佟春艷，石鳳翎，張雨桐

（草地資源教育部重點實驗室 / 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學草原與資源環(huán)境學院, 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018）

苜蓿屬(Medicago)為一年生或多年生草本植物，隸屬于豆科，是栽培利用歷史最長的牧草之一[1]。苜蓿屬牧草中主要的栽培品種包括紫花苜蓿(M.sativa)、黃花苜蓿(M.falcata)、雜花苜蓿(M.rivularis)、 天 藍 苜 蓿(M.lupulina)、 南 苜 蓿(M.polymorpha)以及扁蓿豆(M.ruthenica) 6 個種[1]。其中，僅紫花苜蓿在全球的種植面積3 200 萬～3 300萬hm2[2]。紫花苜蓿青草、青貯以及干草均可作為重要的飼草來源，在畜牧業(yè)發(fā)展中具有重要地位[3]。近年來，隨著國內(nèi)對動物產(chǎn)品的需求增加，苜蓿的需求量也在不斷增加[4-5]。其中紫花苜蓿干草進口量從2012 年的44.22 萬t 增加到2021 年的178 萬t[4,6]。截止2019 年，我國紫花苜蓿商品草種植面積達43.92 萬hm2，商品草總產(chǎn)量達384.5 萬t[7]。然而苜蓿的產(chǎn)量和品質(zhì)卻容易受到病蟲害的影響[8-9]。據(jù)報道，我國苜蓿常見的病害多達40 余種[10-12]，可將其大致分為葉部病害、莖部病害以及根部病害[13]。紫花苜蓿白粉病是一種廣泛分布的病害，不僅為害苜蓿葉片，嚴重時還會侵染苜蓿莖部及莢果[14-15]。然而國內(nèi)對其研究卻很少，了解紫花苜蓿白粉病的發(fā)病規(guī)律對紫花苜蓿白粉病的預(yù)測、診斷及合理及時準確地防治具有重要意義。

控制紫花苜蓿白粉病最常用的方法是在其發(fā)病初期或前期噴施化學藥劑，例如滅菌丹、粉銹寧、甲基托布津等[16-17]，以防止其進一步擴散和傳播。但是長期使用大量農(nóng)藥，不僅會增加環(huán)境對病原菌的選擇壓力，還會造成嚴重的環(huán)境污染。種植白粉病抗性品種是控制白粉病最安全、最有效、最環(huán)保的一種方法，然而對抗病基因的識別及其抗性機制的研究是培育抗性品種的關(guān)鍵[18]。自20 世紀40 年代，F(xiàn)lor[19]提出“基因?qū)颉钡募僬f，人們對植物免疫系統(tǒng)的了解越來越深入，目前關(guān)于紫花苜蓿白粉病抗性方面的研究也有了新的進展。本文歸納整理了國內(nèi)外紫花苜蓿白粉病發(fā)生規(guī)律、危害及其相關(guān)的抗性機制等方面的研究，對抗性表現(xiàn)、生理生化指標以及分子機理層面進行了綜述，并探討了我國苜蓿白粉病抗性機制及抗性育種中存在的問題，以期為紫花苜蓿白粉病的防治及白粉病抗性育種提供依據(jù)。

