甘肃省主要小麦生产品种及高代品系的抗白粉基因推导

曹学仁, 周益林*, 段霞瑜, 曹世勤

(1.中国农业科学院植物保护研究所,植物病虫害生物学国家重点实验室,北京 100193;2.甘肃省农业科学院植物保护研究所,兰州 730070)

甘肃省主要小麦生产品种及高代品系的抗白粉基因推导

曹学仁1, 周益林1*, 段霞瑜1, 曹世勤2

(1.中国农业科学院植物保护研究所,植物病虫害生物学国家重点实验室,北京 100193;2.甘肃省农业科学院植物保护研究所,兰州 730070)

[目的]采用基因推导法对目前甘肃省小麦主要生产品种及高代品系进行抗白粉基因分析,为甘肃省白粉病的抗病育种和品种使用及布局提供依据。[方法]利用21个小麦白粉菌株,结合品种系谱对甘肃14个小麦生产品种及28个高代品系进行抗白粉基因推导。[结果]14个生产品种中,1个含Pm8,1个含Pm4b,4个含未知抗病基因,其余8个对所有供试菌株全部表现感病;28个高代品系中,5个含Pm8,2个含Pm3a,1个含Pm4b,1个含Pm30,5个含未知抗病基因,其余14个对所有供试菌株全部表现感病。[结论]目前甘肃小麦生产品种及高代品系中缺乏抗白粉病基因,一旦条件适宜,小麦白粉病在甘肃地区极易发生和流行,应该引起生产管理部门和育种专家的注意和重视。

小麦; 白粉病; 基因推导

甘肃省气候条件多样,不同地区生态条件差异大,在海拔800～2 400 m生态区都有小麦种植。20世纪70年代甘肃省小麦白粉病仅在陇南地区的武都、文县川坝地区发生,80年代以来其发生范围在甘肃省逐年扩大,近年来发生面积达53.3万hm2以上,已成为甘肃省小麦上的主要病害之一[1]。种植抗病品种是防治该病害最经济有效的措施。但是小麦白粉菌变异快、产孢量大、生活周期短,加上大面积种植抗源单一的品种,导致品种抗性容易丧失。选用不同抗性基因的品种并对其进行合理布局可以延缓品种抗性的丧失速度,因此明确品种(系)抗病基因的组成及特点,是品种合理布局的基础。

基因推导是识别品种抗病基因的一种常用方法,它是由Loegering1971年根据Flor的基因对基因学说提出来的[2]。该方法操作快速、简单,能在4～8周了解用常规杂交方法需要2～3年才能得到的遗传信息[3],在小麦品种抗白粉病研究中得到了广泛的应用[4-8]。本研究采用基因推导法对目前甘肃省小麦主要生产品种及高代品系进行了抗白粉基因分析,以期为甘肃省白粉病的抗病育种和品种使用及布局提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试的42个小麦品种(系)名称、系谱和来源见表1,其中前14个品种为甘肃目前主要生产品种,后28个为高代品系,均由甘肃省农科院植保所提供。35个已知抗白粉病基因品种(系)由本课题组提供。用于鉴定的21个已知毒性的小麦白粉菌菌株采自我国不同的小麦生态区,为单孢堆分离物,由中国农科院植保所保存。

表1 供试小麦品种(系)名称、系谱和来源

续表1

1.2 试验方法

试验在中国农业科学院植物保护研究所温室进行。具体方法参见文献[7]:将已知基因品种(系)和供试材料播种于36 cm×25 cm×10 cm的塑料方盒内,每品种(系)播种5～7粒种子,并以感病材料‘阿夫’和‘Chancellor’为对照。套上用铁丝架撑开的透明塑料袋以防污染,然后放在温室中培养,待第1片叶完全展开后,接种白粉菌分生孢子,每一个菌株分别接种一套小麦寄主(包括已知基因品种或系和供试材料),7～10 d充分发病后,按司权民等的调查方法[9],记载第 1片叶的反应型,其中 0、0;、1和2型为抗病反应型,3和4型为感病反应型。

