西北條銹菌源區冬小麥育種抗條銹病基因的利用現狀與策略

白斌，張懷志，杜久元?，張曉洋，何瑞，伍玲，張哲，張耀輝，曹世勤，劉志勇?

1 甘肅省農業科學院小麥研究所，蘭州 730070；2 中國科學院遺傳與發育生物學研究所/種子創新研究院，北京 100101；3 湖南農業大學苧麻研究所，長沙 410128；4 四川省農業科學院作物研究所，成都 610066；5 華中農業大學植物科學技術學院，武漢 430070；6 天水市農業科學研究所，甘肅天水 741000

0 引言

【研究意義】條銹病是中國小麥生產中重要病害之一，自1950—2019 年已發生5 次大流行[1-2]，期間還有多次中等及以下程度流行。據統計，1987—2018年，因條銹病造成小麥產量損失的28.81%[2]。西北越夏菌源區的甘肅隴東和隴南區域是中國小麥條銹菌最重要的越夏區和小種易變區[1,3]。其中，隴南區域（包括天水市和隴南市）由于地理環境特殊，又形成條銹菌越冬區（低海拔河谷地帶）和越夏區（半山區和高海拔冷涼區），為條銹菌周年循環提供了有利條件，使該區域成為中國小麥條銹病核心越夏菌源區[4-5]、常發流行區和新小種發生區[1,6]。此外，近年發現隴南廣泛生長的轉主寄主小檗也為新小種產生和條銹菌有性生殖提供了條件[7]。自1950s 以來，隴南區域新小種的不斷出現和流行，導致7 批小麥品種條銹病抗性喪失和病害流行[8-9]，近期，如2020 年全國小麥條銹病中度流行和2021 年黃淮海麥區較大范圍流行，對小麥生產及國家糧食安全造成嚴重威脅。培育抗病品種始終是控制條銹病最經濟、有效和環保的措施，也是中國西北越夏菌源區小麥條銹病控制的首要任務。但由于該區域條銹菌小種的毒性不斷變異和強毒性菌系出現，品種抗病性極易喪失。自1950s 起，CYR1、CYR10、CYR17、CYR18、CYR19、CYR23、CYR25、CYR29、CYR31 和CYR32 等優勢小種不斷更替與流行[8]，導致多個抗病基因（如Yr1和Yr9）、抗源（如洛類和繁6 等）和品種喪失抗性；2009 年，在甘肅發現新的致病性小種CYR34[10]，導致Yr10、Yr24/Yr26/YrCH42及貴農22 和南農92R 血緣品種抗病性喪失[11]。在2017—2018 年甘肅麥區條銹菌小種群體中，CYR34及G-22 其他類型的小種頻率為50.4%以上，占該區域的第一位；CYR32 的頻率為13.4%—15.2%，居第二位；新的中四致病類型頻率占2.9%—7.4%，呈上升趨勢[12]，CYR34 已成為西北越夏菌源區主導流行小種[10]。目前，除了Yr5和Yr15等少數幾個主效抗條銹病基因抗CYR34 及其他小種外，育種中可利用的有效抗病基因或抗源越來越少。【前人研究進展】多年生產實踐證明，利用單一主效基因育成的高抗至免疫品種極易喪失抗病性，歷史上曾大量利用的小麥-黑麥1BL-1RS 易位系，如洛夫林13 和山前麥等抗源，因攜帶Yr9/Lr26/Sr31/Pm8，且配合力好被廣泛用作抗病親本，導致20 世紀80—90 年代育成的品種抗病基因普遍單一，大面積推廣后很快就喪失了抗病性[13]；21世紀初甘肅隴南育種中利用92R137（含Yr26）育成的蘭天17 號、蘭天24 號、蘭天30 號、天選52 等品種，在生產中推廣不到4 年就徹底喪失了抗病性。因此，選育抗條銹病基因聚合品種、進行不同抗條銹病基因的品種布局、實現抗條銹病基因/抗源多樣化利用是有效持續控制西北越夏菌源區小麥條銹病的重要策略[13]，也是目前及今后培育具有持久抗病性品種的新要求。為了實現對隴南區域小麥條銹病的有效控制，自1991 年起，甘肅省小麥育種工作者大量引進國內外抗源材料，建立抗條銹病基因庫[14-15]。在育種中利用多種類型抗條銹病基因，進行抗病基因布局，通過提高生產品種抗條銹病基因遺傳多樣性以實現該區域的條銹病持續控制[6]。經過近二十年的努力，利用多個國外抗條銹病基因載體品種和抗源（如Flanders、Ibis、Mega、Holdfast、Long Bow、Cappelle Desprez、Dippes Ttriumph、德國2 號、Mo(s)311 等），國內抗源中間偃麥草后代中三和中四，及隴南農家種白大頭和武都白繭兒、小黑麥、三屬麥1 號等作為親本育成了蘭天、天選和中梁等系列抗病品種[10,16-17]，并通過航天誘變篩選出蘭航選121 等抗病新品種[18]，為隴南小麥條銹病的遺傳多樣性控制奠定了基礎。評價抗源親本與生產品種的抗病性，解析其攜帶的抗病基因或基因組合，是抗病育種中合理利用抗病基因提高品種持久抗性的前提，也是一項需要長期堅持的工作。韓德俊等[9]對“西北-華北-長江中下游”條銹病流行區系小麥品種（系）抗條銹病性進行鑒定和評價，發現隴南區域40%小麥品種表現成株期抗病，15%品種（系）表現苗期抗病；通過對1 980 份小麥地方品種和國外種質進行抗病性鑒定與評價，還篩選出50 余份具有不同抗病特征的抗源材料[19]；王吐虹等[20]利用條銹菌鑒別寄主對隴南40 個品種進行抗條銹病基因推導，發現甘肅生產品種中抗條銹病基因以Yr9、Yr24和Yr26為主；黃亮等[21]利用分子標記對79 個黃淮主產區小麥品種進行抗條銹病基因檢測，發現攜帶Yr5、Yr10、Yr18、Yr26和Yr9的比例分別為5.1%、10.1%、3.8%、1.3%和44.3%；2018 年，徐曉丹等[22]利用SSR 標記對22 份中國小麥生產主栽品種進行已知抗條銹病基因檢測，發現部分品種含有Yr1、Yr10和Yr24等基因；管方念等[23]對152 份黃淮海麥區小麥農家種進行抗條銹性評價，發現主要含有Yr18和Yr81，少數品種含有Yr41和Yr48，部分品種含有基因聚合體；曹世勤等[24]對隴南天選系品種進行抗銹性分析與基因推導，發現天選系品種可能含有Yr10+YrMoro和Yr26等基因，對部分中梁系列品種進行分子標記檢測，發現中梁26 和中梁27 含有Yr9，中梁29 號含有Yr26?！颈狙芯壳腥朦c】目前對西北越夏菌源區小麥育種中抗條銹病基因利用的系統性分析尚未見報道。【擬解決的關鍵問題】本研究針對中國條銹病西北越夏菌源區甘肅省近20年小麥育種和生產品種（系）進行苗期和成株期抗病性表型鑒定，并利用分子標記檢測，分析該區域小麥品種（系）的條銹病抗性和已知抗條銹病基因的利用情況，為菌源區育種家培育持久抗病性品種、進一步實施以“多種抗病基因利用”和“抗病基因布局”為主的利用品種遺傳多樣性控制隴南小麥條銹病策略提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

