抗銹冬小麥品種在甘肅隴南越夏區條銹病防控中的作用

摘要

條銹病是發生于甘肅隴南小麥生產上最主要的病害之一， 種植抗病品種是防治該病最經濟有效的措施。對40個甘肅隴南小麥生產品種進行成株期抗條銹病性評價， 分析1974年-2020年以‘蘭天’冬小麥為主的抗條銹病品種在隴南條銹菌越夏區種植后主要流行小種變化情況，發現自1993年以來隨著抗病品種（基因）布局的實施， 主要流行小種出現間隔時間由不足2年延長到4.8年，最高出現頻率由1980年的87.3%（CYR19）下降到2018年的38.5%（CYR34）， 抗銹冬小麥品種在隴南越夏區推廣應用后對條銹菌主要流行小種控制效果明顯。持續開展抗病品種合理布局應用， 將會為持久控制小麥條銹病發生流行、保障甘肅省及中國小麥安全生產提供技術支撐。

關鍵詞

條銹病;" 隴南越夏區;" 抗病品種;" 防控效果

中圖分類號：

S 435.121.42

文獻標識碼：" A

DOI：" 10.16688/j.zwbh.2024057

收稿日期：" 20240130""" 修訂日期：" 20240416

基金項目：

國家重點研發計劃（2021YFD1401000）;甘肅省農業科學院生物育種專項（2022GAAS006）

致" 謝：" 參加本試驗部分工作的還有江代禮、譚翰杰、張能和紀燁斌等同學，特此一并致謝。

* 通信作者

E-mail：

caoshiqin6702@163.com

#

為并列第一作者

Control effect of resistant winter wheat varieties on stripe rust in the summering area of Longnan， Gansu province

CAO Shiqin1，2，3*，" JIA Qiuzhen1，2，3，" WANG Wanjun4，" ZHANG Wentao5，" BAI Bin5，" LI Ling6，ZHANG Bo1，2，3，" SUN Zhenyu1，2，3，" HUANG Jin1，2，3，" ZHANG Yaohui4，" LUO Huisheng1，2，3

（1. Institute of Plant Protection， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou" 730070， China;

2. Scientific Observing and Experimental Station of Crop Pests in Tianshui， Ministry of Agriculture

and Rural Affairs， China， Tianshui" 741200， China; 3. National Agricultural Experimental Station for

Plant Protection at Gangu， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， China， Tianshui" 741200， China;

4. Tianshui Institute of Agricultural Sciences， Gansu Province， Tianshui" 741001， China; 5. Wheat

Research Institute， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou" 730070， China;

6. Lanzhou Agricultural Research amp; Technology Promotion Center， Lanzhou" 730020， China）

Abstract

Wheat stripe rust， caused by Puccinia striiformis f.sp. tritici （Pst）， is one of the most important diseases affecting wheat production in Longnan， Gansu province. Planting resistant wheat varieties is the most economically effective control measure. This study evaluated adult plant resistance to stripe rust in 40 commercial wheat varieties grown in Longnan and analyzed the shifts in predominant Pst races from 1974 to 2020， particularly focusing on the primary resistant variety ‘Lantian’ used in the region. The results showed that since 1993， the implementation of resistant varieties has extended the emergence frequency time of dominant Pst races from less than two years to 4.8 years. The highest frequency of the predominant race decreased from 87.3% for CYR19 in 1980 to 38.5% for CYR34 in 2018. The results also indicated that the deployment of resistant winter wheat varieties in the Longnan summering area has effectively controlled the primary epidemic Pst races. Continued promotion of resistant wheat varieties will provides technical support for sustainably managing stripe rust in Gansu province and ensuring the safety of wheat production in China.

Key words

stripe rust;" Longnan summering area;" resistant wheat variety;" control effect

甘肅隴南越夏區主要包括六盤山以西、蘭州市以東以南的天水市、隴南市、臨夏州、定西市及平涼市莊浪縣、靜寧縣和甘南州舟曲縣等地，是中國小麥條銹病最大的越夏區和病害流行的“心臟”地帶［12］，也是西北越夏區（包括甘肅隴南、隴東，青海東部農區和寧夏的隆德、固原等地）的重要組成部分［1］。條銹病是發生于該區域及中國小麥生產上的主要病害，據統計全國每年約有133.33萬hm2小麥受到條銹病的威脅［34］，持續控制甘肅隴南越夏區小麥條銹病的發生為害，是實現源頭治理、保障區域及國家小麥安全生產的治本之策［57］。

種植抗病品種是防治小麥條銹病最經濟有效且有利于環境保護的措施［1，89］，進行不同抗條銹病基因的合理布局，實現隴南越夏區抗條銹病基因多樣化，是持續控制該區域條銹病發生流行的前提［10］。針對隴南越夏區新小種出現頻率高、抗病生產品種（系）及抗源材料抗病性喪失速度快且長期匱乏的現狀［1］，自20世紀60年代末期以來，王吉慶研究員、周祥椿教授等為代表的研究者立足甘谷試驗站和清水試驗站，面向甘肅隴南，放眼全國，先后與中國農業科學院植物保護研究所

