陕西关中地区节节麦上小麦条锈菌群体结构与毒性特征

魏国荣，刘 薇，王 琳，康振生，赵 杰

(西北农林科技大学 植物保护学院，陕西杨凌 712100)

小麦条锈病(wheat stripe rust or yellow rust)是由活体寄生真菌条形柄锈菌小麦专化型(PucciniastriiformisWestend.f.sp.triticiEriks.)引起的叶部病害，具有毁灭性和暴发流行性特点，其无性繁殖主要寄主为小麦，辅助寄主包括16属88种禾本科杂草[1]。

节节麦[Aegilopstauschii(Coss.)Schmal，异名：A.squarrosaauct.non Linn.]，俗称粗山羊草(goatgrass)，在分类上属于小麦族(Triticeae)、山羊草属(Aegilops)。山羊草是小麦近缘属种，通常为1～2a生，多见于麦田中，是小麦田间常见禾本科杂草。节节麦原产于中东，系中国外来物种，早期发现于陕西关中地区和河南新乡(《中国植物志》电子版，http://www.iplant.cn/frps)，目前在10余个小麦产区均有分布[2]，并成为麦田的主要杂草种类。陕西关中地区是节节麦的严重发生地，发生面积约33万hm2，占播种小麦面积2/5以上[3]。

节节麦是普通小麦(common wheat)D染色体组的供体亲本，具有丰富的抗病等优良抗逆基因。因此，节节麦被小麦抗病育种者作为种植资源，研究者发现节节麦对许多小麦条锈菌小种均表现抗性[4-7]。目前，不同学者在抗条锈病育种和抗条锈病基因挖掘方面开展了较多研究，已鉴定来源于节节麦的抗条锈病基因，包括正式命名的Yr24、Yr28和Yr48[8-10]，一些临时命名的Yr基因[5,11-12]，以及潜在的但尙未鉴定的抗条锈病基因[6-7,13-14]。

尽管节节麦具有非常优异的抗锈性，但是也可以被小麦条锈菌侵染，作为其辅助寄主。20世纪90年代，袁文焕等[15]首次报道了节节麦是小麦条锈菌的禾草寄主，且从采自陕西乾县麦田的受锈菌侵染的节节麦上分离出小麦条锈菌生理小种条中29号(CYR29)，仅鉴定到小麦条锈菌单一小种侵染节节麦。近年来，节节麦被越来越多的育种家青睐，用于抗条锈病育种。然而，迄今，节节麦被侵染的小麦条锈菌的小种类型究竟如何，尚无研究报道。因此，本试验对陕西关中地区不同县市的节节麦上的小麦条锈菌的群体组成及其毒性特点进行了研究，为抗条锈病育种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

供试菌株：于2020年春季在陕西关中地区8个地点，包括临潼区张庄村(LT-1)、高陵县陈西村(GL)、杨凌农作一站(YL-J)、三原县闫家庄(SY)、渭南南赵村(WN)、临潼区西高村(LT-2)、临潼区安屯村(LT-3)和杨凌东村(YL-1)，进行小麦田间节节麦上的锈病标样采集，每个地点采集5片锈病叶片标样，用纸包裹，室内晾干，密封后低温保存用于病菌分离，共40份标样。

通用小麦条锈菌中国鉴别寄主、28个Yr单基因系，以及感病品种铭贤169的种子由西北农林科技大学植物免疫研究室提供(表1)。

表1 用于本研究的小麦条锈菌中国鉴别寄主和Yr单基因系Table 1 Chinese differential host and single Yr gene lines of wheat stripe rust used in this study

1.2 方 法

1.2.1 幼苗培育 将鉴别寄主按“十”字，在1个装有培养基质(内蒙古蒙肥生物科技有限公司，内蒙古自治区)的培养盆内按顺时针方向播种4个品种(系)，每个品种(系)5～7粒种子，覆盖育苗基质轻压，按代号做好标签插入培养盆。每套鉴别寄主播种时，单独播种一盆‘铭贤169’。播种后，移入培养托盘，转移到无菌培养生长室，浇足水至盘高3/4处，设置生长室温度为16～20 ℃，光周期为16 h/8 h(光/暗)，光照强度为8 000～ 10 000 lx。待其生长至一叶展平二叶露尖时用于接种。

1.2.2 小麦条锈菌分离与繁殖 在分布有节节麦的麦田采取“五点”取样法，每个点采取1片节节麦锈病标样，装入采样袋，室内阴干后，放入干燥器内，置于冰箱低温(4～5 ℃)贮存备用。将节节麦锈病标样表面冲洗后展平置于培养皿内的润湿滤纸上，喷去离子水2～3次，加盖黑暗静置在4 ℃左右培养箱中后，待其表面露出鲜黄色夏孢子堆时，用洁净接种针挑取单孢子堆接种于小麦‘铭贤169’幼苗叶片上，每个单孢子堆菌种只接种1片叶片，1个标样分别挑接3～5个单孢子堆，接种后进行常规保湿、培养，待出现花斑时仅保留1株发病叶片，剪除其余叶片。收集菌种扩繁后进行毒性测定。