對近20 年甘肅隴南區域生產中推廣的冬小麥品種和育成新品系（80 個）、隴東區域生產中推廣冬小麥品種（系）（37 個，附表1）進行條銹病表型和已知抗條銹病基因檢測分析。此外，還包括已知抗條銹基因載體材料20 份，包括AvSYr5 NIL、T.Speltaalbum（Yr5）、AvSYr9 NIL、AvSYr10 NIL、AvSYr15 NIL、AvSYr17 NIL、Jupiteco R、AvSYr26 NIL、AvSYr28 NIL、AvSYr29 NIL、Opata 85（Yr27和Yr30）、RIL 65（Yr36）、CN19（Yr41）和RL6077（Yr46）等作為抗條銹病基因分子檢測的陽性對照，從中國農業科學院植物保護研究所引進和繁殖[25]，周麥22（YrZH22）和周8425B（YrZH84）引自中國農業科學院作物科學研究所，感病對照品種銘賢169 由甘肅省農業科學院小麥研究所收集和繁殖。

1.2 條銹菌小種

苗期抗病性溫室鑒定所用的條銹菌致病小種為CYR33 和CYR34，田間成株期抗病性鑒定所用的致病性小種的混合比例依據 2019—2020 年和2020—2021 年種植季甘肅隴南區域自然發病中主要小種發生頻率進行混合，其中，CYR34 為20%—30%，Gui22-1 約為50%，CYR32 約為19%，CYR33 約為5%，ZS 類型約為10%[12]，由甘肅省農業科學院植物保護研究所提供。

1.3 苗期抗病性鑒定

2021 年1 月在甘肅省農業科學院植物保護研究所玻璃溫室進行苗期抗病性鑒定。將材料播種于直徑8.0 cm、高10.0 cm、裝有土壤的圓形塑料盒中，每塑料盒種4 個品種（系），每份材料種8 粒左右，澆水后覆蓋蛭石（厚度約1 cm），覆蓋塑料膜進行保濕保溫以提高出苗率，所有材料均種植2 次重復。待所有材料出苗至第一葉伸展后，分別接種致病性小種CYR33和CYR34。接種方法：將新鮮的銹菌孢子溶于水中，并滴入0.001%的吐溫溶液（Tween 80），混勻后均勻噴灑在小麥葉片上，進行黑暗保濕（10—15 ℃）24 h后，轉入溫室繼續生長15—20 d（15—20 ℃、光照16 h/d），待感病對照品種銘賢169 充分發病后進行抗病性鑒定。按照國家標準（NY/T2953—2016）《小麥區域試驗品種抗條銹病鑒定技術規程》的0—4 級標準記載侵染型，0—2 為抗病類型，3—4 為感病類型，共調查3 次，以最高反應型為最終抗性鑒定結果。

