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        三個小麥農(nóng)家品種的苗期抗白粉病遺傳分析

        2012-02-28 07:47:54趙小華許紅星李秀全安調(diào)過
        植物保護(hù) 2012年2期
        關(guān)鍵詞:矮稈白粉病抗病

        趙小華, 許紅星, 李秀全, 安調(diào)過*

        (1.中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心,石家莊 050021;2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所,北京 100081;3.中國科學(xué)院研究生院,北京 100049)

        小麥白粉病是由布氏白粉菌小麥?;停˙lumeria gr a minis f.sp.tritici,Bgt)引起的真菌病害,對我國小麥安全生產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅。培育抗病品種是最為經(jīng)濟(jì)、安全、有效的防治措施[1]?,F(xiàn)代農(nóng)業(yè)造成的抗源及抗病基因的單一化,加速了對不斷變異的白粉菌小種的定向選擇作用,促進(jìn)毒性新小種不斷出現(xiàn),使得小麥生產(chǎn)品種的抗性不斷喪失。因此有必要挖掘新的抗源材料,提高抗病基因的多樣性,從而有效控制小麥白粉病。

        目前國際上正式命名的小麥抗白粉病主效基因有57個,分布在40個基因位點(diǎn)上(Pm1~Pm43),這些基因來源于普通小麥、小麥近緣屬和小麥近緣種,其中來自普通小麥的抗病基因有Pm4c[2]、Pm38[3]和Pm39[4]等27個,其余的來自于小麥近緣屬(黑麥、山羊草、簇毛麥以及中間偃麥草等)和小麥近緣種(栽培一粒小麥、野生一粒小麥、波斯小麥等)。已經(jīng)報(bào)道的小麥抗白粉病基因中,Pm5e、ml xbd和Pm24分別來源于我國的小麥農(nóng)家品種‘復(fù)壯30’[5]、‘小白冬麥’[6]和‘齒牙糙’[7]。小麥農(nóng)家品種是經(jīng)過長期自然和人工選擇的產(chǎn)物,具有豐富的遺傳多樣性。對其抗病基因進(jìn)行研究,并進(jìn)行合理的開發(fā)和利用,將有助于改善抗病基因的單一化,增加抗源的多樣性。

        本實(shí)驗(yàn)室對258份國內(nèi)小麥農(nóng)家品種苗期接種國內(nèi)北方麥區(qū)流行的白粉菌E09菌株和石家莊地區(qū)的混合白粉病原菌,篩選出‘矮稈芒麥’(ZM04132)、‘紅頭麥’(京2651)和‘大紅頭’(S761)表現(xiàn)免疫至高抗,繼續(xù)對這3份農(nóng)家品種接種白粉菌E03、E05、E18、E20和E23菌株,結(jié)果均表現(xiàn)為抗病。為進(jìn)一步研究它們的抗白粉病遺傳特點(diǎn),本研究對這3份品種進(jìn)行苗期抗性的遺傳分析,為其在抗病育種中的利用提供依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 材料

        供試小麥農(nóng)家品種‘矮稈芒麥’、‘紅頭麥’和‘大紅頭’來自于國家種質(zhì)資源庫,并由前期白粉病抗性鑒定篩選而來;作為感病對照的普通小麥品種‘銘賢169’由本實(shí)驗(yàn)室保存。小麥白粉菌E09菌株由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所提供。

        1.2 抗性鑒定

        所有小麥材料均播種于72孔的穴盤中,每個穴盤隨機(jī)種植‘銘賢169’作為感病對照。所有小麥材料播種后置于室溫下培養(yǎng)。待苗生長至一葉期時進(jìn)行接種,置于黑暗條件下保濕培養(yǎng)24 h后,放在溫室中培養(yǎng),L∥D=14 h∥10 h,晝夜溫度為22℃/18℃。接種后10 d,待‘銘賢169’充分發(fā)病,調(diào)查記載發(fā)病情況??剐哉{(diào)查時,反應(yīng)型按照“0~4”六級記載[8];0型為免疫,0;型為近免疫,1~4型分別為高抗、中抗、中感和高感。

