甘肃陇南重要小麦生产品种‘中梁27’抗条锈特点分析及其利用价值

孙振宇, 黄 瑾, 冯 晶, 张 勃, 曹世勤*, 贾秋珍, 王晓明, 金社林*, 王万军, 宋建荣

(1. 甘肃省农业科学院植物保护研究所， 兰州 730070; 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; 3. 甘肃省天水市农业科学研究所， 天水 741200)



甘肃陇南重要小麦生产品种‘中梁27’抗条锈特点分析及其利用价值

孙振宇1, 黄 瑾1, 冯 晶2, 张 勃1, 曹世勤1*, 贾秋珍1, 王晓明1, 金社林1*, 王万军3, 宋建荣3

(1. 甘肃省农业科学院植物保护研究所， 兰州 730070; 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; 3. 甘肃省天水市农业科学研究所， 天水 741200)

2007-2013年对甘肃陇南重要小麦生产品种‘中梁27’在甘肃省不同生态区进行了全生育期抗条锈特点研究和苗期抗条锈基因推导分析,结果表明：‘中梁27’全生育期对接种的条锈菌CYR29、CYR31、CYR32、Su11-4、Su11-7、Su11-11、Su11-13、HY4、HY7、HY8表现抗病,对CYR33表现中抗-中感,对新菌系贵22-9、贵22-14表现感病。对自然诱发的条锈病,从2012年开始在甘肃田间表现感病。苗期对24个国内外供试条锈菌单孢菌系的抗性谱与已知基因载体品种不一致,推测含有未知抗条锈基因。

冬小麦; 中梁27; 条锈病; 抗锈性特点

由条形柄锈菌(PucciniastriiformisWest f.sp.triticiEriks)引起的小麦条锈病是发生于甘肃省及中国小麦生产上的最主要病害,种植抗病品种是防治该病最经济有效且有利于环境保护的措施[1-3]。已有的研究结果表明,甘肃陇南麦区是小麦条锈病的常发易变区,是条锈菌新小种的“策源地”[1-5]。该区小麦条锈病的发生流行,不仅严重影响当地小麦产量,更为重要的是对我国黄淮海麦区小麦安全生产影响巨大。自1993年以来,随着以CYR32、CYR33为代表的HY及水源致病类群的不断出现和积累,造成我国重要小麦抗源材料‘繁6’及其衍生系——绵阳系品种的抗病性丧失[6],引致2002年小麦条锈病在全国范围内大流行,波及甘肃、四川、陕西、重庆、河南、山东、河北、宁夏、青海、贵州、云南等11个省(市、自治区),产量损失超过13亿kg[7]。截至目前,由于小麦条锈病菌毒性变异和新小种的流行,已导致全国范围内7次大规模的品种更替。

从2010年开始,随着条锈菌新致病类群G22的不断出现和积累,造成国内重要抗源材料‘南农92R’系、‘贵农’系及其衍生系材料抗病性的逐步丧失[8-10,12],包括‘兰天17号’、‘川麦42号’等在内的诸多生产品种(系)已逐步在田间丧失抗病性[10,12]。如何延长抗病品种在甘肃陇南的使用年限,持续控制甘肃省及中国小麦条锈病的发生流行,是摆在当前植物病理学家及抗病育种专家面前的一道难题和需要迫切解决的问题。同时进一步寻找、发掘和利用现有抗病品种及抗病资源,持续控制小麦条锈病在甘肃陇南及中国的发生流行,已成为当前生产及育种上的最主要工作之一。

冬小麦品种‘中梁27’是甘肃陇南山区重要生产品种,由天水市农业科学研究所小麦中心选育而成。自2006年在示范区推广以来,由于其良好的抗病、丰产特性,深受示范区群众的欢迎,取得了较好的控病增产效果[11]。目前对该品种抗病特点分析方面,国内尚未开展相关研究。基于此,作者开展相关抗条锈性特点分析,旨在为其在甘肃陇南的充分利用起到积极的推动作用。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试菌系：用于苗期、成株期抗病性评价的条锈菌单孢菌系共13个,包括CYR29、CYR31、CYR32、CYR33、Su11-4、Su11-7、Su11-11、Su11-13、HY4、HY7、HY8、G22-9和G22-14,由甘肃省农业科学院植物保护研究所小麦病害课题组提供。用于基因推导分析的26个国内外条锈菌单孢菌系包括3E22、7E158、45E221、43E159、167E62、175E191、239E188、34E40、99E22、41E233、3E10、113E80、64E12、34E30、36E8、45E191、2E26、45E185、107E58、32E200、44E169、45E169、45E25、40E47、108E41和109E125,来自中国农业科学院植物保护研究所麦类作物病害课题组。