1.4 成株期抗病性鑒定

2019—2020 年和2020—2021 年分別對種植在甘肅省農業科學院小麥研究所清水試驗站和四川省農業科學院郫都區試驗地的材料進行成株期抗病性鑒定。每個品種（系）播種2 行，行長1.5 m，每隔10 個品種（系）種2 行高感誘發品種晉麥47（甘肅）或銘賢169（四川），2 次重復。在小麥拔節期對誘發品種接種混合小種，在誘發品種充分發病時進行成株期抗病性鑒定，6 月上、中旬為甘肅清水小麥條銹病盛發期，3 月下旬和4 月初為四川郫都區小麥條銹病盛發期。記載各品種（系）的反應型和最大嚴重度（maximum disease severity，MDS），反應型記載方法和苗期記載方法相同，嚴重度按葉面病斑面積占總葉面積的百分比計算[26]。

1.5 分子標記檢測分析

利用已知抗病基因Yr5[27-29]、Yr9[30]、Yr10[31-32]、Yr15[33-34]、Yr17[35]、Yr18[36]、Yr26[37]、Yr28[38]、Yr30[39-40]、Yr36[41]、Yr41[42]、Yr46[43]、YrZH22[44]和YrZH84[45]的分子標記進行檢測（附表2）。DNA 引物由上海生工生物工程有限公司合成。標記檢測試驗于甘肅省農業科學院小麥研究所與華中農業大學植物保護學院實驗室完成（KASP 標記、Yr29的分子標記CLV46G22 和CLV46 檢測），利用試劑盒（天根生化科技（北京）有限公司）提取小麥葉片基因組總DNA，并用1.0%瓊脂糖凝膠和微量分光光度計（NanoDrop 2000，Thermo Scientific）檢測DNA 的完整性及濃度。PCR反應體系為10 μL Taq mix（天根生物科技有限公司）、DNA 1.0 μL（濃度10.0 ng·μL-1），以及引物各1.0 μL（1 μmol·L-1)。PCR 產物經1.0%—2.0%瓊脂糖凝膠電泳、8%—10%聚丙烯酰胺凝膠電泳進行檢測，拍照。

2 結果

2.1 品種條銹抗病性評價

2.1.1 苗期抗病性 苗期抗病性鑒定結果表明，117個供試品種（系）中有82 個品種（系）對CYR33 表現抗病，但只有7 個品種（系）對CYR34 表現抗病（附表1）。其中，隴南區域的80 個品種（系）中，67 個品種（系）抗CYR33，占所有供試品種（系）的57.3%，如，蘭天15 號、蘭天18 號—蘭天23 號、蘭天25 號—蘭天29 號、蘭天31 號—蘭天52 號、蘭天131—蘭天653 中的大部分品種、蘭航選01、蘭航選121、蘭航選196、蘭航選151、天選45—天選58、中梁31 號—中梁49 號；13 個品種（系）表現感病，如，蘭天11 號、天選44 號、武都16、Libellula、N.Strampelli 等。隴東區域的37 個品種（系）中，15 個品種（系）表現抗CYR33，占所有供試品種（系）的12.8%，主要為2015 年后育成的蘭天134、蘭天575、蘭天538、蘭航選271、隴紫麥2 號、隴麥079、隴麥479、隴鑒107、隴鑒108、隴鑒110 等品種（系）（圖1-A 和附表1）。對強毒性CYR34 致病小種的抗性，隴南區域品種（系）中僅有2015 年后育成的蘭天36號、蘭天42 號、蘭天44 號、蘭天45 號、蘭天131、蘭天206、天選66 號共7 個品種（系）系表現抗病，占所有供試品種（系）的6.0%。隴東區域的小麥品種（系）則對CYR34 全部感?。▓D1-B 和附表1）。

圖1 甘肅隴東、隴南區域冬小麥品種（系）苗期對條銹菌CYR33（A）和CYR34（B）的抗病性Fig.1 The stripe resistance to CYR33(A) and CYR34(B) at seedling-plant stage in winter wheat of Eastern and Southern Gansu

通過對隴東和隴南區域不同年份育成的冬小麥品種（系）進行抗病性分析，發現抗CYR33 品種（系）數量自2005 年至2021 年呈明顯增加趨勢（圖2）。其中，1990—2005 年的供試品種（系）中，僅有4個表現抗病，且均為隴南區域的品種；2006—2015年審定的品種（系）有32 個表現抗病，2016—2021年審定的品種（系）有46 個表現抗病。而對CYR34小種，抗病品種（系）主要為2011 年以后育成的品種（系）?？傊?，甘肅省育成的冬小麥品種（系）苗期表現抗條銹病的品種數量自2005 年以來呈明顯的增長趨勢（圖2），表明育種家重視抗條銹病基因資源利用。

圖2 不同年份育成品種苗期對致病性小種CYR33 和CYR34抗性表現Fig.2 The stripe resistance to CYR33 and CYR34 of cultivars released in different years

