小麦条锈病抗病遗传及菌源基地基因布局研究进展

小麦条锈病是世界范围内严重影响小麦生产安全的重要病害。我国是世界上最大的小麦条锈病流行区,自成独立的流行体系。培育和种植抗病品种是防治病害最有效的措施。然而,小麦品种对条锈病的抗性常常由于病菌新小种的产生而丧失,这既是一个重大科学问题,也是一个亟待研究解决的生产实际问题。如何有效、合理地利用小麦的抗病性,植病学家和育种学家进行了一个多世纪的研究与探索,提出了各种理论与策略,开展了各种实践与探索。该文就小麦抗条锈病遗传及其基因布局研究进展进行综述,主要包括抗性鉴定评价、抗病基因发掘与利用、数量抗性位点定位、抗病基因克隆与功能解析、近等基因系创建与应用,以及抗源创制、抗病生态育种和大区基因布局等,并对深入开展抗条锈病基因发掘与利用和大区基因布局进行展望,以期为抗病育种和病害持续治理提供参考。     

以Taichung29为背景的小麦抗条锈病近等基因系转育进展

自1988年起,系统开展了以Taichung29为背景的小麦抗条锈病近等基因系转育及其基础性研究。采用回交法和系谱法相结合的转育方法,以春性品种Taichung29为轮回亲本作母本,分别与25个抗性供体即中国小麦条锈病菌鉴别寄主和国际上重要的抗条锈基因载体品种杂交、回交和自交。通过基因推导分析、单体分析和SSR标记技术检测目的基因,选育抗条锈近等基因系,现已获得重要进展,成功选育出8个以Taichung29为背景的抗条锈病单基因近等基因系,即Taichung29*6／Yr1、Taichung29*6／Yr2、Taichung29*6／Yr5、Taichung29*6／Yr7、Taichung29*6/Yr9、Taichung29*6／Yr10、Taichung29*6/YrSpP、Taichung29*6/YrKy2。另有9个组合转育获得343个抗性稳定株系,正检测其目的基因,3个组合转至BC₆F₃,自交纯合筛选抗性稳定株系,5个组合转至BC₅,继续回交转育。     

涪江中游沿岸局部地形、地貌对小麦条锈病发生影响初探

通过对涪江中游沿岸部分平坝和丘陵台地进行小麦条锈病抽样定点调查,对调查地与河沿不同距离的条锈病病情指数进行方差分析和回归分析。结果初步表明,局部地形、地貌与小麦条锈病发病程度(病情指数)有显著的相关关系。在河谷平坝地区距河沿越远条锈病越轻,距河沿每隔500m,条锈病病情指数降低2.6%～3.21%;在丘陵坡台地随海拔的升高,距河沿越远条锈病也有逐渐减轻的趋势,即距河沿每隔500m,条锈病病情指数降低2.69%～4.39%。     

以铭贤169为遗传背景的小麦抗条锈病基因YrJu4的单基因近等基因系构建

条锈病是我国小麦种植区域重要的流行病害之一。病原菌群体中流行小种改变常导致抗病品种"丧失"抗锈性。构建单基因近等基因系对于抗条锈病基因鉴定分析、病原菌小种毒性变异监测具有重要的意义。本研究以高感病冬麦品种铭贤169为遗传背景、尤皮Ⅱ号为抗条锈病基因供体转育构建单基因近等基因系。采用基因推导并结合遗传分析方法,明确铭贤169*6/尤皮Ⅱ号的近等基因株系N27和N36所含抗条锈病基因的个数,并利用与YrJu4紧密连锁的SSR分子标记对鉴定株系进行分子检测。基因推导分析结果表明,N27和N36近等基因株系可能含有YrJu3或YrJu4,或YrJu3+YrJu4。用菌系CY17和CY26对利用N27和N36株系构建的群体进行遗传分析,发现这两个株系对CY17和CY26的抗性都是受1对显性基因控制。分子标记检测结果表明,N27和N36株系都可扩增出与来源于抗性基因供体尤皮Ⅱ号的YrJu4相同的型带。因此,来源于小麦条锈菌鉴别品种尤皮Ⅱ号的抗病基因YrJu4已成功转育到轮回亲本冬麦品种铭贤169中,N27和N36株系是以铭贤169为遗传背景的YrJu4的单基因近等基因系,即铭贤169*6/YrJu4。     

不同小麦品种对条锈病抗病性比较

小麦条锈病属气传病害,如果防治不力,减产至少在20%～30%以上,严重田块甚至颗粒无收.小麦条锈病是毕节市小麦生产上的主要病害之一,近年来由于多数品种种植时间长,品种抗性退化,小麦条锈病发生危害较重.为了筛选小麦条锈病抗性品种,特进行小麦条锈病品种抗性比较试验.     

