新疆冬小麥品種葉銹病的抗性鑒定*

劉鵬鵬，桑偉*，徐紅軍，韓新年，聶迎彬，孔德真，崔鳳娟，李偉，穆培源*

（1.新疆農墾科學院作物研究所，新疆 石河子 832000；2.谷物品質與遺傳改良兵團重點實驗室）

小麥葉銹?。↙eaf rust resistance）是一類由葉銹菌（Puccinia triticina）引起的真菌性氣傳病害，因其具有較強的氣候適應能力在世界上許多國家以及我國的小麥主產區均有不同程度發生，其發生歷史久遠、分布廣泛、危害嚴重，短期內可造成大面積流行，嚴重發生時顯著降低粒重和穗粒數并造成40%以上產量損失，是影響我國小麥高產、穩產的重要因素[1-2]。隨著全球性氣候變暖，未來的溫度和濕度條件可能會更加適宜小麥葉銹病的發生和流行。因此，對葉銹病害的預測與防控迫在眉睫。實踐證明，選育抗病品種是防控小麥葉銹病危害最經濟、有效、快捷的方法，通過對種質資源的精準鑒定，挖掘抗病基因，利用分子標記輔助選擇，實現抗葉銹病小麥品種定向培育，是小麥抗葉銹病品種遺傳改良主要途徑之一[3-4]。

小麥是新疆的主要糧食作物，其產量對保障新疆糧食安全至關重要。隨著全球氣候變化，滴灌水肥一體化技術的大面積應用，作為新疆主要病害之一的葉銹病，生產中由偶發逐漸變為常發、且有逐年加重的趨勢，特別在北疆伊犁河谷區域和南疆阿克蘇、喀什等主產區尤為突出。過去，由于葉銹病屬偶發病害，發病也輕，新疆本地育種科研單位普遍對該病育種重視不夠，研究基礎薄弱，嚴重制約了抗病品種的選育工作。本研究通過小麥苗期和成株期生理小種接種精準鑒定37份新疆冬小麥審定品種，利用已開發的分子標記檢測供試材料的基因型，以期達到明確新疆冬小麥審定品種對葉銹病的抗性及其抗葉銹病基因的分布，為新疆冬小麥抗葉銹育種提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

參試的37份材料來自新疆農墾科學院作物研究所小麥育種創新團隊多年來收集保存的冬小麥審定品種，具有較好的代表性。對照材料為高感葉銹病品種鄭5389。

參試材料名稱見表1。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計與接種方法

2021年和2022年參試材料種植在新疆石河子市新疆農墾科學院作物研究所小麥試驗田。試驗采用隨機區組試驗設計，重復2次，行長1.80 m，行距0.25 m，每10個材料種植2行，對照品種鄭州5389，同時鄭州5389垂直種植作為接種行與試驗材料垂直種植，田間管理同大田。

1.2.2 苗期和成株期抗葉銹病鑒定

小麥苗期抗葉銹鑒定：在溫室鑒定，于各參試小麥第一片葉完全展開時，用掃抹法接種9個小麥葉銹菌種（PHDS、PHTT、THNJ、THTS、THHS、FKKQ、FHSS、FGJQ、FHJQ），接種后15 d左右，待感病品種鄭州5389充分發病時進行抗葉銹病抗性鑒定，按照Li[5]等6級分類法，即采用0（免疫IM）、；（近免疫NIM）、1（抗病R）、2（中抗MR）、3（中感MS）和4（感病S）級進行劃分。

小麥成株期抗葉銹鑒定：在田間鑒定，于各參試小麥拔節后，將優勢混合菌種（PHTT和THTS）配制成0.05%礦物油的孢子懸浮液，混合的菌液于傍晚時用微量噴霧器均勻噴灑在誘發行（對照品種鄭州5389）的麥株上，立即蓋上塑料薄膜保濕，次日早晨揭開薄膜。接種后多次澆水，保持田間濕度，創造有利的發病條件，確定最終嚴重度FDS（發病高峰時調查的嚴重度為最終嚴重度）。

1.2.3 分子標記檢測

采用CTAB法[6]提取小麥葉片基因組DNA，采用閆曉翠[7]等的與已知抗葉銹病基因緊密連鎖的11個分子標記進行分子檢測，引物由生工生物工程（上海）股份有限公司合成。

