南農92R系列小麥種質在甘肅隴南的條銹病和白粉病抗性表現及其利用價值

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.甘肅省農業科學院植物保護研究所，甘肅蘭州 730070； 2.農業部天水作物有害生物科學觀測實驗站，甘肅甘谷 741200； 3.天水市農業科學研究所甘谷試驗站，甘肅甘谷 741200； 4.天水市農業科學研究所，甘肅天水 741000)

小麥條銹病和白粉病是發生于甘肅隴南小麥生產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濟有效且有利于環境保護的措施[1-2]。自20世紀80年代以來，由于熱門抗源材料的過度利用，造成抗病品種同質化問題日趨嚴重，同時因條銹病、白粉病病菌群體毒性的不斷變異，導致洛夫林系、繁6及其衍生系、貴農系等諸多熱門抗源材料抗條銹性先后喪失而失去利用價值，造成小麥條銹病和白粉病在甘肅隴南及全國范圍內大面積發生流行，造成了嚴重的產量和經濟損失[2-5]。進行抗病種質資源的挖掘和利用是開展抗病新品種篩選與利用的基礎性工作[6]。以小麥種質資源92R137、92R178為代表的南農92R系列小麥種質是由南京農業大學利用簇毛麥創造的普通小麥易位系材料[6-8]，自20世紀90年代中期引進甘肅隴南以來，由于其具有極好的條銹病和白粉病抗性，甘肅省農業科學院小麥研究所、天水市農業科學研究所等甘肅隴南相關育種單位以其為骨干抗源材料，進行抗病新品種的篩選與利用，先后選育出蘭天17號、蘭天24號、中梁29號、天選52號等多個冬小麥生產品種[9]，為甘肅隴南小麥條銹病和白粉病的持續控制發揮了重要作用。

盡管國內在南農92R系列小麥種質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，使得絕大多數小麥品種及抗源材料在該區域種植和利用3～5年，就會由于抗病性喪失而失去利用價值[1,5]。截止到目前，南農92R系列小麥種質已在甘肅隴南利用21年，在其抗條銹性已喪失的前提下，如何進行進一步利用，目前尚未見相關報道。基于此，本文結合多年研究結果，系統總結了南農92R系列小麥種質92R137和92R178在甘肅隴南的抗病性特點，提出了下一步應用意見。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試小麥材料包括南農92R系列小麥種質92R137、92R178及感病對照品種銘賢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，標樣采自甘肅省不同生態區的小麥品種上，每年苗期接種包括Bgt-Gangu、Bgt-Tianshui、Bgt-Chengxian、Bgt-Wudu、Bgt-Pingliang、Bgt-Dingxi、Bgt-Lintao、Bgt-linxia等在內的20余個具有不同毒性譜的菌系，成株期混合菌為試驗點當地越冬菌源。所有供試品種及條銹菌、白粉菌菌系均由甘肅省農業科學院植物保護研究所小麥病害課題組提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 人工接種鑒定

2009年和2018年3月下旬到4月中旬，在甘肅省農業科學院植物保護研究所蘭州低溫溫室進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，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，再次噴水霧后在10～15 ℃下黑暗保濕24 h，然后轉入溫度15～20 ℃、光照時間12～14 h、光照強度90～144 μmol·m-2·s-1的溫室內培養。4月28日在甘肅省農業科學院植物保護研究所甘谷試驗站采用噴孢子懸浮液法進行成株期接種鑒定[9]。白粉病人工接種鑒定僅進行苗期，與條銹病苗期鑒定同期進行，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，待感病對照品種銘賢169充分發病后，分別記載供試材料條銹病(苗期、成株期)和白粉病(苗期)病情(反應型/嚴重度/普遍率)。

1.2.2 自然誘發鑒定

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汪川良種場(海拔 1 680 m)和甘肅省農業科學院植物保護研究所甘谷試驗站(海拔1 270 m)兩地，與其他試驗品種(系)一起按序號種植，每品種(系)種植1行，每隔20行種植1行感病對照品種銘賢169。試驗行長100 cm，行距30 cm。四周播4行感病對照品種銘賢169作誘發行和保護行，試驗地田間管理同當地大田。每年5月下旬至6月上旬，在感病對照品種銘賢169發病高峰期，分別記載條銹病病情和白粉病病級。

