曹世勤，賈秋珍，孫振宇，王萬軍，張耀輝， 岳維云，黃 瑾，張 勃，王曉明

(1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，甘肅蘭州 730070； 2.農(nóng)業(yè)部天水作物有害生物科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，甘肅甘谷 741200； 3.天水市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所甘谷試驗(yàn)站，甘肅甘谷 741200； 4.天水市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，甘肅天水 741000)

小麥條銹病和白粉病是發(fā)生于甘肅隴南小麥生產(chǎn)上最主要的兩大葉部病害，種植抗病品種是防治兩病害最經(jīng)濟(jì)有效且有利于環(huán)境保護(hù)的措施[1-2]。自20世紀(jì)80年代以來，由于熱門抗源材料的過度利用，造成抗病品種同質(zhì)化問題日趨嚴(yán)重，同時(shí)因條銹病、白粉病病菌群體毒性的不斷變異，導(dǎo)致洛夫林系、繁6及其衍生系、貴農(nóng)系等諸多熱門抗源材料抗條銹性先后喪失而失去利用價(jià)值，造成小麥條銹病和白粉病在甘肅隴南及全國范圍內(nèi)大面積發(fā)生流行，造成了嚴(yán)重的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)損失[2-5]。進(jìn)行抗病種質(zhì)資源的挖掘和利用是開展抗病新品種篩選與利用的基礎(chǔ)性工作[6]。以小麥種質(zhì)資源92R137、92R178為代表的南農(nóng)92R系列小麥種質(zhì)是由南京農(nóng)業(yè)大學(xué)利用簇毛麥創(chuàng)造的普通小麥易位系材料[6-8]，自20世紀(jì)90年代中期引進(jìn)甘肅隴南以來，由于其具有極好的條銹病和白粉病抗性，甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所、天水市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所等甘肅隴南相關(guān)育種單位以其為骨干抗源材料，進(jìn)行抗病新品種的篩選與利用，先后選育出蘭天17號(hào)、蘭天24號(hào)、中梁29號(hào)、天選52號(hào)等多個(gè)冬小麥生產(chǎn)品種[9]，為甘肅隴南小麥條銹病和白粉病的持續(xù)控制發(fā)揮了重要作用。

盡管國內(nèi)在南農(nóng)92R系列小麥種質(zhì)抗病性研究與利用方面取得了諸多成果[6-13]，但由于病菌特別是小麥條銹菌的高度變異性，使得絕大多數(shù)小麥品種及抗源材料在該區(qū)域種植和利用3～5年，就會(huì)由于抗病性喪失而失去利用價(jià)值[1,5]。截止到目前，南農(nóng)92R系列小麥種質(zhì)已在甘肅隴南利用21年，在其抗條銹性已喪失的前提下，如何進(jìn)行進(jìn)一步利用，目前尚未見相關(guān)報(bào)道?；诖?，本文結(jié)合多年研究結(jié)果，系統(tǒng)總結(jié)了南農(nóng)92R系列小麥種質(zhì)92R137和92R178在甘肅隴南的抗病性特點(diǎn)，提出了下一步應(yīng)用意見。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試小麥材料包括南農(nóng)92R系列小麥種質(zhì)92R137、92R178及感病對(duì)照品種銘賢169。供試菌系包括條銹菌單孢菌系CYR29、CYR32、CYR33、CYR34及Hy4、Hy7、水11-11、G22-14、中4和混合菌，混合菌除包含上述單一菌系外，還包括水Hy8、水11-3、水11-4、水11-7、G22-111等其他菌系；白粉菌為混合菌，標(biāo)樣采自甘肅省不同生態(tài)區(qū)的小麥品種上，每年苗期接種包括Bgt-Gangu、Bgt-Tianshui、Bgt-Chengxian、Bgt-Wudu、Bgt-Pingliang、Bgt-Dingxi、Bgt-Lintao、Bgt-linxia等在內(nèi)的20余個(gè)具有不同毒性譜的菌系，成株期混合菌為試驗(yàn)點(diǎn)當(dāng)?shù)卦蕉?。所有供試品種及條銹菌、白粉菌菌系均由甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所小麥病害課題組提供。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 人工接種鑒定

2009年和2018年3月下旬到4月中旬，在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所蘭州低溫溫室進(jìn)行苗期人工接種鑒定。待供試品種第一葉片展開、第二葉片露尖時(shí)，采用抖孢子粉法分別接種新鮮菌種。接種后的塑料盒放入保濕桶內(nèi)，再次噴水霧后在10～15 ℃下黑暗保濕24 h，然后轉(zhuǎn)入溫度15～20 ℃、光照時(shí)間12～14 h、光照強(qiáng)度90～144 μmol·m-2·s-1的溫室內(nèi)培養(yǎng)。4月28日在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所甘谷試驗(yàn)站采用噴孢子懸浮液法進(jìn)行成株期接種鑒定[9]。白粉病人工接種鑒定僅進(jìn)行苗期，與條銹病苗期鑒定同期進(jìn)行，接種方法采用掃抹法[14]，管理措施與條銹病一致。接種后15～20 d，待感病對(duì)照品種銘賢169充分發(fā)病后，分別記載供試材料條銹病(苗期、成株期)和白粉病(苗期)病情(反應(yīng)型/嚴(yán)重度/普遍率)。