列出已知抗病基因品种(系)和供试材料的抗谱,对其进行比较分析,并参考品种的系谱。如果供试材料与某个含已知抗病基因的品种(系)的抗谱相同或非常接近,则认为供试材料与该品种(系)所含的抗病基因相同;复合抗病基因是通过比较供试材料的抗谱与2个或2个以上的已知基因品种(系)的合成抗谱的相似程度来确定。

2 结果与分析

已知抗病基因品种(系)和供试材料对21个小麦白粉菌株的反应见表2和表3(对供试菌株均表现感病的未列出),从表中可以看出,14个主要生产品种中 ,‘天选43’、‘中梁 27 号’、‘兰天 13 号’、‘兰天 21号’、‘兰天 23 号’、‘陇鉴 9343’、‘陇鉴 9811’、‘陇鉴9821’等8个品种对21个菌株均表现感病,占供试生产品种总数的60%。‘中梁23号’的抗谱与Pm4b的抗谱一致,因此推测该品种含有Pm4b抗病基因。‘中梁22号’与Pm8的抗谱在3个菌株上存在差异,推断除了Pm8外,可能还含有其他抗病基因。另外‘兰天25号’、‘兰天15号’和‘兰天24号’的抗谱与已知基因品种(系)的抗谱存在较大差异,因此推测含有与已知抗病基因品种(系)不同的抗病基因或基因组合,其中‘兰天24号’对供试21个菌株中的20个表现抗性,而‘兰天25号’和‘兰天15号’分别对12个和13个供试菌株表现抗性。‘兰天17号’对供试21个菌株都表现高抗,亲本组合中含有‘92R137’,因此该品种可能含有抗白粉基因Pm21。

表2 已知抗病基因品种(系)对21个供试白粉菌株的反应1)

续表2

26个高代品系中,13个对供试21个菌株全部感病 ,包括‘Y9220-25’、‘天 9412’、‘天 912’、‘石917’、‘9681’、‘98-294-2-4’、‘9923-1-1’、‘97t110’、‘旱 9633-15-2-3’、‘天 95-3’、‘Y9220-1-4-2-5’、‘98101-6-3-2’和‘咸农 4 号’。‘9933-2-1’、‘陇原031’、‘95-3-13’等 3个品系的抗谱和Pm8的一致,这3个品系含有Pm8。‘95-1-15’和‘陇原 931’与Pm8分别有1个菌株的反应存在差异,因此它们除了含有Pm8抗病基因外,还有可能含有其他抗病基因。‘95-62-8’的抗谱和Pm4b一致,含有抗病基因Pm4b。‘94t133’和‘9474’对供试菌株的反应和Pm3a一致,推测这2个品系含有Pm3a基因。‘清98-294-6-14-2’除含有抗病基因Pm30外,含有其他抗病基因。‘中X9610’对供试的21个菌株均表现抗性,抗性可能来自于亲本‘92R178’中的Pm21。3个材料(‘天 96-3’、‘96-43’和‘陇原 991’)含有未知抗病基因或基因组合。

3 结论与讨论

本研究结果表明,50%以上的供试小麦材料对21个菌株全部感病,不含有效的抗白粉病基因。从已推出的可能含有的抗病基因来看,Pm8或Pm8与其他未知基因组合所占比例比较高,另外还有两个高代品系中含有Pm3a基因,而曹世勤等的研究结果表明,Pm8和Pm3a在甘肃田间的抗病性已经丧失[10]。因此目前甘肃小麦生产品种及高代品系中缺乏含抗白粉病基因,一旦条件适宜,小麦白粉病在甘肃地区极易发生和流行,这应该引起生产管理部门和育种专家的注意和重视。

但是,本研究也发现对白粉病表现较好的小麦生产品种,如‘中梁23号’、‘兰天24号’和‘兰天17号’等,在生产中应注意合理布局,延缓其抗性的丧失。高代品系中‘中 X9610’、‘95-62-8’和‘清 98-294-6-14-2’抗性表现较好,应加快这些品种的利用和推广。

利用基因推导方法虽然可以在较短时间内推断品种的抗病基因组成。但它往往受到菌株鉴别能力、品种(系)遗传背景、试验环境条件的影响,此外人为误差也对试验结果造成一定影响[11],因此需要结合常规的遗传分析及分子标记等方法来提高结果的准确性。

[1]李刚,李宗明,王新俊.甘肃省小麦白粉病测报与防治技术研究报告[M]∥刘万才,邵振润,姜瑞中.小麦白粉病测报与防治技术研究.北京:中国农业出版社,2000:69-74.

