冬小麥品種‘蘭天23號’苗期抗條銹性遺傳分析

黃苗苗，李亞凱，黃 瑾，賈秋珍，孫振宇，張 勃，王曉明，王萬軍，曹世勤＊，金社林＊

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，蘭州 730070；2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，蘭州 730070；3.甘肅省天水市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所甘谷試驗站，甘谷 741200）

小麥條銹病是中國及世界小麥生產(chǎn)上的最主要病害之一，種植抗病品種是防治該病最經(jīng)濟(jì)有效且有利于環(huán)境保護(hù)的措施［1-4］。由于小麥條銹病菌生理小種變異快，小麥抗病遺傳基礎(chǔ)脆弱，致使品種抗病性喪失，引致病害流行危害。自1993年以來，隨著以條銹菌CYR31和CYR32為代表的Hy和水源致病類群的不斷分化和優(yōu)勢小種毒性頻率的不斷上升，致使生產(chǎn)上大面積推廣種植的對條銹病的抗性持續(xù)達(dá)20余年的‘繁6’及其衍生系小麥品種抗病性喪失［5］，導(dǎo)致2002年小麥條銹病在全國范圍內(nèi)大流行，造成當(dāng)年產(chǎn)量損失超過13億kg［2］。從2010年開始，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所和四川、甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所先后在四川及甘肅省監(jiān)測到條銹菌新毒性菌系‘貴農(nóng)22’致病類群（V26）［6-8］，該致病類群中的代表菌系G22-9 和G22-14 不僅具有CYR32 和CYR33的致病特點(diǎn)，而且還對國內(nèi)重要抗源材料‘92R’、‘貴農(nóng)21’、‘貴農(nóng)22’和‘Moro’具有很強(qiáng)的致病性，引致與這些材料有親緣關(guān)系的品種（系）及抗源材料先后在生產(chǎn)上喪失抗病性。研究發(fā)現(xiàn)，實現(xiàn)抗性基因多樣化是克服品種過快喪失其抗性有效可行的辦法［9］。甘肅隴南麥區(qū)是我國小麥條銹病的常發(fā)易變區(qū)和新小種策源地［1］，不斷加強(qiáng)該區(qū)的重要生產(chǎn)品種及抗源材料的抗性遺傳基礎(chǔ)研究，同時進(jìn)行抗病新資源的挖掘、評價和利用，將會增加抗病基因多樣性，對持續(xù)控制小麥條銹病發(fā)生流行具有積極的推動作用。目前國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者利用經(jīng)典遺傳學(xué)方法，在品種抗條銹性遺傳分析方面開展了諸多研究，明確了供試材料的抗條銹基因數(shù)量及遺傳方式［10-14］，為這些材料的更好利用打下了良好的基礎(chǔ)。

‘蘭天23號’是甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所通過有性雜交選育而成的冬小麥新品種。該品種具有優(yōu)異的抗條銹性，同時兼具良好的豐產(chǎn)性和生態(tài)適應(yīng)性，目前已成為甘肅省主要的冬小麥生產(chǎn)品種。在其抗條銹性遺傳研究方面，國內(nèi)尚未開展相關(guān)研究?；诖?，作者開展了該品種苗期抗條銹性遺傳分析，旨在明確該品種抗條銹性遺傳基礎(chǔ)，為其被更好地利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

2010年5月上旬在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所甘谷試驗站，以感病材料‘銘賢169’為母本，以‘蘭天23號’為父本進(jìn)行雜交，6月下旬收獲F0及親本材料；2010年10月中旬分別種植各親本及部分F0代種子。2011年5月上旬，在F1代材料自交的同時，以F1代材料為母本，以‘銘賢169’為父本繼續(xù)進(jìn)行雜交，分別獲得‘蘭天23號’和‘銘賢169’雜交組合后代F2和BC1代材料。上述各世代材料及親本‘銘賢169’、條銹菌單孢菌系CYR32、CYR33和G22-9均來自甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所小麥病害課題組?！m天23號’來自甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所。

