新疆冬小麦品种叶锈病的抗性鉴定*

刘鹏鹏，桑伟*，徐红军，韩新年，聂迎彬，孔德真，崔凤娟，李伟，穆培源*

（1.新疆农垦科学院作物研究所，新疆 石河子 832000；2.谷物品质与遗传改良兵团重点实验室）

小麦叶锈病（Leaf rust resistance）是一类由叶锈菌（Puccinia triticina）引起的真菌性气传病害，因其具有较强的气候适应能力在世界上许多国家以及我国的小麦主产区均有不同程度发生，其发生历史久远、分布广泛、危害严重，短期内可造成大面积流行，严重发生时显著降低粒重和穗粒数并造成40%以上产量损失，是影响我国小麦高产、稳产的重要因素[1-2]。随着全球性气候变暖，未来的温度和湿度条件可能会更加适宜小麦叶锈病的发生和流行。因此，对叶锈病害的预测与防控迫在眉睫。实践证明，选育抗病品种是防控小麦叶锈病危害最经济、有效、快捷的方法，通过对种质资源的精准鉴定，挖掘抗病基因，利用分子标记辅助选择，实现抗叶锈病小麦品种定向培育，是小麦抗叶锈病品种遗传改良主要途径之一[3-4]。

小麦是新疆的主要粮食作物，其产量对保障新疆粮食安全至关重要。随着全球气候变化，滴灌水肥一体化技术的大面积应用，作为新疆主要病害之一的叶锈病，生产中由偶发逐渐变为常发、且有逐年加重的趋势，特别在北疆伊犁河谷区域和南疆阿克苏、喀什等主产区尤为突出。过去，由于叶锈病属偶发病害，发病也轻，新疆本地育种科研单位普遍对该病育种重视不够，研究基础薄弱，严重制约了抗病品种的选育工作。本研究通过小麦苗期和成株期生理小种接种精准鉴定37份新疆冬小麦审定品种，利用已开发的分子标记检测供试材料的基因型，以期达到明确新疆冬小麦审定品种对叶锈病的抗性及其抗叶锈病基因的分布，为新疆冬小麦抗叶锈育种提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

参试的37份材料来自新疆农垦科学院作物研究所小麦育种创新团队多年来收集保存的冬小麦审定品种，具有较好的代表性。对照材料为高感叶锈病品种郑5389。

参试材料名称见表1。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计与接种方法

2021年和2022年参试材料种植在新疆石河子市新疆农垦科学院作物研究所小麦试验田。试验采用随机区组试验设计，重复2次，行长1.80 m，行距0.25 m，每10个材料种植2行，对照品种郑州5389，同时郑州5389垂直种植作为接种行与试验材料垂直种植，田间管理同大田。

1.2.2 苗期和成株期抗叶锈病鉴定

小麦苗期抗叶锈鉴定：在温室鉴定，于各参试小麦第一片叶完全展开时，用扫抹法接种9个小麦叶锈菌种（PHDS、PHTT、THNJ、THTS、THHS、FKKQ、FHSS、FGJQ、FHJQ），接种后15 d左右，待感病品种郑州5389充分发病时进行抗叶锈病抗性鉴定，按照Li[5]等6级分类法，即采用0（免疫IM）、；（近免疫NIM）、1（抗病R）、2（中抗MR）、3（中感MS）和4（感病S）级进行划分。

小麦成株期抗叶锈鉴定：在田间鉴定，于各参试小麦拔节后，将优势混合菌种（PHTT和THTS）配制成0.05%矿物油的孢子悬浮液，混合的菌液于傍晚时用微量喷雾器均匀喷洒在诱发行（对照品种郑州5389）的麦株上，立即盖上塑料薄膜保湿，次日早晨揭开薄膜。接种后多次浇水，保持田间湿度，创造有利的发病条件，确定最终严重度FDS（发病高峰时调查的严重度为最终严重度）。

1.2.3 分子标记检测

采用CTAB法[6]提取小麦叶片基因组DNA，采用闫晓翠[7]等的与已知抗叶锈病基因紧密连锁的11个分子标记进行分子检测，引物由生工生物工程（上海）股份有限公司合成。

