山东省小麦白粉病菌群体毒性鉴定和分析

张眉，郭霞，辛志梅，王升吉，辛相启，姜珊珊，吴斌

（山东省农业科学院植物保护研究所／山东省植物病毒学重点实验室，山东 济南 250100）

小麦是山东省主要粮食作物，其产量和品质极大关系着粮食安全［1］。小麦白粉病是小麦的主要病害之一，多以病菌孢子随气流传播，具有流行速度快、危害范围广、控制难度大等特点。近年来发生频繁，危害损失严重，已逐渐成为限制小麦稳产、高产的主要因素之一，严重威胁着小麦的安全生产［2，3］。在众多防治措施中，选育和应用优质、抗病品种是防治小麦白粉病最经济有效的措施。由于小麦白粉病菌具有高度变异性，不同地区之间的群体结构存在差异，因此加强小麦白粉病菌群体遗传结构研究、充分利用抗病品种的有效性，可有效降低白粉病对小麦产量带来的不利影响［4，5］。

目前国内外普遍采用一套已知抗性基因品种（系）进行小麦白粉病菌群体毒性结构监测。Parks［6］和EI-Shamy［7］等分别于2008年和2016年应用已知抗白粉病基因材料监测了2003—2005年美国东南部和2013—2014年埃及小麦白粉病菌的群体毒性结构。该技术从20世纪80年代开始，逐渐应用于我国部分省（市）小麦白粉病菌群体的毒性监测研究中，近几年来很多研究者采用该方法对陕西、河南、新疆、四川、山东、甘肃、黑龙江［5，8-13］等小麦主要产区白粉病菌的毒性结构开展大量研究，基本明确了各地小麦白粉病菌的毒性基因频率和有效抗病基因组成。

小麦白粉病菌的毒性频率是动态变化的，因此本研究采用鉴别寄主毒性监测方法［14］，对2018年山东省不同地区小麦白粉病菌的群体结构进行毒性鉴定和分析，并与2015年对山东省小麦白粉病菌的毒性监测结果［11］做比较，旨在为山东省推广抗病品种及品种合理布局提供有力依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试菌株：于2018年5—6月小麦白粉病高发期，在山东省德州、烟台、济南、济宁、聊城、临沂6市共16个地点采集小麦白粉病叶（表1），自然晾干后，每片病叶隔离放置并于4℃保存。

鉴别寄主：共31个小麦品种，均由中国农业科学院植物保护研究所提供；济南15为当地品种，作为感病对照（表2）。小麦白粉病菌的分离、纯化和扩繁均采用济南15。

表1 小麦白粉病菌供试菌株信息

1.2 小麦白粉病菌的毒性鉴定

将保存于4℃的小麦白粉病叶浸泡于清水中，使休眠的闭囊壳萌发。挑取萌发好的闭囊壳至喷湿小麦叶片的雾滴中，罩上带6层纱布的玻璃罩使其在16～20℃温度下隔离保湿培养。剪下有单孢子萌发的叶片，扫涂于1叶1心期的济南15麦苗上隔离保湿培养，即形成单孢子菌源，扩繁一次备用，总共得到62株单孢子堆菌株。

利用31个已知抗病基因的鉴别寄主和1个感病对照（济南15）对所有供试菌株进行毒性鉴定，分别将扩繁好的小麦白粉病菌扫涂于鉴别寄主苗上，每个菌株两次重复，每盆10株麦苗。在16～20℃温室中隔离培养，接种10天后调查发病程度。参考司权民等［15］的调查方法，记载接菌叶片的病情反应型，其中0、0；、1和2型为抗病反应型，3和4型为感病反应型，并计算毒性频率。毒性频率（%）＝毒力菌株／供试菌株×100。

1.3 数据统计及分析

根据毒性鉴定结果，将有毒性的菌株记为“1”，无毒性的记为“0”。利用统计分析软件NTSYS pc 2.11对小麦白粉病菌群体毒性矩阵进行UPGMA聚类分析［16］。

