楊 輝, 簡俊濤, 王清華, 劉 駿, 李玉鵬, 張 彬, 張闖闖, 楊 媛, 謝彥周

(1.南陽市科學(xué)院, 河南 南陽 473000; 2.焦作市農(nóng)林科學(xué)研究院, 河南 焦作 454002;3.南陽農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院, 河南 南陽 473000;4.西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院/旱區(qū)作物逆境生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 陜西 楊凌 712100)

小麥條銹病是由小麥條銹菌引起的氣傳病害,是世界小麥生產(chǎn)的一種重要病害,一般造成10%～30%的產(chǎn)量損失,嚴(yán)重時可造成絕收[1]。南陽盆地是我國小麥條銹病重要的冬繁與流行區(qū)之一,是黃淮麥區(qū)及長江中下游麥區(qū)條銹病春季流行重要的菌源輸出地。降低冬繁區(qū)的菌源量,調(diào)控條銹毒性菌源結(jié)構(gòu),對小麥銹病綜合治理意義重大。南陽麥區(qū)占據(jù)南陽盆地大部,常年小麥種植面積67萬hm2左右,總產(chǎn)量占河南總產(chǎn)的10%,對保障河南乃至全國的糧食安全至關(guān)重要。南陽麥區(qū)處于長江中下游麥區(qū)與黃淮麥區(qū)交接處[2-3],氣候獨(dú)特,常年病害較重,是陜西東部小麥條銹菌冬繁區(qū)與黃淮麥區(qū)交接處,是鄂北條銹菌冬繁區(qū)與長江中下游麥區(qū)交接處,是條銹菌重要的冬繁區(qū)和流行區(qū)。1990年南陽麥區(qū)小麥銹病大爆發(fā),造成本地19.7萬hm2小麥?zhǔn)転?zāi)嚴(yán)重,波及豫中北乃至華北麥區(qū),給全國小麥生產(chǎn)造成重大損失。近年病蟲情報顯示,南陽麥區(qū)的淅川、西峽、唐河等地條銹病發(fā)生呈現(xiàn)越來越早的趨勢,該區(qū)小麥品種布局對菌源選擇性大量繁殖及防擴(kuò)散屏障的搭建具有重要作用。南陽麥區(qū)包含黃淮南片南部及以桐柏縣、唐河縣、鄧州市為主的南部組,由于品種區(qū)劃和區(qū)域性氣候獨(dú)特造成本地選育品種難度大,主栽品種主要來自陜西和河南省內(nèi)其他育種單位(占80%以上),部分本地自育品種及少量農(nóng)民自留種。了解南陽麥區(qū)主栽小麥品種及鑒定新育品系條銹病抗性水平、條銹抗病基因的分布,對于南陽麥區(qū)、豫東(北)地區(qū)及長江中下游麥區(qū)小麥安全生產(chǎn)意義重大。Yr2在育種上利用較為廣泛,Yr10與Yr18對流行小種仍保持一定抗病性,成株期抗性基因Yr32在育種上使用較少[4]。2002年、2007年條銹病小種CYR32、CYR33分別成為我國條銹菌優(yōu)勢小種,2010年以來,CYR34逐漸成為流行高頻率小種,其致病力在CYR32和CYR33的基礎(chǔ)上增強(qiáng)[5-6]。由于新的條銹生理小種不斷產(chǎn)生并流行,合理布局利用抗病品種對預(yù)防小麥條銹病而言最經(jīng)濟(jì)也最直接。單一抗源難以抵抗條銹病害的發(fā)生,由于條銹菌種群在抗性寄主的壓力下,進(jìn)行與抗病性相反的生態(tài)競爭,最終抗病基因大規(guī)模使用也會加速抗病品種抗性的喪失。合理布局抗病品種能夠影響病原菌的進(jìn)化和小種的流行。準(zhǔn)確評價品種的抗病情況和所含抗病基因能夠?yàn)槠贩N的推廣、聚合多抗新品種的選育及病害防控提供依據(jù)。南陽麥區(qū)作為我國小麥條銹菌重要的冬繁區(qū),在病害流行中起到關(guān)鍵作用。然而該區(qū)主栽小麥品種、新育品系抗性水平和抗性基因未見報道,這對抗病品種的合理布局和指導(dǎo)本區(qū)域抗性新品種選育是不利的。本研究以南陽麥區(qū)22個主栽小麥品種和鑒定的146個高代品系為材料,在南陽進(jìn)行連續(xù)兩年自然誘發(fā)鑒定、楊凌進(jìn)行主流混合菌種接種鑒定,結(jié)合相關(guān)抗病基因分子檢測,評價抗病結(jié)果、解析攜帶抗條銹病基因,最終為這些品種在南陽麥區(qū)的推廣、聚合多抗條銹病新品種選育及為大范圍豫東(北)及華北地區(qū)條銹病害防控提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為南陽麥區(qū)主栽的22個小麥品種以及2017—2019年西北農(nóng)林科技大學(xué)南陽小麥試驗(yàn)站鑒定的146個高代品系。流行小種混合菌種(條中32、條中33、條中34)由西北農(nóng)林科技大學(xué)王保通教授課題組提供。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1小麥條銹病鑒定

