王萬軍++曹世勤++王曉明++黃瑾++孫振宇++張勃+++賈秋珍++金社林

摘要：2007—2014年，對(duì)收集到的44份已知抗白粉病基因載體品種在甘肅省的不同生態(tài)區(qū)進(jìn)行了成株期抗病性監(jiān)測，結(jié)果表明：Pm1、Pm3、Pm5、Pm6、Pm7、Pm8、Pm23、PmEra、Pm33在田間抗病性喪失，失去利用價(jià)值；Pm4a、Pm12、Pm13、Pm16、Pm18、Pm19、Pm2+Pm6、Pm4b+Pm5、Pm4+Pm8在各地田間抗病性分離，不宜應(yīng)用或慎用；其余抗病基因（組合）在田間抗性表現(xiàn)較好，在今后的育種工作中應(yīng)充分加以利用。本研究還對(duì)抗病基因的來源及抗病基因下一步有效利用等問題進(jìn)行了討論。

關(guān)鍵詞：小麥白粉??；抗病基因；有效性；評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)： S512.103.4；S435.121.4+6文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2016）06-0187-03

收稿日期：2015-01-21

基金項(xiàng)目：公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（編號(hào)：201303016）；國家自然科學(xué)基金（編號(hào)：31360433）。

作者簡介：王萬軍（1972—），男，甘肅甘谷人，助理農(nóng)藝師，主要從事農(nóng)作物病蟲害防控技術(shù)研究。E-mail：843223350@qq.com。

通信作者：曹世勤，博士，研究員，主要從事農(nóng)作物病蟲害防控技術(shù)研究。E-mail：caoshiqin6702@163.com。由專性寄生菌布氏白粉菌[Blumeria graminis （DC.） E. O. Speer]引起的小麥白粉病是危害我國小麥的最主要病害之一[1]。從20世紀(jì)90年代初期開始，由于含有抗病基因Pm8的生產(chǎn)品種及抗源材料在生產(chǎn)及育種上的廣泛應(yīng)用，造成對(duì)Pm8有毒性的Avr8在白粉菌群體中逐漸占據(jù)優(yōu)勢地位，引致攜帶黑麥血緣（1BL/1RS）的品種在生產(chǎn)上喪失抗白粉病性，導(dǎo)致小麥白粉病于1990年和1991年連續(xù)2年在全國范圍內(nèi)大面積發(fā)生[2]。在甘肅省及天水市，該病也先后多年發(fā)生流行[3-4]，造成了嚴(yán)重的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)損失。目前在甘肅省小麥白粉病常年發(fā)生面積保持在40.0萬hm2以上，嚴(yán)重威脅著小麥生產(chǎn)的穩(wěn)定發(fā)展。

采用化學(xué)防治措施雖然在短期內(nèi)可取得較好的效果，但浪費(fèi)了巨大的人力、物力和財(cái)力，而且對(duì)環(huán)境還將會(huì)造成一定的污染。多年的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，種植抗病品種是防治該病最經(jīng)濟(jì)有效且有利于保護(hù)環(huán)境的措施。在抗白粉病基因有效性研究方面，自20世紀(jì)90年代始，國內(nèi)諸多學(xué)者開展了已知基因載體品種抗病性評(píng)價(jià)工作，明確了已知基因在當(dāng)?shù)氐挠行訹5-9]。由于各地小麥白粉病菌群體毒性結(jié)構(gòu)復(fù)雜，病菌群體毒性基因的組成在各地具有較大差異[10]，因此抗病基因在各地的田間抗病性表現(xiàn)也不盡相同。甘肅省于20世紀(jì)末開展了已知基因有效性評(píng)價(jià)工作[5]，但從近年來病菌群體毒性結(jié)構(gòu)看，由于抗源材料和生產(chǎn)品種在生產(chǎn)上應(yīng)用的變化，引致病菌群體也較原來有了一定程度的變化。進(jìn)一步明確已知基因載體品種的有效性，特別是成株期有效性，將會(huì)指導(dǎo)其在抗病育種上的有效利用，體現(xiàn)其在抗病育種中的利用價(jià)值，為有效指導(dǎo)抗白粉病育種和抗病基因的合理布局，持續(xù)控制甘肅省小麥白粉病的發(fā)生流行提供技術(shù)支撐。