2 結果與分析

2.1 參試冬小麥品種苗期抗葉銹病鑒定

表2列出了2021—2022年參試小麥苗期溫室接種抗性表現。可以看出，接種的9個葉銹菌優勢生理小種，參試小麥品種表現出了不同的抗性，其中對PHDS、PHTT小種表現抗病的僅有新冬21號，為中抗（MR）；對THNJ小種表現抗病的品種有新冬2號、新冬17號、新冬21號，分別為中抗（MR）、中抗（MR）、抗（R）；對小種THTS表現為抗病的品種有新冬2號、新冬21號，分別為抗（R）、中抗（MR）；對小種THHS表現為抗病的品種有新冬16號、新疆20號、新冬21號，分別為中抗（MR）、中抗（MR）、抗（R）；對小種FKKQ表現抗病的品種有新冬2號、新冬17號、新冬21 號、新冬36號，分別為近免疫（NIM）、近免疫（NIM）、抗?。≧）、近免疫（NIM）；對小種FHSS表現為抗病的品種有新冬2號、新冬21號、新冬23號、新冬36號，分別為中抗（MR）、近免疫（NIM）、中抗（MR）、抗（R）；對小種FGJQ表現為抗病的品種有新冬2號、新冬21號、新冬24號、新冬36號、新冬41號、新冬49號，分別為抗（R）、抗（R）、近免疫（NIM）、近免疫（NIM）、抗（R）、抗（R）；對小種FHJQ表現為抗病的品種有新冬2號、新冬15號、新冬21號、新冬24號、新冬36號、新冬42號、新冬49號，分別為抗（R）、抗（R）、抗（R）、近免疫（NIM）、近免疫（NIM）、抗（R）、抗（R），其余品種均表現為中感（MS）或感病（S）。結果表明，各參試材料對接種生理小種表現抗病的品種較少，其中僅新冬21號對所有生理小種抗性均達到了中抗（MR）以上水平；新冬2號對THNJ、THTS、FKKQ、FHSS、FGJQ、FHJQ6個生理小種抗性達到了中抗（MR）以上；新冬36號對FKKQ、FHSS、FGJQ、FHJQ 4個生理小種抗性達到了抗（R）或近免疫（NIM）；還有對1～2個生理小種達到中抗（MR）以上的品種，如新冬15號、新冬16號、新冬17號、新冬20號、新冬23號、新冬24號、新冬42號、新冬49號。

表2 新疆冬小麥品種苗期接種抗性表現

2.2 參試冬小麥品種成株期抗葉銹病鑒定

表3列出了2021年和2022年參試小麥田間抗葉銹病鑒定結果?？梢钥闯觯攴蓍g新疆小麥品種的抗病表型存在差異，新冬19號、新冬20號、新冬22號、新冬41號、新冬53號、新冬60號等6個品種年份間抗病表現存在抗感差異，這些品種需進一步進行抗性表型鑒定；其余品種抗病表現基本一致。37份參試材料抗病達到中抗（MR）的品種有12個，分別是新冬18號、新冬21號、新冬24號、新冬27號、新冬28號、新冬30號、新冬32號、新冬37號、新冬42號、新冬48號、新冬49號、新冬54號；達到抗（R）以上水平的品種有8個，分別為新冬15號、新冬16號、新冬17號、新冬23號、新冬29號、新冬33號、新冬51號、新冬55號；新冬23號和新冬29號2個品種達到了近免疫水平；其余品種均表現為抗病或中感。參試材料中達到抗（R）或近免疫（NIM）的品種是今后開展抗病育種的重要核心資源，可在今后的抗病育種中加以利用。

表3 2021年和2022年參試材料成株期抗性表現

2.3 基因型對小麥抗葉銹病的影響

37份新疆冬小麥審定品種中含有抗葉銹基因的品種有14個，其分子標記檢測及小麥苗期和成株期的抗性表現結果如表4，可以看出，在14個新疆冬小麥品種中檢測到6個抗葉銹病基因，即Lr1、Lr10、Lr14a、Lr20、Lr26、Lr34；參試材料所含抗葉銹病基因及其組合對應的苗期和成株期的抗葉銹性差異較大，如同樣攜帶Lr26的新冬15號（苗期為HS，成株期為R）、新冬42號（苗期NIM，成株期僅為MR）、新冬49號（苗期和成株期均為MR）；攜帶Lr1的新冬20號（苗期為R，成株期為S）、新冬37號（苗期為MS，成株期為MR）；攜帶Lr14a的新冬17號（苗期和成株期均為R）、新冬36號（苗期為MR，成株期為MS-S）；攜帶Lr10的新冬33號（苗期為HS/MR，成株期為R）、新冬52號（苗期和成株期均為MS-S）；攜帶基因型組合（Lr34、Lr14a）的新冬2 號（苗期和成株期均為MS）；攜帶基因型組合（Lr14a、Lr20）的新冬21號（苗期為R，成株期為MR）；攜帶基因型組合（Lr1、Lr26）的新冬24號（苗期為MR/R，成株為MR）；攜帶基因型組合（Lr1、Lr34）的新冬29號（苗期為MR/MS，成株期為NIM）。