1.2.3 調查方法

條銹病病情反應型記載采用0～4型共6級標準，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)；嚴重度記載采用0、t、5%、10%、20%、40%、60%、80%、100%共9級標準；普遍率記載采用0、t、5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%共13級標準進行[15]。

白粉病苗期病情反應型記載采用0～4型標準，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]，嚴重度和普遍率記載標準同條銹病。成株期病級記載采用0～9級標準，其中0級為免疫，1和2級為高抗，3和4級為中抗，5和6級為中感，7和8級為高感，9級為極感[17]。

2 結果與分析

2.1 人工接種抗性評價結果

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

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

2.2 自然誘發鑒定結果

2009-2019年調查結果(表4)表明，對自然誘發的條銹病，92R137和92R178在2010年以前，在兩地的抗病性表現穩定，田間反應型均為0型，抗病性表現為免疫。自2010年始在汪川試驗點，92R137開始表現為中抗，嚴重度和普遍率分別為10%和20%；2011年在甘谷試驗點和汪川試驗點，92R137和92R178均表現為中抗；自2012年始，92R137和92R178在兩地均開始發病，汪川試驗點病情略高于甘谷試驗點。隨后幾年兩個種質的嚴重度、普遍率總體上均呈上升趨勢，反應型最高為4型。與對照品種銘賢169一致，表現為中度或高度感病。

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

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

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

92R137和92R178對自然誘發的白粉病的抗性均表現穩定， 21年來在兩地均表現為免疫或中抗。其中92R137在甘谷點有15年表現為免疫，3年表現為高抗，3年表現為中抗；在汪川點有10年表現為免疫，3年表現為高抗，3年表現為中抗。92R178在甘谷點有11年表現為免疫，3年表現為高抗，7年表現為中抗；在汪川點有16年表現為免疫，1年表現為高抗，4年表現為中抗。這表明兩個材料在當前仍是甘肅隴南優異的抗白粉病資源，應進一步研究和利用。

表4 1999-2019年南農92R系列小麥在甘肅隴南田間抗病性表現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92R系列小麥是由南京農業大學細胞遺傳研究所于20世紀90年代中后期培育而成的優異種質[8]。從1999-2019年在甘肅隴南抗條銹病鑒定與監測結果看，其在2010年以前具有極好的抗條銹病特性，甘肅省相關育種單位以此為親本選育出多個生產品種，并在生產中得到較好利用[9,18]。抗條銹病性遺傳結果表明，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。在此基礎上，Wang等[20]開展了對Yr26的精細定位和用于分子標記輔助育種的STS標記。隨后國內學者利用SSR技術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用打下了良好的理論和實踐基礎[21-23]。遺傳基礎的狹窄，造成病原菌新毒性株系的不斷出現，導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22致病類群的出現和積累，導致南農92R系列小麥抗條銹病特性逐步喪失利用價值[18，24]。近年來甘肅省小麥條銹菌監測結果進一步支持了此結論[24]。

研究發現，南農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]。該基因為廣譜抗性基因，對大多數白粉病小種具有很強的抗性[25]。本試驗對多年來的抗白粉病鑒定及監測結果發現，南農92R系列小麥在甘肅隴南田間抗白粉病特性穩定，一直保持免疫到中抗水平。截止到目前，雖然國內外已標記出91個抗白粉病基因[14]，但從甘肅隴南目前實際情況看，可直接應用的不多，其主要原因一是農藝性狀相差太遠，二是抗條銹性不過關。南農92R系列小麥雖然抗條銹病特性較差，但綜合農藝性狀優良，故仍然是當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的優異種質資源材料，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]對近年來甘肅省小麥白粉病病菌群體毒性頻率分析發現，供試菌系對Pm21的毒性頻率達到9.3%，應引起育種和生產上的重視。與此同時，應加強后Pm21時期抗源材料挖掘和抗病基因的標記與利用，如Pm40的研究和利用，將會克服和彌補Pm21抗性喪失后抗性基因不足的不利局面，同時進一步充實甘肅隴南抗病基因庫。