153份四川小麦主推品种和后备品系抗病基因的分子检测

张 华，任 勇，何员江，郑首航，吴 舸，邹凤亮，雷加容，杜小英，陶 军，欧俊梅

(绵阳市农业科学研究院/国家小麦改良绵阳分中心/厅市共建作物特色资源创制及应用四川省重点实验室，四川绵阳 621023)

小麦条锈病、白粉病、赤霉病是分别由小麦条锈菌(f.sp.)、白粉菌(f.sp.)、亚洲镰刀菌()和禾谷镰刀菌()引起的三大真菌性病害，对我国的小麦生产造成严重影响，是湿润多雨的四川麦区最主要的小麦病害。其中，条锈病和白粉病主要危害部位为小麦叶片，而赤霉病主要危害小麦穗部，相较于前两种病害，赤霉病不仅会降低小麦的产量，同时病粒上所携带的赤霉毒素对人体还存在安全隐患。种植多抗性品种并合理布局是防治小麦病害最经济、安全、有效的方法。因此，培育兼抗条锈病、白粉病和赤霉病的品种是四川小麦多抗性育种的主要目标。

病原菌新小种的不断出现使许多小麦品种在生产过程中丧失抗性。为寻找优质抗源，培育持久多抗品种，减轻小麦病原菌流行优势小种对我国小麦生产的危害，众多学者对我国重要小麦核心种质材料进行了抗病性鉴定和基因挖掘。目前，国际上已正式命名了83个抗条锈病基因(～)、80多个主效抗白粉病基因(～、等)以及7个抗赤霉病基因(～)，许多未正式命名的抗病基因正在陆续被发现和利用。在我国小麦育种领域，基于对小麦抗性基因的发掘和利用，培育出了一批持久抗性新品种并得到大面积推广应用，为减少病害造成的损失以及保障国家粮食安全做出了重要贡献。

明确小麦品种的抗病性和抗病基因是实现小麦品种合理布局、优化小麦生产结构的关键环节和重要前提。长期以来，四川小麦抗病育种成效显著，抗病小麦品种的推广和种植，在一定程度上降低了当地农民的生产成本，提高了小麦的产量和效益。但是，随着环境的变化和小麦病原菌的变异，一些抗病品种的抗病性逐渐降低甚至完全丧失，一些新品种有效种植年限逐渐缩短，病害流行的风险逐渐增加。当前，小麦条锈病、白粉病和赤霉病仍然是威胁四川小麦生产的三大主要病害，但四川麦区主要推广品种和后备品系的整体抗性水平和主要抗病基因还不清楚。因此，本研究通过对近几年153份主要推广品种和后备品系的条锈病成株期抗性进行鉴定，同时对抗条锈病基因(、、、、和)、抗赤霉病基因()和抗白粉病基因()进行检测，以期明确不同品种的抗条锈性以及抗条锈病、赤霉病和白粉病基因的分布，为抗源的合理利用和多抗小麦品种的培育推广提供参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

153份供试小麦材料、感条锈病对照品种Avocet S、感赤霉病对照品种矮抗58以及含有已知抗赤霉病基因的品种苏麦3号由四川省绵阳市农业科学研究院小麦所提供，含有已知抗条锈病基因的品系(Avocet S*6/、Avocet S*6/、Avocet S*6/、Avocet S*6/、 Avocet S*6/、Avocet S*6/)、含有已知抗白粉病基因的品种南农9918，以及感白粉病对照品种Chancellor由中国农科院植物保护研究所麦类真菌病害课题组提供。