3 結論與討論

實踐證明，選用抗病品種是防治小麥葉銹病有效的方法，但是在植物對銹菌生理小種進行抗病性防御的同時，生理小種也在不斷的變異，產生新的生理小種，導致小麥品種抗性喪失。因此，利用新的生理小種鑒定小麥資源，挖掘優異抗源，是育種家培育廣譜抗性品種的基礎。本研究小麥苗期生理小種鑒定結果表明，多數新疆審定冬小麥品種表現感病，這與潘陽[8]等的研究結果一致；對新疆生產中大面積種植的新冬18號、新冬22號、新冬52號、新冬55號、新冬60號等主栽冬小麥品種的抗病性分析表明，這5個品種幾乎對所有小種均感病，生產中在通過化學調控進行病害防治的同時，應從源頭開始重視并加強小麥抗病育種工作，不斷提高新疆育成新品種中新的抗病基因頻率。

本研究中部分參試品種年份間和不同時期抗病性存在差異，如新冬20號、新冬22號、新冬41號、新冬53號、新冬60號；另部分品種出現苗期抗病、成株期感??；或者苗期感病、成株期抗病的現象，如新冬15號、新冬20號、新冬36號等；其原因可能是由于：一是與抗病基因在不同時期的表達有關，成株期抗病基因的表達可能在三葉期后抗性才能很好的表達；二是受新疆夏季炎熱干旱等外界環境條件的影響，部分冬小麥品種對葉銹菌生理小種的抗性因溫度環境濕度的變化而發生抗性的改變，且小麥成株期環境的鑒定條件很難控制，對鑒定的結果影響較大；三是由于小麥苗期抗性與成株期的抗銹性機理不完全一致，苗期抗性和成株期抗性的表現不能相互替代，二者在一定程度上存在互補現象。苗期鑒定雖然簡便易行，但卻不能完全代表成株期鑒定。

基因聚合與基因合理布局可擴寬品種的抗譜使抗性更加持久。目前，已命名的小麥抗葉銹病基因中，一些抗病基因單獨使用已失去抗性，如Lr1、Lr3、Lr3bg、Lr10、Lr11、Lr14a、Lr16、Lr26（從表4可以看出，新疆主要審定品種中含失去抗性基因的比例較高），但通過基因聚合的方式仍然可以保持部分抗性[9]。研究表明，目前Lr1對我國的大部分毒性小種已喪失抗性，但Lr1與其他抗病基因聚合可以提高品種抗性，如天95HF2含有Lr1、Lr26和LrZH84，Lr1和Lr26目前已經喪失抗性，LrZH84表現中等抗性，但3個基因聚合后95HF2可以高抗生理小種；抗葉銹病基因Lr16逐漸喪失抗性，但是當Lr16與Lr34基因聚合時要比它們單獨存在時抗性高[10]。本研究發現，攜帶Lr26抗病基因的小麥品種如新冬15號、新冬42號、新冬49號；攜帶抗病基因Lr1的小麥品種如新冬20號、新冬37號、新冬55號；攜帶Lr14a的小麥品種如新冬17號、新冬36號，這些攜帶單抗病基因的冬小麥品種，苗期和成株期表現出的抗性存在差異，可能含有其它未知的抗病基因，需要進一步研究。本研究中同一抗病基因Lr14a的不同組合如新冬2號（Lr34、Lr14a）、新冬21號（Lr14a、Lr20）苗期和成株期表現出了明顯的抗性差異；抗病基因Lr1雖然單獨使用已失去抗性，但與Lr34聚合時苗期表現為感病、成株期抗性則達到了近免疫（NIM）水平；而Lr1與Lr26聚合時苗期和成株期都具有抗性，這可能與基因間的互作有關。因此，開展新疆小麥品種資源的精準鑒定，明確新疆小麥材料中抗病基因的分布，通過標記輔助選擇的方式聚合有效抗病基因培育抗病新品種，對提高新疆小麥的抗銹性具有重要意義。

表4 基因型組合對新疆小麥品種抗葉銹性的影響