1.2.2 自然誘發(fā)鑒定

于1999-2019年間每年的上年10月上旬和中旬，分別在天水市秦州區(qū)汪川良種場(chǎng)(海拔 1 680 m)和甘肅省農(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)兩地，與其他試驗(yàn)品種(系)一起按序號(hào)種植，每品種(系)種植1行，每隔20行種植1行感病對(duì)照品種銘賢169。試驗(yàn)行長(zhǎng)100 cm，行距30 cm。四周播4行感病對(duì)照品種銘賢169作誘發(fā)行和保護(hù)行，試驗(yàn)地田間管理同當(dāng)?shù)卮筇?。每?月下旬至6月上旬，在感病對(duì)照品種銘賢169發(fā)病高峰期，分別記載條銹病病情和白粉病病級(jí)。

1.2.3 調(diào)查方法

條銹病病情反應(yīng)型記載采用0～4型共6級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，包括0型(免疫)、0；型(近免疫)、1型(高抗)、2型(中抗)、3型(中感)、4型(高感)；嚴(yán)重度記載采用0、t、5%、10%、20%、40%、60%、80%、100%共9級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；普遍率記載采用0、t、5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%共13級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行[15]。

白粉病苗期病情反應(yīng)型記載采用0～4型標(biāo)準(zhǔn)，包括0型(免疫)、0；型(近免疫)、1型(高抗)、2型(中抗)、3型(中感)、4型(高感)[16]，嚴(yán)重度和普遍率記載標(biāo)準(zhǔn)同條銹病。成株期病級(jí)記載采用0～9級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其中0級(jí)為免疫，1和2級(jí)為高抗，3和4級(jí)為中抗，5和6級(jí)為中感，7和8級(jí)為高感，9級(jí)為極感[17]。

2 結(jié)果與分析

2.1 人工接種抗性評(píng)價(jià)結(jié)果

2009年，92R137和92R178對(duì)條銹菌供試小種(菌系)CYR29、CYR32、CYR33、Hy4、Hy7、水11-11和混合菌在苗期、成株期的反應(yīng)型均為0型，抗病性表現(xiàn)為免疫(表1)；2018年，92R137和92R178在苗期、成株期對(duì)條銹菌供試小種(菌系)CYR32、CYR33和中4的反應(yīng)型均為0型，抗病性表現(xiàn)免疫，對(duì)CYR34、G22-14及混合菌的反應(yīng)型為3～4型，抗病性表現(xiàn)為中感或高感(表2)。

92R137和92R178苗期對(duì)人工接種的白粉菌混合菌的反應(yīng)型均為0型，抗病性表現(xiàn)為免疫(表3)。成株期，2009年92R137的病級(jí)為0級(jí)，表現(xiàn)為免疫；92R178的病級(jí)為1～2級(jí)，表現(xiàn)為高抗；2018年92R137的病級(jí)為2～3級(jí)，表現(xiàn)為中抗；92R178的病級(jí)為1～2級(jí)，表現(xiàn)為高抗。

2.2 自然誘發(fā)鑒定結(jié)果

2009-2019年調(diào)查結(jié)果(表4)表明，對(duì)自然誘發(fā)的條銹病，92R137和92R178在2010年以前，在兩地的抗病性表現(xiàn)穩(wěn)定，田間反應(yīng)型均為0型，抗病性表現(xiàn)為免疫。自2010年始在汪川試驗(yàn)點(diǎn)，92R137開始表現(xiàn)為中抗，嚴(yán)重度和普遍率分別為10%和20%；2011年在甘谷試驗(yàn)點(diǎn)和汪川試驗(yàn)點(diǎn)，92R137和92R178均表現(xiàn)為中抗；自2012年始，92R137和92R178在兩地均開始發(fā)病，汪川試驗(yàn)點(diǎn)病情略高于甘谷試驗(yàn)點(diǎn)。隨后幾年兩個(gè)種質(zhì)的嚴(yán)重度、普遍率總體上均呈上升趨勢(shì)，反應(yīng)型最高為4型。與對(duì)照品種銘賢169一致，表現(xiàn)為中度或高度感病。

表1 南農(nóng)92R系列小麥種質(zhì)條銹病抗性人工接種鑒定結(jié)果(2009年)Table 1 Resistance to stripe rust in wheat germplasm NAU92R lines at seedling and adult stages in 2009

表2 南農(nóng)92R系列小麥種質(zhì)條銹病抗性人工接種鑒定結(jié)果(2018年)Table 2 Resistance to stripe rust in wheat germplasm NAU92R lines at seedling and adult stages in 2018