2017—2018年、2018—2019年在南陽自然誘發(fā)病圃鑒定,楊凌田間人工接種鑒定。4月中下旬、5月初和5月上旬調(diào)查南陽自然發(fā)病情況;3月中下旬楊凌噴霧接種混合菌種(CYR32、CYR33、CYR34)于誘發(fā)行,誘發(fā)材料為輝縣紅,隨后4月中下旬、5月初及中下旬調(diào)查接種發(fā)病情況。參照文獻(xiàn)[7]、文獻(xiàn)[8]記載反應(yīng)型,采用0～9級標(biāo)準(zhǔn),高抗(0～3級)、中抗(4～6級)、中感(7級)、高感(8～9級)。

1.2.2抗病基因的分子檢測

小麥生長到三葉期取葉片,采用CTAB法提取DNA?？共』験r2、Yr10、Yr18、Yr32的相關(guān)引物序列通過上海生工生物工程公司合成,引物序列如表1,隨后采用變性聚丙烯酰胺凝膠電泳進(jìn)行檢測。

表1 試驗(yàn)所用引物

2 結(jié)果與分析

2.1 小麥抗條銹病鑒定結(jié)果

2017—2019年分別綜合田間自然發(fā)病、接種鑒定在成株期分別以最高發(fā)病等級評價小麥抗病性。由表2可知,22個南陽麥區(qū)主栽品種連續(xù)兩年在南陽自然誘發(fā)鑒定,表現(xiàn)為中抗及以上12個、中抗到中感6個、中感及以上4個,分別占總數(shù)的54.5%,18.2%,27.3%。楊凌接種鑒定表現(xiàn)為中抗及以上14個、中感及以上8個,分別占總數(shù)的63.6%,36.4%。如表3,高代品系146個,南陽自然誘發(fā)鑒定表現(xiàn)為中抗及以上126個、中感18個、高感2個,分別占總數(shù)的86.3%,12.3%,1.4%。楊凌接種鑒定表現(xiàn)為中抗及以上99個、中感20個、高感27個,分別占總數(shù)的67.8%,13.7%,18.5%。

表2 南陽麥區(qū)22個主栽品種條銹抗性鑒定及分子標(biāo)記檢測結(jié)果

表3 146個高代品系條銹抗性鑒定及分子標(biāo)記檢測結(jié)果

2.2 小麥抗條銹病基因檢測結(jié)果

采用前人開發(fā)的Yr2、Yr10、Yr18、Yr32相關(guān)標(biāo)記進(jìn)行分子標(biāo)記檢測。由圖1、表2可見,22個南陽主栽品種,Yr2、Yr10、Yr18、Yr32檢出材料分別為21個、15個、0個、4個,檢出率分別為95.4%,68.2%,0%,18.2%。11個檢出Yr2+Yr10,檢出率為50.0%,1個檢出Yr2+Yr32,檢出率為4.5%,3個檢出Yr2+Yr10+Yr32,檢出率為13.6%。如圖1、表3所示,146個高代品系Yr2、Yr10、Yr18、Yr32檢出材料分別為141個、87個、0個、35個,檢出率分別為96.6%,59.6%,0%,24.0%。61個檢出Yr2+Yr10,檢出率為41.8%,8個檢出Yr2+Yr32,檢出率為5.5%,4個檢出Yr10+Yr32,檢出率為2.7%,22個檢出Yr2+Yr10+Yr32,檢出率為15.1%。