1 紫花苜蓿白粉病研究進展

1.1 紫花苜蓿白粉病病原菌及其發(fā)生規(guī)律

白粉病是由白粉菌引起的一種真菌病害。白粉菌寄主非常廣泛，可以侵染上萬種被子植物[20]，如大麥(Hordeum vulgare)[21]、小麥(Triticum aestivum)[22]、黑麥(Secale cereale)[23]等禾本科植物，還能夠侵染紅豆草(Onobrychis viciaefolia)[24]、白三葉(Trifolium repens)[25]、蒺藜苜蓿(M.truncatula)[26]等豆科牧草。此外北方高溫高濕季節(jié)的扁蓿豆、雜花苜蓿以及紫花苜蓿也同樣容易感染白粉病(圖1)。白粉病發(fā)病初期苜蓿葉片上形成白色霉狀斑，病斑大小不一、形狀不規(guī)則，發(fā)病中期病斑逐漸擴大，而后覆蓋整個葉片形成氈狀或絮狀白色霉層[28]。在發(fā)病嚴重時會呈現(xiàn)黃褐色或黑色斑點[29]并危害苜蓿莖部[30]，甚至會使整個植株發(fā)黃枯死[31]。白粉菌具有寄生?；?，不同屬的白粉菌侵染的寄主不盡相同，且不同白粉菌侵染后的癥狀也有所不同。直至目前關(guān)于苜蓿白粉病的病原菌，仍存在一定爭議。在國外，起初人們以為苜蓿白粉病主要是由蓼白粉菌(Erysiphe polygoni)引起[32-33]，但后來該菌被認為僅侵染蓼科植物；而豌豆白粉菌(Erysiphe pisi)才是侵染苜蓿屬的主要病原菌[34-35]，該菌主要為害苜蓿葉片正面，具有稀疏霉層[14]。除此之外，人們還從紫花苜蓿上采集到了三葉草白粉菌(Erysiphe trifoliorum)的樣本[36]。在我國除上述兩個病原菌外，還有豆科內(nèi)絲白粉菌(Leveillula leguminosarum)[15]，該菌主要為害苜蓿葉片背面，并形成絨氈狀霉層，而在發(fā)病對應(yīng)的葉片正面不出現(xiàn)霉層，僅出現(xiàn)褪綠變褐現(xiàn)象[14,37]。有研究認為寧夏地區(qū)紫花苜蓿白粉病是由豆科內(nèi)絲白粉菌和豌豆白粉菌混合侵染造成[38]。

圖1 幾種苜蓿屬植物白粉病癥狀Figure 1 Symptoms of powdery mildew in several Medicago plants

白粉病的發(fā)生以及蔓延對溫度和濕度的要求較高，豆科內(nèi)絲白粉菌最適溫度為20～28 ℃，最適濕度為52%～75%[31]。因此，在自然生長的條件下，紫花苜蓿白粉病在我國北方地區(qū)主要在每年的7 月—8 月開始發(fā)生，9 月達到發(fā)病高峰期。白粉病菌主要通過風力傳播，但其病原菌的孢子在極端惡劣的條件下也會保持活性，一旦條件適宜，便會迅速萌發(fā)并傳播。李克梅等[39]對豆科內(nèi)絲白粉菌的子囊殼越冬情況調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在新疆地區(qū)該菌子囊田間成活率為37.91%，室內(nèi)成活率為37.04%，4 ℃冰箱存活率為29.1%，在地表至地下5 和10 cm 深度的病殘體上，其成活率仍可達8.7%和6.4%?？偟膩碚f，苜蓿白粉病的流行呈現(xiàn)發(fā)病快、傳播快、面積大以及逐年加重的特征。

1.2 紫花苜蓿白粉病的分布與危害

苜蓿白粉病在國內(nèi)外發(fā)生較為普遍。從世界范圍看苜蓿白粉病在亞洲、美洲、歐洲等地均有報道[31]。1996 年7 月和1997 年8 月，在美國威斯康辛州中南部地區(qū)有部分分生孢子和菌絲侵染了該地區(qū)苗圃中的紫花苜蓿，導致被感染植物下部葉片嚴重脫落，而且這種病迅速蔓延到了鄰近的苜蓿幼苗地；從該地里分離到的豌豆白粉菌分生孢子也可為害黃花苜蓿，這是關(guān)于威斯康辛州苜蓿白粉病的首次報道[40]。2000 年7 月至11 月期間，在愛達荷州西南部和俄勒岡州東部地區(qū)的紫花苜蓿的商業(yè)干草、種子田、試驗地和溫室中也觀察到了白粉病的癥狀，而后研究人員根據(jù)菌絲的位置、分生孢子的形態(tài)和特征，鑒定該真菌為豌豆白粉菌[33]。1994 年，中國科學家對我國15 個省(區(qū)、市)的35 種紫花苜蓿的病原物進行了統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)由豌豆白粉菌引起的苜蓿白粉病主要在西南地區(qū)(貴州、云南等地)常發(fā)生并且造成一定的產(chǎn)量損失，而由豆科內(nèi)絲白粉菌引起的白粉病在新疆、甘肅等地常年發(fā)生，且造成巨大的產(chǎn)量損失[11]。

