趙 珂，李秋榮，侯 璐，*，白耀博，蔣禮玲，魏有海，郭青云

(1.青海大學(xué) 青海省農(nóng)林科學(xué)院 青海省農(nóng)業(yè)有害生物綜合治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810016； 2.徐州生物工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 徐州現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 徐州221006)

小麥條銹病由小麥條銹菌(Pucciniastriiformisf.sp.tritici)引起，是世界范圍內(nèi)影響小麥生產(chǎn)的最嚴(yán)重病害之一。從小麥一葉期到成熟期，小麥植株的綠色部位都可以發(fā)生病害，且在低溫和潮濕條件下易發(fā)生[1]。我國(guó)西北、西南、黃淮海等冬小麥區(qū)和西北春小麥區(qū)的生產(chǎn)一直受小麥條銹病的威脅[2]。實(shí)踐證明，種植抗病品種是防治該病害最為經(jīng)濟(jì)安全有效的方法[3]。對(duì)抗條銹病春小麥資源中抗病基因的遺傳分析為抗病基因的合理使用提供前期理論基礎(chǔ)，也為育種家提供抗病材料，加速抗病育種的進(jìn)程。已有研究表明，我國(guó)存在較為豐富的小麥抗性資源，周強(qiáng)等[4-5]研究表明， 綿麥37成株期對(duì)條中32號(hào)小種的抗性主要受1對(duì)顯性基因的控制， 同時(shí)受另外2對(duì)隱性基因的影響，綿麥39對(duì)條銹菌條中32的成株期抗性受一對(duì)顯性基因的控制。邱亨池等[6]研究發(fā)現(xiàn)，秦農(nóng)142成株期抗病性由1對(duì)顯性基因和1對(duì)隱性基因共同決定。蘇萍萍等[7]對(duì)小麥種質(zhì)P10078的成株期抗條銹性研究表明，其成株期抗性由1對(duì)顯性主效基因控制。穆京妹等[8]研究發(fā)現(xiàn)，南農(nóng)790成株期抗條銹性由一個(gè)顯性單基因控制。曹世勤等[9]研究發(fā)現(xiàn)，26個(gè)甘肅省春小麥品種(系)中，19個(gè)品種(系)含有Yr1及未知抗條銹病基因，其余品種(系)推測(cè)含有未知抗條銹病基因。李邦發(fā)[10-11]研究發(fā)現(xiàn)，西科麥 2028、西麥6號(hào)對(duì) CYR31 的抗病性分別由 3 對(duì)顯性基因和2對(duì)顯性基因、1對(duì)隱性基因控制; 對(duì) CYR32 分別由 2 對(duì)顯性和 1 對(duì)隱性基因控制、3對(duì)顯性基因(其中2對(duì)表現(xiàn)累加作用)；對(duì) CYR33分別由1對(duì)顯性基因、1對(duì)顯性基因和1對(duì)隱性基因控制；對(duì) Su11-4 由 1 對(duì)顯性和 1 對(duì)隱性基因、1對(duì)顯性基因和1對(duì)隱性基因重疊或獨(dú)立控制，且西麥6號(hào)對(duì)條銹菌V26抗病性由1對(duì)顯性基因獨(dú)立控制。張瑩等[12]研究發(fā)現(xiàn)，P9897 的成株期抗條銹性是一種數(shù)量性狀，由一顯一隱 2 對(duì)基因獨(dú)立控制或起重疊作用控制。孫建魯?shù)萚13]研究發(fā)現(xiàn)，蘭天11號(hào)等的成株期抗條銹性由2對(duì)或3對(duì)基因控制。姚強(qiáng)等[14]對(duì)春小麥青春39的遺傳分析表明，其CYR17的抗病性由1對(duì)顯性基因控制。而對(duì)CYR33的抗病性由1顯1隱兩對(duì)基因獨(dú)立控制。小麥條銹菌通過(guò)有性生殖產(chǎn)生強(qiáng)毒性菌系導(dǎo)致現(xiàn)有抗病種質(zhì)資源逐漸喪失抗銹性[15]，因此在育種實(shí)踐中需要不斷發(fā)掘新的抗條銹病資源，研究其中的抗病基因以便加以利用。本研究組前期研究發(fā)現(xiàn)，春小麥種質(zhì)資源MY004730和ZM018243具有良好的成株期抗條銹性，本研究對(duì)以上2個(gè)春小麥種質(zhì)資源的抗病基因數(shù)目及遺傳規(guī)律進(jìn)行分析，擬為其在抗病育種中的合理利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試抗條銹病春小麥種質(zhì)資源MY004730、ZM018243由青海國(guó)家種質(zhì)資源復(fù)份庫(kù)提供，青海省農(nóng)林科學(xué)院植物保護(hù)研究所保存；感病春小麥品種Taichung29由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所提供，青海省農(nóng)林科學(xué)院植物保護(hù)研究所保存；以Taichung29與MY004730、ZM018243與MY004730雜交獲得的F2∶3群體，由青海省農(nóng)林科學(xué)院植物保護(hù)研究所保存。