圖1 Yr基因分布情況

3 討 論

3.1 南陽麥區(qū)在我國小麥條銹病流行的地位

南陽麥區(qū)占據(jù)南陽盆地大部,南陽盆地是我國小麥條銹菌重要的冬繁流行區(qū)。南陽地處亞熱帶向溫帶過渡帶,屬季風(fēng)大陸濕潤半濕潤氣候,常年冬季平均氣溫3.2 ℃,10月、11月平均氣溫分別為16.2 ℃、9.3 ℃,常年10月中旬左右開始播種,小麥條銹菌侵染適宜溫度為9～13 ℃,播種后小麥生長發(fā)育快,為條銹菌大量繁殖創(chuàng)造條件。冬繁區(qū)條銹菌從11月到翌年3月,可以在同一品種發(fā)生多次侵染,不斷增強(qiáng)病原菌毒性。攜帶不同抗條銹病基因的小麥品種選擇匹配毒性小種大量繁殖。南陽麥區(qū)是條銹病從長江流域向黃淮海擴(kuò)散的關(guān)口,鄰近的鄂西北十堰、襄陽等地冬季菌源充足,也是重要的菌源輸出地。2017年南陽麥區(qū)條銹病大流行,49.7萬hm2麥田發(fā)病,表現(xiàn)為冬前發(fā)病早,后期發(fā)病重,推測在11月上旬或更早發(fā)病,當(dāng)年河南省小麥條銹病大發(fā)生,然而當(dāng)年西北條銹菌越夏區(qū)菌源為歷年最少的年份且發(fā)病晚,推測條銹病菌源可能在河南省當(dāng)?shù)卦较?而南陽地區(qū)的山區(qū)、鄂西北的神農(nóng)架可能也是越夏區(qū)[13-14]。足見南陽麥區(qū)近年推廣的主栽小麥品種起到了降低條銹病菌源量的作用,對豫中(北)乃至華北等地區(qū)的小麥生產(chǎn)形成保護(hù)屏障,南陽麥區(qū)栽培選用條銹病多抗聚合基因的小麥品種是最有效、持久調(diào)控越冬菌源量的一種途徑。

3.2 南陽麥區(qū)小麥品種條銹抗性仍需加強(qiáng)

南陽位于河南省西南部,鄂、陜、豫三省交界,是重要的小麥產(chǎn)區(qū),小麥條銹病春季非常流行,經(jīng)常呈現(xiàn)出早發(fā)病、發(fā)病重的特點(diǎn)。河南作為中原糧倉,大部分屬于黃淮麥區(qū),有研究表明,近年來黃淮麥區(qū)小麥品種條銹抗性整體提高[13-15]。然而關(guān)于過渡帶的南陽麥區(qū)小麥品種抗性如何未見報道,南陽麥區(qū)主栽品種是否具有較高水平的條銹抗性,緊密關(guān)聯(lián)主產(chǎn)區(qū)夏糧安全。準(zhǔn)確評價當(dāng)前南陽近年主栽小麥品種及鑒定新育品系條銹病抗性水平能夠?yàn)榫珳?zhǔn)防控、抗病基因品種布局及聚合多抗基因新品種選育提供參考。盡管南陽麥區(qū)22個主栽品種中50.0%的品種在連續(xù)兩年南陽自然鑒定和混合菌種接種鑒定都表現(xiàn)出條銹病中抗及以上水平,然而主栽品種中種植面積較大的西農(nóng)979、鄭麥9023、百農(nóng)207、蘭考198等對條銹抗性喪失。此外,聚合Yr2+Yr10+Yr32抗性基因的品種西農(nóng)511、西農(nóng)509、矮抗58表現(xiàn)出較好的條銹抗性,在南陽麥區(qū)生產(chǎn)利用價值較大。鑒定新育品系較南陽近年推廣的品種Yr32檢出率高,聚合Yr2+Yr10+Yr32抗性基因的品系也較多,為后續(xù)聚合多抗基因新品種選育提供種質(zhì)資源。南陽主栽品種和高代品系在自然鑒定條銹病中感及以上,在主流小種混合菌種接種鑒定基本上都是中感及以上,甚至部分麥區(qū)自然鑒定為中感,但楊凌實(shí)驗(yàn)接種鑒定為中抗,足見南陽麥區(qū)條銹病自然發(fā)病較重,在這種自然銹病高發(fā)高壓下對小麥新品種選育有益,但對小麥大田生產(chǎn)非常不利。