1材料與方法

1.1供試材料

44個(gè)已知抗白粉病基因載體品種來自甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所小麥病害課題組，其所含抗白粉病基因見表1。

1.2試驗(yàn)方法

自2007年開始，在甘肅省不同生態(tài)區(qū)的甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所甘谷試驗(yàn)站（海拔1 270 m，A）、甘谷縣新興鎮(zhèn)五甲莊鐵路南（海拔1 270 m，B）、甘谷縣白家灣鄉(xiāng)東三十里鋪村（海拔1 680 m，C）、甘谷縣古坡鄉(xiāng)魏家坪村（海拔 1 920 m，D）、天水市秦州區(qū)汪川良種場（海拔1670 m，E）、隴南市成縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心（海拔1 220 m，F(xiàn)）、隴南市武都區(qū)東江隴南市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所（海拔980 m，G）、定西市臨洮農(nóng)業(yè)學(xué)校（海拔1880 m，H）、臨夏州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所（海拔 2 060 m，I）、平?jīng)鍪星f浪縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心南湖試驗(yàn)站（海拔1 790 m，J）、平?jīng)鍪徐o寧縣種子管理站（海拔1 850 m，K）和白銀市景泰縣草窩灘鎮(zhèn)長城村（海拔1 420 m，L）等12個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)設(shè)置病圃。各試驗(yàn)點(diǎn)中，A、B、F、G試驗(yàn)點(diǎn)代表甘肅隴南麥區(qū)低海拔川道區(qū)，C、E試驗(yàn)點(diǎn)代表甘肅隴南麥區(qū)半山區(qū)，D試驗(yàn)點(diǎn)代表甘肅隴南麥區(qū)高山區(qū)，H、I試驗(yàn)點(diǎn)代表甘肅中部麥區(qū)冬春麥混作區(qū)，J試驗(yàn)點(diǎn)代表甘肅隴東干旱麥區(qū)，K試驗(yàn)點(diǎn)代表春季播種區(qū)。

冬季播種于每年9月中旬至10月下旬在各試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行，春季播種于當(dāng)年3月中旬進(jìn)行。每品種每試驗(yàn)點(diǎn)播種1行，行長1 m，行距30 cm，每20行種植1行感病品種輝縣紅或Chancellor作為發(fā)病對(duì)照，病圃四周再播種2～3行感病品種作為保護(hù)行和誘發(fā)行，于當(dāng)年小麥白粉病發(fā)病的高峰期（5月中旬至7月上旬），按照0～9級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[11]，進(jìn)行逐品種調(diào)查記載。其中0級(jí)為免疫；1～2級(jí)為高抗，3～4級(jí)為中抗，5～6級(jí)為中感，7～8級(jí)為高感，9級(jí)為極感。

1.3數(shù)據(jù)分析

為分析方便，按照0和1標(biāo)準(zhǔn)，將田間病級(jí)0～4級(jí)劃分為0，5～9級(jí)級(jí)劃分為1。利用Excel 2003和DPS 3.01軟件，進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析。

2結(jié)果與分析

2.1田間抗病性評(píng)價(jià)

由表1結(jié)果可見，Pm1、Pm3、Pm5、Pm6、Pm7、Pm8、Pm23、PmEra、Pm33在甘肅各地田間總體抗病性較低，失去利用價(jià)值。Pm4a、Pm12、Pm13、Pm16、Pm18、Pm19、Pm2+Pm6、Pm4b+Pm5、Pm4+Pm8在甘肅隴南、中部、隴東干旱麥區(qū)及沿黃灌區(qū)春麥區(qū)田間抗病性差異較大，部分基因（組合）在當(dāng)?shù)乜共⌒韵鄬?duì)較低，對(duì)其的利用要針對(duì)當(dāng)?shù)乜共⌒赃M(jìn)行。其余基因（組合）抗病性較好，可在育種及生產(chǎn)中充分利用。

2.2聚類分析

由圖1結(jié)果看出，在λ=0.85時(shí)，將已知基因載體品種劃分為2個(gè)大的類群，其中感病點(diǎn)率≥4為一類群，感病點(diǎn)率<4為另一類群。在λ為0.8以下時(shí)，又劃分為多個(gè)小的類群。