1.2 試驗(yàn)方法

分別于2017年和2019年在青海省西寧市青海省農(nóng)林科學(xué)院植物保護(hù)研究所小麥條銹病抗性鑒定自然發(fā)病圃進(jìn)行抗性鑒定。

每年播種時(shí)間為3月下旬，親本MY004730、ZM018243和 Taichung 29 先各播種1行，行長(zhǎng)1 m，行距0.3 m，2017年將F2群體單粒播種，每行播10粒，播種30行，每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)1個(gè)處理，其中每20行中間加設(shè)1行 Taichung 29 作為感病對(duì)照，鑒定圃的四周各種3行 Taichung 29作誘發(fā)行。2017 年F2群體單株收獲所得F3家系群體于2019年繼續(xù)于同一地點(diǎn)測(cè)試，每個(gè)F3家系種 1 行，每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)1個(gè)處理，每20 行中間加設(shè)1行 Taichung 29作為感病對(duì)照，鑒定圃的四周各種3行Taichung 29作誘發(fā)行。

從7月上旬當(dāng)Taichung 29充分發(fā)病的時(shí)候開始調(diào)查，對(duì)親本MY004730、ZM018234和Taichung 29實(shí)行單行整體評(píng)估，對(duì)F2群體實(shí)行單株調(diào)查(2017 年)，對(duì)F3家系群體每個(gè)家系實(shí)行單行整體評(píng)估調(diào)查(2019年)，調(diào)查2次，間隔7d，記載反應(yīng)型和嚴(yán)重度，反應(yīng)型(IT)按Line等[16]0～9級(jí)的方法記錄，其中0～5級(jí)為抗病，6～9級(jí)為感病，田間病害嚴(yán)重度(DS，%)按0、2、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100分級(jí)記錄[17]，反應(yīng)型以2次調(diào)查數(shù)據(jù)的平均值作為最終統(tǒng)計(jì)，嚴(yán)重度以第二次調(diào)查的數(shù)據(jù)作為最終統(tǒng)計(jì)。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

2 結(jié)果與分析

2.1 反應(yīng)型和病害嚴(yán)重度正態(tài)性檢驗(yàn)結(jié)果分析

對(duì)Taichung 29/MY004730與ZM018243/MY004730 F2群體的反應(yīng)型和病害嚴(yán)重度的正態(tài)性檢驗(yàn)結(jié)果如圖1所示，2個(gè)雜交組合F2群體的反應(yīng)型和病害嚴(yán)重度的正態(tài)性分布檢驗(yàn)結(jié)果值均小于0.005，表明均不符合正態(tài)分布，初步推測(cè)種質(zhì)資源MY004730和ZM018243對(duì)小麥條銹病成株期抗性均具有質(zhì)量性狀抗性特征。

圖1 Taichung 29/MY004730(A、B)與ZM018243/MY004730(C、D) F2群體反應(yīng)型(A、C)和病害嚴(yán)重度(B、D)的正態(tài)概率圖Fig.1 Normal probability of Taichung 29/MY004730 (A) and ZM018243/MY004730 (B) F2 population response type and disease severity