        1.3 統(tǒng)計(jì)分析

        根據(jù)調(diào)查記載的情況,將0~2型劃分為抗病類型,3~4型劃分為感病類型,計(jì)算雜交F2代群體的抗病單株與感病單株的比值,并經(jīng)卡方測驗(yàn)分析其符合度。參照何家泌[9]小麥抗病基因分離理論模式,結(jié)合F1植株的抗病性、F2群體的抗感單株分離比例,對鑒定結(jié)果進(jìn)行分析。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 小麥農(nóng)家品種‘矮稈芒麥’抗性遺傳分析

        ‘矮稈芒麥’對白粉菌E09菌株的反應(yīng)型為0~1型,‘銘賢169’對E09的反應(yīng)型為4型,正交和反交的F1代植株對E09的反應(yīng)型均為4型,表明‘矮稈芒麥’對E09的抗性主要由隱性核基因控制。在161株‘矮稈芒麥’ב銘賢169’組合構(gòu)成的F2分離群體中,有47株表現(xiàn)抗病、114株表現(xiàn)感病。抗病株中反應(yīng)型為0型的有18株、反應(yīng)型為1型的有13株、反應(yīng)型為2型的有16株;感病株中反應(yīng)型為3型的有55株、反應(yīng)型為4型的有59株;抗感分離比符合1∶3(χ2=1.29,p=0.26,表1)。遺傳分析結(jié)果表明,‘矮稈芒麥’對E09的抗性由1對隱性基因控制[9]。

        表1 ‘矮稈芒麥’與‘銘賢169’雜交各世代對白粉菌E09菌株的抗性表現(xiàn)

        2.2 小麥農(nóng)家品種‘紅頭麥’抗性遺傳分析

        遺傳分析與2.1類似,‘紅頭麥’對白粉菌E09菌株的反應(yīng)型為0型,‘銘賢169’對E09的反應(yīng)型為4型,正交和反交的F1代植株對E09的反應(yīng)型均為4型,表明‘紅頭麥’對E09的抗性主要由隱性核基因控制。在156株‘紅頭麥’ב銘賢169’組合構(gòu)成的F2分離群體中,有42株表現(xiàn)抗病、114株表現(xiàn)感病。抗病株中反應(yīng)型為0型的植株有5株、反應(yīng)型為1型的有6株、反應(yīng)型為2型的有31株;感病株中反應(yīng)型為3型的有45株、反應(yīng)型為4型的有69株;抗感分離比符合1∶3(χ2=0.21,p=0.64,表2)。遺傳分析結(jié)果表明,‘紅頭麥’對E09的抗性由1對隱性基因控制。

        表2 ‘紅頭麥’與‘銘賢169’雜交各世代對白粉菌E09菌株的抗性表現(xiàn)

        2.3 小麥農(nóng)家品種‘大紅頭’抗性遺傳分析

        遺傳分析與前面兩者類似,‘大紅頭’對白粉菌E09菌株的反應(yīng)型為0型,‘銘賢169’對E09的反應(yīng)型為4型,正交和反交的F1代植株對E09的反應(yīng)型均為4型,表明‘大紅頭’對E09的抗性主要由隱性核基因控制。在157株‘紅頭麥’ב銘賢169’組合構(gòu)成的F2分離群體中,有43株表現(xiàn)抗病、114株表現(xiàn)感病。抗病株中反應(yīng)型為0型的植株有20株、反應(yīng)型為1型的有13株、反應(yīng)型為2型的有10株;感病株中反應(yīng)型為3型的有80株、反應(yīng)型為4型的有34株;抗感分離比符合1∶3(χ2=0.36,p=0.55,表3)。遺傳分析結(jié)果表明,‘大紅頭’對E09的抗性由1對隱性基因控制。

        表3 ‘大紅頭’與‘銘賢169’雜交各世代對白粉菌E09菌株的抗性表現(xiàn)