3結(jié)果與討論

3.1抗病基因來源

截至目前，國際上已先后命名了60個(gè)小麥白粉病抗性基因（包括復(fù)等位基因），還有20余個(gè)尚未命名的新基因。在這些基因中，一類來自普通小麥，主要有Pm1、Pm3、Pm5、Pm9、Pm10、Pm11、Pm14、Pm22、Pm23、Pm24等；一類來自小麥近緣種，如栽培（野生）一粒小麥、斯卑爾脫小麥、栽培（野生）二粒小麥、波斯小麥、提莫菲維小麥等，主要有Pm1b、Pm1d、Pm4a、Pm4b、Pm6、Pm16、Pm18等；第3類來自小麥近緣屬如黑麥、擬斯卑爾脫山羊草、高大山羊草、粗山羊草、簇毛麥等，主要有Pm7、Pm8、Pm12、Pm13、Pm20、Pm21等。在這些已定名的、在國內(nèi)有大量種質(zhì)材料的基因載體品種中，Pm9沒有單獨(dú)的載體，Pml0，Pmll、Pml4和Pml5是抗偃麥草白粉病的?；剐曰?，不抗小麥白粉病，在生產(chǎn)上沒有利用價(jià)值，Pml7抗譜狹窄，利用價(jià)值不大。

3.2熱門抗病基因在抗病育種中的應(yīng)用及在病害流行中的風(fēng)險(xiǎn)

小麥白粉病菌具有有性生殖階段，且病菌適應(yīng)范圍廣，因此病原菌毒性群體結(jié)構(gòu)豐富，毒性變異快。在生態(tài)條件和溫濕度條件適合的甘肅隴南，白粉病菌毒性變異更是如此。如自20世紀(jì)80年代中期開始含有黑麥血緣的骨干抗源材料牛朱特、高加索、阿芙樂爾和洛夫林在甘肅隴南抗病育種中的廣泛利用，引致對(duì)Pm8有毒性的Avr8毒性頻率的快速上升，造成含有這些骨干親本血緣的子代材料抗病性喪失，造成小麥白粉病的大流行。自20世紀(jì)90年代中期以來，由于來自簇毛麥血緣的、以南農(nóng)92R為代表的、對(duì)國內(nèi)諸多白粉病菌均表現(xiàn)免疫的Pm 21在抗病育種中的廣泛利用，國內(nèi)育種單位以此為骨干親本，先后選育出蘭天24、蘭天17、中梁29、內(nèi)麥9號(hào)、內(nèi)麥10 號(hào)、內(nèi)麥11號(hào)等多個(gè)品種，在生產(chǎn)上廣泛應(yīng)用。熱門抗源材料的過度利用或其衍生材料的大面積推廣種植，必將加速白粉病菌定向選擇的部分，產(chǎn)生對(duì)該基因有毒性的新的白粉病菌致病菌系，導(dǎo)致抗病基因抗性喪失而失去利用價(jià)值。同時(shí)對(duì)含有這些基因的生產(chǎn)品種造成巨大威脅，有可能引致小麥白粉病再一次在甘肅省及全國范圍內(nèi)的大流行。近年來的監(jiān)測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，甘肅省小麥白粉病菌對(duì)Pm21的毒性頻率已由20世紀(jì)初的0上升為2009年的20.8%。這與育種及生產(chǎn)上大面積推廣種植含有這些抗病基因的品種（系）有很大關(guān)系。因此若條件適宜，小麥白粉病必將在甘肅省及全國范圍內(nèi)大面積流行，應(yīng)引起育種和生產(chǎn)部門的高度關(guān)注。在今后的工作中，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)抗白粉病的育種和抗病品種推廣工作，充實(shí)甘肅省抗病基因豐富度和抗病品種遺傳多樣性，以解除潛在的危機(jī)[12]。

同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)，近年來由于抗源及種植品種的改變，造成甘肅部分抗病基因（組合）Pm4a、Pm4b+Pm5、Pm4+Pm8等抗病性變異明顯[5，13]，由原來的抗病變?yōu)楫?dāng)前感病，逐步失去利用價(jià)值。

多基因組合品種對(duì)于小麥白粉病的防治十分有效，進(jìn)行抗病基因的有效聚合，將會(huì)延長品種使用年限，提高抗病基因（組合）的利用價(jià)值。如Bennet研究發(fā)現(xiàn)，Maris Huntsman（Pm2+Pm6）在英國種植多年，抗白粉病仍然保持較好，就是一個(gè)很好的例證[14]。因此育種部門應(yīng)盡可能利用抗源材料通過基因累加，盡快將抗譜上互補(bǔ)的基因進(jìn)行聚合，同時(shí)借助分子生物學(xué)技術(shù)，進(jìn)行輔助育種，才有望培育出較為持久的抗性品種。

