趙 榮，蔡 華，司紅起

小麥赤霉病新抗源W01的抗性及相關(guān)經(jīng)濟性狀分析

趙 榮1, 2，蔡 華3*，司紅起2

(1. 滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，滁州 239000； 2. 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，合肥 230036； 3. 滁州學(xué)院生物與食品工程學(xué)院，滁州 239000)

為鑒定小麥赤霉病新抗源W01的抗性，溯源其抗性基因，綜合評價其育種利用價值，以高產(chǎn)、中感赤霉病的揚麥15為母本，分別與W01和蘇麥3號組配雜交組合，以兩個組合的F2遺傳群體為研究對象，比較分析W01和蘇麥3號的赤霉病抗性及其與株高、穗數(shù)、籽粒之間的關(guān)系。結(jié)果表明，W01和蘇麥3號均含有抗赤霉病主效基因和，抗性均達到抗（R）水平，二者抗性相當(dāng)。但W01株型緊湊，植株較矮，分蘗力較強，且豐產(chǎn)性和品質(zhì)均優(yōu)于蘇麥3號。在與揚麥15組配的F2群體中，W01組合的抗性表現(xiàn)突出，中抗（MR）以上單株比例達91%，且整個群體沒有感?。⊿）和高感（HS）單株出現(xiàn)，其抗性的遺傳力高于蘇麥3號組合，兩個遺傳群體的赤霉病性狀與株高顯著正相關(guān)，與有效穗數(shù)顯著負相關(guān)。綜合結(jié)果表明，W01是可以應(yīng)用于改良小麥赤霉病抗性的優(yōu)異育種材料。

小麥；赤霉病；抗源；株高

由鐮刀菌（）引起的小麥赤霉?。╤ead blight, FHB）是一種廣泛流行的世界性病害，已成為影響小麥高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的重要因素。小麥赤霉病主要發(fā)生在溫暖濕潤地區(qū)，在我國，尤以南方長江中下游冬麥區(qū)發(fā)生嚴(yán)重，并正向黃淮麥區(qū)、北方麥區(qū)、西南和西北麥區(qū)擴展[1-3]。赤霉病嚴(yán)重威脅著小麥安全生產(chǎn)，一般流行年份可引起5% ～ 10%的產(chǎn)量損失，大流行年份可導(dǎo)致相當(dāng)?shù)奶飰K絕收[4]。解決小麥赤霉病最根本的途徑是獲得赤霉病抗性優(yōu)異且穩(wěn)定的抗源[5-8]。

Arthur最早報道小麥不同品種間存在赤霉病抗性差異，此后，許多國家開展了小麥赤霉病抗源的鑒定與篩選工作。已發(fā)掘的小麥赤霉病抗源主要來源于東歐、中國、日本及巴西，其中以中國和日本小麥抗性更優(yōu)[7]。我國的抗源蘇麥3號、望水白、溫州紅和尚、平湖劍子麥等一直推動著小麥赤霉病抗性育種的發(fā)展。迄今，蘇麥3號仍被認為是最好的赤霉病抗源，是世界各國廣泛應(yīng)用的抗赤霉病育種親本之一[4, 9-11]。但蘇麥3號植株偏高，農(nóng)藝性狀一般，后代抗性選擇效果差，高產(chǎn)與高抗難以結(jié)合。因此生產(chǎn)上迫切需要發(fā)掘和篩選新的小麥赤霉病抗源。W01是以半矮稈、中感赤霉病的揚麥5號為母本，以高稈、高抗赤霉病的日本小麥延岡坊主為父本，F(xiàn)1代經(jīng)花藥培養(yǎng)誘導(dǎo)雙單倍體（Double haploid，DH），并經(jīng)多代選擇育成的小麥赤霉病新抗源。本研究以高產(chǎn)、中感赤霉病的揚麥15為母本，分別與W01和蘇麥3號組配雜交組合，以兩個組合的F2遺傳群體為研究對象，解析兩個抗源的抗性基因，比較分析F2遺傳群體的赤霉病抗性與株高、穗數(shù)、粒重等經(jīng)濟性狀之間的關(guān)系，以期明確抗源W01的利用價值，為小麥抗病育種提供新材料。