2 结果与分析

2.1 参试冬小麦品种苗期抗叶锈病鉴定

表2列出了2021—2022年参试小麦苗期温室接种抗性表现。可以看出，接种的9个叶锈菌优势生理小种，参试小麦品种表现出了不同的抗性，其中对PHDS、PHTT小种表现抗病的仅有新冬21号，为中抗（MR）；对THNJ小种表现抗病的品种有新冬2号、新冬17号、新冬21号，分别为中抗（MR）、中抗（MR）、抗（R）；对小种THTS表现为抗病的品种有新冬2号、新冬21号，分别为抗（R）、中抗（MR）；对小种THHS表现为抗病的品种有新冬16号、新疆20号、新冬21号，分别为中抗（MR）、中抗（MR）、抗（R）；对小种FKKQ表现抗病的品种有新冬2号、新冬17号、新冬21 号、新冬36号，分别为近免疫（NIM）、近免疫（NIM）、抗病（R）、近免疫（NIM）；对小种FHSS表现为抗病的品种有新冬2号、新冬21号、新冬23号、新冬36号，分别为中抗（MR）、近免疫（NIM）、中抗（MR）、抗（R）；对小种FGJQ表现为抗病的品种有新冬2号、新冬21号、新冬24号、新冬36号、新冬41号、新冬49号，分别为抗（R）、抗（R）、近免疫（NIM）、近免疫（NIM）、抗（R）、抗（R）；对小种FHJQ表现为抗病的品种有新冬2号、新冬15号、新冬21号、新冬24号、新冬36号、新冬42号、新冬49号，分别为抗（R）、抗（R）、抗（R）、近免疫（NIM）、近免疫（NIM）、抗（R）、抗（R），其余品种均表现为中感（MS）或感病（S）。结果表明，各参试材料对接种生理小种表现抗病的品种较少，其中仅新冬21号对所有生理小种抗性均达到了中抗（MR）以上水平；新冬2号对THNJ、THTS、FKKQ、FHSS、FGJQ、FHJQ6个生理小种抗性达到了中抗（MR）以上；新冬36号对FKKQ、FHSS、FGJQ、FHJQ 4个生理小种抗性达到了抗（R）或近免疫（NIM）；还有对1～2个生理小种达到中抗（MR）以上的品种，如新冬15号、新冬16号、新冬17号、新冬20号、新冬23号、新冬24号、新冬42号、新冬49号。

表2 新疆冬小麦品种苗期接种抗性表现

2.2 参试冬小麦品种成株期抗叶锈病鉴定

表3列出了2021年和2022年参试小麦田间抗叶锈病鉴定结果。可以看出，年份间新疆小麦品种的抗病表型存在差异，新冬19号、新冬20号、新冬22号、新冬41号、新冬53号、新冬60号等6个品种年份间抗病表现存在抗感差异，这些品种需进一步进行抗性表型鉴定；其余品种抗病表现基本一致。37份参试材料抗病达到中抗（MR）的品种有12个，分别是新冬18号、新冬21号、新冬24号、新冬27号、新冬28号、新冬30号、新冬32号、新冬37号、新冬42号、新冬48号、新冬49号、新冬54号；达到抗（R）以上水平的品种有8个，分别为新冬15号、新冬16号、新冬17号、新冬23号、新冬29号、新冬33号、新冬51号、新冬55号；新冬23号和新冬29号2个品种达到了近免疫水平；其余品种均表现为抗病或中感。参试材料中达到抗（R）或近免疫（NIM）的品种是今后开展抗病育种的重要核心资源，可在今后的抗病育种中加以利用。

表3 2021年和2022年参试材料成株期抗性表现

2.3 基因型对小麦抗叶锈病的影响

37份新疆冬小麦审定品种中含有抗叶锈基因的品种有14个，其分子标记检测及小麦苗期和成株期的抗性表现结果如表4，可以看出，在14个新疆冬小麦品种中检测到6个抗叶锈病基因，即Lr1、Lr10、Lr14a、Lr20、Lr26、Lr34；参试材料所含抗叶锈病基因及其组合对应的苗期和成株期的抗叶锈性差异较大，如同样携带Lr26的新冬15号（苗期为HS，成株期为R）、新冬42号（苗期NIM，成株期仅为MR）、新冬49号（苗期和成株期均为MR）；携带Lr1的新冬20号（苗期为R，成株期为S）、新冬37号（苗期为MS，成株期为MR）；携带Lr14a的新冬17号（苗期和成株期均为R）、新冬36号（苗期为MR，成株期为MS-S）；携带Lr10的新冬33号（苗期为HS/MR，成株期为R）、新冬52号（苗期和成株期均为MS-S）；携带基因型组合（Lr34、Lr14a）的新冬2 号（苗期和成株期均为MS）；携带基因型组合（Lr14a、Lr20）的新冬21号（苗期为R，成株期为MR）；携带基因型组合（Lr1、Lr26）的新冬24号（苗期为MR/R，成株为MR）；携带基因型组合（Lr1、Lr34）的新冬29号（苗期为MR/MS，成株期为NIM）。