3.3成株期多年多點(diǎn)鑒定在抗病基因利用中的作用

已有研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，甘肅生態(tài)條件復(fù)雜，各生態(tài)區(qū)病菌毒性結(jié)構(gòu)不一。因此僅在一地或單年進(jìn)行抗病性變異監(jiān)測，不能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)抗病基因的抗病性狀況，同時(shí)不能準(zhǔn)確、及時(shí)地監(jiān)測到品種抗性變異信息。不能及時(shí)指導(dǎo)抗病品種及抗源材料利用，對(duì)指導(dǎo)抗病育種工作和抗病品種的合理布局不能起到較好的指導(dǎo)意義。

3.4 抗病性監(jiān)測與聚類分析相結(jié)合在生產(chǎn)實(shí)踐中的意義

本試驗(yàn)將基因抗病性監(jiān)測與聚類分析相結(jié)合，可更好地評(píng)價(jià)基因的有效性。為豐富和實(shí)現(xiàn)甘肅省小麥品種抗白粉病基因的多樣化，生產(chǎn)和育種中可依據(jù)供試品種（系）連鎖距離的不同，在不同生態(tài)區(qū)進(jìn)行品種合理搭配、布局并進(jìn)行抗病育種，為小麥白粉病的持續(xù)控制和抗病品種的更好利用打下良好基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李迅，肖悅巖，劉萬才，等. 小麥白粉病地理空間分布特征[J]. 植物保護(hù)學(xué)報(bào)，2002，29（1）：41-46.

[2]段霞瑜. 歐洲小麥白粉菌的毒性監(jiān)測和抗病基因的利用[J]. 植物保護(hù)，1994，20（3）：36-38.

[3]盧凱潔. 天水市小麥品種系抗白粉病性鑒定[J]. 中國植保導(dǎo)刊，2004，24（4）：16-18.

[4]曹世勤，駱惠生，金明安，等. 2010年甘肅隴南麥區(qū)小麥白粉病發(fā)生特點(diǎn)及防控策略[J]. 中國植保導(dǎo)刊，2011，31（11）：24-26.

[5]李繼平，金社林，曹世勤，等. 小麥抗白粉病基因在甘肅的有效性及評(píng)價(jià)[J]. 植物保護(hù)學(xué)報(bào)，2003，30（1）：30-34.

[6]郭愛國，程玉河，楊文香，等. 小麥白粉病抗性基因在河北省的有效性研究[J]. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1991，14（4）：72-75.

[7]武英鵬，原宗英，李穎，等. 小麥白粉病抗性基因在山西省的有效性評(píng)價(jià)[J]. 麥類作物學(xué)報(bào)，2009，29（6）：1105-1109.

[8]段雙科，許育彬，吳興元.小麥白粉病菌致病毒性和抗病基因及抗病育種研究進(jìn)展[J]. 麥類作物學(xué)報(bào)，2002，22（2）：83-86.

[9]李隆業(yè)，黃元江. 小麥白粉病已知抗性基因的效應(yīng)及評(píng)價(jià)[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，1990，23（3）：20-26.

[10]段霞瑜，周益林，盛寶欽. 我國主要麥區(qū)白粉菌毒性現(xiàn)狀[M]. 北京：技術(shù)出版社，1998：246-249.

[11]盛寶欽. 用反應(yīng)型記載小麥白粉病“0-9級(jí)法”的改進(jìn)[J]. 北京農(nóng)業(yè)科學(xué)，1991，9（1）：8-9.

[12]曹世勤，駱惠生，武翠平，等. 甘肅省主要小麥生產(chǎn)品種（系）及抗源材料抗白粉病基因推導(dǎo)分析[J]. 作物學(xué)報(bào)，2010，36（12）：2107-2115.

[13]曹世勤，郭建國，駱惠生，等. 甘肅小麥白粉病抗源材料的篩選及抗病基因庫的組建[J]. 植物保護(hù)，2008，34（1）：49-52.

[14]Bennet F G A.Resistance to powdery mildery in wheat：a review of its use in agriculture and breeding programes[J]. Plant Pathology，1984，33：279-300.