抗锈冬小麦品种在甘肃陇南越夏区条锈病防控中的作用

摘要

条锈病是发生于甘肃陇南小麦生产上最主要的病害之一， 种植抗病品种是防治该病最经济有效的措施。对40个甘肃陇南小麦生产品种进行成株期抗条锈病性评价， 分析1974年-2020年以‘兰天’冬小麦为主的抗条锈病品种在陇南条锈菌越夏区种植后主要流行小种变化情况，发现自1993年以来随着抗病品种（基因）布局的实施， 主要流行小种出现间隔时间由不足2年延长到4.8年，最高出现频率由1980年的87.3%（CYR19）下降到2018年的38.5%（CYR34）， 抗锈冬小麦品种在陇南越夏区推广应用后对条锈菌主要流行小种控制效果明显。持续开展抗病品种合理布局应用， 将会为持久控制小麦条锈病发生流行、保障甘肃省及中国小麦安全生产提供技术支撑。

关键词

条锈病;" 陇南越夏区;" 抗病品种;" 防控效果

中图分类号：

S 435.121.42

文献标识码：" A

DOI：" 10.16688/j.zwbh.2024057

收稿日期：" 20240130""" 修订日期：" 20240416

基金项目：

国家重点研发计划（2021YFD1401000）;甘肃省农业科学院生物育种专项（2022GAAS006）

致" 谢：" 参加本试验部分工作的还有江代礼、谭翰杰、张能和纪烨斌等同学，特此一并致谢。

* 通信作者

E-mail：

caoshiqin6702@163.com

#

为并列第一作者

Control effect of resistant winter wheat varieties on stripe rust in the summering area of Longnan， Gansu province

CAO Shiqin1，2，3*，" JIA Qiuzhen1，2，3，" WANG Wanjun4，" ZHANG Wentao5，" BAI Bin5，" LI Ling6，ZHANG Bo1，2，3，" SUN Zhenyu1，2，3，" HUANG Jin1，2，3，" ZHANG Yaohui4，" LUO Huisheng1，2，3

（1. Institute of Plant Protection， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou" 730070， China;

2. Scientific Observing and Experimental Station of Crop Pests in Tianshui， Ministry of Agriculture

and Rural Affairs， China， Tianshui" 741200， China; 3. National Agricultural Experimental Station for

Plant Protection at Gangu， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， China， Tianshui" 741200， China;

4. Tianshui Institute of Agricultural Sciences， Gansu Province， Tianshui" 741001， China; 5. Wheat

Research Institute， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou" 730070， China;

6. Lanzhou Agricultural Research amp; Technology Promotion Center， Lanzhou" 730020， China）

Abstract

Wheat stripe rust， caused by Puccinia striiformis f.sp. tritici （Pst）， is one of the most important diseases affecting wheat production in Longnan， Gansu province. Planting resistant wheat varieties is the most economically effective control measure. This study evaluated adult plant resistance to stripe rust in 40 commercial wheat varieties grown in Longnan and analyzed the shifts in predominant Pst races from 1974 to 2020， particularly focusing on the primary resistant variety ‘Lantian’ used in the region. The results showed that since 1993， the implementation of resistant varieties has extended the emergence frequency time of dominant Pst races from less than two years to 4.8 years. The highest frequency of the predominant race decreased from 87.3% for CYR19 in 1980 to 38.5% for CYR34 in 2018. The results also indicated that the deployment of resistant winter wheat varieties in the Longnan summering area has effectively controlled the primary epidemic Pst races. Continued promotion of resistant wheat varieties will provides technical support for sustainably managing stripe rust in Gansu province and ensuring the safety of wheat production in China.

Key words

stripe rust;" Longnan summering area;" resistant wheat variety;" control effect

甘肃陇南越夏区主要包括六盘山以西、兰州市以东以南的天水市、陇南市、临夏州、定西市及平凉市庄浪县、静宁县和甘南州舟曲县等地，是中国小麦条锈病最大的越夏区和病害流行的“心脏”地带［12］，也是西北越夏区（包括甘肃陇南、陇东，青海东部农区和宁夏的隆德、固原等地）的重要组成部分［1］。条锈病是发生于该区域及中国小麦生产上的主要病害，据统计全国每年约有133.33万hm2小麦受到条锈病的威胁［34］，持续控制甘肃陇南越夏区小麦条锈病的发生为害，是实现源头治理、保障区域及国家小麦安全生产的治本之策［57］。

种植抗病品种是防治小麦条锈病最经济有效且有利于环境保护的措施［1，89］，进行不同抗条锈病基因的合理布局，实现陇南越夏区抗条锈病基因多样化，是持续控制该区域条锈病发生流行的前提［10］。针对陇南越夏区新小种出现频率高、抗病生产品种（系）及抗源材料抗病性丧失速度快且长期匮乏的现状［1］，自20世纪60年代末期以来，王吉庆研究员、周祥椿教授等为代表的研究者立足甘谷试验站和清水试验站，面向甘肃陇南，放眼全国，先后与中国农业科学院植物保护研究所

