新疆冬小麥品種葉銹病的抗性鑒定*

劉鵬鵬，桑偉*，徐紅軍，韓新年，聶迎彬，孔德真，崔鳳娟，李偉，穆培源*

（1.新疆農(nóng)墾科學(xué)院作物研究所，新疆 石河子 832000；2.谷物品質(zhì)與遺傳改良兵團(tuán)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

小麥葉銹?。↙eaf rust resistance）是一類由葉銹菌（Puccinia triticina）引起的真菌性氣傳病害，因其具有較強(qiáng)的氣候適應(yīng)能力在世界上許多國(guó)家以及我國(guó)的小麥主產(chǎn)區(qū)均有不同程度發(fā)生，其發(fā)生歷史久遠(yuǎn)、分布廣泛、危害嚴(yán)重，短期內(nèi)可造成大面積流行，嚴(yán)重發(fā)生時(shí)顯著降低粒重和穗粒數(shù)并造成40%以上產(chǎn)量損失，是影響我國(guó)小麥高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的重要因素[1-2]。隨著全球性氣候變暖，未來(lái)的溫度和濕度條件可能會(huì)更加適宜小麥葉銹病的發(fā)生和流行。因此，對(duì)葉銹病害的預(yù)測(cè)與防控迫在眉睫。實(shí)踐證明，選育抗病品種是防控小麥葉銹病危害最經(jīng)濟(jì)、有效、快捷的方法，通過(guò)對(duì)種質(zhì)資源的精準(zhǔn)鑒定，挖掘抗病基因，利用分子標(biāo)記輔助選擇，實(shí)現(xiàn)抗葉銹病小麥品種定向培育，是小麥抗葉銹病品種遺傳改良主要途徑之一[3-4]。

小麥?zhǔn)切陆闹饕Z食作物，其產(chǎn)量對(duì)保障新疆糧食安全至關(guān)重要。隨著全球氣候變化，滴灌水肥一體化技術(shù)的大面積應(yīng)用，作為新疆主要病害之一的葉銹病，生產(chǎn)中由偶發(fā)逐漸變?yōu)槌０l(fā)、且有逐年加重的趨勢(shì)，特別在北疆伊犁河谷區(qū)域和南疆阿克蘇、喀什等主產(chǎn)區(qū)尤為突出。過(guò)去，由于葉銹病屬偶發(fā)病害，發(fā)病也輕，新疆本地育種科研單位普遍對(duì)該病育種重視不夠，研究基礎(chǔ)薄弱，嚴(yán)重制約了抗病品種的選育工作。本研究通過(guò)小麥苗期和成株期生理小種接種精準(zhǔn)鑒定37份新疆冬小麥審定品種，利用已開發(fā)的分子標(biāo)記檢測(cè)供試材料的基因型，以期達(dá)到明確新疆冬小麥審定品種對(duì)葉銹病的抗性及其抗葉銹病基因的分布，為新疆冬小麥抗葉銹育種提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

參試的37份材料來(lái)自新疆農(nóng)墾科學(xué)院作物研究所小麥育種創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)多年來(lái)收集保存的冬小麥審定品種，具有較好的代表性。對(duì)照材料為高感葉銹病品種鄭5389。

參試材料名稱見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與接種方法

2021年和2022年參試材料種植在新疆石河子市新疆農(nóng)墾科學(xué)院作物研究所小麥試驗(yàn)田。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，重復(fù)2次，行長(zhǎng)1.80 m，行距0.25 m，每10個(gè)材料種植2行，對(duì)照品種鄭州5389，同時(shí)鄭州5389垂直種植作為接種行與試驗(yàn)材料垂直種植，田間管理同大田。

1.2.2 苗期和成株期抗葉銹病鑒定

小麥苗期抗葉銹鑒定：在溫室鑒定，于各參試小麥第一片葉完全展開時(shí)，用掃抹法接種9個(gè)小麥葉銹菌種（PHDS、PHTT、THNJ、THTS、THHS、FKKQ、FHSS、FGJQ、FHJQ），接種后15 d左右，待感病品種鄭州5389充分發(fā)病時(shí)進(jìn)行抗葉銹病抗性鑒定，按照Li[5]等6級(jí)分類法，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）級(jí)進(jìn)行劃分。