等多家相關單位，多方式、持續開展小麥抗病種質資源評價、新種質創制、新品種的選育及抗病基因合理布局與應用。在抗銹育種方面，形成了業內“抗銹品種哪家強，蘭天天選和中梁;武都中植和隴鑒，同心共筑抗銹夢”的評價［11］。甘肅省農業科學院小麥研究所自1991年起先后引進10 000余份國內外抗源材料在田間進行了抗病性評價，探明了供試材料的抗病性特點及抗性類型［1214］，并在清水試驗站建立了全國最大、最豐富的抗條銹病基因庫［15］。甘肅省農業科學院植物保護研究所、天水市農業科學研究所等相關單位學者先后對20 000余份國內外品種（系）及農家品種材料在甘肅隴南進行了抗條銹病性鑒定和評價，篩選出‘繁6’‘南農92R’‘貴農21’‘貴協1號’‘1R35’‘武都白繭兒’及‘Pascal’‘Flanders’‘Holdfast’等國內外優異種質資源材料3 000余份，供省內外育種單位利用［1624］。在此基礎上，培育出在隴南越夏區先后廣泛應用的，以‘蘭天10號’‘蘭天19號’‘蘭天26號’‘蘭天36號’‘天選54號’‘中梁22號’‘武都23號’等為代表的蘭天、天選、中梁、武都系等抗條銹病品種333個［2527］，并提出了抗病品種布局方案［28］，通過多年來甘肅隴南抗病品種（基因）布局與實踐，逐步實現了利用基因遺傳多樣性控制隴南越夏區條銹病的目標［29］，為該區域“有病無災和病害持久控制”［10］這一目標的實現打下了良好的基礎。本文通過對前人的研究進展進行初步總結，旨在為今后甘肅隴南更好地防控小麥條銹病奠定基礎。

1" 材料與方法

1.1" 供試材料

供試的40個近年來新育成的在隴南大面積推廣應用的蘭天、天選、中梁、武都系列冬小麥品種，來自甘肅省農業科學院小麥研究所、天水市農業科學研究所和隴南市農業科學研究所。供試菌種CYR32、CYR34及混合菌來自甘肅省農業科學院植物保護研究所。

1974年-2020年主要流行小種及出現頻率數據資料來自汪可寧等［30］、宋位中等［31］、賈秋珍等［3244］、黃瑾等［45］相關文獻。

1.2" 試驗方法

2022年和2023年，在甘肅省農業科學院植物保護研究所甘谷試驗站，對供試的40個小麥品種于4月下旬旗葉完全展開時分別進行成株期人工接種條銹菌單孢菌系CYR32和CYR34［46］，接種后20 d，分別記載各品種條銹病病情（反應型／嚴重度／普遍率），

抗病性判別標準參考文獻［47］，病情指數=嚴重度×普遍率/100，反應型3、4型，且病情指數≤25判定為具有慢條銹病特性

。同時在甘谷試驗站大田進行苗期接種誘發和成株期自然誘發相結合鑒定，在感病對照品種‘銘賢169’發病高峰期的5月下旬，分2次記載條銹病病情，以最重一次為準。

1.3" 數據分析

用Microsoft Excel 2007進行。

2" 結果與分析

2.1" 40個新品種成株期對主要流行小種的抗銹性表現

試驗發現對CYR34， 2022年和2023年表現抗病的有‘蘭天36號’等19個和22個品種，分別占47.5%和55.0%;‘蘭天23號’等16個和17個品種具有慢條銹病特性，占40.0%和42.5%。對CYR32，有‘蘭天33號’等24個和21個品種表現抗病，分別占60.0%和52.5%;‘蘭天26號’等14個和15個品種具有慢條銹病特性，占35.0%和37.5%。對人工接種及自然誘發的混合菌，表現抗病的有‘蘭天42號’等22個和26個品種，分別占55.0%和65.0%;‘蘭天26號’等14個和10個品種具有慢條銹病特性，占35.0%和25.0%。兩年中總體抗病性評價表現抗病的有‘蘭天36號’等10個品種，占25.0%;‘蘭天23號’等24個品種具有慢條銹病特性，占60.0%。

2.2" 抗病品種應用對甘肅省小麥條銹菌群體的影響

2.2.1" 主要流行小種類型分析

對1974年-2020年間甘肅省小麥條銹菌生理小種監測結果分析發現，全國小麥條銹病協作組先后監測并命名了CYR17～CYR34生理小種共計18個，其中對甘肅省及中國影響最大的流行小種有CYR17、CYR18、CYR19、CYR23、CYR25、CYR28、CYR29、CYR31、CYR32、CYR33、CYR34（表2）。其年度間消長動態見圖1。

