小麦品种‘Waikea’抗条锈病基因的遗传分析

曾海婷， 冯 晶， 蔺瑞明， 许玉凤＊， 林 凤， 徐世昌

（1.沈阳农业大学，沈阳 110866；2.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）

小麦条锈病是由小麦条锈菌（Puccinia striiformis f.sp.tritici West，Pst）引起的严重影响小麦生产的病害之一。该病分布范围广、发生历史悠久、流行强度高、危害严重。在大流行年份，受害小麦可减产30%，甚至颗粒无收［1－3］。其原因主要是小麦条锈病菌生理小种的更替，使生产用的主干品种丧失抗病性，引起条锈病的大面积发生［4－5］。在条锈病的防治上，抗病品种的应用是最经济、有效、对生态安全的方法。因此，寻找和利用条锈抗源是育种工作者的当务之急。由于国内小麦栽培品种中抗条锈基因抗病性的不断丧失和可利用抗源材料的减少，许多研究者把注意力集中到引进外国抗源材料上。

从20世纪20年代初开始，中国已经有目的、有计划性的开始加强对外国优质小麦品种的引进，并对其农艺性状的遗传和生理特性进行了深入研究［6－7］。杜久元［6］等于1992－2002年先后从 CIMMYT、美国俄勒冈大学、ENEA等引进2900份小麦种质资源，并进行了抗条锈多年连续鉴定，筛选出条锈免疫材料18份，高抗条锈且优质的材料9份。其中 CMT.Du－2、CMT.Du－4、CMT.Du－5、CMT.Du－6、CMT.Du－7、CMT.Du－8、CMT.Du－9等7个持久抗条锈材料的抗性表现稳定。蒲宗君［7］等从叙利亚国际农业干旱中心（ICARDA）引进了200多份小麦材料，通过田间自然鉴定，发现了一些田间高抗条锈兼抗白粉的材料，并对高抗条锈小麦种质ICA31、ICA70进行抗条锈病遗传分析。这些材料为小麦抗锈病育种提供了可用资源。

目前，生产中使用的以及从农家品种中筛选的抗锈病基因多数属于全生育期抗病基因，成株抗性基因较少。植物成株抗性是指苗期感病而成株期抗病的类型［8］。成株抗性是持久抗性的重要组成部分［9］。发掘和利用持久抗锈品种是目前抗病育种工作的主要方向。研究发现，美国西北部地区种植的小麦品种中有较多高温成株抗病资源［10］，引进美国西北部小麦抗病品种，有助于丰富我国小麦抗病品种抗病基因资源。

白玉路等［10］对美国西北部59份小麦品种进行了抗条锈性鉴定，其中小麦品种‘Waikea’苗期表现感病，成株期对中国条锈菌混合小种CYR31、CYR32和CYR33表现抗病，说明其含有成株抗病基因。本研究通过对‘Waikea’及‘Taichung 29’杂交后代群体成株期的抗性表现分析、苗期温敏微效基因检测等，与国内小麦品种对比其蛋白质含量和产量，以期了解‘Waikea’在蛋白质含量、产量和抗条锈上的优势，为进一步抗病基因分子定位和抗病育种及小麦品种改良提供依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

抗病亲本‘Waikea’原产地美国西北部地区，系谱为Spillman／WestBred 906R［11］。感病材料‘Taichung 29’（T29）由中国农业科学院植物保护研究所提供。以感病材料‘Taichung 29’作为母本与‘Waikea’杂交，获得杂种F1种子，杂种F1代自交获得F2代种子，F2代自交获得F3代种子，F1代作父本与T29回交获得BC1代种子，抗性鉴定所用的小麦条锈菌CYR31、CYR32和CYR33均由中国农业科学院植物保护研究所提供。

1.2 苗期抗病性鉴定

种植‘Waikea’3盆，感病对照品种‘铭贤169’3盆，每盆15～20株，苗期分别接种CYR31、CYR32和CYR33。置于10℃黑暗保湿24h后移至常温（昼15℃，夜10℃），待‘铭贤169’充分发病之后调查‘Waikea’的反应型，侵染型划分参照Lewellen等的标准［12］，并进一步详细分为十二级标准，即0，0；，0；＋，1，1＋，2－，2，2＋，3－，3，3＋，4［13］。

1.3 田间设计与处理

2012年2月下旬将供试材料及杂交后代播种于中国农业科学院植物保护研究所农业部廊坊有害生物科学观测实验站。基地种植区以畦为单位划分，每畦长22m，宽2m，每畦66行，共种植3畦。亲本‘Waikea’和‘Taichung 29’各1行，F1代2行，BC1代2行，F2代18行共185株，F3代173行共约1730株。每行10～15株，株间距10cm，行距0.25m。边行种植诱发品种‘铭贤169’。