2.1.2 成株期抗病性 117 個供試品種（系）中，成株期表現抗?。ǚ磻蜑?—2）的品種共34 個，占比29.1%，其余品種（系）均有不同程度的感?。ǚ磻蜑?—4）性狀。其中，隴南區域的80 個品種（系）中，30 個成株期表現抗?。ǚ磻蜑?—2），占比37.5%，主要為蘭天15 號、蘭天18 號、蘭天22 號、蘭天23 號、蘭天26 號、蘭天31 號、蘭天33 號、蘭天34 號、蘭天36 號、蘭天37 號、蘭天43 號、蘭天44 號、蘭天45 號、蘭天132、蘭天653、蘭天538、蘭大211，蘭天215、蘭天196、蘭天206、蘭航選151、蘭引1 號（Pascal），以及天選62 號、天選63 號、天選65 號、天選66 號、中梁38 號、中梁42 號、中梁46 號、中梁47 號、中梁49 號等。50 個感病品種（系）（反應型為3—4）中，有30 個品種平均嚴重度低于20%，占比60.5%，表現為慢病性或持久抗性，如蘭天14 號、蘭航選01、蘭航選121（青麥9 號）、Libellula 和N.Strampelli 等，僅有11 個品種嚴重感?。ㄆ骄鶉乐囟龋?0%）。隴東區域推廣的37 個品種（系）中，僅有4 個品種在成株期表現抗?。ǚ磻蜑?—2），占比10.8%，主要為2015 年后育成的蘭天133、蘭天134、蘭天575 和蘭航選271；33 個感病品種（系）中，僅有隴鑒系列的5 個品種表現低嚴重度（嚴重度＜20%），如隴鑒108、隴鑒110、隴鑒111、隴鑒114 和隴鑒115，其余品種（系）均表現嚴重感病。

1990—2010 年隴南區域引進和育成的26 個品種（系）中，成株期表現抗病的品種有6 個，占比23.1%，嚴重感病的品種有7 個（嚴重度＞30%），其余品種表現低嚴重度（5%—20%），如Libbellula、N.Strampelli和蘭天14 號均表現成株期持久抗性；2010 年后育成的54 個品種（系）中，24 個品種表現成株期抗?。ǚ磻蜑?—2），占比44.4%。而隴東區域2010 年之前育成的品種全部感?。ǚ磻蜑?—4），2010 年后育成品種中成株期表現抗病的有4 個，占比17.4%。總之，無論是隴南還是隴東區域，2010 年后育成的抗病品種比例明顯較之前提高，說明近10 年來甘肅省冬小麥抗條銹病育種取得了重要進展，且隴南地區抗病育種成效更加顯著（圖3）。

圖3 隴東和隴南區域不同年份育成品種田間成株期條銹病抗性表現Fig.3 Adult plant stripe rust resistance of wheat cultivars in Southern Gansu and Eastern Gansu

2.2 抗條銹病基因

2.2.1 苗期抗條銹病基因 結合分子標記檢測、系譜分析和抗病性鑒定結果，在117 個供試品種（系）中均未檢測到Yr5和Yr15。58 個品種（系）含有Yr9，占49.6%，其中，隴東和隴南品種中攜帶Yr9的比例分別為48.8%和51.4%。檢測到含有Yr10的品種僅有天選50 號和隴鑒117，占比1.7%，其含有的Yr10可能來自2 個品種的國外抗病親本FUNDLEA900 和1R15；有15 個品種含有Yr17，占比12.8%，全部為隴南區域的品種（系），分別是蘭天21 號、蘭天26號、蘭天27 號、蘭天132、蘭天538、蘭天196、蘭天206、蘭航選01、蘭航選121、天選47 號、天選66 號、天選70 號、中梁32 號、中梁46 號和武都22。另有15 個品種含有Yr26，占比12.8%，分別為蘭天17 號、蘭天24 號、蘭天30 號、蘭天35 號、蘭天37號、蘭天40 號、天選43 號、天選48 號、天選49號、天選51 號、天選52 號、天選57 號、天選58號、天選59 號和天選60 號。24 個品種（系）含有Yr28，占比20.5%，其中，隴南區域的品種16 個，如蘭天19 號、蘭天20 號、蘭天27 號、蘭天31 號、天選45 號、天選46 號、中梁48 號、中梁49 號等品種（系），隴東區域的品種8 個，如蘭天134、蘭天575、西峰27 號、隴育5 號等品種（系），分別占隴南和隴東品種（系）的20.0%和21.6%。僅有3 個品種可能含有Yr41，如蘭天15 號、蘭大211 和天選66號（附表1）。

2.2.2 成株期抗條銹病基因 在117 個品種中，9 個品種檢測到含有持久多抗基因Yr18/Lr34/Sr57/Pm38，全部為隴南地區品種，分別是蘭天11 號、蘭天12 號、蘭天14 號、蘭航選01、天選44 號、天選45 號、武都17 號、Libellula 和N.Strampelli；有12 個品種檢測到含有持久多抗基因Yr29/Lr46/Sr58/Pm39/Ltn2，占比10.3%，其中，隴南區域11.3%的品種含有該基因，分別是蘭天27 號、蘭天31 號、蘭天131、蘭天215、天選50 號、天選58 號、中梁31 號、中梁32 號和蘭引1 號（Pascal），隴東區域8.1%品種中含有該基因，分別是隴鑒108、隴鑒110 和隴鑒114；有40 個品種（系）攜帶另一個持久多抗基因位點Yr30，占比34.2%，其中，隴南品種（系）中有該基因的占比32.5%，分別是蘭天15 號、蘭天19 號、蘭天20 號、蘭天26號、蘭天29 號、蘭天33 號、蘭天34 號、蘭天37 號、蘭天43 號、蘭天132、蘭天538、蘭天653、蘭天211、蘭航選01、蘭航選121、蘭天196、蘭航選151、蘭天206、天選54 號、天選60 號、天選70 號、中梁38號、中梁42 號、中梁46 號、中梁47 號和中梁49 號；隴東區域有37.8%的品種（系）中可能含有Yr30，分別是蘭天9 號、蘭天10 號、蘭天133、蘭天134、蘭航選271、隴麥079、隴麥479、平涼45 號、隴鑒107、隴鑒108、隴鑒110、隴育1 號、隴育2 號和隴育5號。隴南區域17 個品種（系）中檢測到Yr46，占比21.3%，分別是蘭天20 號、蘭天26 號、蘭天27 號、蘭天29 號、蘭天31 號、蘭天52 號、蘭天215、蘭天206、天選43、天選48 號、天選49 號、天選58 號、天選65 號、天選70 號、中梁31 號、中梁32 號和N.Strampelli，隴東區域的蘭天134、蘭天575 含有Yr46，占比5.4%，系譜分析表明含有Yr46的品種（系）多為利用國外抗源或遠緣材料作為抗病親本選育而成。在所有供試品種（系）中均未檢測到高溫成株抗條銹病基因Yr36。