2 结果与分析

2.1 山东省各地小麦白粉病菌株毒性鉴定

利用32个寄主对德州、烟台、济宁、济南、聊城、临沂6市供试小麦白粉病菌株分别进行毒性鉴定，结果（表2）显示，62个菌株对济南15的毒性频率均为100%，除了鉴别寄主中的两个对照（Chancellor、阿夫）和当地感病对照（济南15），德州市小麦白粉病菌群体对12个抗性基因或组合的毒性频率高于70%，分别为Pm1a、Pm3b、Pm3c、Pm3e、Pm3f、Pm5a、Pm7、Pm8、Pm19、Pm2＋Ta、Pm“Era”和Pm“XBD”；烟台市有15个，比德州市多了Pm3d、Pm6（寄主名称为Coker747）、Pm17；济宁市有22个，比德州市多了Pm2、Pm3d、Pm4a、Pm4b、Pm5b、Pm6（寄主名称为Coker747）、Pm6（寄主名称为Timgalen）、Pm13、Pm2＋6和Pm4＋8；济南市有23个，和德州市相比，除对抗性基因Pm2＋Ta低于70%外，毒性频率高于70%的抗性基因还有Pm2、Pm3a、Pm3d、Pm4a、Pm4b、Pm5b、Pm6（寄主名称为Coker747）、Pm6（寄主名称为Timgalen）、Pm13、Pm17、Pm2＋6和Pm2＋Mld；聊城市除了Pm21、Pm1＋2＋9、Pm4b＋5b和Pm5＋6，临沂市除了Pm21外，对其余抗性基因的毒性频率均高于70%。说明这些抗性基因已失去抗性。

德州市小麦白粉病菌群体对Pm4b、Pm5b、Pm21、Pm1＋2＋9、Pm2＋6、Pm2＋Mld、Pm4＋8、Pm4b＋5b及Pm5＋6抗性基因的毒性频率低于30%，并且对Pm4b、Pm5b、Pm21、Pm2＋6、Pm 2＋Mld、Pm4b＋5b及Pm5＋6共7个抗性基因的毒性频率均为0；与德州市相比，烟台市小麦白粉病菌群体对除了Pm1＋2＋9外的8个抗性基因的毒性频率低于30%；济宁市和济南市相同，只对抗性基因Pm21和Pm1＋2＋9的毒性频率低于30%；聊城市和临沂市的小麦白粉病菌群体仅对抗性基因Pm21的毒性频率低于30%，说明这些抗性基因在当地仍为有效基因。

2.2 小麦白粉病菌群体毒性结构

如图1所示，除两个鉴别寄主对照及感病对照外，62个小麦白粉病菌株对17个抗性基因或组合的毒性频率均高于70%，分别为Pm1a、Pm3b、Pm3c、Pm3d、Pm3e、Pm3f、Pm5a、Pm6（寄主名称为Coker747）、Pm6（寄主名称为Timgalen）、Pm7、Pm8、Pm13、Pm17、Pm19、Pm2＋Ta、Pm“Era”和Pm“XBD”，说明这些抗性基因已失去抗性；对抗性基因Pm21、Pm4b＋5b及Pm5＋6的毒性频率低于30%，其中对Pm21抗性基因的毒性频率为0；对Pm2、Pm3a、Pm4a、Pm4b、Pm5b、Pm1＋2＋9、Pm2＋6、Pm2＋Mld及Pm4＋8共9个抗性基因的毒性频率介于37.10%～66.13%。

表2 山东省各地小麦白粉病菌株毒性频率

2.3 小麦白粉病菌株毒性多态性分析

由图2可知，当遗传相似系数为0.67时，小麦白粉病菌毒性聚类可划分为两个大组，第一大组包括德州市9个菌株及烟台市21个菌株，另外还有济南市2个菌株（JL1和JL2）及1个济宁市菌株JR1；第二大组包括烟台市其余4个菌株（YQ1、YQ2、YT1、YY3）、济南市2个菌株（JL3和JL4）、济宁市除了JR1外的9个菌株以及聊城、临沂市的所有菌株。

62个小麦白粉病菌株毒性相似系数在0.67～1.00之间，说明6个市的小麦白粉病菌群体间毒性存在一定差异。聚类分析结果表明，小麦白粉病菌毒性多态性与菌株地理来源有关，德州与烟台菌株多聚在一起，济宁、聊城、临沂市的菌株多聚在一起。