条锈菌流行混合小种(以CYR32、CYR34为主)由甘肃省农科院植物保护研究所提供。

1.2 成株期抗条锈性鉴定

成株期抗性鉴定分别于2018-2019和 2019-2020年度在绵阳市农业科学研究院科研基地完成。每个品种种植2行，行长1 m，行距 0.28 m，垂直于多行品种种植一行感病对照SY95-71作为诱发行，于每年的1月20日至30日，小麦进入拔节期时，将条锈菌新鲜的夏孢子和 0.05%吐温20水溶液按照一定的比例(夏孢子1 g·1 000 mL)配制孢子悬浮液，然后均匀喷撒在诱发行小麦叶片上，晾干后，覆盖薄膜保湿过夜，第2天清晨揭膜，观察田间土壤湿度并适当灌水，保持田间湿度利于病菌进行再侵染，于当年3月下旬至4月上旬，待感病对照品种Avocet S充分发病时，调查病害的普遍率、严重度和侵染型，每隔7 d调查1次，共调查2～3次，以最高侵染型作为病情发病的级数，抗条锈病鉴定的方法与分级标准参考小麦抗条锈病评价技术规范。

1.3 抗病基因的分子检测

叶片DNA的提取和分子标记检测试验于2018年12月至2019年1月在中国农业科学院植物保护研究所麦类病害课题组实验室完成。分别取153份小麦材料的5～6粒种子，播种在温室育苗盘中，待小麦长至2～3片叶的幼苗时，采用CTAB法提取小麦幼苗叶片的DNA，备用。检测抗条锈病(、、、、、)、白粉病()和赤霉病()基因所用的的分子标记引物(表1)均由上海生工生物工程有限公司合成。PCR检测采用25 μL体系，包括EasyTapPCR SuperMix 12.5 μL，上、下游引物(100 ng·μL)各1 μL，模板DNA 1 μL，ddHO 9.5 μL。各基因的PCR扩增程序按照、、、、、、、相应参考文献进行。PCR产物均用2.0%的琼脂糖凝胶进行检测，并在WSE-5200一体式凝胶成像系统上观察并保存图像。

表1 用于检测小麦抗病基因的引物Table 1 Primes for the detection of resistant genes

2 结果与分析

2.1 成株期条锈病抗性鉴定结果

由表2可知，2018-2019年度，153份供试材料中，成株期对条锈菌表现为中抗及以上的材料有137份，占供试材料的89.5%，其中，川麦93、川麦602、川育34等117份材料对条锈菌表现为高抗，占供试材料的76.5%；对条锈病表现为感病的材料有10份，占供试材料的6.5%，其中，绵麦54、绵麦367、绵杂麦1101等7份材料表现为中感，博麦1531、绵杂麦1302和蜀麦1751共3份材料表现为高感。2019-2020年度，成株期对条锈菌表现为中抗及以上的材料有122份，占供试材料的79.7%；对条锈菌表现为感病的材料有25份，占供试材料的16.3%，其中，川育26、川育35、科城麦9号等9份材料表现为中感，绵麦51、绵麦54、绵麦367等17份材料表现为高感。两年度对条锈菌均表现为中抗及以上的材料有122份，占供试材料的79.7%，表明四川小麦品种对条锈病的抗性总体较好。其中，绵麦827、绵麦903、绵麦907等107份材料在两年度均表现为高抗，表明这些品种的条锈病抗性较稳定，可以在生产上继续推广种植，也可以作为小麦抗病育种的重要亲本。

表2 153份小麦品种成株期抗条锈病的鉴定结果和抗病基因的检测结果Table 2 Identification of resistance to strip rust at adult stage and detection of resistance gene in 153 wheat varieties(lines)

(续表2 Continued table 2)

(续表2 Continued table 2)

(续表2 Continued table 2)