小麦条锈病高光谱近地与高空遥感监测比较研究

 小麦条锈病是我国小麦生产中的重要病害,对该病防治的关键是做好监测工作。本研究利用ASD手持野外光谱仪[ASD FieldSpec HandHeld FR(325~1 075 nm)]和热气球在近地与高空研究了发病小麦冠层的高光谱遥感数据特征,获得了近地和对应高空2个不同平台光谱数据。经比较分析,发现高空数据与近地数据之间存在明显而有规律的变异关系,即高空获得的光谱反射率在可见光谱区域明显大于近地获得的光谱反射率。进一步对差异最显著的绿峰580 nm和黄边610 nm处数据进行回归分析,获得了高空光谱反射率值与近地光谱反射率值之间的回归模型,为进一步研究利用高平台遥感监测小麦条锈病奠定了一定的理论基础。     

陇南小麦条锈病的品种遗传多样性控制

为实现陇南小麦条锈病持续控制的目标,以遗传多样性为原则,组建以提高生产品种抗条锈基因丰富度、在锈菌越夏区和越冬区进行基因布局和持久抗性、慢条锈性、高温成株抗性等多种抗性利用为主要内容的控制技术体系。利用Yr10、Yr12、Yr13、Yr16、Yr26、YrC591等有效抗条锈基因的载体品种、Flinor 等持久抗性品种及中四等其它抗源材料育成一批综合性状优良、具有不同遗传背景的抗病品种和类型,其中2004年以来育成的10个品种产量性状有明显提高,在区域试验中较对照增产7.3%~28.9%。陇南小麦条锈病的控制已进入一个新阶段。     

UV-B辐射增强对小麦条锈病影响的初步探讨

在温室条件下用铭贤169、吨半麦、咸农4号3个小麦品种,研究了接种条锈菌条中32号小种前后UV-B辐射增强对小麦条锈病的影响。结果表明,接种前对小麦照射UV-B增强了品种铭贤169和吨半麦的病情指数,但对咸农4号的病情指数没有影响。接种后照射UV-B对品种咸农4号、铭贤169和吨半麦的病情指数均无显著影响,但却减少了条锈菌在品种铭贤169和吨半麦上的产孢期与产孢量。     

西南地区小麦品种(系)抗条锈病基因多样性调查

为调查西南地区小麦条锈病抗性、抗病基因位点及其组合多样性,于2013—2014年对以西南地区为主的140份小麦品种(系)进行了成株期、苗期抗病性鉴定和抗病基因标记扫描。成株期鉴定结果显示,2013年贵阳、赫章试验点和2014年贵阳、绵阳试验点都表现为抗病的品种(系)共有50份,其中表现为全生育期抗性的有37份,表现为成株期抗性的有13份;5个抗病基因Yr9、Yr10、Yr15、Yr18、Yr26的分子标记检测结果显示,西南地区小麦Yr26的使用频率最高,为41.4%,Yr9次之为37.9%,Yr10、Yr15、Yr18使用频率较低;抗条锈病基因的组合分析显示,共出现16份基因聚合品种、7种组合类型,其中组合Yr9+Yr26出现频率较高,为5%。表明西南地区的小麦品种(系)以利用全生育期抗性为主,且抗条锈病基因利用较为单一,应发掘和利用新抗条锈病基因及重视多基因的聚合。     

河南省小麦主栽品种条锈病发生情况调查及抗条锈性评价

通过在河南省南部条锈病流行区连续两年大田调查及对调查资料的聚类分析,对目前河南省主栽小麦品种对条锈病抗性进行评价。结果表明,郑麦9023、豫麦34、小偃54等品种抗条锈病,豫麦47、豫麦70、高优503等品种也较抗病,豫麦18、豫麦69、豫麦54、豫麦62等品种感条锈病,豫麦49、豫麦58等品种高感条锈病。     

利用判别分析方法预测小麦条锈病

以四川马尔康、甘肃天水两地1988-2000年小麦条锈病发生情况和期间的气象资料数据为基础,利用判别分析方法对小麦条锈病的发生程度进行预测,建立了判别函数,四川马尔康、甘肃天水数据资料回代检验错分率分别为0、0.153 8,交叉验证错分率分别为0.230 8、0.307 7。四川马尔康回代准确率为100%,交叉验证准确率81.82%;甘肃天水回代准确率为87.88%,交叉验证准确率为78.79%。可利用该方法作为小麦条锈病预测预报的参考,以指导小麦生产。     