1.2.3 毒性测定 采用抖粉法接种，将夏孢子∶滑石粉=1∶20(v/v)的比例在硫酸纸或锡箔纸上充分混匀，装入洁净的15 mL塑料离心管中，用 2～3层洁净纱布罩住离心管，用橡皮筋缠绕。将待接种的小麦，沿4个方向喷0.03%(v/v)吐温20溶液，使小麦叶片表面形成水膜，将离心管颠倒，用细金属棒轻轻敲击，使混合粉均匀地散落在小麦叶片上。喷去离子水2～3次后，移入保湿培养箱(E-36L,Percival,USA)，10 ℃黑暗保湿 24 h。保湿结束后，将接种小麦移至生长室。培养、光照与温度条件同上。每个菌株的毒性测定，均设‘铭贤169’为感病对照。接种后15～20 d，待小麦‘铭贤169’发病后，根据0～9级分级标准[16]，调查统计菌株在每个鉴别寄主上的反应型 (infection type,IT)，将ITs 0～6划定为无毒性(avirulent,A)，ITs 7～9划定为有毒性(virulent,V)。

2 结果与分析

2.1 条锈菌群体毒性组成

40个分离于节节麦上的小麦条锈菌群体在19个通用中国鉴别寄主上的毒性谱特征表明，该群体中鉴定出16个不同的小种类型，既包含已知小麦条锈菌小种，也包含未知新小种(表2和表3)。其中已知小种数量为30个，属于6个小种类型，包括CYR34(10个，占25%)、CYR33(2个，占5%)、CYR32(14个，占35%)、Hy-30(2个，占5%)、Hy-101(1个，2.5%)和Su11-24(1个，占2.5%)，小种CYR34和CYR32的数量较多，是侵染节节麦的主要小种类型。新小种数量10个，它们的毒性特征不同，为10个不同类型。

表2 陕西关中8个采样点节节麦上40个小麦条锈菌的小种类型Table 2 Population structure of 40 Puccinia striiformis f.sp.tritici isolates from rusted Aegilops tauschii in eight sampling sites of mid-Shaanxi based on Chinese differential host

(续表2 Continued table 2)

40个菌系在每一个中国鉴别寄主的毒性数量与比例各不相同(图1)。该群体中对多数基因型小麦有毒性的菌系数量较多，个别菌系对中四有毒性，但是没有发现对斯卑尔脱小麦(Triticumspelta album,Yr5)有毒性的菌系。

2.2 不同区域节节麦上条锈菌组成

不同采样点的节节麦上小麦条锈菌的小种类型不尽相同，即使是同一地区的不同采样地点，小种类型也不一样。如CYR34仅在渭南南赵村、临潼(西高村、安屯村)和杨凌东村的节节麦上鉴定出来，而在其他采样点的节节麦上未鉴定到。而CYR32除三原闫家庄的节节麦标样未鉴定到外，在其他采样点均鉴定到该小种(表3)。如临潼区的张庄村为CYR33、CYR32和新小种1；西高村的为CYR34和CYR32；安屯村的为CYR34和CYR32。杨凌农作一站的为CYR32、新小种4、新小种5和新小种6；而杨凌东村的为CYR34和CYR32(表4)，前者的小种类型数量多于后者。

表3 8个采样点节节麦上小麦条锈菌小种数量与来源地Table 3 Number and origin of Puccinia striiformis f.sp.tritici racesisolated from Aegilops tauschii in 8 sampling sites

表4 不同采样点节节麦上分离的小麦条锈菌小种类型Table 4 Races of Puccinia striiformis f.sp.tritici isolated from Aegilops tauschii in different sampling sites of Guanzhong area in Shaanxi

2.3 基于单基因系的毒性类型

根据单基因系的测定，40个来自节节麦的小麦条锈菌群体共产生了33个不同的毒性类型VP1～VP33(表5)，菌系类型远远高于基于中国鉴定寄主的小种鉴定结果(16个不同类型小种)。其中VP15共有5个，分别来自杨凌(农作一站)、三原(闫家庄)、渭南(南赵村)、临潼(西高村和安屯村)。VP27有2个，分别来自渭南(南赵村)和临潼(安屯村)；VP30有2个，均来自于临潼安屯村，其余均为不同的单一的毒性类型。表明，节节麦上可被多种小麦条锈菌菌系侵染。据此，田间节节麦对小麦条锈菌的“接纳”能力非常强，非常有利于病原菌的累积。