1 材料與方法

1.1 供試材料與試驗設(shè)計

以感赤霉病小麥品種揚麥15為母本，以抗源蘇麥3號和W01為父本，組配2個雜交組合，分別為揚麥15/蘇麥3號和揚麥15/W01。F1收獲后正常秋播，來年春季，對2個F2遺傳群體人工接種，進行抗赤性田間鑒定。

田間試驗設(shè)計為：每個F2群體播種8行，行長20 m，行距0.25 m，按基本苗18萬計算播種量，按國家小麥區(qū)域試驗標(biāo)準(zhǔn)計算有效穗、穗粒數(shù)和千粒重，折算理論產(chǎn)量。設(shè)置蘇麥3號為抗病（R）對照，揚麥15為感?。⊿）對照，同時種植抗源W01比較觀察。

1.2 赤霉病抗性鑒定

1.2.1 抗赤霉病基因分子鑒定 參照TransGen公司（北京）的試劑盒EasyPure Plant Genomic DNA Kit說明書提取W01、蘇麥3號和揚麥15共3種基因型小麥葉片基因組DNA。利用蘇麥3號區(qū)段（GenBank登錄號為KX907434）內(nèi)、的編碼區(qū)序列，在EnsemblPlants數(shù)據(jù)庫（http://plants.ensembl.org/）中進行比對，獲得各基因同源序列，設(shè)計特異引物（表1），交由通用生物（滁州）科技有限公司合成。兩對引物的PCR擴增反應(yīng)體系和反應(yīng)條件一致，混合液總體積為20 μL，DNA模板100 ng，Super Mix混合物10 μL，上下游引物各2 μL，補齊ddH2O至20 μL。PCR反應(yīng)程序為95 ℃預(yù)變性3 min；94 ℃變性30 s，65 ℃退火30 s，68 ℃延伸2.5 min，共35個循環(huán)；最后68 ℃延伸7 min，4 ℃保存[12-14]。PCR產(chǎn)物用1%瓊脂糖膠進行電泳檢測 (120 V，75 mA，30 min)，余下樣品存放于– 80 ℃超低溫冰箱中備用。PCR產(chǎn)物同時送往通用生物（滁州）科技有限公司進行測序，測序結(jié)果在NCBI上進行BLAST序列分析，鑒定所擴增結(jié)果是否為和基因序列。

表1 用于擴增PFT-1和His-1基因開放閱讀框的特異引物

1.2.2 田間接種鑒定 采用小麥初花期單花滴注法進行赤霉病田間接種及抗性鑒定，禾谷鐮刀菌孢子液由安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)植保學(xué)院提供，以赤霉病小穗率作為衡量赤霉病抗性分級指標(biāo)，進行抗性評價[2]。其中，1級為接種小穗發(fā)病，穗軸不發(fā)病；2級為穗軸發(fā)病，但發(fā)病小穗數(shù)不足全穗的25%；3級為發(fā)病小穗數(shù)占全穗的25% ～ 50%；4級為發(fā)病小穗數(shù)占全穗的50%以上。2018—2019年對揚麥15/蘇麥3號、揚麥15/W01兩個組合的F2遺傳群體進行接種鑒定。接種時將混合孢子液稀釋至5×105個·mL-1，隨機選取揚花初期的單株單穗（株高大于100 cm和小于70 cm的單株，不在選擇范圍內(nèi)），掛牌標(biāo)記株號和日期，用微量加樣器滴注10 μL孢子液至麥穗自下而上第5小穗1枚小花中，套袋保濕 3 ～ 4 d，蘇麥3號、W01和揚麥5號3個親本材料，每種接種20穗；揚麥15/蘇麥3號、揚麥15/W01兩個F2群體，每個群體接種200穗左右。接種21 d后統(tǒng)計病小穗率，計算平均值，病小穗率/%=（病小穗數(shù)/總小穗數(shù)）×100[15-16]。于成熟期測量兩個F2群體接種單株的株高（cm），計算平均值。