2.2 抗条锈病基因 Yr5、 Yr9、 Yr10、 Yr15、 Yr18和 Yr26的分子检测结果

利用感病材料Avocet S为阴性对照，对供试材料的抗条锈病基因、、、、和进行检测。结果(表2)发现，利用Avocet S*6/为阳性对照，发现川麦87、绵麦161、绵麦319等12份材料可以扩增出100 bp的条带，说明这些材料可能携带；利用Avocet S*6/为阳性对照，发现川育30、绵麦1403、绵麦54等25份材料可以扩增出1 500 bp的条带，说明这些材料可能携带；利用Avocet S*6/为阳性对照，发现南麦391、玉麦2号、川育34等77份材料可以扩增出543 bp的条带，说明这些材料可能携带；利用Avocet S*6/为阳性对照，发现川麦83、川农38、绵麦903等12份材料可以扩增出190 bp的条带，说明这些材料可能携带；利用Avocet S*6/为阳性对照，发现绵麦56、川麦1063、川育34等4份材料可以扩增出150 bp的条带，说明这些材料可能携带；利用Avocet S*6/为阳性对照，发现6007、绵麦51、绵麦58等90份材料可以扩增出500 bp的条带，说明这些材料可能携带。对供试的153份小麦材料进行分子标记检测结果表明，可能携带、、、、和的小麦材料分别占供试材料的7.8%、16.3%、50.3%、7.8%、 2.6%和58.8%。

2.3 抗白粉病基因 Pm21的分子检测结果

利用Chancellor为阴性对照、南农9918为阳性对照，用引物SCAR1265对供试材料的抗白粉病基因进行检测，结果(表2)发现，川育30、川麦93、绵麦51等40份材料可以扩增出1 265 bp的条带，说明这些材料可能携带，占供试材料的26.1%。

2.4 抗赤霉病基因 Fhb1的分子检测结果

利用矮抗58为阴性对照、苏麦3号为阳性对照，对供试材料的抗赤霉病基因进行检测，结果(表2)发现，川麦607、川麦608、绵麦5695等12份材料可以扩增出122 bp的条带，说明这些材料可能携带，占供试材料的7.8%。表明四川小麦品种的赤霉病抗性水平不高，需要加快抗赤霉病育种步伐。

M：DL2000；1：ddH2O；2：Avocet S；3：Avocet S*6/ Yr9；4：川育30；5：绵麦1403；6：绵麦54；7：川麦86；8：川麦97；9：西科麦26；10：川育25；11：渝麦17；12：川育26；13：博麦1531；14：川麦611；15：川农38；16：蜀麦1742；17：蜀麦1763。

M：DL2000；1：ddH2O；2：Avocet S；3：Avocet S*6/ Yr10；4：南麦931；5：蜀麦 126；6：川育29；7：川农36；8：绵麦54；9：内麦141；10：蜀麦1605；11：中科麦13；12：川农33；13：玉麦2号；14：蜀麦1610；15：川农37；16：川育34；17：川辐18。

M：DL2000；1：ddH2O；2： Chancellor；3：南农9918；4：绵麦367；5：绵麦51；6：绵麦58；7：绵麦319；8：绵麦902；9：绵麦906；10：绵麦907；11：绵麦908；12：川麦901；13：川育30；14：科成麦4号；15：蜀麦114；16：西科麦11号；17：中科麦17。

M：DL2000；1：ddH2O；2：矮抗58；3：苏麦3号；4：南麦660；5：绵麦602；6：川麦607；7：绵麦1419；8：川麦88；9：中科麦90；10：绵麦367；11：川育30；12：绵麦1403；13：科成麦4号；14：南麦931；15：西科麦11号；16：川育30；17：内麦141。