2.2 供試親本的抗條銹性鑒定結(jié)果

由圖2(箭頭所示)可知，感病親本Taichung 29(P1)的病害反應(yīng)型均為8，病害嚴(yán)重度為80%，即高感。親本MY004730反應(yīng)型為2或3，即為免疫或高抗。而親本ZM018243病害反應(yīng)型為3，為高抗。

2.3 MY004730的抗條銹性遺傳分析

Taichung 29與MY004730 F2:3群體的反應(yīng)型和病害嚴(yán)重度頻率分布如圖所示，F(xiàn)2:3群體反應(yīng)型和病害嚴(yán)重度中間型較多，反應(yīng)型和病害嚴(yán)重度整體上均未呈現(xiàn)連續(xù)性分布，但不同區(qū)段內(nèi)又出現(xiàn)連續(xù)性分布的現(xiàn)象。對(duì)Taichung 29與 MY004730 F2群體單株具體調(diào)查結(jié)果(表1)顯示，抗病植株為130株，感病植株為45株，即Taichung 29/MY004730雜交后代F2群體卡方檢驗(yàn)符合3R∶1S的抗感分離比(χ2=0.02，P=0.83)。對(duì)F3群體家系調(diào)查中，抗病家系131個(gè)，感病家系有44個(gè)，也符合3R∶1S的抗感分離比(χ2<0.01，P=0.97)，由卡方檢驗(yàn)結(jié)果分析得出種質(zhì)資源MY004730的成株期抗條銹性由1對(duì)顯性基因控制。

2.4 ZM018243與MY004730雜交 F2∶3群體的抗條銹性遺傳分析

ZM018243與MY004730 F2∶3群體的反應(yīng)型和病害嚴(yán)重度頻率分布圖如圖2，F(xiàn)2∶3群體反應(yīng)型和病害嚴(yán)重度整體均未呈連續(xù)分布，但是不同的區(qū)段內(nèi)卻又出現(xiàn)了連續(xù)性分布的現(xiàn)象，兩年測(cè)試的結(jié)果變化趨勢(shì)一致。對(duì)ZM018243與MY004730 F2∶3群體的抗條銹遺傳結(jié)果見表1：在F2群體調(diào)查中，抗病植株為89株，感病植株為71株，ZM018243與MY004730 雜交后代F2群體卡方檢驗(yàn)符合9R∶7S的抗感分離比(χ2<0.01，P=0.87)。對(duì)F3家系群體調(diào)查中，抗病家系有79個(gè)，感病家系68個(gè)，ZM018243與MY004730 F3群體卡方檢驗(yàn)符合9R∶7S的抗感分離比(χ2=0.28，P=0.54)。即ZM018243與MY004730雜交F2∶3群體的成株期抗條銹性由2對(duì)顯性基因共同作用。由MY004730成株期抗條銹性基因遺傳分析結(jié)果，MY004730中有1對(duì)顯性成株期抗條銹病基因，可推斷出ZM018243中可能有1對(duì)顯性成株期抗條銹病基因。

P1，Taichung29；P2，MY004730；P3，ZM018243。圖2 Taichung 29/MY004730(A、B)和ZM018243/MY004730(C、D) F2∶3群體在西寧試驗(yàn)地所測(cè)反應(yīng)型(A、C)和病害嚴(yán)重度(B、D)的頻率分布圖Fig.2 Frequency distribution of infection type and disease severity of F2∶3， populations from Taichung 29/MY004730 and ZM018243/MY004730tested in Xining