等多家相关单位，多方式、持续开展小麦抗病种质资源评价、新种质创制、新品种的选育及抗病基因合理布局与应用。在抗锈育种方面，形成了业内“抗锈品种哪家强，兰天天选和中梁;武都中植和陇鉴，同心共筑抗锈梦”的评价［11］。甘肃省农业科学院小麦研究所自1991年起先后引进10 000余份国内外抗源材料在田间进行了抗病性评价，探明了供试材料的抗病性特点及抗性类型［1214］，并在清水试验站建立了全国最大、最丰富的抗条锈病基因库［15］。甘肃省农业科学院植物保护研究所、天水市农业科学研究所等相关单位学者先后对20 000余份国内外品种（系）及农家品种材料在甘肃陇南进行了抗条锈病性鉴定和评价，筛选出‘繁6’‘南农92R’‘贵农21’‘贵协1号’‘1R35’‘武都白茧儿’及‘Pascal’‘Flanders’‘Holdfast’等国内外优异种质资源材料3 000余份，供省内外育种单位利用［1624］。在此基础上，培育出在陇南越夏区先后广泛应用的，以‘兰天10号’‘兰天19号’‘兰天26号’‘兰天36号’‘天选54号’‘中梁22号’‘武都23号’等为代表的兰天、天选、中梁、武都系等抗条锈病品种333个［2527］，并提出了抗病品种布局方案［28］，通过多年来甘肃陇南抗病品种（基因）布局与实践，逐步实现了利用基因遗传多样性控制陇南越夏区条锈病的目标［29］，为该区域“有病无灾和病害持久控制”［10］这一目标的实现打下了良好的基础。本文通过对前人的研究进展进行初步总结，旨在为今后甘肃陇南更好地防控小麦条锈病奠定基础。

1" 材料与方法

1.1" 供试材料

供试的40个近年来新育成的在陇南大面积推广应用的兰天、天选、中梁、武都系列冬小麦品种，来自甘肃省农业科学院小麦研究所、天水市农业科学研究所和陇南市农业科学研究所。供试菌种CYR32、CYR34及混合菌来自甘肃省农业科学院植物保护研究所。

1974年-2020年主要流行小种及出现频率数据资料来自汪可宁等［30］、宋位中等［31］、贾秋珍等［3244］、黄瑾等［45］相关文献。

1.2" 试验方法

2022年和2023年，在甘肃省农业科学院植物保护研究所甘谷试验站，对供试的40个小麦品种于4月下旬旗叶完全展开时分别进行成株期人工接种条锈菌单孢菌系CYR32和CYR34［46］，接种后20 d，分别记载各品种条锈病病情（反应型／严重度／普遍率），

抗病性判别标准参考文献［47］，病情指数=严重度×普遍率/100，反应型3、4型，且病情指数≤25判定为具有慢条锈病特性

。同时在甘谷试验站大田进行苗期接种诱发和成株期自然诱发相结合鉴定，在感病对照品种‘铭贤169’发病高峰期的5月下旬，分2次记载条锈病病情，以最重一次为准。

1.3" 数据分析

用Microsoft Excel 2007进行。

2" 结果与分析

2.1" 40个新品种成株期对主要流行小种的抗锈性表现

试验发现对CYR34， 2022年和2023年表现抗病的有‘兰天36号’等19个和22个品种，分别占47.5%和55.0%;‘兰天23号’等16个和17个品种具有慢条锈病特性，占40.0%和42.5%。对CYR32，有‘兰天33号’等24个和21个品种表现抗病，分别占60.0%和52.5%;‘兰天26号’等14个和15个品种具有慢条锈病特性，占35.0%和37.5%。对人工接种及自然诱发的混合菌，表现抗病的有‘兰天42号’等22个和26个品种，分别占55.0%和65.0%;‘兰天26号’等14个和10个品种具有慢条锈病特性，占35.0%和25.0%。两年中总体抗病性评价表现抗病的有‘兰天36号’等10个品种，占25.0%;‘兰天23号’等24个品种具有慢条锈病特性，占60.0%。

2.2" 抗病品种应用对甘肃省小麦条锈菌群体的影响

2.2.1" 主要流行小种类型分析

对1974年-2020年间甘肃省小麦条锈菌生理小种监测结果分析发现，全国小麦条锈病协作组先后监测并命名了CYR17～CYR34生理小种共计18个，其中对甘肃省及中国影响最大的流行小种有CYR17、CYR18、CYR19、CYR23、CYR25、CYR28、CYR29、CYR31、CYR32、CYR33、CYR34（表2）。其年度间消长动态见图1。