1.3 統(tǒng)計分析

根據(jù)陸維忠[5]的方法，結(jié)合對照蘇麥3號和揚麥15的發(fā)病情況，將病小穗率在15.0%以下的抗性等級定為抗（R），15.1% ～ 35.0%為中抗（MR），35.1% ～ 50.0%為中感（MS），50.1% ～ 75.0%為感病（S），75.1%以上為高感（HS）。

2 結(jié)果與分析

2.1 抗源W01的赤霉病抗性基因分子鑒定

和引物的PCR擴增結(jié)果（圖1）顯示，W01和蘇麥3號均擴增出目的基因片段，揚麥15未擴增出目的基因片段。電泳檢測結(jié)果顯示，擴增產(chǎn)物2 000 ～ 3 000 bp，擴增產(chǎn)物1 000 ～ 2 000 bp，與目的基因和片段范圍一致。測序結(jié)果表明，W01和蘇麥3號擴出DNA片段長度一致，擴增產(chǎn)物長為2 273 bp，擴增產(chǎn)物長為1 309 bp，與目的基因序列同源率分別為99.75%和99.86%，表明本次試驗獲得的基因序列為小麥抗赤霉病基因和片段[12, 17-18]。

2.2 抗源W01的抗性鑒定及部分經(jīng)濟性狀分析

3個親本材料單花滴注接種后21 d，W01和蘇麥3號的病小穗率分別為3.3%和3.1%，均達抗（R）水平，揚麥15病小穗率78.4%，達高感（HS）水平，W01和蘇麥3號抗性差異不顯著，表明W01的赤霉病抗性和蘇麥3號相當(dāng)。同時，W01株型緊湊，分蘗力較強，平均有效穗4.3個，比蘇麥3號高24.5%，差異顯著，與揚麥15相當(dāng)；平均株高86.3 cm，比蘇麥3號降低37.7%，差異極顯著，很好地克服了蘇麥3號植株過高易倒伏的缺點；W01紡錘形穗，長芒、白殼、白粒、角質(zhì)，平均穗粒數(shù)35.7，比蘇麥3號低3.1%，差異顯著，可能與W01穗較小有關(guān)；千粒重也較蘇麥3號低2.1%，但差異不顯著。所有經(jīng)濟指標(biāo)測算的產(chǎn)量，W01顯著高于蘇麥3號，與揚麥15相當(dāng)。上述結(jié)果表明，小麥赤霉病新抗源W01克服了蘇麥3號植株過高的缺點，且豐產(chǎn)性和品質(zhì)均優(yōu)于蘇麥3號，是可以應(yīng)用于改良小麥赤霉病抗性的優(yōu)異育種材料。

（a）為PFT-1擴增結(jié)果；（b）為His-1擴增結(jié)果。M為Marker，M1為蘇麥3號，M2為無菌水，1為W01，2為蘇麥3號，3為揚麥15。

Figure 1 PCR amplification results ofandprimers

表2 W01和蘇麥3號的赤霉病抗性及部分經(jīng)濟性狀比較

注：病小穗率在15.0%以下的抗性等級定為抗（R），15.1% ～ 35.0%為中抗（MR），35.1% ～ 50.0%為中感（MS），50.1% ～ 75.0%為感?。⊿），75.1%以上為高感（HS），下同。*和**分別表示5%和1%水平的顯著差異和極顯著差異。

表 3 兩個F2遺傳群體的赤霉病抗性分析

2.3 兩個F2遺傳群體的赤霉病抗性比較

揚麥15/蘇麥3號、揚麥15/W01兩個組合的母本均為豐產(chǎn)性較好，但赤霉病抗性較差的揚麥15，父本為赤霉病抗源，組配的目的就是對揚麥15的抗赤性進行遺傳改良。2019年對兩個組合的F2遺傳群體進行單花滴注抗性鑒定，發(fā)現(xiàn)兩個群體的抗赤性均顯著提高，平均病小穗率揚麥15/蘇麥3號為20%，達中抗（MR）水平；揚麥15/W01僅為14.7%，達抗（R）級水平。進一步分析發(fā)現(xiàn)，W01組合的抗性表現(xiàn)突出，中抗（MR）以上單株比例達91%，且整個群體沒有感病（S）和高感（HS）單株出現(xiàn)，表明在隨機接種鑒定的單株中，W01組合具有優(yōu)異的赤霉病抗擴展性。