中国小麦条锈菌鉴别寄主维尔抗条锈性遗传分析

小麦品种维尔是中国小麦条锈菌重要鉴别寄主.将该品种分别与完全感病品种铭贤169和其它抗病品种杂交,获得各组合的F1、BC1和F2代群体及部分F3家系.在温室对各组合亲本及F1、BC1和F2代群体进行了苗期抗性鉴定.结果表明,维尔对CY17和CY23菌系的抗性由1对主效隐性基因控制.等位性分析表明,维尔中抗CY17和CY23菌系的基因与Triticum spelta album中的1对抗性基因等位或紧密连锁,将其命名为YrVirl.而维尔对Su-1的抗性则由1对显性基因控制,将其命名YrVir2.同时采用CY17和CY23菌系对铭贤169/维尔组合的48个F3家系进行了苗期抗性鉴定,根据平均抗性指数和样本方差将这些家系分为3组,卡方测验证明了维尔对上述两菌系的抗性由1对主效基因控制,同时还可能受微效基因的影响.     

电生功能水防治小麦条锈病试验研究

室内试验结果发现,电生功能水对小麦条锈菌有明显的抑制作用,效果与常用农药三唑酮EC(粉锈宁)相近。田间试验结果也表明,对接菌后的小麦用电生功能水1周喷洒2次后,基本不发病;对发病后的小麦进行喷洒也可达到60%的防治效果。表明电生功能水防治小麦条锈病,可以起到较好的控制作用。     

小麦条锈菌鉴别寄主抗引655抗条锈性遗传分析

小麦品种抗引655是中国小麦条锈菌重要鉴别寄主。将该品种分别与完全感病品种铭贤169及其它抗病品种杂交，获各组合的F1、BC1和F2代群体。在温室对各组舍亲本及F1、BC1和F2代群体进行了苗期抗性鉴定。结果表明，抗引655对CY29菌系的抗性由2对显性抗条锈基因互补控制，对CY31和Su-1的抗性由1对显性基因控制。等位性分析表明，抗引655中抗CY29、CY31和Su-1的基因与Triticum speha album中的1对基因等位或紧密连锁。故而判定抗引655中除含有YrI外，还含有2对抗条锈基因，暂定名为YrKy1和YrKy2；YrKy1只抗CY29，YrKy2同时抗CY31和Su-1。系谱分析表明，抗引655中的抗条锈基因极有可能来自前苏联地方品种选育而成的旱熟36。     

品种布局防治小麦条锈病的模拟研究

 用小麦条锈病大区流行模型PANCRIN进行的模拟试验结果指出:抗病品种的合理布局能有效地延缓和减轻抗病性丧失,但其效果易受品种面积、流行速率和越夏区面积浮动的影响。布局策略上首先要按照小麦条锈病菌越夏途径中不同成熟期的麦田进行细致的布局,也就是布局要和"打越夏"结合,效果才更显著。其次要控制每个抗病品种的面积而增多抗病品种的数目,在所用模型规定的条件下,每一抗病品种的种植面积百分比不可超过15%,抗病品种总数争取≥ 6个。此外,要尽量压缩感病品种面积,减少大区流行菌量,感病品种面积最好不超过10%。流行系统的定量控制是个极其复杂的问题,因此上述初步结果只能供作研究参考,还不能视为应用指标。合理布局的设计应以深入掌握越夏规律为基础,这需要进一步开展有关研究。目前情况下,生产上尽量增多抗病品种数目,只要上下游品种雷同的不多,也能多少延长抗病品种的使用年限。     

104个小麦品种抗条锈性及遗传多样性分析

为探究不同小麦品种(73个农家品种和31个育成品种)的抗条锈性和遗传多样性,在苗期对小麦品种接种条锈菌生理小种CYR32和CYR34进行抗性鉴定,并利用SSR分子标记技术进行遗传多样性分析。结果表明,在苗期抗性鉴定中,对于生理小种CYR32,有5个农家品种白大头、红洋辣子、老兰麦、红剑条和竹叶青(白)以及2个育成品种品冬904054-6和品冬904024表现近免疫;对于生理小种CYR34,有2个农家品种白芒麦和老兰麦以及2个育成品种品冬904024和晋79K214表现近免疫;对比农家品种与育成品种的抗性鉴定结果,发现对于生理小种CYR32,农家品种的抗性水平明显高于育成品种,而对于生理小种CYR34,育成品种的抗性水平高于农家品种。在遗传多样性分析中,104个品种的遗传相似系数变异范围在0.32~0.98之间,平均为0.65,但小麦品种遗传相似系数在来源地之间无明显差异。通过聚类分析发现,农家品种亲缘关系与来源地相关性较低,而育成品种的亲缘关系与来源地存在一定的相关性。因此,在品种改良过程中应引用不同类群的优质亲本,拓宽小麦育种的遗传基础,充分利用优质野生资源,适当搭配,选育更多小麦优良品种。