、鄂白010、鄂白011、鄂白20号、鄂白21号、建选1号、建选2号、建选3号、建选304号等资源可作为黑胫病抗性育种材料用于后续的抗病育种。

表1 部分抗黑胫病白肋烟种质资源

1.2 黑胫病的主要抗源及抗性遗传特征

Florida 301、Beinhart 1000-1、野生蓝茉莉叶烟草和长花烟草是烟草黑胫病的主要抗源［6］。其中Florida 301是1922年美国利用雪茄烟品种大古巴和小古巴通过杂交选育出的高抗黑胫病的雪茄包皮烟品系，首个抗黑胫病烤烟品种牛津就是利用Florida 301育成，其他烟属种也逐步通过Florida 301导入黑胫病抗性。Florida 301的黑胫病抗性遗传方式呈多基因遗传。雪茄烟品系Beinhart 1000-1对黑胫病具有持久有效的耐受性，也是烟草中黑胫病重要的抗源之一，但由于其抗性基因与一些不利品质基因存在连锁，在育种中利用难度较大，其遗传方式呈部分显性寡基因遗传。野生蓝茉莉叶烟草作为烟草黑胫病抗源育成了NC2326、NC567、PD468等烤烟品种，其遗传方式呈显性单基因或寡基因遗传。白肋烟品种Burley 11A作为烟草黑胫病抗源，育成了Burley 37、Burley 49、Virginia 509、Kentucky 17等品种，其遗传方式呈部分显性寡基因遗传。

烟草黑胫病由于抗病性来源不一样，其抗性遗传方式具有多种类型。蔡长春等［7］利用抗和感黑胫病的白肋烟品种杂交获得DH群体，进行了黑胫病抗性的遗传分析，发现黑胫病发病率和病情指数分别由2对具有互补作用的主基因+多基因和2对具有等加性作用的主基因+多基因控制，这表明白肋烟黑胫病抗性主要由2对主基因及多基因控制。黄文昌等［8］选用高抗、中抗、高感等6个白肋烟品种作为杂交亲本，按Griffing双列杂交设计对烟草黑胫病的配合力和遗传力进行分析，发现不同品种、不同组合间抗病性存在极显著差异，烟草黑胫病遗传以显性效应为主，存在加性效应，环境对品种或组合的抗性表达有一定影响。高亭亭等［9］利用抗黑胫病品种Beinhart 1000-1构建F2群体，通过鉴定和遗传分析，认为Beinhart 1000-1对烟草黑胫病的抗性由多基因控制。

2 白肋烟黑胫病抗病育种研究现状

白肋烟黑胫病抗病育种以美国研究最早，形成的抗病品种最丰富，从20世纪20年代育成第一个白肋烟品种whiteburley后，由其选育出优质品种Kentucky 16，然后再育成一系列白肋烟优质品种［4］。随着抗病品种的需求增大，业界开始利用抗黑胫病品种Burley 11A相继育成一批抗或中抗黑胫病品种，包括Burley 37、Burley 49、Virginia 509、Kentucky 17等白肋烟品种。目前美国主栽品种Tennessee 86、Tennessee 90、Tennessee 97、Kentucky 907等，除品质较好外，综合抗性也较突出，对黑胫病的抗性均在中抗以上。

我国从20世纪50年代开始抗黑胫病研究以来，持续开展烟草种质资源与新品种（系）的抗病鉴定工作，抗黑胫病育种取得了显著成效。烤烟方面，引进的烤烟抗黑胫病品种有K326和NC89，育成的抗病或中抗品种有云烟85、云烟87、中烟100、龙江911、云烟97、南江3号、云烟100、秦烟96等。经过50年的发展，在育种工作者的不断努力下，白肋烟育种也取得了显著进展，其中白肋烟黑胫病抗性育种方面有较好的成效［10］。以湖北省烟草科学研究院收集鉴定的抗烟草黑胫病种质资源35份为例［11］，其中利用黑胫病抗性材料选育出的鄂白009、鄂白010、鄂白011、鄂白20号、鄂白21号、建选1号、建选2号、建选3号、建选304号等品种，可作为育种中间材料进一步利用，选育出的鄂烟2号、鄂烟3号、鄂烟4号、鄂烟5号、鄂烟6号、鄂烟209、鄂烟101、鄂烟211、鄂烟213、鄂烟215等鄂烟系列品种均中抗或抗黑胫病。云南省和四川省的烟草育种单位选育出的云白1号、云白2号、云白3号、云白4号、川白1号、川白2号、达白1号、达白2号等白肋烟品种也均中抗或抗黑胫病［12～28］。这些品种在白肋烟生产上发挥着重要作用，极大地降低了黑胫病对白肋烟造成的经济损失。