表3 南農(nóng)92R系列小麥種質(zhì)白粉病抗性苗期、成株期人工接種鑒定結(jié)果Table 3 Resistance to powdery mildew in wheat germplasm NAU92R lines at seedling and adult stages in 2009 and 2018

92R137和92R178對(duì)自然誘發(fā)的白粉病的抗性均表現(xiàn)穩(wěn)定， 21年來在兩地均表現(xiàn)為免疫或中抗。其中92R137在甘谷點(diǎn)有15年表現(xiàn)為免疫，3年表現(xiàn)為高抗，3年表現(xiàn)為中抗；在汪川點(diǎn)有10年表現(xiàn)為免疫，3年表現(xiàn)為高抗，3年表現(xiàn)為中抗。92R178在甘谷點(diǎn)有11年表現(xiàn)為免疫，3年表現(xiàn)為高抗，7年表現(xiàn)為中抗；在汪川點(diǎn)有16年表現(xiàn)為免疫，1年表現(xiàn)為高抗，4年表現(xiàn)為中抗。這表明兩個(gè)材料在當(dāng)前仍是甘肅隴南優(yōu)異的抗白粉病資源，應(yīng)進(jìn)一步研究和利用。

表4 1999-2019年南農(nóng)92R系列小麥在甘肅隴南田間抗病性表現(xiàn)Table 4 Resistance to stripe rust and powdery mildew in wheat varieties Nannong 92R lines at southern Gansu province during 1999-2019

3 討 論

南農(nóng)92R系列小麥?zhǔn)怯赡暇┺r(nóng)業(yè)大學(xué)細(xì)胞遺傳研究所于20世紀(jì)90年代中后期培育而成的優(yōu)異種質(zhì)[8]。從1999-2019年在甘肅隴南抗條銹病鑒定與監(jiān)測(cè)結(jié)果看，其在2010年以前具有極好的抗條銹病特性，甘肅省相關(guān)育種單位以此為親本選育出多個(gè)生產(chǎn)品種，并在生產(chǎn)中得到較好利用[9,18]?？箺l銹病性遺傳結(jié)果表明，92R137中的抗條銹菌特性由單基因控制，并呈顯性遺傳，被國際小麥組織正式命名為Yr26[19]。Wang等[12]通過中國春缺失系分析，將該基因定位于1BL染色體靠近著絲粒C-1BL-6-0.32 缺失系內(nèi)。在此基礎(chǔ)上，Wang等[20]開展了對(duì)Yr26的精細(xì)定位和用于分子標(biāo)記輔助育種的STS標(biāo)記。隨后國內(nèi)學(xué)者利用SSR技術(shù)開展并明確了小麥條銹病抗源材料中Yr26抗病基因的存在，為抗病基因合理布局及應(yīng)用打下了良好的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)[21-23]。遺傳基礎(chǔ)的狹窄，造成病原菌新毒性株系的不斷出現(xiàn)，導(dǎo)致品種抗病性的不斷喪失和病害的大范圍流行。2010年后以CYR34為代表的貴農(nóng)22致病類群的出現(xiàn)和積累，導(dǎo)致南農(nóng)92R系列小麥抗條銹病特性逐步喪失利用價(jià)值[18，24]。近年來甘肅省小麥條銹菌監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)一步支持了此結(jié)論[24]。

研究發(fā)現(xiàn)，南農(nóng)92R系列小麥含有抗白粉病基因Pm21，屬于單顯性遺傳，位于6AL染色體上[11]。該基因?yàn)閺V譜抗性基因，對(duì)大多數(shù)白粉病小種具有很強(qiáng)的抗性[25]。本試驗(yàn)對(duì)多年來的抗白粉病鑒定及監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，南農(nóng)92R系列小麥在甘肅隴南田間抗白粉病特性穩(wěn)定，一直保持免疫到中抗水平。截止到目前，雖然國內(nèi)外已標(biāo)記出91個(gè)抗白粉病基因[14]，但從甘肅隴南目前實(shí)際情況看，可直接應(yīng)用的不多，其主要原因一是農(nóng)藝性狀相差太遠(yuǎn)，二是抗條銹性不過關(guān)。南農(nóng)92R系列小麥雖然抗條銹病特性較差，但綜合農(nóng)藝性狀優(yōu)良，故仍然是當(dāng)前隴南抗白粉病育種中不可多得的、具有全生育期抗病特點(diǎn)的優(yōu)異種質(zhì)資源材料，可作為小麥抗白粉病育種一線抗源材料在甘肅隴南利用。黃 瑾等[26]對(duì)近年來甘肅省小麥白粉病病菌群體毒性頻率分析發(fā)現(xiàn)，供試菌系對(duì)Pm21的毒性頻率達(dá)到9.3%，應(yīng)引起育種和生產(chǎn)上的重視。與此同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)后Pm21時(shí)期抗源材料挖掘和抗病基因的標(biāo)記與利用，如Pm40的研究和利用，將會(huì)克服和彌補(bǔ)Pm21抗性喪失后抗性基因不足的不利局面，同時(shí)進(jìn)一步充實(shí)甘肅隴南抗病基因庫。