圖2 蘇麥3號/揚麥15雜交組合F2株高與病小穗率間的關(guān)系

Figure 2 Relationship between plant height and spikelet rate of F2in Sumai 3/Yangmai 15 cross combination

2.4 抗性與株高的關(guān)聯(lián)分析

大量赤霉病抗源篩選和抗病育種實踐發(fā)現(xiàn)，小麥品種的赤霉病抗性與某些性狀具有顯著的相關(guān)性[19-22]。通常情況下，植株越高、小穗著生密度越稀、葉色越淡、穗下節(jié)越長的品種，其赤霉病抗性理論上越強。本研究中，揚麥15/蘇麥3號、揚麥15/W01兩個組合，其F2遺傳群體赤霉病抗性與株高之間均表現(xiàn)出正相關(guān)趨勢，而在病小麥穗率上則表現(xiàn)為，隨株高升高，病小穗率逐漸下降（圖2和圖3）。進一步將病小穗率按抗（R）到感（S）進行分類，兩個F2遺傳群體的抗性與株高呈現(xiàn)出更顯著的正相關(guān)關(guān)系，W01/揚麥15的F2群體抗性在中抗以上、株高小于90 cm的個體占91%，而對照群體蘇麥3號/揚麥15為87.2%（表3和表4）?？傮w而言，以揚麥15作為共同母本，W01組配的F2群體比蘇麥3號表現(xiàn)出更理想的赤霉病抗性，而且株高更趨于合理，理論上可以選育出抗性優(yōu)良的新品系。

圖 3 W01/揚麥15雜交組合F2株高與病小穗率間的關(guān)系

Figure 3 Relationship between plant height and spikelet rate in W01/ Yangmai 15 cross combination F2

表4 兩個F2遺傳群體赤霉病抗性與株高間的關(guān)系

3 討論

小麥的種內(nèi)和種外存在著豐富的抗病、抗逆種質(zhì)資源，如何從中鑒定和篩選出赤霉病抗源，是進行小麥赤霉病抗病育種的前提[5]?？乖粗饕獊碓从谵r(nóng)家品種的收集、國外抗病品種的引進以及對現(xiàn)有品種抗性改良創(chuàng)制的中間材料。本研究中的W01為利用日本抗源延岡坊主對當(dāng)?shù)匦←溒贩N揚麥5號進行抗性遺傳改良獲得的中間材料，與蘇麥3號不同，W01不僅赤霉病抗性較強，且株型緊湊、植株較矮、有效穗數(shù)較多，是理想的赤霉病遺傳改良親本材料。本研究證實，W01不僅當(dāng)代抗性突出，與揚麥15雜交后的F2代仍有90%單株病小穗率達到35.5%以下的中抗（MR）水平，甚至有62.8%單株達到抗（R）水平。因為小麥赤霉病抗性屬于早世代遺傳性狀，理論上可以從F2群體中結(jié)合綜合農(nóng)藝性狀篩選出豐產(chǎn)、抗病新品種。目前，我們以W01為親本，組配了若干組合，已經(jīng)優(yōu)選了幾十個抗赤霉病新品系，其中滁麥1801（揚麥15/W01）已進入長江中下游區(qū)域試驗，近3年中國農(nóng)科院植保研究所提供的赤霉病抗性報告顯示，一年高抗（R級，平均嚴(yán)重度1.4，與抗病對照蘇麥3號1.27相當(dāng)），兩年中抗（平均嚴(yán)重度分別為1.6和1.7），赤霉病抗性穩(wěn)定。

