宁夏春小麦品种宁春27号成株期抗条锈性遗传分析

白海波, 惠 建, 吕学莲, 马斯霜, 王敬东, 沈文娟, 李树华

(1.宁夏农林科学院农业生物技术研究中心， 银川 750002； 2.宁夏回族自治区原种场， 银川 750200)

小麦是世界上最重要的粮食作物之一，全球35%～40%人口以其为主食[1]，我国每年小麦种植面积在2 400万hm2左右[2]。 由小麦条锈菌专化型(Pucciniastriiformisf. sp.tritici)引起的小麦条锈病是世界性流行的真菌病害，严重危害我国广大麦区[3-4]。小麦条锈病多发于低温和潮湿环境，从小麦生长出一叶到成熟的过程中都可能遭到侵染[5]。研究表明，利用、选育和种植抗病品种是防治小麦条锈病最经济有效的方法和措施[6]。

表1 各品种对供试条锈菌系的抗条锈性表现

我国学者在研究小麦抗条锈病方面做了许多工作，鉴定和研究生产上推广的品种和小麦农家品种。李邦发[7]对西科麦2028抗条锈病进行了遗传分析；尹军良等[8]对冬小麦品种天867进行了抗条锈性评价及抗条锈病基因遗传分析；侯璐[9]在苗期对4份春小麦种质资源进行了条锈病抗性评价和抗性遗传分析；张调喜等[10]和姚强等[11]分别对青海小麦品种青春38号和青春39号进行了抗条锈遗传分析；黄苗苗等[12]对甘肃冬小麦品种兰天23号苗期抗条锈性进行遗传分析；曹世勤等[13]在苗期和成株期对26个春小麦品种(系)进行了抗性基因分析和评价。宁夏育成的春小麦品种适应性好，在甘肃、青海、新疆等西北地区都有种植，但是育成的抗条锈病品种较少，给新品种的推广带来了不利的影响。项目组发现，春小麦旱地品种宁春27号高抗条锈病，本研究主要探究宁春27号的成株期抗条锈病基因Fenix和条锈病抗性遗传特点，为其在小麦抗病育种中的合理利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以春小麦品种“宁春4号×宁春27号”构建的RILs群体(128个家系)及其亲本为遗传研究材料，RILs材料由本项目组创制并保存。宁春4号[14]是宁夏永宁育繁所选育，于1981年审定推广。宁春27号[15]是宁夏固原市农科所选育，于1998年审定推广。

1.2 试验方法

苗期试验在甘肃省农业科学院植物保护研究所兰州温室进行，成株期试验分别于宁夏农林科学院农作物所试验基地和甘肃省农业科学院植物保护研究所甘谷试验站进行。供试材料按顺序编号进行播种。成株期抗病性评价按当地小麦播种适期依次种植在小种圃内。每个材料种1行，行距0.2 m，行长1.0 m，顺序排列。苗期试验于小麦生长1叶1心期采用抖孢子粉法接种。成株期于绝大多数材料旗叶完全展开时采用喷洒孢子悬浮液法进行接种。接种后18～20 d，待感病对照品种铭贤169充分发病后调查病情，RILs群体及亲本的条锈病情指标(反应型/严重度/普遍率)按照行业标准进行记载[16]，调查2次，间隔7 d，以调查中发病最严重的数据作为终期病情进行最终统计。

1.3 统计分析

数据采用Microsoft Office 2016软件进行统计分析。采用植物数量性状主基因+多基因混合遗传模型分析软件[17]分析测定数据。利用极大似然和期望最大化算法估计分布参数，适宜遗传模型选取AIC值较小且适合性检验较优的模型。最适遗传模型确定后通过最小二乘法计算模型的一阶遗传参数，并计算主基因和多基因的方差和遗传率。

2 结果与分析

2.1 亲本苗期和成株期条锈病抗性统计分析

温室苗期和田间成株期分小种接种试验结果(表1)表明，亲本宁春4号在苗期和成株期对条锈菌小种和混合菌种均表现为感病，反应型(IT)表现为3～4级，而亲本宁春27号在苗期对CYR 32、中4和混合菌表现为感病(IT：3)，成株期稳定表现为抗病(IT：0～IT：2)。数据分析显示，两亲本成株期条锈病抗性比较稳定，宁春4号的严重度为40%～80%，普遍率为60%～100%；而宁春27号的严重度为0～5%，普遍率为0～20%。结果表明，宁春27号的抗条锈性属于成株期抗性类型。

2.2 RILs群体成株期条锈病抗性统计分析

RILs群体分别在银川和甘谷两个环境中反应型、严重度和普遍率的频数分布见图1、图2和图3。可知RILs群体在两个环境中各株系间不同条锈病成株抗性评价指标反应型、严重度和普遍率的最大值和最小值之间差异明显，表现出双向超亲分离，且均呈现连续性分布。此外，RILs 群体材料的反应型、严重度和普遍率在甘谷都要高于银川，说明其发病更充分。

2.3 宁春27号的成株期条锈病抗性最适遗传模型

采用植物数量性状主基因+多基因混合遗传分析法，对宁春27号的成株期条锈病抗性基因进行最佳遗传模型分析(表2)，共得到20种遗传模型，进行适合性检验，获得U12、U22和U32、Wn2和Dn统计量。先筛选出最小AIC值或者接近最小AIC值的模型，再筛选显著检验个数最少的模型确定为最适遗传模型。因为RILs 群体材料的反应型、严重度和普遍率在甘谷均高于银川，因此以甘谷调查的RILs 群体条锈病指标数据为准进行最优遗传模型的计算。