3.3 聚合多抗條銹病基因品種(系)利用

持有抗病基因是應(yīng)對病害發(fā)生并減輕病害的最直接有效途徑,國內(nèi)外已發(fā)現(xiàn)并命名80多個抗條銹病基因[16]。研究過渡生態(tài)區(qū)南陽麥區(qū)用到的抗條銹基因,以及南陽麥區(qū)近年推廣的品種及鑒定新育品系含有的條銹病基因,將有助于南陽麥區(qū)新品種的布局及示范推廣,助力南陽減藥綠色糧食生產(chǎn),為聚合多抗新品種選育提供分子篩選的方向。本研究利用部分已知抗病基因?qū)?yīng)的分子標(biāo)記對南陽麥區(qū)近年推廣品種及鑒定新育品系進(jìn)行分子檢測,結(jié)合自然發(fā)病及主流小種混合菌種接種鑒定抗病性,進(jìn)行抗病基因分析。結(jié)果表明,22個南陽主栽品種中, 21個品種檢測到含有Yr2,15個品種含有Yr10,4個品種含有Yr32。146個高代品系中,141個檢測到含有Yr2,87個含有Yr10,35個含有Yr32。南陽麥區(qū)主栽的22個品種和146個高代品系都沒有檢測到攜帶Yr18的抗病材料。此外,本研究還發(fā)現(xiàn)少量抗病性較好的品種(系),存在未知的Yr基因 ?？赡苡捎谒脴?biāo)記數(shù)量及部分標(biāo)記檢測效率有限,不能完全解析抗病品種(系)具體攜帶哪個抗病基因及相關(guān)抗性基因組合。也可能由于部分品種(系)攜帶新的抗病基因,需要繼續(xù)發(fā)掘和利用。

Yr2曾經(jīng)在育種中廣泛利用,表現(xiàn)出?；剐浴⑷诳剐?。研究表明,在南陽麥區(qū)主栽品種和鑒定高代品系占比分別為95.4%和96.6%,可見其利用非常廣泛,為基礎(chǔ)抗性,后續(xù)仍需兼顧。Yr10表現(xiàn)出專化抗性、全生育期抗性,對國內(nèi)大多數(shù)生理小種有較好抗性,對我國近年來的優(yōu)勢生理小種條中30和條中31表現(xiàn)出免疫[17-18]。本試驗(yàn)結(jié)果表明,南陽麥區(qū)主栽品種含Yr10占比68.2%,鑒定高代品系含Yr10占比59.6%?？梢娔详桘渽^(qū)主栽品種中Yr10利用率較高,后續(xù)應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)抗性較好且含有Yr10的利用。Yr18表現(xiàn)出非?；剐?、高溫成株期抗性,Yan等[19],王鳳樂等[20]研究表明,Yr18利用率較低,本研究中沒有檢測到含有Yr18的品種(系),可能該基因資源不易利用,也可能在田間選擇中丟失。Yr32也是?；剐浴⑷诳剐曰?檢出率分別是18.2%,24.0%,在南陽麥區(qū)推廣品種中利用率不高,在鑒定高代品系中占有率略微提升,但總體而言,Yr32的利用率不高。新育品系中2021年通過審定的宛麥1326、西農(nóng)99、西農(nóng)100等盡管不含Yr32,但仍有較好的條銹抗性,可能含有未知抗性基因,仍需繼續(xù)研究。

今后在南陽麥區(qū)推廣品種要繼續(xù)加強(qiáng)聚合Yr2+Yr10+Yr32抗性基因的品種布局和利用,并且要加強(qiáng)新抗源品種(系)的利用,利用分子標(biāo)記技術(shù)加強(qiáng)多抗基因聚合,針對南陽麥區(qū)以提高持久抗性。

4 結(jié) 論

南陽麥區(qū)近三成主栽小麥品種條銹抗性喪失,總體抗性仍需提高,聚合多抗基因是獲得多抗的基礎(chǔ)。Yr2、Yr10利用率高,聚合多抗基因及Yr32的品種(系)在南陽麥區(qū)今后推廣、新品種選育中要繼續(xù)加強(qiáng)利用,發(fā)掘新抗源,加強(qiáng)病害監(jiān)測和藥物防治,以降低南陽麥區(qū)菌源地冬季條銹菌量,降低流行風(fēng)險。針對南陽麥區(qū),利用已知抗病基因相關(guān)品種(系)在親本選配聚合多抗及豐產(chǎn)性上加強(qiáng)利用和分子篩選,培育出抗性更優(yōu)、抗性更持久的新品種。