白粉病的流行會嚴重影響紫花苜蓿的產(chǎn)量及品質(zhì)。研究表明，染病后的紫花苜蓿的消化率、粗蛋白含量、草產(chǎn)量及種子產(chǎn)量分別比未染病的紫花苜蓿降低14%、16%、30%～40%、40%～50%，且染病紫花苜蓿品質(zhì)低劣、適口性下降、葉片及花器脫落、種子活力變差，家畜采食后會引起不同程度的毒性為害[14-15,36]。

2 苜蓿對白粉病的抗性機制研究進展

植物的先天免疫防御系統(tǒng)主要有兩種，分別是病原菌/微生物相關(guān)的分子模式(pathogen/microbeassociated molecular patterns，PAMPs/MAMPs)激發(fā)的免疫反應(yīng)(PAMPs/MAMPs-triggered immunity，PTI)以及效應(yīng)蛋白誘導的免疫反應(yīng)(effector-triggered immunity，ETI)。這兩種反應(yīng)中前者為廣譜抗病反應(yīng)，主要阻礙病原菌的生長，后者為小種?；磻?yīng)，主要抑制病原微生物的進一步侵入與繁殖[41-42]。根據(jù)作用性質(zhì)和特點，也可以將植物的抗病機制分為被動防御和主動防御兩類。被動防御又稱組成性防御，主要由植物固有的組織結(jié)構(gòu)(如茸毛、蠟質(zhì)層、氣孔等)物理抵御病原菌的入侵；主動防御狹義上指生化抗性，主要受植物生理活動或生化成分方面的影響。但植物的主動防御機制在正常條件下是不活躍的，只有在有誘導因素的情況下才會發(fā)揮作用，因此該防御機制也被稱為誘導性防御或植物誘導抗性。誘導抗性可以進一步分為兩類：一是局部抗性反應(yīng)，如過敏性反應(yīng)；另一類是系統(tǒng)誘導抗性或系統(tǒng)獲得抗性[43]。植物在不同的抗病反應(yīng)過程中的抗性機制各不相同，在病原菌侵染的不同階段的抗性反應(yīng)也不同[39,44]。

2.1 組織結(jié)構(gòu)抗性

植物固有的結(jié)構(gòu)如表皮的角質(zhì)和蠟質(zhì)是植物抵御病原菌入侵的天然屏障。在病原菌入侵植物之前，寄主表面的物理結(jié)構(gòu)和化學成分，尤其是表皮葉蠟，會影響白粉菌的萌發(fā)和附著胞的形成[45-46]。張詠梅等[47]采用感病紫花苜蓿品種‘德寶’以及抗病品種‘慶陽’苜蓿作為試驗材料，觀察了豌豆白粉菌接種后其表皮細胞的變化，發(fā)現(xiàn)‘慶陽’苜蓿的柵欄組織細胞隨著接菌天數(shù)的增加逐漸從一個長圓形細胞變成多個偏圓形小細胞，細胞層數(shù)也會增加3～4 層，并且細胞排列緊密，表明細胞形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化產(chǎn)生了物理上的阻礙，機械阻礙了病原菌的入侵。但直至目前關(guān)于苜蓿屬植物，尤其是紫花苜蓿病原菌入侵前的其他抗性機制，如葉表皮的物理結(jié)構(gòu)或化學分泌物阻礙病原菌入侵等方面的研究尚未見報道。