3 结论与讨论

实践证明，选用抗病品种是防治小麦叶锈病有效的方法，但是在植物对锈菌生理小种进行抗病性防御的同时，生理小种也在不断的变异，产生新的生理小种，导致小麦品种抗性丧失。因此，利用新的生理小种鉴定小麦资源，挖掘优异抗源，是育种家培育广谱抗性品种的基础。本研究小麦苗期生理小种鉴定结果表明，多数新疆审定冬小麦品种表现感病，这与潘阳[8]等的研究结果一致；对新疆生产中大面积种植的新冬18号、新冬22号、新冬52号、新冬55号、新冬60号等主栽冬小麦品种的抗病性分析表明，这5个品种几乎对所有小种均感病，生产中在通过化学调控进行病害防治的同时，应从源头开始重视并加强小麦抗病育种工作，不断提高新疆育成新品种中新的抗病基因频率。

本研究中部分参试品种年份间和不同时期抗病性存在差异，如新冬20号、新冬22号、新冬41号、新冬53号、新冬60号；另部分品种出现苗期抗病、成株期感病；或者苗期感病、成株期抗病的现象，如新冬15号、新冬20号、新冬36号等；其原因可能是由于：一是与抗病基因在不同时期的表达有关，成株期抗病基因的表达可能在三叶期后抗性才能很好的表达；二是受新疆夏季炎热干旱等外界环境条件的影响，部分冬小麦品种对叶锈菌生理小种的抗性因温度环境湿度的变化而发生抗性的改变，且小麦成株期环境的鉴定条件很难控制，对鉴定的结果影响较大；三是由于小麦苗期抗性与成株期的抗锈性机理不完全一致，苗期抗性和成株期抗性的表现不能相互替代，二者在一定程度上存在互补现象。苗期鉴定虽然简便易行，但却不能完全代表成株期鉴定。

基因聚合与基因合理布局可扩宽品种的抗谱使抗性更加持久。目前，已命名的小麦抗叶锈病基因中，一些抗病基因单独使用已失去抗性，如Lr1、Lr3、Lr3bg、Lr10、Lr11、Lr14a、Lr16、Lr26（从表4可以看出，新疆主要审定品种中含失去抗性基因的比例较高），但通过基因聚合的方式仍然可以保持部分抗性[9]。研究表明，目前Lr1对我国的大部分毒性小种已丧失抗性，但Lr1与其他抗病基因聚合可以提高品种抗性，如天95HF2含有Lr1、Lr26和LrZH84，Lr1和Lr26目前已经丧失抗性，LrZH84表现中等抗性，但3个基因聚合后95HF2可以高抗生理小种；抗叶锈病基因Lr16逐渐丧失抗性，但是当Lr16与Lr34基因聚合时要比它们单独存在时抗性高[10]。本研究发现，携带Lr26抗病基因的小麦品种如新冬15号、新冬42号、新冬49号；携带抗病基因Lr1的小麦品种如新冬20号、新冬37号、新冬55号；携带Lr14a的小麦品种如新冬17号、新冬36号，这些携带单抗病基因的冬小麦品种，苗期和成株期表现出的抗性存在差异，可能含有其它未知的抗病基因，需要进一步研究。本研究中同一抗病基因Lr14a的不同组合如新冬2号（Lr34、Lr14a）、新冬21号（Lr14a、Lr20）苗期和成株期表现出了明显的抗性差异；抗病基因Lr1虽然单独使用已失去抗性，但与Lr34聚合时苗期表现为感病、成株期抗性则达到了近免疫（NIM）水平；而Lr1与Lr26聚合时苗期和成株期都具有抗性，这可能与基因间的互作有关。因此，开展新疆小麦品种资源的精准鉴定，明确新疆小麦材料中抗病基因的分布，通过标记辅助选择的方式聚合有效抗病基因培育抗病新品种，对提高新疆小麦的抗锈性具有重要意义。

表4 基因型组合对新疆小麦品种抗叶锈性的影响