供试品种：‘中梁27’来自于天水市农业科学研究所小麦中心。感病对照‘铭贤169’来自甘肃省农业科学院植物保护研究所小麦病害课题组。用于抗条锈基因推导的30个已知抗条锈病基因(组合)即Yr1、Yr2、Yr2+Yr6、Yr2+Yr6+、Yr2+YrH7、Yr3+YrV23、Yr3+、Yr3a+Yr4a+Yr16、Yr4+、Yr5、Yr6+Yr20、Yr7+Yr22+Yr23、Yr7+、Yr8+Yr19、Yr9+YrCle、Yr9+、Yr10+YrMor、Yr12、Yr2+Yr3a+Yr4a+Yr13、Yr15、Yr17、Yr24、Yr25+YrSD、Yr25、Yr26、Yr27、Yr28、Yr32、YrSpP和YrSu载体品种由中国农业科学院植物保护研究所麦类作物病害课题组提供。

1.2 试验方法

1.2.1 苗期、成株期抗条锈性评价

2007-2013年逐年选用供试的13个新鲜条锈菌单孢菌系,在甘肃省农业科学院植物保护研究所兰州低温温室分别进行接种和鉴定。成株期接种鉴定在甘肃省农业科学院植物保护研究所甘谷试验站进行,接种方法为喷孢子悬浮液法。从2007年开始,每年在甘肃省不同生态区的天水市农业科学研究所甘谷试验站(海拔1 270 m)、甘谷县白家湾乡东三十里铺村(海拔1 720 m)、甘谷县古坡乡魏家坪村(海拔1 920 m)、天水市秦州区汪川良种场(海拔1 680 m)和临洮农业学校(海拔1 960 m)进行条锈病自然诱发鉴定。具体种植、调查时间等方法参照参考文献[13-14]进行。

其中反应型记载采用0、0;、1、2、3、4共6级标准,其中0～2级为抗病(R),3～4级为感病(S);严重度记载采用0、t、5%、10%、20%、40%、60%、80%、100%共9级标准;普遍率记载采用0、t、5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%共13级标准[1]。

1.2.2 苗期抗条锈基因推导分析

2011年11-12月在中国农业科学院植物保护研究所低温温室,将供试材料和27个已知抗条锈病基因载体品种顺序编号,播于盛有营养土的30 cm×20 cm×10 cm(长×宽×高)的塑料盒中,每品种播5～7粒催芽种子。待供试品种第一片叶完全展开后,采用扫抹法分别接种24个新鲜供试单孢菌系[13-14]。接种后15～18 d,待感病对照‘铭贤169’充分发病后,依照0～4级标准调查记载反应型。

基于Flor基因对基因原理[15],通过比较分析供试品种和已知抗条锈基因载体品种对供试菌系相互作用所产生的反应型,推导供试品种可能含有的抗条锈基因[16]。

1.3 数据分析

病情指数=严重度×普遍率/100[1]。

2 结果与分析

2.1 苗期、成株期抗病性评价

2.1.1 接种鉴定结果

连续多年接种鉴定结果发现,‘中梁27’对CYR33及CYR29、CYR31、CYR32、Su11-4、Su11-7、Su11-11、Su11-13、HY4、HY7、HY8均表现免疫到中抗水平,对新菌系G22-9和G22-14表现感病，详细结果见表1。

表1 ‘中梁27’对供试菌系的抗条锈性表现1)

1) 表中数据为反应型/严重度/普遍率,下同。

Data in the table were listed as infection type / severity / incidence. The same below.

2.1.2 自然诱发鉴定结果

各地多年监测结果发现, ‘中梁27’自2011年开始,在甘谷、汪川及临洮田间对自然诱发的条锈病逐步表现感病,但严重度和病情指数相对较低,在1～4之间，详细结果见表2。

表2 2007-2013年‘中梁27’在甘肃各地抗病性表现1)

1) 括号内数据为病情指数。

The data in brackets was disease index.