2.2 生理生化機制

入侵過程中的抗性機制是較為穩(wěn)定且廣譜的抗性機制，主要通過滲透調(diào)節(jié)機制及免疫應(yīng)激反應(yīng)阻止白粉菌吸器穿透細胞壁進入表皮細胞。植物在抵抗白粉病過程中會影響葉綠素含量、苯丙氨酸解氨酶(L-phenylalanin ammonia-lyase，PAL)以及抗氧化系統(tǒng)酶等活性[48-50]。研究[51]發(fā)現(xiàn)，不同抗病性材料的葉綠素含量隨著發(fā)病程度的增加而顯著降低。在病原菌侵入寄主的過程中，許多與木質(zhì)素合成有關(guān)的酶活性在不同抗性品種中表現(xiàn)不同，葉片內(nèi)超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)、過氧化物酶(peroxidase，POD)和多酚氧化酶等酶在抗病紫花苜蓿中的活性高于感病紫花苜蓿[52-53]。也有研究發(fā)現(xiàn)紫花苜蓿白粉病抗性與POD 活性呈負相關(guān)關(guān)系，與PAL 活性、葉綠素含量呈正相關(guān)關(guān)系，而氣孔密度和氣孔長度與白粉病抗性沒有顯著的相關(guān)關(guān)系[54-57]。此外，還有一些其他的生化指標，如可溶性糖、木質(zhì)素以及脯氨酸含量也與苜蓿的抗病性有一定關(guān)系[58]。但目前關(guān)于該類酶活性、膜質(zhì)過氧化程度以及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量等在紫花苜蓿抗白粉病過程中的作用未見報道。

2.3 R 基因介導的抗病反應(yīng)

病原菌入侵后，通常情況下寄主會啟動由R基因(resistance gene)調(diào)控、超敏反應(yīng)介導的細胞編程性死亡的過程。由于多數(shù)抗病基因是顯性基因，超敏反應(yīng)也是目前在植物育種過程中研究最多的一個抗性機制。目前所克隆到的具有白粉病抗性的R基因中，多數(shù)為NBS-LRR(核苷酸結(jié)合位點nucleotide-binding site，NBS；富含亮氨酸重復(fù)序列，leucine-rich-repeat，LRR)類 基 因[59]。NBS-LRR 家 族含有高度保守的中心的NBS 結(jié)構(gòu)域和C 端的LRR結(jié)構(gòu)域，根據(jù)其N 端結(jié)構(gòu)域的不同，可以將NBSLRR基因分為含有Toll-白細胞介素-1 受體結(jié)構(gòu)域(toll / interleukin1 receptor，TIR)的TIR-NBS-LRR (TNL)、含有卷曲螺旋(coiled-coil，CC)的CC-NBS-LRR (CNL)及含有白粉病抗性基因8 (resistance to powdery mildew 8，RPW8)結(jié)構(gòu)域的RPW8-NBS-LRR (RNL) 3 類[60]，其中RPW8 作為NBS-LRR基因的一部分自發(fā)發(fā)揮功能且主要與植物的白粉病抗性相關(guān)[61]。目前在豆科植物中共鑒定到NBS-LRR類基因1 662 個，其中有571 個來源于蒺藜苜蓿且17 個為RNL類基因。蒺藜苜蓿的這些NBS-LRR基因主要分布在3 號染色體并以基因簇的形式存在[60]。也有研究表明，蒺藜苜蓿4 號染色體的上部分含有大量的抗病基因類似物(resistance gene analog，RGA)，也同樣以成簇的形式存在[62]。Ameline-Torregrosa 等[63]在定位蒺藜苜蓿對豌豆白粉菌抗性數(shù)量性狀基因座 (quantitative trait locus, QTL)時發(fā)現(xiàn)在4 號染色體MTE23 和MTE24標記之間含有25 個高可信度的RGA，進一步對這些RGA 進行分類分析發(fā)現(xiàn)這些RGA 中有10 個屬于TNL亞家族，另外15 個分別具有非典型的NL(NBS-LRR 缺 少N 端 結(jié) 構(gòu) 域)、TNLT、TTNL (NBSLRR 之前或之后多一個TIR 結(jié)構(gòu)域)、TNTNL (NBSLRR 之前多一個TIR-NBS 結(jié)構(gòu)域)結(jié)構(gòu)域。25 個RGA 中有一個能夠在病原菌誘導后的表達序列標簽(expressed sequence tags, EST)文庫中檢測得到。因此，進一步將苜蓿對白粉病的抗性機制與苜蓿EST 文庫及NBS-LRR類基因結(jié)合研究，可以更快更深入了解苜蓿與白粉菌的互作過程。此外，蒺藜苜蓿是一種典型的豆科植物，與紫花苜蓿同源，兩者之間具有高度的基因同源性和顯著的基因功能的保守性，因此，從蒺藜苜蓿中分離得到的基因可以直接用于紫花苜蓿的品種改良[26]。