表5 40个来自节节麦的小麦条锈菌菌系在单基因系的毒性、无毒性特征谱Table 5 Avirulence and virulence patterns of 40 Puccinia striiformis f.sp.tritici isolated from Aegilops tauschii on 28 single Yr gene lines

菌系中对Yr基因致病性存在差异，且不同的Yr位点有毒性、无毒性的菌系数量差异明显(图2)。40个菌系对供试的27个Yr基因中绝大多数表现有毒性(V)，仅个别菌系对Yr10、Yr24(=Yr26)、YrTr1和Yr26有毒性，毒性频率为2.5%，对其他24个Yr位点的毒性频率均在10%以上。没有鉴定到对Yr5和Yr15有毒性的菌系。然而，对Yr44和YrA的毒性频率高达90%。

3 讨 论

3.1 节节麦上小麦条锈菌小种专化性

节节麦对小麦条锈菌小种具有非专化性。袁文焕等[15]利用7个小麦条锈菌小种CYR22～CYR29进行室内接种节节麦，节节麦均被侵染且呈高度感病反应，表明节节麦小麦条锈菌没有小种专化性，但是，从田间受侵染的节节麦上仅分离到了小麦条锈菌小种CYR29，而未分离到其他小种。本研究从田间受锈菌侵染的节节麦上分离鉴定了不同的小麦条锈菌小种，进一步表明，节节麦对小麦条锈菌的小种不具小种专化选择性。

3.2 节节麦条锈病发生及在小麦条锈病发生中的潜在作用

节节麦是一种小麦田伴生的恶性杂草，生长力强，田间生长密度可达每667 m26万多株[15]。近些年来，不同学者研究发现，在中国多个省份调查发现，麦田间节节麦高密度生长的现象非常普遍[2-3,17-20]。笔者于2019年在陕西西部宝鸡麦田中也观察到了节节麦生长密度非常高的现象，甚至在麦田边观察误以为是节节麦田，可见其生长数量之多，已严重遮盖和影响了小麦正常生长，周济铭报道陕西关中的小麦田节节麦的田间密度高达10万～25万株/hm2，而且节节麦几乎成为小麦田的单一危害杂草[3]。更重要的是，受侵染的节节麦产生大量的夏孢子，其通过风传播扩散，为小麦条锈病的发生和流行起到了一定的作用。节节麦除了生长在麦田，还可在田边地头等处生长，不会受到人为防除或灭活，可以持续生长，特别是在一些较高海拔地区，还有可能成为其越夏寄主，积累夏孢子，为小麦秋苗提供菌源。但节节麦是否在小麦条锈病的病害循环中起作用仍不清楚，需进一步研究明确。

3.3 节节麦的防控与合理利用

节节麦的传播呈蔓延扩散趋势，传播越来越广泛。节节麦起源于中东地区，向东传播至中国。

1955年中国首次报道节节麦；其后80年代在新疆发现节节麦群落；迄今，节节麦已扩散至中国15个省市，包括河北、北京、天津、河南、山西、山东、四川、陕西、江苏、安徽、湖北、新疆、甘肃、内蒙古、广东[2]，并且呈不断扩大趋势。这些地理分布地区大多数都是小麦条锈病的发生和流行区，表明节节麦已可能成为小麦条锈病发生的重要辅助寄主和“绿色桥梁”，应当引起重视。

节节麦很难防除，为小麦条锈病的发生提供了天然寄主。由于节节麦是普通小麦D染色体组的供体亲本，与小麦亲缘关系较近，对绝大多数除草剂均不敏感，然而可用于防除节节麦的除草剂(如甲基二磺隆)危害小麦，产生对小麦不安全的问题[21]。因此，节节麦在小麦田间的存活数量非常大，存活时间延长，相应地，为小麦条锈菌的侵染提供了寄主和存活场所，为小麦条锈病的发生起到了加剧作用。因此，采取安全有效的防除节节麦措施，亟待解决。

节节麦因其优良抗锈性，被越来越广泛地用于中国小麦抗锈育种，但是需引起育种者的警惕。节节麦因其具有优异的抗锈性(条锈病、叶锈病和秆锈病)和与小麦同源的D基因组天然优势，越来越受到众多育种家的偏爱，被广泛用于小麦抗锈育种，特别抗条锈育种[5-10,11-14,22-24]。如来自粗山羊草的抗条锈病基因Yr24[8]，被广泛用于中国川麦系列小麦品种的抗条锈病育种，2009年对Yr24(=Yr26)致病的新小种G22-9(后正式命名为CYR34)出现后，导致大部分川育小麦品种丧失抗条锈性和该小种后续发展成为中国的流行小种，严重威胁小麦安全生产[25-27]。因此，对节节麦的抗病育种利用应加以合理利用，以防单一过度利用，造成潜在的品种抗病性丧失和病害大面积流行性的发生。