大量研究表明，小麥赤霉病抗性與產(chǎn)量、品質(zhì)等重要性狀呈一定水平的負相關(guān)關(guān)系[15-16, 23-25]。因此，生產(chǎn)上很難培育出既豐產(chǎn)、又抗病、且優(yōu)質(zhì)的完美小麥品種，而在產(chǎn)量、品質(zhì)和抗性三者或兩者之間篩選生產(chǎn)上能過得去、沒重大缺陷的品種，是目前最常用的育種途徑。程順和等[4]比較研究了小麥赤霉病抗病育種兩個途徑，一是抗性強、豐產(chǎn)性較差的抗源與豐產(chǎn)親本雜交，后代在高選擇壓力下，重點加強對抗性的選擇，結(jié)果雖然培育了一批抗性強的品系，但都因豐產(chǎn)性差而在區(qū)域試驗中被淘汰，最終只能作為抗病育種的中間材料加以應(yīng)用。二是選用綜合豐產(chǎn)性狀較好、赤霉病抗性較強（MR以上）的親本互相雜交，后代注重綜合性狀的選擇，兼顧抗性的選擇，這樣更容易獲得理想品種，著名的小麥品種揚麥158就是這樣選育出來的[1]。本試驗中的W01符合綜合豐產(chǎn)性較好、赤霉病抗性較強的特性，按此思路，可以和生產(chǎn)上大面積推廣品種雜交，理論上可以從后代中選育出豐產(chǎn)、抗病新品種。

本次試驗值得關(guān)注的一個問題是，雖然W01抗性較蘇麥3號低，但與同一母本揚麥15雜交后的F2群體，其抗性明顯優(yōu)于蘇麥3號組合，表明W01抗性向雜交后代傳遞的穩(wěn)定性強于蘇麥3號，即W01赤霉病抗性的遺傳力要強于蘇麥3號。賈高峰利用抗病品種望水白和蘇麥3號分別與感病品種Alondra's雜交，F(xiàn)1花藥培養(yǎng)，經(jīng)染色體加倍構(gòu)建了2個DH群體，發(fā)現(xiàn)望水白/Alondra's群體赤霉病抗性比蘇麥3號/Alondra's群體強，但抗性的穩(wěn)定性卻不如蘇麥3號DH群體[26]。即不同抗源在組配雜交組合時，其雜交后代的抗性與抗源親本的抗性并無相關(guān)性，產(chǎn)生這種現(xiàn)象可能因為小麥赤霉病抗性屬多基因控制的數(shù)量性狀基因，不同基因型含有的抗病基因不同，基因間存在加性和上位性效應(yīng)[27]?？乖碬01的抗性遺傳可能與此有關(guān)。

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Analysis of resistance and related economic characters of a new wheatblight resistant source W01

ZHAO Rong1, 2, CAI Hua3, SI Hongqi2

(1. Chuzhou Vocational and Technical College, Chuzhou 239000; 2. School of Agronomy, Anhui Agricultural University, Hefei 230036;3. School of Biology and Food Engineering, Chuzhou University, Chuzhou 239000)

In order to identify the resistance of new wheat scab resistance source W01, we traced its resistance genes and evaluated its breeding value. We took the high-yield and moderately susceptible head blight Yangmai 15 as the female parent to hybridized with W01 and Sumai 3, respectively, and two F2 genetic populations of the two combinations were used as the research object to compare and analyze the FHB resistance of W01 and Sumai 3 and its relationship with plant height, spike number and kernel trait. The results showed that both W01 and Sumai 3 contained the main genesandfor FHB resistance, and the FHB resistance reached to R level. However, W01 was of a compact plant type with shorter plants, stronger tillering ability, and it had better yield and quality than Sumai 3. In the F2 population crossed with Yangmai 15, the FHB resistance of W01 combination was prominent, the percentage of single plant above MR reached 91%, there were no single plants of S and HS in the whole population, and the heritability of FHB resistance of W01 combination was higher than that of Sumai 3. The FHB resistance of the two genetic populations was positively correlated with the plant height, and negatively correlated with the number of productive panicles. The results indicated that W01 is an excellent breeding material for improving wheat FHB resistance.

wheat;head blight; resistance source; plant height

S512.103.4

A

1672-352X (2021)03-0339-05

10.13610/j.cnki.1672-352x.20210706.023

2021-7-7 9:57:45

[URL] https://kns.cnki.net/kcms/detail/34.1162.S.20210706.1700.046.html

2021-03-13

國家重點研發(fā)計劃項目（2017YFD0100804），安徽省高校自然科學(xué)研究重大項目（KJ2020ZD62）和安徽省高校人文社科研究重點項目（SK2018A0876）共同資助。

趙 榮，副教授。E-mail：zhaorong7233@163.com

蔡 華，博士，教授。E-mail：chczh@163.com