2.4 內(nèi)源激素信號途徑

植物在抗病過程中也有一些內(nèi)源信號分子，如水楊酸(salicylic acid, SA)、茉莉酸、活性氧(reactive oxygen species, ROS)、促分裂元活化蛋白激酶、過氧化氫等介導的抗病反應(yīng)[64-65]。在豌豆白粉菌接種3 d后，菌絲在感病材料DZA315.16 上持續(xù)生長而在抗病材料A17 上停止生長，電子顯微鏡下A17 病原菌侵染的部位顯示明顯的凹陷及細胞死亡，這與ROS 及自身熒光化合物累積相關(guān)的局部細胞的死亡有關(guān)[63]。擬南芥STP13 是一種己糖轉(zhuǎn)運蛋白，參與胞外己糖回收，通過限制糖向病原體的流動，提高植物對病原菌的抗性。Gupta 等[66]對蒺藜苜蓿中的己糖轉(zhuǎn)運蛋白基因MtSTP13.1進行突變、沉默及過表達，發(fā)現(xiàn)該基因在豆科植物中通過誘導PR(pathogenesis response)及類黃酮合成相關(guān)基因來加強豆科植物對白粉病的抗性。類黃酮是一類次生代謝產(chǎn)物，它與SA 協(xié)同抵抗蒺藜苜蓿豌豆白粉菌的侵染。Gupta 等[67]通過對蒺藜苜蓿材料A17 及R108進行基因表達及代謝產(chǎn)物分析發(fā)現(xiàn)類黃酮類物質(zhì)可以激活SA 激素通路、提高SA 相關(guān)基因的表達并在豌豆白粉菌感染部位累積過氧化氫，降低真菌的穿透和菌落的形成。

3 苜蓿白粉病抗性基因研究現(xiàn)狀

優(yōu)異的抗源與廣譜抗病基因是培育紫花苜蓿白粉病抗性品種的基礎(chǔ)。蒺藜苜蓿由于基因組小、再生能力強、轉(zhuǎn)化效率高等特性，被用作豆科植物的模式物種[68]。近年來，蒺藜苜蓿也被用于豆科植物種子品質(zhì)及生物和非生物脅迫抗性等方面的研究[39]。目前在蒺藜苜蓿中使用正向遺傳學的方法鑒定到3個抗性QTLs 以及1 個白粉病抗性基因MtREP1[26,63]。