2.2.2" 主要流行小種持續時間

監測結果發現（表2），1974年-2020年間CYR32、CYR33這2個流行小種持續流行時間最長，分別為26、23年；CYR23、CYR25、CYR28、CYR29、CYR34這5個流行小種持續流行時間也較長，為9～11年；CYR17、CYR18、CYR19、CYR31這4個流行小種持續流行時間則較短，為2～6年。近年來（2010年-2020年），占據主要地位的流行小種為CYR32、CYR34，這2個流行小種持續時間長且出現的頻率也較高。

2.2.3" 主要流行小種出現頻率分析

分析從1974年-2020年間共監測到的18個條銹菌生理小種，發現在1974年-1979年的6年間，命名小種有CYR17～CYR21共5個，主要流行小種是CYR17、CYR18、CYR19;1980年-1992年的13年間，命名小種有CYR22～CYR29共8個，主要流行小種是CYR25、CYR28、CYR29等;1993年-2020年的28年間，命名小種有CYR30～CYR34共5個，主要流行小種有CYR32、CYR33、CYR34等。表明在甘肅隴南通過抗病品種布局的實施和應用，顯著提高了小麥條銹病菌源基地抗病基因豐富度，而且構筑了條銹菌生活循環的雙重遺傳屏障，抑制病菌變異，延緩了病菌優勢小種的產生與發展，并已取得階段性成效。

3" 結論與討論

3.1" 強化抗病品種布局

研究發現，小麥品種和抗銹親本單一化是導致條銹病流行的主導因素，抗銹品種多樣化對控制或減輕條銹病的流行為害有顯著作用，實行不同抗源品種合理布局是控制條銹病流行危害更為有效的措施［1］。馮晶等［3］對隴南越夏區控制，提出了指導性、指令性、區域性、多樣性、開放性、長遠性的原則。在抗病品種應用上提出了定向生態育種和抗病基因合理化利用，在小麥條銹病不同流行區構建互不重疊的遺傳屏障，切斷菌源基地內病菌周年循環以及東西部麥區之間的菌源傳播交流途徑的總體思路，具有較好的前瞻性。從初步的分析結果看，通過抗病品種的合理布局，甘肅省小麥條銹菌生理小種新小種類型出現數量顯著低于上世紀。其中新小種的出現年限從1974年-1979年的1.2年、1980年-1993年的1.6年延長到1994年-2020年的4.8年，主要流行小種出現頻率從最高的80%以上顯著降低到38%左右（圖2）。

3.2" 強化新技術在抗病育種中的應用

隨著分子標記、基因編輯、合成生物學以及基因組學、蛋白組學、代謝組學和生物信息學等現代生物技術的發展，開展小麥抗條銹病基因的鑒定標記、分

離克隆、功能分析及其轉移利用，從表型和生物信息

學兩方面著手，育種家與植物病理學者密切合作，精準開展種質資源的抗逆性評價、篩選與利用等基礎性工作已成為現實。在開展優異材料的抗條銹病基因分子檢測進行輔助選擇育種的基礎上，白斌等［49］開展了抗銹基因聚合育種成果實踐。對抗逆性優異的遠緣材料，結合生物育種技術，通過回交手段或通過染色體工程技術，克服生殖隔離、聚合野生優異資源，創制二線抗源，持續解決種質資源匱乏的“卡脖子”技術和育種之需［28］，更是甘肅隴南抗病育種的首要任務。與此同時，利用多種抗銹類型是豐富和充實隴南抗銹基因庫的前提，更是實現抗病基因合理布局的基礎。

3.3" 強化品種抗病性監測

小麥條銹菌致病性變異是引起小麥品種抗銹性“喪失”，從而造成病害大流行的主要原因［10］。目前國內已發現和命名了CYR1～CYR34共34個生理小種，還有多個致病類型［28］。近年來的研究發現，小檗是小麥條銹菌的轉主寄主［5053］，更是條銹菌生理小種毒性變異的關鍵所在。調查發現，甘肅隴南越夏區短柄小檗Berberis brachypoda Maxim.、堆花小檗Berberis aggregata Schneid.、假豪豬刺Berberis soulieana Schneid.等各種小檗遍布，且與麥田鄰近，為條銹菌的毒性變異提供了極好的生態環境條件［50］。賈秋珍等［54］選用76個甘肅省小麥生產品種，人工接種條銹菌ZS有性菌系和無性菌系，苗期和成株期調查結果發現，有性菌系的致病性和相對寄生適合度均高于無性菌系。這對隴南越夏區抗病品種的有效性提出了更高的要求，對其抗病持久性也提出了更為明確的時限。進一步強化該區域品種抗病性變異研究，著力實現抗病品種（基因）合理布局，將會為有效破解“病菌小種抗銹品種”興衰循環的難題提供技術支撐，為助力隴南越夏區條銹病持續控制、保障區域及國家糧食安全提供技術支撐。

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（責任編輯：張" 雪）