3 讨 论

3.1 四川小麦品种抗条锈性分析

目前，四川小麦生产上对条锈病具有全生育期抗性的已知基因主要有和。本研究在供试的153份材料中发现川麦87、绵麦161、绵麦319等12份材料可能携带，川麦83、川育34、绵麦903等12份材料可能携带，这些品种在生产上均表现为高抗，表明和仍然具有较好的抗病性，且在四川小麦品种中所占比例不高，可作为抗源进一步利用。本研究还发现，有25份材料可能含有，该基因在20世纪90年代已被条锈菌小种CYR29克服，但一些可能含有的品种目前对条锈病仍然表现出较好的抗性，如绵麦1403、川育25、蜀麦1742等。这一现象说明过去已经丧失抗性的可能对现在的条锈菌流行小种重新具有了抗病性。周 阳等研究发现，这些材料在含有抗条锈病基因的同时也可能携带、和。在供试的小麦材料中，有77份可能携带。Chen等通过试验对分子检测结果进行验证，结果表明，用分子标记筛选的具有该抗性标记条带的材料不一定具有该抗性基因，检测材料中实际含有的抗性基因出现的频率可能低于分子检测标记出现的频率，因此，对的检测结果还需要进一步验证。成株期抗条锈病基因位于//位点，该位点对小麦条锈病、叶锈病和白粉病等病害均匀产生部分抗性，具有抗病谱广且抗性持久的特点。李敏州等的研究结果表明，中国小麦材料中含有基因的品种较少。曾庆东等以单基因系材料分别接种当前流行小种CYR32、CYR33和新致病类型G22，研究结果表明，在苗期均都表现为感病，在成株期均表现为抗病，表明对国内流行小种在成株期的抗性是有效的。本研究结果表明，有4份小麦材料可能携带，分别是川麦1603、蜀麦1705、川育34和绵麦56，其抗病的持久性还有待进一步检验。在供试材料中，有90份可能携带，占参试材料的58.8%。该基因于2009年在四川首次报道丧失抗性后，至今已有10年时间，但从检测结果看，四川近几年新育成的小麦品种中可能携带的比例仍然较高，说明了该基因在四川小麦育种中使用的普遍性。值得注意的是，来源于同一组合的品种绵麦51(1275-1/99-1522)和绵麦367 (1275-1/99-1522)，均由携带的品种绵麦37(1275-1)和川麦43(99-1522)作亲本杂交育成。两个品种自2006年稳定成系以来，多年田间成株期抗病性均表现为抗条锈病或慢病性，但2019-2020年度绵麦51和绵麦367的田间诱发成株期抗性均表现为高感，这一现象说明，四川小麦生产上可能已经出现新的条锈菌致病类型。

3.2 四川小麦品种抗病基因分析

利用已知抗病基因的分子标记对153份供试材料进行抗条锈病、白粉病和赤霉病基因检测，结果显示，同一份供试材料可能同时携带不同的抗病基因。如绵麦907、绵麦1419、南麦660等6份材料可能同时携带抗条锈病基因、抗白粉病基因和抗赤霉病基因，川麦93、绵麦51、绵麦312等26份材料可能同时携带和，川麦607、川麦608、绵麦602等4份材料可能同时携带和，这些材料均属于多效抗性材料。同时，由于四川小麦育种历来比较重视品种的条锈病抗性，本研究分子标记检测结果表明，一些抗病品种同时聚合了多个抗条锈病基因，有71份材料同时携带2～4个基因。如蜀麦1705(+++)同时携带4个抗条锈病基因，科成麦12(++)、川育34(++)、绵麦1501(++)等12份材料同时携带3个抗条锈病基因，川麦93(+)、川麦605(+)、川农38(+)等58份材料同时携带2个抗条锈病基因。另外，川农33、川农39、国豪麦6号等15份材料未检测到所测抗病基因，但仍然表现出较好的抗条锈性，这些材料可能含有其他已知抗条锈病基因或未知新基因。

抗白粉病基因对国内大部分地区的白粉病混合菌种均具有抗性，抗性强、抗谱广，在育种中利用率较高。本研究结合分子标记和田间自然发病调查，发现川麦93、川麦901、绵麦902等40份材料可能携带抗性基因，这些品种在生产上均表现为高抗白粉病，表明对白粉病具有稳定持久抗性。

国内外对赤霉病抗性遗传进行了大量研究，已经定位了约100个抗赤霉病QTL，分布在小麦所有染色体上，其中抗病基因～已被正式命名，抗性最强且稳定，在高病害压力下仍可平均降低赤霉病严重度20%左右。我国小麦所含的主要来自苏麦3号和宁麦9号(扬麦6号/西风)，并以后者为主。在本研究的供试材料中，有12份可能携带抗赤霉病基因，包括川麦607、川麦608、绵麦602等。由于2018-2019和2019-2020两年度川北麦区赤霉病自然发病不明显，其赤霉病抗性还有待进一步鉴定。