Ameline-Torregrosa 等[63]利用白粉病抗性材料A17 以及感病材料DZA315.16 構(gòu)建RIL (recombinant inbred line)群體，將蒺藜苜蓿對豌豆白粉菌(Ep-p，Erysiphe pisi-pea isolate； Ep-a，Erysiphe pisi-alfalfa isolate)的抗性相關(guān)的位點分別定位至4 號染色體的Epp1 及5 號染色體的Epa1 和Epa2 位點。Epp1位點的遺傳力為81%，可以解釋66.4%的表型變異率，與標記Mtic331 連鎖。Epa1 與Epa2 位點的遺傳率為80%，可以分別解釋26.2%和22.7%的表型變異率，且分別與標記MTE33 與MTE37 連鎖。此外，與這些位點相關(guān)聯(lián)的區(qū)域內(nèi)富含的多個RGA，使得蒺藜苜蓿A17 具有廣譜抗病能力。

MtREP1是蒺藜苜蓿白粉病廣譜抗性基因。Yang等[26]以白粉病抗性材料A17 以及感病材F83005.5為親本，構(gòu)建F2群體，并對其接種豌豆白粉菌race1，表型分析結(jié)果表明1 107 個材料中有822 個白粉病抗性材料及285 個感病材料，F(xiàn)2群體的抗感分離比符合3 ∶ 1 的比例，由此推斷A17 中存在單顯性白粉病抗性基因。而后利用SSR (simple sequence repeat)標記進一步將抗性基因定位至5 號染色體MtB330 至MtB38 的區(qū)間，再利用CAPS (cleaved amplified polymorphic sequence)標記將該基因定位至CAP52 及CAP23 的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)含有30 個注釋基因，其中有3 個基因編碼典型的NBS-LRR 蛋白，分別將這3 個基因用農(nóng)桿菌介導的遺傳轉(zhuǎn)化法轉(zhuǎn)到感病苜蓿品種Pioneer-53V08 中，最終獲得白粉病抗性基因Medtr5g072340，并將其命名為MtREP1。感病親本F83005.5 中含有MtREP1的等位基因Mtrep1，該基因在編碼區(qū)的序列與MtREP1完全一致，但在起始密碼子上游1.1 kb 區(qū)域存在較高的胞嘧啶甲基化。MtREP1是具有廣譜抗性的優(yōu)異基因，可為苜蓿白粉病防治提供新的抗性來源。