3 生物技术在抗黑胫病育种中的应用

生物技术在植物育种研究中发挥着重要的作用，分子标记辅助选择育种在烟草上得到了成功的应用。张锦伟等［29］以高抗黑胫病的烟草品种K326接种黑胫病菌丝构建了cDNA文库。苏振刚等［30］以烟草黑胫病抗性品种革新3号，利用黑胫病0号生理小种诱导构建SSH文库，筛选出57个对烟草黑胫病抗性相关的差异表达基因。肖炳光等［31，32］利用感黑胫病品种红花大金元和抗黑胫病种质RBST构建BC1群体，将抗黑胫病基因Ph精确定位在两个标记之间；并利用抗黑胫病雪茄品种Florida 301和感黑胫病品种Hicks的重组自交系群体，鉴定了11个QTL。刘晓侠等［33］以辐射诱变获得了高抗烟草黑胫病的突变株系，通过突变抗病株系与感病品种杂交获得F2群体，利用RAPD标记和集团分离分析法筛选找到了与烟草抗黑胫病基因Bs1（t）连锁的RAPD标记。童治军等［34］公开了抗烟草黑胫病Ph基因连锁的分子标记Scf_30K、TM62、ST141及InDel0617。Vontimitta等［6］利用Beinhart 1000和Hicks构建的DH群体，鉴定了6个QTL，其中位于4号和8号染色体的两个位点分别解释了25.4%和20.4%的表型变异。陈迪文等［35］利用白肋烟抗黑胫病品种和感病品种杂交后通过花药培养获得DH群体，利用AFLP和SPAP分子标记技术检测到了7个与黑胫病抗性相关的QTLs，这些位点在两个连锁群上重复性稳定。随着分子标记技术的不断发展，辅助选择技术在烟草抗黑胫病遗传育种中得到了应用［36～38］，也为烟草其他病害的抗性育种提供了新的路径。

4 问题与展望

黑胫病抗性育种对白肋烟生产有着重要的意义，我国白肋烟黑胫病育种存在一些问题需要解决。（1）可利用的抗源材料较少。在抗病育种中存在集中使用少数“公认”的抗源材料的现象，育种工作的遗传基础越来越窄。对一些潜在抗源未深入挖掘。例如，我国抗黑胫病的地方烤烟品种有：大虎耳、小黄金0007、大平板、歪把子、革新3号、大白金0552等，抗黑胫病的地方晾晒烟品种有：金黄柳、来凤兰花烟、细叶柳、老来红等。深入研究和开发利用这些地方品种抗源种质，是解决目前黑胫病育种遗传基础狭窄的一个有效途径。（2）多抗优质品种仍然缺乏。目前虽然选育了一批黑胫病抗性较好的白肋烟品种，但高抗优质品种仍旧缺乏，兼抗多种病害的品种极少。培育多抗优质白肋烟品种可以从改良优质亲本的抗病性开始，如Kentucky 14、Burley 21等优质亲本在抗黑胫病方面还存在缺陷，通过对其进行针对性的抗黑胫病回交改良，获得兼抗黑胫病、青枯病、病毒病等多种病害的优质改良品种，可有效解决品种在抗性和品质方面的矛盾。（3）抗病性遗传机制有待研究。黑胫病遗传特征根据抗源不同呈现多种类型，对不同抗源的抗病性遗传特点进行深入研究，掌握其遗传机理，是正确利用该资源的理论基础。另外，在抗病育种中，由于鉴定条件有限，抗病亲本中原含有的抗病基因，有可能只有一部分被鉴定并转移到新品种上，这不仅需要利用田间鉴定，还需要结合现代分子技术进行鉴定，以保证抗病鉴定的真实性和准确性［39，40］。

基因组编辑技术为植物育种打开了一扇新的大门，目前基因组编辑技术如 ZFN、TALEN 和CRISPS/Cas等［41～45］在水稻、小麦、玉米、大豆等众多作物育种中展开了研究应用。基因组编辑技术将为白肋烟育种的未来提供无限可能，基于白肋烟全基因组测序的完成和有利基因的发现，将使基因组编辑技术有效应用于白肋烟育种中，对白肋烟种质资源的创制和性状改良将产生积极的影响。