2.2.2" 主要流行小种持续时间

监测结果发现（表2），1974年-2020年间CYR32、CYR33这2个流行小种持续流行时间最长，分别为26、23年；CYR23、CYR25、CYR28、CYR29、CYR34这5个流行小种持续流行时间也较长，为9～11年；CYR17、CYR18、CYR19、CYR31这4个流行小种持续流行时间则较短，为2～6年。近年来（2010年-2020年），占据主要地位的流行小种为CYR32、CYR34，这2个流行小种持续时间长且出现的频率也较高。

2.2.3" 主要流行小种出现频率分析

分析从1974年-2020年间共监测到的18个条锈菌生理小种，发现在1974年-1979年的6年间，命名小种有CYR17～CYR21共5个，主要流行小种是CYR17、CYR18、CYR19;1980年-1992年的13年间，命名小种有CYR22～CYR29共8个，主要流行小种是CYR25、CYR28、CYR29等;1993年-2020年的28年间，命名小种有CYR30～CYR34共5个，主要流行小种有CYR32、CYR33、CYR34等。表明在甘肃陇南通过抗病品种布局的实施和应用，显著提高了小麦条锈病菌源基地抗病基因丰富度，而且构筑了条锈菌生活循环的双重遗传屏障，抑制病菌变异，延缓了病菌优势小种的产生与发展，并已取得阶段性成效。

3" 结论与讨论

3.1" 强化抗病品种布局

研究发现，小麦品种和抗锈亲本单一化是导致条锈病流行的主导因素，抗锈品种多样化对控制或减轻条锈病的流行为害有显著作用，实行不同抗源品种合理布局是控制条锈病流行危害更为有效的措施［1］。冯晶等［3］对陇南越夏区控制，提出了指导性、指令性、区域性、多样性、开放性、长远性的原则。在抗病品种应用上提出了定向生态育种和抗病基因合理化利用，在小麦条锈病不同流行区构建互不重叠的遗传屏障，切断菌源基地内病菌周年循环以及东西部麦区之间的菌源传播交流途径的总体思路，具有较好的前瞻性。从初步的分析结果看，通过抗病品种的合理布局，甘肃省小麦条锈菌生理小种新小种类型出现数量显著低于上世纪。其中新小种的出现年限从1974年-1979年的1.2年、1980年-1993年的1.6年延长到1994年-2020年的4.8年，主要流行小种出现频率从最高的80%以上显著降低到38%左右（图2）。

3.2" 强化新技术在抗病育种中的应用

随着分子标记、基因编辑、合成生物学以及基因组学、蛋白组学、代谢组学和生物信息学等现代生物技术的发展，开展小麦抗条锈病基因的鉴定标记、分

离克隆、功能分析及其转移利用，从表型和生物信息

学两方面着手，育种家与植物病理学者密切合作，精准开展种质资源的抗逆性评价、筛选与利用等基础性工作已成为现实。在开展优异材料的抗条锈病基因分子检测进行辅助选择育种的基础上，白斌等［49］开展了抗锈基因聚合育种成果实践。对抗逆性优异的远缘材料，结合生物育种技术，通过回交手段或通过染色体工程技术，克服生殖隔离、聚合野生优异资源，创制二线抗源，持续解决种质资源匮乏的“卡脖子”技术和育种之需［28］，更是甘肃陇南抗病育种的首要任务。与此同时，利用多种抗锈类型是丰富和充实陇南抗锈基因库的前提，更是实现抗病基因合理布局的基础。

3.3" 强化品种抗病性监测

小麦条锈菌致病性变异是引起小麦品种抗锈性“丧失”，从而造成病害大流行的主要原因［10］。目前国内已发现和命名了CYR1～CYR34共34个生理小种，还有多个致病类型［28］。近年来的研究发现，小檗是小麦条锈菌的转主寄主［5053］，更是条锈菌生理小种毒性变异的关键所在。调查发现，甘肃陇南越夏区短柄小檗Berberis brachypoda Maxim.、堆花小檗Berberis aggregata Schneid.、假豪猪刺Berberis soulieana Schneid.等各种小檗遍布，且与麦田邻近，为条锈菌的毒性变异提供了极好的生态环境条件［50］。贾秋珍等［54］选用76个甘肃省小麦生产品种，人工接种条锈菌ZS有性菌系和无性菌系，苗期和成株期调查结果发现，有性菌系的致病性和相对寄生适合度均高于无性菌系。这对陇南越夏区抗病品种的有效性提出了更高的要求，对其抗病持久性也提出了更为明确的时限。进一步强化该区域品种抗病性变异研究，着力实现抗病品种（基因）合理布局，将会为有效破解“病菌小种抗锈品种”兴衰循环的难题提供技术支撑，为助力陇南越夏区条锈病持续控制、保障区域及国家粮食安全提供技术支撑。

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（责任编辑：张" 雪）