1.2 試驗方法

苗期抗性鑒定和遺傳分析工作于2014年4-5月在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所蘭州溫室進(jìn)行。親本‘蘭天23號’、‘銘賢169’及雜交F1代、BC1代種子各播種1盆，F(xiàn)2代種子播種6～10盆，共播種3套。在小麥生長的1葉1心期，采用抖孢子粉法［10］分別接種條銹菌單孢菌系CYR32、CYR33和G22-9。接種后的幼苗置于10℃黑暗條件下保濕24h，之后置于常規(guī)溫室生長18d，待感病對照品種‘銘賢169’充分發(fā)病后，逐株調(diào)查記載各組合供試材料的反應(yīng)型［10-11，14］。反應(yīng)型記載采用0、0；、1、2、3、4共6級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行［1］。為保證遺傳分析試驗的準(zhǔn)確性，在采用0～4級標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，再加入1＋、2-和2＋3個級別［15-16］，以進(jìn)行輔助分析。對實測值的抗感比率與期望的比率進(jìn)行χ2適合性檢驗［14，16］。

2 結(jié)果與分析

2.1 對CYR33抗條銹性遺傳分析

用CYR33的單孢菌系分別對‘蘭天23號’／‘銘賢169’組合的親本及F1代、BC1代和F2代材料進(jìn)行抗病性鑒定和統(tǒng)計分析。結(jié)果（表1）顯示，‘蘭天23號’對CYR33 表現(xiàn)免疫，反應(yīng)型為0 型；‘銘賢169’表現(xiàn)高度感病，反應(yīng)型為4 型，F(xiàn)1代植株均表現(xiàn)抗病，反應(yīng)型為0～0；型，F(xiàn)2代群體表現(xiàn)抗感分離。根據(jù)雙親、F1、F2、BC1代反應(yīng)型級別及各級反應(yīng)型數(shù)目，將0～2＋型植株劃為抗病類型，3～4型劃為感病類型。198株F2代群體中，表現(xiàn)抗病的有144株，表現(xiàn)感病的有54株，經(jīng)χ2檢驗，符合由1對顯性基因控制的3R∶1S的理論比例（χ2｛3∶1｝＝0.520 8＜＝3.84，P＝0.25～050）。12株BC1代植株中，抗病株和感病株各6株，符合由1對顯性基因控制的1R∶1S的理論比例（χ2｛1∶1｝＝0.083 3，P＝0.10～0.25），與F2代分析結(jié)果相一致。表明‘蘭天23號’對CYR33的抗病性由1對顯性基因控制。

表1 ‘蘭天23號’與‘銘賢169’組合各世代對CYR33苗期抗條銹性表現(xiàn)Table 1 The resistance of wheat varieties‘Lantian 23’，‘Mingxian 169’and their progenies to Puccinia striiformis f.sp.tritici physiological race CYR33at seedling stage

2.2 對CYR32抗條銹性遺傳分析

用CYR32的單孢菌系分別對‘銘賢169’／‘蘭天23’組合的親本及F1、BC1和F2代材料進(jìn)行抗病性鑒定和統(tǒng)計分析。結(jié)果（表2）顯示，‘蘭天23號’對CYR32表現(xiàn)免疫，反應(yīng)型為0 型；‘銘賢169’表現(xiàn)高度感病，反應(yīng)型為4型；F1代植株均表現(xiàn)抗病，反應(yīng)型為0～0；型；F2代群體表現(xiàn)抗感分離。根據(jù)雙親、F1、F2、BC1代反應(yīng)型級別及各級反應(yīng)型數(shù)目［14］，將0～2＋型植株劃為抗病類型，3～4型劃為感病類型。在84株F2代群體中，表現(xiàn)抗病的有62株，表現(xiàn)感病的有22株，經(jīng)χ2檢驗，符合由1對顯性基因控制的3R∶1S 的理論比例（χ2｛3∶1｝＝0.111 1＜＝3.84，P＝0.10～0.25）。11 株BC1代植株，5株表現(xiàn)抗病，6株表現(xiàn)感病，符合由1對顯性基因控制的1R∶1S 的理論比例（χ2｛1∶1｝＝0.181 8，P＝0.25～0.50），與F2代分析結(jié)果相一致。表明‘蘭天23號’對CYR32的抗病性由1對顯性基因控制。