雖然在苜蓿屬中鑒定克隆到的白粉病抗性基因只有一個，但是在白粉菌誘導后的基因表達變化方面的研究也為紫花苜蓿白粉病防御信號通路的了解提供了豐富的數(shù)據(jù)。二倍體苜蓿M.sativaspp.caerulea是其同源四倍體紫花苜蓿的祖先種，Li 等[3]組裝了二倍體苜蓿PI464615 的基因組，共鑒定到了489 個NLR基因，其中有117 個CNL、58 個TNL以及11 個RNL基因。Gupta 等[69]提取了接種豌豆白粉菌1 d 以后的蒺藜苜蓿材料A17 (抗)及DZA315.16(感)的RNA，分別對其進行轉(zhuǎn)錄組測序，共獲得了42 302 個差異表達的轉(zhuǎn)錄本，其中1 290 個在A17受病原菌誘導后上調(diào)表達，205 個下調(diào)表達，有432 個在DZA315.16 受病原菌誘導后上調(diào)表達，299 個下調(diào)表達。GO (gene ontology)分析發(fā)現(xiàn)，這些DEGs (differential expression genes)主要以PR以及NBS-LRR基因為主。對差異表達的TFs (transcription factors)進行分析發(fā)現(xiàn)病原菌誘導后DZA315.16 中有61 個差異表達的TFs，A17 有25 個，這些差異表達的TFs 主要以WRKY (highly conserved WRKYGQK amino-acid sequence)、ERF (ethylene response factor)及MYB (myeloblastoma)家族為主。Foster-Hartnett等[70]對Jemalong (高抗)、A20 (中抗)、DZA315.16 (易感)等材料接種豌豆白粉菌，并提取12 hpi (hours post-inoculation)的RNA 進行基因表達芯片分析，共鑒定到55 個與病原菌誘導后的早期防御反應(yīng)相關(guān)的基因，這些基因主要為病程相關(guān)基因及涉及信號轉(zhuǎn)導、衰老、細胞壁代謝及非生物脅迫相關(guān)途徑。相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子主要以MYB 和 Whirly 家族為主。Samac等[71]對A17 接種炭疽菌(Colletotrichum trifolii)、根腐病病原菌(Phytophthora medicaginis)及豌豆白粉菌CO05，并分析基因表達芯片，結(jié)果顯示，多數(shù)上 調(diào) 基 因 編 碼 HLP (hevein-like protein)、 TLP(thaumatin-like protein)與PR10 共3 類涉及抗病響應(yīng)過程的蛋白。Curto 等[72]在M.truncatulav.Parabinga(感病)和SA1306 (抗病)材料中使用Qpcr (quantitative real-time-polymerase chain reaction)技術(shù)，挖掘出48個差異表達的轉(zhuǎn)錄因子，主要涉及病程相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子 (pathogenesis-related transcriptional factors), AP2/EREBP (APETALA2/ETHYLENE-RESPONSIVE element binding factors), WRKY, MYB, HD (homeodomain)和鋅指C2C2 (CYS2-CYS2), C2H2 (CYS2-HIS2), LIM(Lin-11, Isl-1, Mec-3)等家族。楊凱[73]對三葉一心時期的紫花苜蓿品種‘挑戰(zhàn)者’葉片接種蓼白粉菌，并進行代謝組分析，共鑒定出76 個差異代謝物，主要包括有機酸、氨基酸、苯丙素類以及黃酮類，這些差異代謝物共注釋到了20 條代謝通路，主要為異喹啉生物合成、檸檬酸循環(huán)、苯丙素生物合成、半乳糖生物合成、類黃酮生物合成等途徑。這些研究為白粉菌相關(guān)防御基因的進一步挖掘、紫花苜蓿與白粉菌的互作過程的了解及抗病調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建奠定了基礎(chǔ)。

綜上所述，苜蓿白粉病的抗性機制涉及多個途徑，但不同的抗病途徑不是單一存在并發(fā)揮作用的，而是在防御白粉菌時相互作用，相互調(diào)節(jié)，相輔相成。因此，深入研究苜蓿與白粉菌的互作過程，揭示抗病通路，明確抗性機理的工作仍任重而道遠。