3 讨论与结论

本研究对2018年采自山东省德州、烟台、济南、济宁、聊城、临沂6市共62个小麦白粉病菌株进行了毒性监测，与2015年的毒性监测结果［11］相比有较大变化：Pm1a、Pm4a、Pm4b、Pm17及Pm“XBD”的毒性频率上升幅度较大，其中Pm1a、Pm17及Pm“XBD”的毒性频率已高于80%，完全失去抗性，不能再作为抗性材料使用；Pm1＋2＋9、Pm2＋6、Pm2和Pm5b的毒性频率有不同程度的下降，毒性频率在38.71%～66.13%之间，这可能与近几年山东各地区小麦主栽品种的调整有关，也可能与采样地点的不同有一定关系，仍需要继续监测；另外，新增的3个抗性基因Pm13、Pm2＋Ta及Pm“Era”毒性频率均高于70%，不能作为抗性材料使用。

本研 究 表 明，Pm1a、Pm3b、Pm3c、Pm3d、Pm3e、Pm3f、Pm5a、Pm6、Pm7、Pm8、Pm13、Pm17、Pm19、Pm2＋Ta、Pm“Era”和Pm“XBD”的毒性频率均高于70%，其中Pm1a、Pm3b、Pm3c、Pm3e、Pm3f、Pm5a、Pm7、Pm8和Pm19的毒性频率在全国大部分地区，如河南［8］、新疆［9］、四川［10］、甘肃［12］、陕西［17］等省份均偏高，但Pm13和Pm“XBD”的毒性频率在这些省份均偏低。李强等［5］研究表明，Pm6、Pm17、Pm“Era”的毒性频率在陕西省均偏低，与其他人的研究结果不一致，未见有关抗性基因Pm2＋Ta的相关报道。本研究表明，Pm2、Pm3a、Pm4a、Pm4b、Pm5b、Pm1＋2＋9、Pm2＋6、Pm2＋Mld、Pm4＋8、Pm4b＋5b及Pm5＋6共11个抗性基因的毒性频率介于29.03% ～66.13%，所有供试菌株对抗性基因Pm21的毒性频率均为0，说明Pm21对供试小麦白粉病菌株具有极强的抗性，与许多研究者的报道一致［5，8，9，17，18］，但也应避免大面积单一种植而造成抗性丧失。

本研究比较了德州、烟台、济南、济宁、聊城、临沂6个市的小麦白粉菌群体之间的毒性频率。结果表明，31个鉴别寄主，除了2个对照外，德州市小麦白粉病菌群体对12个抗性基因或组合的毒性频率高于70%，同时对7个抗性基因的毒性频率等于0，说明德州市小麦白粉病菌群体普遍毒性较弱，甚至部分鉴别寄主表现为免疫；烟台市有15个抗性基因的毒性频率高于70%，可以将德州市、烟台市筛选出的有效基因结合利用，尤其一些累加基因组合，如Pm4＋8、Pm4b＋5b及Pm5＋6；济宁市和济南市分别有22、23个抗性基因的毒性频率高于70%，而且两市的所有菌株对抗性基因Pm1＋2＋9的毒性频率均为0，这与2013年的研究结果差异较大，也与前人研究结果不尽相同［6-10］，后续仍需要密切监测；聊城市除了Pm21、Pm1＋2＋9、Pm4b＋5b和Pm5＋6，临沂市除了Pm21外，白粉病菌群体对其余抗性基因的毒性频率均高于70%，说明这两市小麦白粉病菌群体毒性较强，大多数抗性基因已失去抗性，需要另外寻找抗性基因利用。

本研究对所有供试菌株进行聚类分析表明，德州市的所有菌株和烟台市的大部分菌株聚在一起，并交错排列，说明两地白粉病菌株相似度比较高，但两市地理距离比其他市更远，其中的原因还需要加深研究；济宁、聊城及临沂的菌株多聚在一起，说明这3个地方的小麦白粉病菌株群体毒性较为接近。济宁、聊城及临沂市位于山东省西南部，气候较为相似，为避免今后小麦白粉病菌群体间的基因交流，应避免大面积种植单一、相同的小麦品种。济南市的白粉病菌株在两组中均有排布，还需进一步监测。

小麦白粉病菌株群体的毒性结构随时间、地点不同呈动态变化，利用鉴别寄主对其进行毒性监测是最直观、最基础的工作，需要持续进行以掌握其动态变化规律。下一步应利用SNP标记、SRAP标记等技术开展小麦白粉病菌株遗传多样性研究［19］。抗性基因Pm21对小麦白粉病具有广谱抗性，建议将其与其他有效抗性基因结合利用，以丰富抗病基因的多样性，或通过分子生物学手段揭示其抗性机制，进行Pm21基因特异性标记开发和利用，为小麦抗病育种及选择栽培品种提供理论依据［20］。