表2 ‘蘭天23號’與‘銘賢169’組合各世代對CYR32苗期抗條銹性表現(xiàn)Table 2 The resistance of wheat varieties‘Lantian 23’，‘Mingxian 169’and their progenies to Puccinia striiformis f.sp.tritici physiological race CYR32at seedling stage

表3 ‘蘭天23號’與‘銘賢169’組合各世代對G22-9苗期抗條銹性表現(xiàn)Table 3 The resistance of wheat varieties‘Lantian23’，‘Mingxian169’and their progenies to Puccinia striiformis f.sp.tritici physiological race G22-9at seedling stage

2.3 對G22-9抗條銹性遺傳分析

用G22-9的單孢菌系分別對‘銘賢169’／‘蘭天23’組合的親本及F1代、BC1代和F2代材料進(jìn)行抗病性鑒定和統(tǒng)計分析。結(jié)果（表3）顯示，‘蘭天23號’對G22-9表現(xiàn)免疫，反應(yīng)型為0型；‘銘賢169’表現(xiàn)高度感病，反應(yīng)型為4型，F(xiàn)1代植株均表現(xiàn)抗病，反應(yīng)型為0～0；型，F(xiàn)2代群體表現(xiàn)抗感分離。根據(jù)雙親、F1、F2、BC1代反應(yīng)型級別及各級反應(yīng)型數(shù)目，將0～2＋型植株劃為抗病類型，3～4型劃為感病類型。在109株F2代群體中，表現(xiàn)抗病的有85株，表現(xiàn)感病的有24株，經(jīng)χ2檢驗，符合由1對顯性基因控制的3R∶1S 的理論比例（χ2｛3∶1｝＝0.608 5＜＝3.84，P＝0.50～0.75）。13株BC1代植株中，7株表現(xiàn)抗病，6株表現(xiàn)感病，也符合由1對顯性基因控制的1R∶1S的理論比例（χ2｛1∶1｝＝0.153 8，P＝0.10～0.25），與F2代分析結(jié)果相一致。表明‘蘭天23號’對G22-9的抗病性由1對顯性基因控制。

3 討論

Biffen研究證明小麥抗條銹性不僅是可以遺傳的，而且符合孟德爾遺傳規(guī)律［17］。Loegering和Brow der在Flor基因?qū)驅(qū)W說為原理的基礎(chǔ)上，建立了通用的基因推導(dǎo)原則，并在禾谷類作物抗病基因分析方面得到廣泛應(yīng)用［18］。曹世勤等通過該方法分析發(fā)現(xiàn)，‘蘭天23號’含有未知抗條銹病基因［19］。本研究表明，‘蘭天23號’對我國當(dāng)前條銹菌主要流行小種CYR33、CYR32及新菌系G22-9的抗病性均由1對顯性抗性基因控制。分析其系譜，其親本材料為‘87-121’和‘SXAF4-7’。甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所自1996年開始，連續(xù)多年在甘肅隴南的汪川良種場和甘谷試驗站，對‘87-121’和‘SXAF4-7’的鑒定及監(jiān)測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，父本‘87-121’在苗期和成株期對接種的CYR33、CYR32和自然誘發(fā)的條銹菌均表現(xiàn)感病，平均病情3～4／40／100（反應(yīng)型／嚴(yán)重度／普遍率），母本‘SXAF4-7’表現(xiàn)抗病，反應(yīng)型0～0；型，屬免疫、近免疫類型（未發(fā)表資料）。故此推斷，‘蘭天23號’所含的抗條銹基因來源于母本‘SXAF4-7’。但對CYR33、CYR32和G22-9均為顯性抗性的基因是同一基因還是未知新基因，則有待于進(jìn)一步研究。

徐建龍等［20］認(rèn)為小種的選擇是推斷品種抗病基因來源的關(guān)鍵。在本試驗中鑒定條銹菌系選擇甘肅省及中國出現(xiàn)頻率高、毒力強(qiáng)的CYR33、CYR32及新毒性菌系G22-9作為供試菌系進(jìn)行抗條銹基因遺傳分析，其研究結(jié)果對抗病親本選擇有重要指導(dǎo)意義。

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