4 問題與展望

4.1 白粉病抗性基因缺乏，遺傳基礎(chǔ)狹窄

目前我國自主培育的抗病品種少，且主要的育種手段為選擇育種或雜交育種?，F(xiàn)代生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用與普及在很大程度上解決了雜交育種、誘變育種等常規(guī)育種手段所存在的育種年限長以及對目標性狀的針對性不強等問題[74]。但是苜蓿白粉病抗病研究基礎(chǔ)薄弱，與小麥、大麥、南瓜(Cucurbita pepo)等其他作物相比，苜蓿白粉病的病害分布范圍、病原菌的分類與鑒定、致病分子機理、苜蓿對白粉病的抗病分子機理以及抗病育種方面仍然存在很大差距。雖然隨著高通量測序技術(shù)的發(fā)展，多種苜蓿屬植物，如紫花苜蓿[75-76]、野生型扁蓿豆[77]以及二倍體蒺藜苜蓿[3]等的基因組信息相繼公布，但在豆科植物中克隆到的抗性基因仍然很少[4,78-79]，嚴重約束豆科植物遺傳改良。目前正在進行或已經(jīng)公開的全基因組測序數(shù)據(jù)，在公共數(shù)據(jù)庫中提供了多達230 000 個ESTs[63]，充分利用這些數(shù)據(jù)，并結(jié)合新的遺傳學方法，如遺傳群體和自然群體的構(gòu)建，開發(fā)相應(yīng)的分子標記并對白粉病抗性QTL 進行定位，可以快速準確地識別抗感材料，挖掘并克隆抗性相關(guān)基因。此外，苜蓿屬材料的基因組大小、染色體倍性鑒定、合適的遺傳定位群體的缺乏以及遺傳轉(zhuǎn)化方法和效率的不完善等因素仍然制約苜蓿產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[6,63]。挖掘和克隆新的抗性基因、尋找新的抗性來源以及更好地了解苜蓿的抗病防御機制是從根本上提高苜?？共⌒缘闹饕椒?。蒺藜苜蓿是二倍體、自花授粉植物，與豆科其他牧草親緣關(guān)系近，是豆科牧草的主要抗性基因庫[3]。而且不同的蒺藜苜蓿材料對不同病原菌的抗性不同，表明蒺藜苜蓿含有多個抗病基因資源[80-82]。因此，可以利用蒺藜苜蓿已知的基因資源，去提高紫花苜蓿的抗病性，進一步拓寬紫花苜蓿遺傳基礎(chǔ)。與此同時，結(jié)合合成生物學以及基因編輯等技術(shù)，在開發(fā)抗病基因的同時，還可對感病基因進行編輯，以此來獲得更多、更持久的抗性資源[4]。此外，目前苜蓿白粉菌的分類仍存在爭議，病原學研究不夠清楚，生理小種及其生化特性仍不夠明確。因此，除了加強苜蓿對白粉病的抗性機理的研究外，還需結(jié)合病原菌的分離、形態(tài)學觀察、分子生物學鑒定以及病原物生物學特性的研究進一步對紫花苜蓿白粉菌進行鑒別和區(qū)分，以便更精準、合理、有效地對苜蓿白粉病進行預(yù)防和控制。

4.2 苜蓿白粉病抗病種質(zhì)資源缺乏

抗病品種的選育是控制病害蔓延的環(huán)境友好型的、經(jīng)濟有效的方法。全球苜蓿屬牧草品種的培育工作始于20 世紀初期，到70 年代以后在育種手段以及育種方向上有了新的突破，21 世紀后，將育種工作與基因工程技術(shù)相融合，育成了多個苜蓿品種[76]。但其中抗病品種只占少數(shù)且綜合抗病性較強的品種少，沒有單抗白粉病的品種[77-78]。這也是苜蓿屬白粉病抗源較少、抗性易失的主要原因。針對這一問題，多個國家(如美國、南非等)均開展了關(guān)于白粉病抗性材料的評價和篩選工作，但大多是在模式物種蒺藜苜蓿上進行，在生產(chǎn)上的應(yīng)用價值不大。且不同材料在不同研究中表現(xiàn)出不同的抗性，這可能是由于白粉菌的高度?；?、生理小種多、毒力變異快等特性，使得材料的抗病性也存在不穩(wěn)定性[83-85]。在我國，2016 年、2020 年和2021年在甘肅蘭州、寧夏固原和新疆吉昌等地對不同紫花苜蓿的白粉病抗性進行了評價，但是由于以上選育工作多數(shù)是在田間自然發(fā)病的情況下調(diào)查，容易受到環(huán)境因素及其他病原物的影響，具體表現(xiàn)為在不同地區(qū)、不同氣候條件以及不同的生長年限下同一種材料可能具有不同的抗性表現(xiàn)形式[12,86-87]。因此，在抗病材料的選育過程中應(yīng)明確苜蓿的白粉病抗性機制，包括組織結(jié)構(gòu)抗性和生理生化機制的研究，綜合考量苜蓿在自然條件以及溫室條件下的不同響應(yīng)，構(gòu)建綜合評定模型，整合形態(tài)指標、生理指標以及發(fā)病指數(shù)等各項指標，通過科學的計算和分析，客觀地將所有品種按照抗病性進行分類，并將高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)持久抗病蟲結(jié)為一體，以便應(yīng)用于生產(chǎn)實踐中。