表1 Taichung 29/MY004730和ZM018243/MY004730 F2∶3群體抗病性遺傳分析結(jié)果

3 結(jié)論與討論

本研究供試的2份春小麥種質(zhì)資源：ZM018243來(lái)自綿陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院[19]，品系名為綿陽(yáng)013466-3-3-1，由綿陽(yáng)11/墨西哥材料第18區(qū)//77-D301雜交選育而成；MY004730引自加拿大[19]。前期研究發(fā)現(xiàn)，它們均具有良好的成株期抗條銹性。本研究利用Taichung29/MY004730抗-感雜交和2個(gè)抗性親本(抗-抗雜交)ZM018243/MY004730雜交的春小麥分別創(chuàng)建F2:3群體進(jìn)行2個(gè)年份的大田成株期抗條銹性測(cè)試，遺傳結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，MY004730中有1對(duì)顯性成株期抗條銹病基因，結(jié)合2個(gè)雜交組合的遺傳分析結(jié)果，推導(dǎo)ZM018243中也可能有1對(duì)顯性成株期抗條銹病基因。本研究中，F(xiàn)2:3群體2個(gè)年份的試驗(yàn)研究結(jié)果一致，均符合孟德爾遺傳學(xué)定律，且未發(fā)現(xiàn)群體后代的抗病性狀偏向于母本的情況，存在細(xì)胞質(zhì)遺傳控制因素的可能性很小。因此，未再用反交群體進(jìn)行測(cè)試分析。

小麥材料的抗條銹性是小麥與條銹菌在長(zhǎng)期的協(xié)同進(jìn)化中形成的一系列防御機(jī)制，是寄主植物和病原物之間相互作用所表現(xiàn)出來(lái)的抗病或感病現(xiàn)象，是二者相互作用的結(jié)果[20]；對(duì)條銹病具有抗性的小麥資源中抗性基因的遺傳方式有多種，單基因、多基因、主效基因與微效基因共同控制等[21]，國(guó)內(nèi)對(duì)小麥成株期抗條銹病基因遺傳分析的報(bào)道主要是根據(jù)孟德爾遺傳規(guī)律進(jìn)行分析，獲得1對(duì)、2對(duì)或3對(duì)抗條銹病基因的作用規(guī)律[7，10，12，22-24]，本研究也是根據(jù)孟德爾遺傳規(guī)律進(jìn)行分析。

在對(duì)春小麥成株期抗條銹病基因遺傳分析研究方面：張調(diào)喜等[25-26]應(yīng)用植物數(shù)量性狀主基因+多基因混合遺傳模型單個(gè)分離世代分析方法對(duì)春小麥品種青春38和墨波進(jìn)行了成株期抗條銹性遺傳解析，推測(cè)青春38和墨波的成株期抗條銹性均為2對(duì)主基因作用；春小麥品種高原363的成株期抗條銹性也是由2對(duì)主基因作用[27]。應(yīng)用植物數(shù)量性狀主基因+多基因混合遺傳模型的分析方法主要從主效基因和微效基因的角度來(lái)分析和推斷，在數(shù)量性狀的基因遺傳分析中應(yīng)用較多。孟德爾經(jīng)典遺傳規(guī)律在質(zhì)量性狀的基因遺傳分析中應(yīng)用廣泛，不僅可以分析出抗病基因的數(shù)目，還能分析出抗病基因的顯、隱性特性，有利于本研究中涉及到的抗病基因的推導(dǎo)分析，基因推導(dǎo)的方法省去了單獨(dú)再做抗病春小麥資源ZM018243中抗病基因的遺傳分析的工作量，提高了工作效率。此外，可從抗-抗雜交的春小麥群體中篩選抗病基因聚合材料有利于下一步工作的進(jìn)行。

小麥抗條銹病基因的作用方式復(fù)雜多樣，本研究發(fā)現(xiàn)，春小麥種質(zhì)資源MY004730和ZM018243中可能均含有單顯性成株期抗條銹病基因，更容易直接進(jìn)行下一步對(duì)抗病基因的研究，不再進(jìn)行基因分離和單基因系篩選的工作。根據(jù)本研究遺傳分析結(jié)果，下一步可以進(jìn)行抗病基因的分子標(biāo)記定位，找到與抗病基因緊密連鎖的標(biāo)記，為分子標(biāo)記輔助選擇育種服務(wù)，同時(shí)還能在抗-抗雜交的春小麥群體中直接篩選抗病基因聚合材料，為育種提供優(yōu)良抗病材料。