此外，隴南地區16 個品種（系）含有來源于周麥22、周8425B 及其他抗源的抗條銹病基因YrZH22，分別為蘭天33、蘭天34、蘭天37、蘭天39、蘭天43、蘭天44、蘭天45、天選54、天選65、天選70、中梁38、中梁42、中梁47 和中梁49 等，隴東區域的品種中僅蘭航選271 檢測到含有YrZH22。隴南區域28 個品種中檢測到YrZH84，分別是蘭天15 號、蘭天18號、蘭天26 號、蘭天33—蘭天39 號、蘭天43 號—蘭天45 號等、天選60 號、天選63 號—天選65 號、中梁31 號—中梁42 號等，隴東地區僅4 個品種檢測到YrZH84，分別是蘭天133、蘭天575、隴鑒115 和隴鑒117（圖4 和附表1）。

圖4 抗條銹病病基因在117 個隴南和隴東區域的小麥品種（系）中的分布Fig.4 The distribution frequency of stripe rust resistance genes in 117 wheat cultivars and lines released in the regions of Southern Gansu and Eastern Gansu

通過對不同時期育成品種中抗條銹病基因利用情況進行分析，結果表明，2000 年以前主要以1BL/1RS易位系（Yr9）利用為主；自2000 年以后，以92R-137攜帶的抗條銹病基因Yr24/26、周麥系列攜帶YrZH84、成株期持久多抗基因Yr29/Lr46/Sr58/Pm39/Ltn2和Yr30的利用逐漸增加；自2010 年起，除Yr26、YrZH84、Yr29/Lr46/Sr58/Pm39/Ltn2等基因外，在隴南地區的育成品種（系）中還發現了YrZH22和Yr30?？傊?，新育成品種的抗條銹病基因遺傳多樣性較2000 年以前明顯得到了提高。

2.2.3 小麥品種中的抗條銹病基因聚合體 通過對117 個甘肅冬小麥品種中可能含有的抗條銹病基因進行統計，發現聚合5 個抗條銹病基因的品種（系）有4 個，如蘭天26 號（Yr9+Yr17+Yr30+Yr46+YrZH22）、蘭天206（Yr9+Yr17+Yr30+Yr46+YrZH84）、天選70號（Yr9+Yr17+Yr30+Yr46+YrZH22）和中梁 49 號（Yr9+Yr28+Yr30+YrZH84+YrZH22），多年多點嚴重度0—7.5%；聚合4 個抗病基因的有20 個品種（系），蘭天15 號（Yr9+Yr30+Yr41+YrZH84）、蘭天20 號（Yr9+Yr28+Yr30+Yr46）、蘭天134（Yr9+Yr28+Yr30+Yr46）、天選66 號（Yr9+Yr17+Yr28+Yr41）等品種的最大嚴重度為0—11.25%；聚合3 個抗病基因的品種有12 個，成株期最大嚴重度為1.75%—78.75%，含YrZH22、YrZH84與其他基因聚合的品種（系）的嚴重度低于含有“Yr9+Yr28+Yr30”基因組合的品種；聚合了2 個已知抗病基因的品種（系）35 個，成株期平均最大嚴重度為0—92.50%，但是，其中蘭引1 號、天選43 號、天選44 號、武都17 號、中梁45 號、隴鑒108、隴鑒110 等品種成株期平均嚴重度低，可能含有其未知有效抗病基因；30 個品種（系）檢測到含有1 個已知抗病基因，其中，多個品種（系）含有Yr9、Yr26或Yr28，平均最大嚴重度為0.25%—92.50%，成株期表現低嚴重度的品種如蘭天18 號、天選55 號、蘭天25 號、天選62 號、蘭天42 號、天選68 號等品種可能含有其他未知有效抗病基因；其余14 個品種（系）中未檢測到已知抗病基因，平均嚴重度為2.00%—92.50%，其中，蘭天23、天選53、隴鑒111、隴紫麥2 號的平均嚴重度為2.00%—23.75%，可能含有其他未知有效抗病基因。