小麥成株期抗葉銹鑒定：在田間鑒定，于各參試小麥拔節(jié)后，將優(yōu)勢(shì)混合菌種（PHTT和THTS）配制成0.05%礦物油的孢子懸浮液，混合的菌液于傍晚時(shí)用微量噴霧器均勻噴灑在誘發(fā)行（對(duì)照品種鄭州5389）的麥株上，立即蓋上塑料薄膜保濕，次日早晨揭開薄膜。接種后多次澆水，保持田間濕度，創(chuàng)造有利的發(fā)病條件，確定最終嚴(yán)重度FDS（發(fā)病高峰時(shí)調(diào)查的嚴(yán)重度為最終嚴(yán)重度）。

1.2.3 分子標(biāo)記檢測(cè)

采用CTAB法[6]提取小麥葉片基因組DNA，采用閆曉翠[7]等的與已知抗葉銹病基因緊密連鎖的11個(gè)分子標(biāo)記進(jìn)行分子檢測(cè)，引物由生工生物工程（上海）股份有限公司合成。

2 結(jié)果與分析

2.1 參試冬小麥品種苗期抗葉銹病鑒定

表2列出了2021—2022年參試小麥苗期溫室接種抗性表現(xiàn)?？梢钥闯觯臃N的9個(gè)葉銹菌優(yōu)勢(shì)生理小種，參試小麥品種表現(xiàn)出了不同的抗性，其中對(duì)PHDS、PHTT小種表現(xiàn)抗病的僅有新冬21號(hào)，為中抗（MR）；對(duì)THNJ小種表現(xiàn)抗病的品種有新冬2號(hào)、新冬17號(hào)、新冬21號(hào)，分別為中抗（MR）、中抗（MR）、抗（R）；對(duì)小種THTS表現(xiàn)為抗病的品種有新冬2號(hào)、新冬21號(hào)，分別為抗（R）、中抗（MR）；對(duì)小種THHS表現(xiàn)為抗病的品種有新冬16號(hào)、新疆20號(hào)、新冬21號(hào)，分別為中抗（MR）、中抗（MR）、抗（R）；對(duì)小種FKKQ表現(xiàn)抗病的品種有新冬2號(hào)、新冬17號(hào)、新冬21 號(hào)、新冬36號(hào)，分別為近免疫（NIM）、近免疫（NIM）、抗?。≧）、近免疫（NIM）；對(duì)小種FHSS表現(xiàn)為抗病的品種有新冬2號(hào)、新冬21號(hào)、新冬23號(hào)、新冬36號(hào)，分別為中抗（MR）、近免疫（NIM）、中抗（MR）、抗（R）；對(duì)小種FGJQ表現(xiàn)為抗病的品種有新冬2號(hào)、新冬21號(hào)、新冬24號(hào)、新冬36號(hào)、新冬41號(hào)、新冬49號(hào)，分別為抗（R）、抗（R）、近免疫（NIM）、近免疫（NIM）、抗（R）、抗（R）；對(duì)小種FHJQ表現(xiàn)為抗病的品種有新冬2號(hào)、新冬15號(hào)、新冬21號(hào)、新冬24號(hào)、新冬36號(hào)、新冬42號(hào)、新冬49號(hào)，分別為抗（R）、抗（R）、抗（R）、近免疫（NIM）、近免疫（NIM）、抗（R）、抗（R），其余品種均表現(xiàn)為中感（MS）或感病（S）。結(jié)果表明，各參試材料對(duì)接種生理小種表現(xiàn)抗病的品種較少，其中僅新冬21號(hào)對(duì)所有生理小種抗性均達(dá)到了中抗（MR）以上水平；新冬2號(hào)對(duì)THNJ、THTS、FKKQ、FHSS、FGJQ、FHJQ6個(gè)生理小種抗性達(dá)到了中抗（MR）以上；新冬36號(hào)對(duì)FKKQ、FHSS、FGJQ、FHJQ 4個(gè)生理小種抗性達(dá)到了抗（R）或近免疫（NIM）；還有對(duì)1～2個(gè)生理小種達(dá)到中抗（MR）以上的品種，如新冬15號(hào)、新冬16號(hào)、新冬17號(hào)、新冬20號(hào)、新冬23號(hào)、新冬24號(hào)、新冬42號(hào)、新冬49號(hào)。