2.2 苗期抗条锈基因推导分析

由表3结果看出,‘中梁27’除对供试菌系175E191和239E188表现感病外,对其余24个菌系均表现抗病,与30个抗性基因(组合)抗性反应谱不一致[13-14],结合系谱分析,推测含有未知抗病基因。

表3 ‘中梁27’对26个供试条锈菌单孢菌系的苗期抗病性表现

3 结论与讨论

小麦条锈菌新小种的出现和群体毒性结构的改变是引起小麦品种抗锈性丧失的主导因素[8]。正是由于新的毒性菌系G22致病类群的出现,导致从2011年开始,‘中梁27’的抗病性在甘肃陇南田间逐步丧失,在生产中逐渐失去利用价值,这也与前人研究结论相一致[1-2,6,10]。

研究结果发现,‘中5’具有优异的抗条锈特性,是当前我国小麦抗条锈育种上不可多得的抗条锈资源材料[17]。近年来国内学者先后从其衍生系品种(系)‘中梁22号’、‘中93444’和‘中93447’中标记出了Yrzhong22[18]、Yrzhong93444[19]、Yrzhong93447[20]等3个分布于不同染色体上的、有别于已知抗条锈基因的新基因。宋建荣等[11]研究发现,‘中梁27’为易位系材料,其外源片段分别来自中间偃麦草的St和E组染色体。分析‘中梁27’系谱,目前其亲本材料中除‘中4’在甘肃陇南田间表现抗病外,其余各亲本材料‘保加利亚10’、‘咸农4号’、‘中梁15号’、‘中梁12号’均表现感病,初步推测‘中梁27’抗条锈基因来源于抗病亲本‘中4’,但两品种所含抗病基因是否相同,则有待于进一步研究。

鉴于目前‘中梁27’已在甘肃陇南田间开始感病的现状,建议在生产中应压缩其种植面积,在播种期进行药剂拌种,成株期进行药剂喷洒防治,以控制条锈病的发生流行。

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(责任编辑：王 音)

Resistant characters and application value of wheat cultivar ‘Zhongliang 27’ to stripe rust in all-stage in Gansu Province

Sun Zhenyu1, Huang Jin1, Feng Jing2, Zhang Bo1, Cao Shiqin1, Jia Qiuzhen1, Wang Xiaoming1, Jin Shelin1, Wang Wanjun3, Song Jianrong3

(1. Institute of Plant Protection, Gansu Academy of Agricultural Sciences, Lanzhou 730070, China; 2. Institute of Plant Protection, Chinese Academy of Agricultural Sciences/State Key Laboratory for Biology of Plant Diseases and Insect Pests, Beijing 100193, China; 3. Tianshui Institute of Agricultural Sciences, Gansu 741200, China)

The wheat cultivar ‘Zhongliang 27’ was an important wheat planting variety in Longnan region, Gansu Province at present time. In order to evaluate its resistance to stripe rust, artificial inoculation of differential races ofPucciniastriiformisf.sp.tritici(Pst) including CYR31, CYR32, CYR33, Su11-4, Su11-7, Su11-11, Su11-13, HY4、HY7 and HY8, G22-9 and G22-14 were made in Lanzhou greenhouse (Institute of Plant Protection, Gansu Academy of Agricultural Sciences, IPP-GAAS) at seedling stage and Gangu testing station of IPP-GAAS at adult stage, and natural induced pool at different locations in Gansu Province during 2007-2013. The results showed that the wheat variety ‘Zhongliang 27’ was resistant to above 80% testing isolates except new isolates G22-9 and G22-14 ofPst. Since 2012, ‘Zhongliang 27’was susceptible to natural stripe rust in fields at different locations in Gansu Province because of new pathogenic type G22. By artificial inoculation of 24Pstisolates at seedling stage in Beijing greenhouse (Institute of Plant Protection, Chinese Academy of Agricultural Sciences, IPP-CAAS) at seedling stage, we found that ‘Zhongliang 27’ has different resistance spectra from the varieties with known resistant genes, postulating that there may be unknown resistant gene in the variety.

winter wheat; ‘Zhongliang 27’; stripe rust; resistant character

2014-05-23

2014-07-09

国家自然科学基金地区基金(31160362);“十二五”国家科技支撑计划(2012BAD19B04)

S 435.121.42

A

10.3969/j.issn.0529-1542.2015.04.034

* 通信作者 E-mail:caoshiqin6702@163.com；jinshelin@163.com