總之，品種（系）中聚合的抗條銹病基因越多，條銹病嚴重度越低（圖5）。統計分析發現聚合5 個基因的品種（系）的嚴重度與聚合4 個品種（系）的嚴重度差異不顯著（P＞0.05），聚合3 個基因的品種（系）的嚴重度與聚合2 個品種（系）的嚴重度差異不顯著（P＞0.05），含有1 個已知基因的品種（系）的嚴重度與不含已知基因的品種（系）的嚴重度差異不顯著（P＞0.05），但含有4—5 個基因的品種（系）成株期的平均嚴重度顯著低于含有2—3 個基因的品種（系）的平均嚴重度（P＜0.05），含有2、3 個基因的品種（系）的平均嚴重度顯著低于含有0 和2 個基因的品種（系）的嚴重度（P＜0.05），從基因組合分析，含有YrZH84、YrZH22和Yr17中的一個或多個有效抗病基因，再與其他基因聚合后，品種的抗病性明顯要高于只含有其他已喪失抗性或抗性較弱的基因組合，如Yr9、Yr18、Yr26、Yr28、Yr29、Yr30、Yr41和Yr46等基因中的組合。

圖5 117 個小麥品種中聚合不同數量抗條銹病基因的成株期抗性Fig.5 The mean stripe rust severity of 117 wheat cultivars with different stripe rust resistance genes combination at adult-plant period

此外，供試冬小麥品種（系）中，隴南區域的部分品種（系）在生產中對條銹病長期保持高抗，如蘭天15 號、蘭天18 號、蘭天20 號、中梁32 號等品種自育成推廣至今，近20 年成株期保持高抗條銹病；蘭天26 號和蘭天31 號自育成推廣至今保持高抗條銹病10 余年。分子標記檢測發現這些品種聚合了多個已知抗條銹病基因，如蘭天15 號檢測到含有持久多抗基因Yr30、主效抗病基因YrZH84和Yr41及Yr9；蘭天20號聚合了Yr30、Yr46、Yr28和Yr9；中梁32 號聚合了Yr17、YrZH84、Yr29和Yr46；蘭天22 號檢測到含有YrZH22和Yr9；蘭天26 號含有全生育期抗病基因Yr17、YrZH84、Yr30和Yr46；蘭天31 號可能含有Yr28、Yr29和Yr46。此外，近年育成的品種（系）中也聚合了多個已知抗病基因，如蘭天132 聚合了Yr9、Yr17、Yr30和YrZH84，蘭天134 聚合了Yr9、Yr28、Yr30和Yr46，蘭天653 可能含有Yr9、Yr17、Yr30，蘭天215 檢測到可能含有Yr9、Yr29、Yr30、YrZH22和Yr46，蘭天206 聚合了Yr9、Yr17、Yr30、Yr46和YrZH84，中梁49 號聚合了Yr9、Yr28、Yr30、YrZH22和YrZH84，蘭天538 聚合了Yr9、Yr28、Yr30和YrZH84?？箺l銹病基因聚合體在隴南小麥品種（系）中呈不斷增加趨勢，為越夏菌源區小麥持久抗性育種奠定了基礎。

2.2.4 隴南區域越夏區與越冬區小麥品種中的抗病基因布局 通過對隴南核心越夏菌源區的80 個品種中抗條銹病基因的分子檢測（圖6），發現條銹菌越冬區（川水地）的39 個品種（系）中，含有Yr26、YrZH22和YrZH84的品種較多，分別為10、13 和17個品種（系），分布頻率分別為12.5%、16.3%和21.3%，而條銹菌越夏區（山旱地）的品種含有Yr9、Yr10、Yr17、Yr18、Yr28、Yr29、Yr41、Yr46的頻率較高，分別為22（27.5%）、1（1.3%）、9（11.3%）、5（6.3%）、9（11.3%）、6（7.5%）、2（2.5%）和11（13.8%）個。總之，已知抗條銹病基因中，越冬區的品種以含有Yr26、Yr30、YrZH22和YrZH84為主，越夏區的品種以含有Yr10、Yr17、Yr29、Yr30、Yr41、Yr46等基因為主，越夏區、越冬區的品種遺傳背景差異比較明顯，尤其是隴南越夏區是中國小麥條銹病的最重要越夏區和小種易變區，越夏區品種含有的抗病基因的豐富度得到了明顯提高，說明基因布局在隴南區域初顯成效。

圖6 隴南區域越夏區與越冬區小麥品種中抗條銹病基因分布Fig.6 The distribution of stripe rust resistance genes in the cultivars released in the oversummering region and overwintering region for pathogen of Pst in Southern Gansu

3 討論

3.1 越夏菌源區的條銹菌新小種更替與育成品種中抗條銹病基因的多樣性利用

甘肅隴南為中國小麥條銹菌重要越夏區和小種易變區，該區域的條銹菌不斷變異產生新的毒性小種并流行，導致小麥品種中的抗條銹病基因不斷喪失抗病性。20 世紀50 年代，條中1 號（CYR1）上升為優勢小種，導致碧螞1 號品種喪失抗銹性；20 世紀60 年代，CYR8 和CYR10 使碧玉麥、陜農系統、甘肅96、西北62 等品種喪失抗性；CYR13 和CYR16 號小種導致南大2419 等喪失抗性；此后，CYR18 引起Yr1抗性喪失，CYR29 造成Yr9喪失抗病性，2002 年命名的CYR32 導致繁6 及其衍生系中Yr3和Yr4喪失抗性，以及2008 年發現的CYR34 流行導致92R 系、貴農系和川麥系中Yr24/Yr26/YrCH42喪失抗性[46-47]。究其原因，主要是由于同一時期育種中大量使用同一抗源或單一基因，強大的選擇壓力有利于條銹菌新毒性小種的產生和流行并成為優勢小種，最終導致品種喪失抗病性[47]。目前，西北越夏菌源區的甘肅省主要以CYR32、CYR34 及ZS 為主的條銹菌致病性流行小種[12]，導致以蘭天17 號（含Yr26）為代表的系列品種喪失抗病性。