表2 新疆冬小麥品種苗期接種抗性表現(xiàn)

2.2 參試冬小麥品種成株期抗葉銹病鑒定

表3列出了2021年和2022年參試小麥田間抗葉銹病鑒定結(jié)果。可以看出，年份間新疆小麥品種的抗病表型存在差異，新冬19號(hào)、新冬20號(hào)、新冬22號(hào)、新冬41號(hào)、新冬53號(hào)、新冬60號(hào)等6個(gè)品種年份間抗病表現(xiàn)存在抗感差異，這些品種需進(jìn)一步進(jìn)行抗性表型鑒定；其余品種抗病表現(xiàn)基本一致。37份參試材料抗病達(dá)到中抗（MR）的品種有12個(gè)，分別是新冬18號(hào)、新冬21號(hào)、新冬24號(hào)、新冬27號(hào)、新冬28號(hào)、新冬30號(hào)、新冬32號(hào)、新冬37號(hào)、新冬42號(hào)、新冬48號(hào)、新冬49號(hào)、新冬54號(hào)；達(dá)到抗（R）以上水平的品種有8個(gè)，分別為新冬15號(hào)、新冬16號(hào)、新冬17號(hào)、新冬23號(hào)、新冬29號(hào)、新冬33號(hào)、新冬51號(hào)、新冬55號(hào)；新冬23號(hào)和新冬29號(hào)2個(gè)品種達(dá)到了近免疫水平；其余品種均表現(xiàn)為抗病或中感。參試材料中達(dá)到抗（R）或近免疫（NIM）的品種是今后開展抗病育種的重要核心資源，可在今后的抗病育種中加以利用。

表3 2021年和2022年參試材料成株期抗性表現(xiàn)

2.3 基因型對(duì)小麥抗葉銹病的影響

37份新疆冬小麥審定品種中含有抗葉銹基因的品種有14個(gè)，其分子標(biāo)記檢測(cè)及小麥苗期和成株期的抗性表現(xiàn)結(jié)果如表4，可以看出，在14個(gè)新疆冬小麥品種中檢測(cè)到6個(gè)抗葉銹病基因，即Lr1、Lr10、Lr14a、Lr20、Lr26、Lr34；參試材料所含抗葉銹病基因及其組合對(duì)應(yīng)的苗期和成株期的抗葉銹性差異較大，如同樣攜帶Lr26的新冬15號(hào)（苗期為HS，成株期為R）、新冬42號(hào)（苗期NIM，成株期僅為MR）、新冬49號(hào)（苗期和成株期均為MR）；攜帶Lr1的新冬20號(hào)（苗期為R，成株期為S）、新冬37號(hào)（苗期為MS，成株期為MR）；攜帶Lr14a的新冬17號(hào)（苗期和成株期均為R）、新冬36號(hào)（苗期為MR，成株期為MS-S）；攜帶Lr10的新冬33號(hào)（苗期為HS/MR，成株期為R）、新冬52號(hào)（苗期和成株期均為MS-S）；攜帶基因型組合（Lr34、Lr14a）的新冬2 號(hào)（苗期和成株期均為MS）；攜帶基因型組合（Lr14a、Lr20）的新冬21號(hào)（苗期為R，成株期為MR）；攜帶基因型組合（Lr1、Lr26）的新冬24號(hào)（苗期為MR/R，成株為MR）；攜帶基因型組合（Lr1、Lr34）的新冬29號(hào)（苗期為MR/MS，成株期為NIM）。

3 結(jié)論與討論

實(shí)踐證明，選用抗病品種是防治小麥葉銹病有效的方法，但是在植物對(duì)銹菌生理小種進(jìn)行抗病性防御的同時(shí)，生理小種也在不斷的變異，產(chǎn)生新的生理小種，導(dǎo)致小麥品種抗性喪失。因此，利用新的生理小種鑒定小麥資源，挖掘優(yōu)異抗源，是育種家培育廣譜抗性品種的基礎(chǔ)。本研究小麥苗期生理小種鑒定結(jié)果表明，多數(shù)新疆審定冬小麥品種表現(xiàn)感病，這與潘陽(yáng)[8]等的研究結(jié)果一致；對(duì)新疆生產(chǎn)中大面積種植的新冬18號(hào)、新冬22號(hào)、新冬52號(hào)、新冬55號(hào)、新冬60號(hào)等主栽冬小麥品種的抗病性分析表明，這5個(gè)品種幾乎對(duì)所有小種均感病，生產(chǎn)中在通過(guò)化學(xué)調(diào)控進(jìn)行病害防治的同時(shí)，應(yīng)從源頭開始重視并加強(qiáng)小麥抗病育種工作，不斷提高新疆育成新品種中新的抗病基因頻率。