[2]Loegering W Q,Mcintodh R A,Burton C H.Computer analysis of disease data to derive hypothetical genotypes for reaction of host varieties to pathogens[J].Canadian Journal of Genetics and Cy tology,1971,13:742-748.

[3]郭爱国,赤国彤,王焕如.小麦抗病性基因推导方法的发展及应用[J].河北农业大学学报,1993,16(2):98-104.

[4]Heun M,Fischbeck G.Identification of wheat powdery mildew resistance genes by analyzing host-pathogen interaction[J].Plant Breeding,1987,98:124-129.

[5]张忠山,王锡锋,刘红彦,等.黄淮麦区18个小麦品种抗白粉病基因的推导[J].中国农业科学,1991,24(6):39-44.

[6]郭爱国,赤国彤,霍云萍,等.17个小麦品种抗白粉性基因的推导[J].河北农业大学学报,1993,16(2):18-22.

[7]向齐君,盛宝钦,段霞瑜,等.若干小麦抗白粉病品系的有效抗病基因的测定[J].作物学报,1996,22(6):741-744.

[8]周益林,段霞瑜,陈刚,等.40个小麦优良品种资源的抗白粉病基因推导[J].植物病理学报,2002,32(4):301-305.

[9]司权民,张新心,段霞瑜,等.小麦抗白粉病品种的基因分析与归类研究[J].植物病理学报,1992,22(4):349-355.

[10]曹世勤,郭建国,骆惠生,等.甘麦白粉病抗源材料的筛选及抗病基因库的组建[J].植物保护,2008,34(1):49-52.

[11]袁军海,刘太国,陈万权.中国47个小麦新品种(系)苗期抗叶锈基因推导[J].中国农业科学,2007,40(9):1925-1935.

Postulation of wheat powdery mildew resistance genes in commercial wheat cultivars and advanced lines from Gansu Province

Cao Xueren1, Zhou Yilin1, Duan Xiayu1, Cao Shiqin2
(1.State Key Laboratory for Biology of Plant Disease and Insect Pests,Institute of Plant Protection,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Beijing100193,China;2.Institute of Plant Protection,Gansu Academy of Agricultural Sciences,Lanzhou730070,China)

[Objective]Wheat powdery mildew resistance genes of main commercial wheat cultivars and advanced lines from Gansu Province were analyzed,in order to provide information for plant breeders and make use of them.[Method]Wheat powdery mildew resistance genes in 14 commercial wheat cultivars and 28 advanced lines from Gansu Province were postulated by inoculating 21 isolates ofBlumeria graminisf.sp.tritici.[Result]The results indicated that in 14 commercial wheat cultivars,1 carriedPm8,and 1 carriedPm4b,and 4 carried unknown resistance genes,and the other 8 cultivars were susceptible to all tested isolates ofB.graminisf.sptritici.In 28 advanced lines,5 lines carriedPm8,and 2 carriedPm3a,and 1 carriedPm4b,and 1 carriedPm30,and 5 lines carried unknown resistance genes,and the other 14 lines were susceptible to all tested isolates ofB.graminisf.sptritici.[Conclusion]The lack of wheat powdery mildew resistance genes of main commercial wheat cultivars and advanced lines from Gansu Province may lead to disease occurrence and epidemics when conditions are proper,which should be paid attention to for the breeders and managers.

wheat; powdery mildew; gene postulation

S 435.121.46;S 432.21

A

10.3969/j.issn.0529-1542.2011.02.008

2010-03-29

2010-04-03

国家自然科学基金(30821140351);公益性行业科研专项(3-15)

*通信作者E-mail:ylzhou@ippcaas.cn