自1993—2000 年，甘肅小麥育種工作者大量利用國內外抗源材料進行抗病育種，其中，隴南區域育成的蘭天系列品種主要以92R137、92R178、貴農21 和貴農22 作為抗源，但同時也利用國際抗源Flinor、Mega、Ibis 和Capplle Desprez 等品種（系）進行品種選育[48]。此外，中梁系、天選系以中間偃麥草與小麥雜交的中間材料中四、農家種白大頭、國際抗源Holdfast 等作為抗源進行品種選育?？乖床牧系倪z傳多樣性較1990s 前有了明顯提高，為隴南區域小麥品種抗病基因的遺傳多樣性提高奠定了基礎。在117 個小麥品種（系）中，分子標記檢測發現少數品種含有全生育期抗條銹病基因Yr41和持久抗病基因Yr18，分別占2.6%和7.7%，多數品種含有全生育期抗病基因Yr17，成株期抗條銹病基因Yr29、Yr30、Yr46和YrZH22等基因，部分品種可能含有其他未知有效抗病基因?？傊?，育成品種中抗條銹病基因在越夏菌源區的甘肅隴南和隴東的頻率分布、抗病類型及數量均有明顯提高（圖4）。而Yr36在該區域育種中并未利用成功，Yr36來源于野生二粒小麥，具有高溫成株抗病性[41]，YUAN 等[49]在485 份中國小麥品種中也未檢測到該基因，說明含有Yr36抗病基因的抗源材料在中國小麥育種中很少被作為親本進行利用。Yr5和Yr15在甘肅117 個冬小麥品種中也未檢測到，可能與其載體材料如T.speltaalbum和Avocet/Yr15材料農藝性狀差育種中難以利用有關。

韓德俊等[46]2013—2017 年對全國1 550 余份小麥育種新品系進行鑒定發現，對CYR33 和CYR34 具有全生育期抗性的材料僅占3.3%，具成株抗性的材料占7.1%，整體評價過去十幾年中國小麥感病品種比例約占80%，但甘肅和四川等條銹病常發區小麥品種的抗病性好于其他麥區。本研究中，近20 年甘肅隴南和隴東區域育成的117 個小麥品種（系）中，保持成株期抗病性20 年以上的隴南小麥品種有自1990 年引進推廣種植的Libellula 和N.Strampelli、2000 年引進種植的蘭引1 號（Pascal），以及育成品種蘭天14 號，保持成株期抗病性10 年以上的有蘭天15 號、蘭天18號、蘭天19 號、蘭天20、蘭天21、蘭天22 號、蘭天23 號、中梁32 號、蘭天26 號等品種。從抗條銹病基因遺傳背景分析，Libellula、N.Strampelli 和蘭天14號均含有Yr18，且聚合其他2—3 個基因，蘭天15 號、蘭天20 號、蘭天26 號含有Yr30及其他3—4 個基因，蘭天20 號、蘭天21 號、蘭天22 號分別含有Yr17、Yr46、YrZH84、YrZH22與其他未知基因。易喪失抗病性的品種主要為以92R137（Yr26）為單一抗病基因來源的品種，如蘭天17 號、蘭天24 號、蘭天25 號、蘭天30 號等，抗病性僅保持3—5 年。而抗病性保持時間較長的品種主要以成株抗病基因與其他基因聚合，抗病性遺傳背景較為復雜，雖然歷經條銹菌小種CYR32、CYR33 和CYR34 的不斷變化，在生產中成株期仍對條銹菌表現高抗至免疫。

隴東地區育成的小麥品種（系）中，1994—2014年育成的品種均表現感病，僅有2015 年及以后育成的少數品種對條銹病表現抗性，如蘭天134、蘭天575和蘭航選271，感條銹病但嚴重度低的品種僅有隴鑒系的5 個品種（系），其余均嚴重感病。主要是由于隴東區域作為西北越夏菌源區的橋梁地帶，條銹病的流行發生較隴南偏輕，該區域的育種目標長期以抗旱、抗寒和豐產為主，且缺乏有效的條銹病抗源利用。但在2015 年后育成的品種中，抗病品種的比例明顯增加，說明近年來隴東區域的育種除以抗旱、抗寒和豐產為目標外，抗病性也作為重要的育種目標性狀。