        3 討論

        小麥農(nóng)家品種‘矮稈芒麥’、‘紅頭麥’和‘大紅頭’對石家莊本地區(qū)的混合白粉病菌表現(xiàn)出良好的抗性。本研究利用白粉菌E09菌株,對這3份農(nóng)家品種進(jìn)行了抗性遺傳分析。結(jié)果表明,這3份農(nóng)家品種對E09的抗性均由1對隱性基因控制。該結(jié)果有助于這3份農(nóng)家品種進(jìn)一步的分子標(biāo)記及定位研究,為其作為抗源在小麥抗白粉病育種中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

        對小麥農(nóng)家品種中的白粉病抗性基因進(jìn)行遺傳分析,前人也有一些報(bào)道[10-12]。其中胡衛(wèi)國等對陜西小麥農(nóng)家品種‘矮稈芒麥’和‘大紅頭’進(jìn)行白粉病抗性遺傳分析,結(jié)果表明,‘矮稈芒麥’含有3對隱性抗白粉病基因,‘大紅頭’含有2對顯性互補(bǔ)抗白粉病基因[10],與本研究的結(jié)果并不一致。胡衛(wèi)國等采用的白粉病菌株為關(guān)中4號,本研究采用的白粉菌為E09菌株,不同的菌株有不同的毒性(無毒性)基因,品種中與之相對應(yīng)的抗性基因也不同,因此有不同的抗性表現(xiàn);另外,小麥農(nóng)家品種是我國農(nóng)民在長期的生產(chǎn)實(shí)踐中選擇、經(jīng)品種資源科學(xué)家征集、整理而來的品種,往往多個材料具有相同的名字,不同來源和材料本身不同的情況時常發(fā)生,胡衛(wèi)國等用到的小麥農(nóng)家品種‘矮稈芒麥’、‘大紅頭’與本研究中的‘矮稈芒麥’、‘大紅頭’同名但也有可能來源不同??傊?,農(nóng)家品種是改良小麥的一個重要基因庫。由于農(nóng)家品種本身普遍存在的異質(zhì)性,因此,對農(nóng)家品種的研究,首先要在保證材料純化的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步鑒定發(fā)掘其攜帶的有益基因。本研究涉及的3份農(nóng)家品種都是在這樣的基礎(chǔ)上進(jìn)行抗病性鑒定和遺傳分析的。

        目前已正式命名的小麥抗白粉病基因中,大多數(shù)表現(xiàn)為顯性遺傳,少數(shù)表現(xiàn)為隱性遺傳,包括Pm5a、Pm5b、Pm5c、Pm5d、Pm5e、Pm9、Pm26 和Pm42[13-14]。本研究中發(fā)現(xiàn)的3份小麥農(nóng)家品種‘矮稈芒麥’、‘紅頭麥’和‘大紅頭’所攜帶的抗性基因均為隱性基因。Pm5a的載體品種‘Hope’對白粉菌E03、E05、E09、E20和 E23菌株均表現(xiàn)為感?。?5],Pm5b的載體品種‘Kor moran’對E09表現(xiàn)出感?。?6],Pm5c的載體品種‘Kolandi’對 E05、E09表現(xiàn)出感?。?6],Pm5e的載體品種‘復(fù)壯30’對 E18、E23表現(xiàn)出感?。?7],而本研究中3份農(nóng)家品種‘矮稈芒麥’、‘紅頭麥’和‘大紅頭’對 E03、E05、E09、E18、E20和E23這些菌株均表現(xiàn)抗病,可以推知,這3份農(nóng)家品種所攜帶的白粉病抗性基因應(yīng)該不同于Pm5a、Pm5b、Pm5c、Pm5e。另外,兩個抗白粉病隱性基因Pm26[18]和 Pm42[14]都來源于野生二粒小麥,而本研究中的白粉病抗性基因均來自于農(nóng)家品種,推測這3份農(nóng)家品種所攜帶的白粉病抗性基因可能不同于Pm26和Pm42。至于3份農(nóng)家品種中含有的抗白粉病基因與Pm5d和Pm9是否相同,還有待于進(jìn)一步的分析。而3份農(nóng)家品種所攜帶的抗白粉病基因之間的相互關(guān)系,也有待于進(jìn)一步的等位性分析。

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