表2 RILs群体抗条锈病指标在各遗传模型下的AIC值

反应型备选模型中，模型4 MG-AI、2 MG-Duplicate 和2 MG-Inhibiting的AIC值较小，分别为506.22、510.06和511.12，适合性检验表明2 MG-Duplicate模型适合性更好，因此，春小麦品种宁春27号对条锈病的反应型符合2对具有重叠作用的加性效应主基因遗传模型。严重度的模型以4MG-AI最小，虽然与模型2 MG-Inhibiting的AIC值相差不大，但适合性检验表明，2 MG-Inhibiting模型适合性更好，即为最适遗传模型。普遍率的模型以3 MG-AI的AIC最小，可作为最适遗传模型，即3对主基因控制的加性-加性×加性上位性遗传模型。

2.4 宁春27号条锈病抗性参数

表3 RILs群体在最优遗传模型下的遗传参数值

2 MG-Inhibiting模型，即2对具有抑制作用的主基因遗传模型，2对主基因间加性×加性互作为负向效应(iab<0)，主基因遗传率为83.53%。以普遍率数据分析为3 MG-AI模型，即3对主基因控制的加性-加性×加性上位性遗传模型，主基因表现为正向加性效应(da>0，db>0，dc>0)，其他互作均为负向，主基因的遗传率为99.90%。

3 讨论与结论

小麦条锈菌小种多，且小种变异快，会导致新致病性小种的产生，极易使抗小麦条锈病抗源及抗病性品种丢失抗性，给小麦生产带来巨大损失。因此今后需要进一步发掘抗病新品种，拓宽抗病遗传资源，以确保小麦安全生产。继条锈小种CYR 32、CYR 33流行之后，新的流行性小种是CYR 34[18]。目前，CYR 34即将传播到我国小麦主产区，将会给小麦生产造成危害[19]。筛选和利用新的抗源及抗病性品种显得尤为紧迫和重要。国内学者以引进材料、地方品种和育成品种在苗期和成株期抗条锈病基因遗传分析等方面做了大量工作，研究表明，小麦条锈病抗性分别由1对、2对显性或隐性基因控制的作用规律[20-24]，周春宏等[20]研究表明，曲白春苗期对CYR 33的抗性由1对显性基因控制，成株期对小麦条锈混合菌种的抗性由2对独立显性核基因控制。马东方等[21]研究表明，小偃6号对条锈小种(CYR 30、CYR 32)的反应型由2对隐性基因控制，对Su 11-4的反应型由1对显性基因控制。张莹等[22]研究表明，小麦品系P 9897对CYR 29、CYR 31、CYR 32、CYR 33、PST-Su 5和PST-CH 42混合小种成株期表现高抗，其条锈病抗性是数量性状，由2对(一显一隐)基因独立控制或起重叠作用控制。宁利园等[23]研究结果显示，红锁条对CYR 31和CYR 32的抗病性由2对隐性独立或重叠遗传基因控制，对CYR 33的抗病性由1对隐性基因控制；白蚂蚱对CYR 31、CYR 32、CYR 33的抗病性分别由2对显性互补基因、1对显性基因和2对隐性独立或重叠基因控制。苏萍萍等[24]研究表明，P 10078苗期对CYR 32、V 26/CM 42表现为感病，成株期对混合小种表现为高度抗病，其抗性由1对显性主效基因控制。本研究表明，宁春27号苗期高感，成株期抗病，属于成株期抗性，与张莹研究的小麦品系P 9897相同，其抗病性是数量性状，条锈病抗性指标反应型和严重度都是由2对主基因控制。上述研究表明，控制条锈病基因的遗传特点不同，这种结果差异可能与试验材料、接种条锈菌小种及鉴定指标等的不同有关。

宁春27号是宁夏固原市农科所选育的春小麦品种，具有高产、优质、抗旱、高抗条锈病、中抗白粉病、感锈及黄矮病等特点，在宁夏南部山区雨养地区大面积种植。本项目组对2011—2017年大田(宁夏银川、固原)种植的宁春27号进行成株期条锈病调查，发现宁春27号是优良的抗病品种[25]，研究宁春27号的条锈病抗性遗传机制，为今后科学合理利用抗病资源奠定基础。张薇等[26]对宁春27号进行了条锈病鉴定，但未见关于宁春27号的抗条锈病基因的遗传规律和遗传分析研究。因此对宁春27号抗条锈基因进行相关研究，对丰富宁夏培育抗病品种具有重要意义。

本研究对宁春4号与宁春27号及其构建的RILs群体后代进行田间条锈病抗性鉴定试验。结果显示，用反应型和严重度数据分析得出，宁春27号含有2对成株期抗条锈病性主基因，只是主基因表现的作用方式不一样。用普遍率分析得出，宁春27号含有3对成株期抗条锈病性主基因。根据宁春27号的抗条锈病的遗传特点，通过聚合抗病基因，获得持久抗性的育种新材料，可以用构建的重组自交系群体进一步对抗病性状进行分析验证，对抗病基因进一步定位，以期获得与抗病基因紧密连锁的分子标记，为分子标记辅助选择育种提供参考。