1.4 接种鉴定和抗性遗传分析

2012年4月中旬用CYR33接种诱发行‘铭贤169’，接种约30d后，‘铭贤169’充分发病，严重度达到80%以上，开始调查发病反应型和严重度情况，每隔7d调查1次，共3次。反应型按照12级标准（0，0；，0；＋，1，1＋，2－，2，2＋，3－，3，3＋，4）调查，0～2＋为抗病型（R），3－～4为感病型（S）。根据F1、F2、F3群体的抗性分离比来确定抗病基因对数。

1.5 温敏微效基因的检测

苗期种植‘Waikea’材料以及‘铭贤169’各4盆，每盆15～20株，接种CYR33，每个品种各2盆同时置于常温（昼15℃，夜10℃），高温（昼24℃，夜18℃），RH 80%，光照时间14h／d，光强20000lx，且温光转换同步。待‘铭贤169’充分发病后调查‘Waikea’反应型。对比常温和高温条件下‘Waikea’的发病情况判断是否含有温敏微效基因。

2 结果与分析

2.1 ‘Waikea’苗期抗病性鉴定

‘Waikea’苗期分别接种 CYR31，CYR32和CYR33，待‘铭贤169’充分发病之后调查‘Waikea’的反应型。‘Waikea’对CYR31和CYR32表现为抗病，对CYR33表现为感病。结合白玉路等的研究结果，可推测知‘Waikea’对CYR33苗期表现感病，成株期表现抗病性（表1）。

2.2 ‘Waikea’苗期温敏微效基因分析

‘Waikea’苗期接种CYR33，置于常温和高温条件下充分发病后分别调查反应型，反应型均为3－。说明‘Waikea’不含有温敏微效抗病基因，对CYR33所含抗病基因属于成株抗病基因。

表1 常温下‘Waikea’对供试条锈菌系苗期的抗性表现1）Table 1 Responses of‘Waikea’to Puccinia striiformis f.sp.tritici under normal temperature condition

2.3 ‘Waikea’对CYR33的成株期抗病性遗传分析

表2 ‘Waikea’对条锈菌小种CYR33的成株抗性遗传分析1）Table 2 Genetic analysis of adult‘Waikea’plant resistance to the race CYR33

3 结论与讨论

根据“基因对基因”学说，小麦条锈菌小种不断演化是导致抗源丧失的主要原因，挖掘新抗源是小麦抗条锈育种的根本途径［11］。本研究就‘Waikea’成株期对CYR33的抗性进行遗传分析，结果表明‘Waikea’对CYR33成株期抗性由一对显性和一对隐性基因重叠或独立控制。温敏微效基因属于全生育期抗病基因，高温诱发温敏微效基因的表达。本研究中对‘Waikea’苗期进行了温敏微效基因分析，结果表明‘Waikea’苗期在常温和高温条件下均感病，认为该小麦品种不含有温敏微效基因，其对CYR33的抗性基因属于成株主效抗病基因。

通过对‘Waikea’成株期对CYR33的抗性遗传分析，初步确定了‘Waikea’成株抗病基因由一对显性基因和一对隐性基因重叠或者独立控制，为以后进一步将此材料的抗性基因进行分子标记奠定了基础。研究发现‘Waikea’中一对控制株高的基因BZ 998－447WP［14］，对条锈菌小种也有显著的抗病性。本研究中的两对基因其中是否包含基因BZ 998－447WP，有待进一步证实。

小麦的产量和蛋白质的含量是小麦性状和品质（营养品质和加工品质）的决定性因素，‘Waikea’的蛋白质含量和平均产量分别为13.2%和62.2BU／A（Bushel／acre，蒲 式 耳／英 亩），较 ‘Blanca grande’、‘Wa007990’、‘Id377s’等12份硬白春麦的平均蛋白含量高0.1%，平均产量高3.7BU／A。在同类小麦中，‘Waikea’的蛋白质含量和产量都具优良的品种优势，在农业生产中具有非常重要的利用价值。‘Waikea’产量与20份硬红春麦平均产量相比高出了4.2BU／A，比18份软白春麦平均产量高出7.5BU／A［15］。‘Waikea’与国内目前主栽品种‘鲁麦21’和‘豫麦58号’相比，其蛋白质含量分别高出了0.5%和0.2%，产量分别高出了20BU／A和28BU／A。在抗条锈病方面，‘鲁麦21’属中抗条锈病，‘豫麦58号’中感条锈病，‘Waikea’成株期表现高抗条锈病特性。所以，在一些国内外小麦栽培品种中‘Waikea’在品质和产量上都具有明显的优势，且与国内两个代表性的栽培品种相比具有高抗条锈病优势。因此说‘Waikea’不仅是抗病育种可利用的新抗源，而且也有助于提高子代材料的产量和品质。对其抗锈性遗传基础的解析，将会更有针对性地进行我国小麦品种抗性转育，进而增强我国生产小麦的抗病性和品质。

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