3.2 西北越夏菌源區抗病基因聚合育種

抗條銹病基因Yr5和Yr15是目前僅有的少數幾個全生育期抗條銹病基因，至今仍然對CYR34 及其他中國小麥條銹菌致病小種保持良好的抗性[46-47]。YrZH22苗期對CYR33 和CYR34 表現感病，但含有YrZH22的周麥22 在隴南田間成株期多年表現高抗條銹病，YrZH84的載體品系周8425B 在隴南田間成株期多年表現抗病至輕度感病，苗期對主要致病性小種也表現抗病。此外，已‘喪失’抗病性的Yr9、Yr10和Yr26的載體品種AvSYr9 NIL、AvSYr10 NIL、AvSYr26 NIL 在清水試驗站田間成株期表現嚴重感病，嚴重度分別為90%—100%、20%—40%、70%—100%。Yr17載體品種AvSYr17 NIL 近年成株期表現感病，但嚴重度低（10%—40%），Yr28的載體品種AvSYr28 NIL 表現嚴重感?。▏乐囟?，70%—100%），Yr41的載體品種CN19 成株期表現抗病反應、低嚴重度（＜5%）。成株抗病基因Yr18、Yr29、Yr30和Yr46的載體品種Jupiteco R、AvSYr29 NIL、Opata 85、RL6077 田間表現，嚴重度分別為20%—50%、50%—60%、5%—20%、20%。因此，在菌源區的抗病育種中單獨利用某一個已知基因很難達到抗病效果。

本研究供試材料中，多數品種（系）不含單一抗病已知抗病基因，而是全生育期抗病基因、成株抗性基因、慢病性基因或與其他已喪失對某些條銹菌抗性基因的聚合體，但對條銹病整體表現抗病至輕微感病。如已知苗期抗性基因YrZH84和Yr17、慢病性基因Yr29和Yr30等，品種（系）含有其單一基因時，苗期和成株期均表現感病，但多個基因聚合時表現抗病或較低嚴重度。如蘭天15 號育成至今近20 年仍表現成株期高抗，蘭天20 號已有15 年的成株期高抗條銹病性，蘭天31 號、蘭天133 和蘭天575 等成株期表現低嚴重度，這些品種含有Yr9、Yr28、Yr29、Yr30、Yr46、YrZH84等基因中的不同基因組合。分析隴南育種中抗源利用歷史，發現除農家種外，隴南自1940s 起就以引進國外抗源和農家種進行抗病育種，如玉皮麥；1950s 引進的錢交麥、早洋麥、南大2419、甘肅96、烏克蘭小麥；1960s引進的阿勃、阿夫、尤皮II 號等；1970s 引進的山前麥、洛夫林系、Libellula、N.Strampelli 等[50]，1990s開始大量引進和篩選國際抗源材料，建成了隴南小麥抗條銹基因庫[14]，如近20 年隴南區域的抗病育種中，2000—2010 年育種中利用引進的歐洲抗病品種Ibis、Flinor、Mega、Cappelle Desprez、Flansers、Long Bow、Dippes Triumph 及CIMMYT 的抗病品種（系）育成了蘭天15 號—蘭天31 號、蘭天131 等品種（系），利用92R137（Yr26）育成了蘭天17 號、蘭天24 號等品種（系）及以長穗偃麥草與普通小麥雜交育成的抗病中間材料、農家種白大頭等抗源育成了天選43 號—天選48 號等品種。2010 年以后，又以蘭天19 號、蘭天26 號、周麥17、周麥18、周麥22 等抗病品種作為抗源，育成了系列抗病新品種（系），如蘭天131 可能含有Yr29，蘭天653 可能含有Yr30和YrZH84，蘭天215 檢測到可能含有YrZH22、Yr30、Yr46和Yr64。此外，還利用航天誘變方法，對中感或抗病品種進行誘變，選育出了蘭航選121（青麥9號）、蘭航選151 等具有成株抗病性新品種。因此，多種抗源利用以及不斷進行抗病基因轉育，為核心越夏菌源區隴南抗病基因聚合育種奠定了基礎，尤其是含有成株抗性或慢病性基因聚合體的品種抗病性保持時間明顯增加。

4 結論

近20 年來，中國小麥條銹病西北重要越夏菌源區甘肅育成的117 個主要冬小麥品種（系）中，田間成株期抗病的品種（系）占29.1%，但苗期僅有6.0%的隴南區域品種（系）苗期對主要流行小種CYR34 抗病。分子標記檢測分析未發現抗性優異的Yr5和Yr15，少數品種（2.6%）含有全生育期抗病基因Yr41，多數品種含有苗期抗性基因Yr17和YrZH84，成株期抗性基因Yr18、Yr29、Yr30、Yr46和YrZH22等，且62.4%的品種（系）為含有2—5 個抗條銹病基因的聚合體。在越夏菌源區甘肅隴南、隴東的品種（系）中抗條銹病基因分布頻率、抗病基因類型及數量均有明顯提高，避免了品種抗病遺傳背景單一化問題，實現了品種（系）中的抗病基因較為復雜多樣，部分品種的抗病性保持時間長，表明隴南地區利用小麥品種遺傳多樣性控制條銹病策略的實施已初顯成效。

致謝：甘肅省農業科學院植物保護研究所賈秋珍研究員在條銹菌接種鑒定試驗中給予了大力支持，隴東學院張成教授、平涼市農業科學院任根深研究員、甘肅省農業科學院旱地農業研究所李興茂研究員提供了部分品種材料，在此表示衷心感謝！