本研究中部分參試品種年份間和不同時(shí)期抗病性存在差異，如新冬20號(hào)、新冬22號(hào)、新冬41號(hào)、新冬53號(hào)、新冬60號(hào)；另部分品種出現(xiàn)苗期抗病、成株期感病；或者苗期感病、成株期抗病的現(xiàn)象，如新冬15號(hào)、新冬20號(hào)、新冬36號(hào)等；其原因可能是由于：一是與抗病基因在不同時(shí)期的表達(dá)有關(guān)，成株期抗病基因的表達(dá)可能在三葉期后抗性才能很好的表達(dá)；二是受新疆夏季炎熱干旱等外界環(huán)境條件的影響，部分冬小麥品種對(duì)葉銹菌生理小種的抗性因溫度環(huán)境濕度的變化而發(fā)生抗性的改變，且小麥成株期環(huán)境的鑒定條件很難控制，對(duì)鑒定的結(jié)果影響較大；三是由于小麥苗期抗性與成株期的抗銹性機(jī)理不完全一致，苗期抗性和成株期抗性的表現(xiàn)不能相互替代，二者在一定程度上存在互補(bǔ)現(xiàn)象。苗期鑒定雖然簡(jiǎn)便易行，但卻不能完全代表成株期鑒定。

基因聚合與基因合理布局可擴(kuò)寬品種的抗譜使抗性更加持久。目前，已命名的小麥抗葉銹病基因中，一些抗病基因單獨(dú)使用已失去抗性，如Lr1、Lr3、Lr3bg、Lr10、Lr11、Lr14a、Lr16、Lr26（從表4可以看出，新疆主要審定品種中含失去抗性基因的比例較高），但通過(guò)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對(duì)我國(guó)的大部分毒性小種已喪失抗性，但Lr1與其他抗病基因聚合可以提高品種抗性，如天95HF2含有Lr1、Lr26和LrZH84，Lr1和Lr26目前已經(jīng)喪失抗性，LrZH84表現(xiàn)中等抗性，但3個(gè)基因聚合后95HF2可以高抗生理小種；抗葉銹病基因Lr16逐漸喪失抗性，但是當(dāng)Lr16與Lr34基因聚合時(shí)要比它們單獨(dú)存在時(shí)抗性高[10]。本研究發(fā)現(xiàn)，攜帶Lr26抗病基因的小麥品種如新冬15號(hào)、新冬42號(hào)、新冬49號(hào)；攜帶抗病基因Lr1的小麥品種如新冬20號(hào)、新冬37號(hào)、新冬55號(hào)；攜帶Lr14a的小麥品種如新冬17號(hào)、新冬36號(hào)，這些攜帶單抗病基因的冬小麥品種，苗期和成株期表現(xiàn)出的抗性存在差異，可能含有其它未知的抗病基因，需要進(jìn)一步研究。本研究中同一抗病基因Lr14a的不同組合如新冬2號(hào)（Lr34、Lr14a）、新冬21號(hào)（Lr14a、Lr20）苗期和成株期表現(xiàn)出了明顯的抗性差異；抗病基因Lr1雖然單獨(dú)使用已失去抗性，但與Lr34聚合時(shí)苗期表現(xiàn)為感病、成株期抗性則達(dá)到了近免疫（NIM）水平；而Lr1與Lr26聚合時(shí)苗期和成株期都具有抗性，這可能與基因間的互作有關(guān)。因此，開展新疆小麥品種資源的精準(zhǔn)鑒定，明確新疆小麥材料中抗病基因的分布，通過(guò)標(biāo)記輔助選擇的方式聚合有效抗病基因培育抗病新品種，對(duì)提高新疆小麥的抗銹性具有重要意義。

表4 基因型組合對(duì)新疆小麥品種抗葉銹性的影響