小麦抗白粉病种质资源的筛选

Screening of Wheat Germplasm Resources for Powdery Mildew Resistance

摘要: 小麦白粉病是小麦全生育期都会发生的叶部病害，能使小麦的产量和品质大幅度下降。种植抗病品种一直被认为是防治小麦病害最为经济、安全和有效的途径。为掌握长江中下游麦区和黄淮麦区主栽品种、新近审定的品种以及一些高代品系对我国白粉病的抗性水平。本研究选用白粉菌生理小种52-27对长江中下游麦区和黄淮麦区主栽品种和后备小麦品种(系)进行苗期抗病性鉴定；选用白粉菌生理小种E21、52-27和2-40对49个小麦品种(系)进行抗病性鉴定。结果表明，74个苗期抗性参试品种(系)中，抗52-27的有25个，占35.21%。使用离体叶段法鉴定的49个品种(系)中，抗E21的有13个，占26.53%；抗52-27的有17个，占34.69%；抗2-40的有12个，占24.49%；对3个小种均抗病的有2个，占4.08%。

Abstract: Wheat powdery mildew is a leaf disease that occurs during the whole growth period of wheat, which can significantly reduce the yield and quality of wheat. Planting disease-resistant varieties has always been regarded as the most economical, safe and effective way to control wheat diseases. In order to grasp the resistance level of main plant varieties, newly approved varieties and some high-generation lines to powdery mildew in the middle and lower reaches of the Yangtze River and the Huanghuai wheat area. In this study, the physiological race 52-27 of powdery mildew was used to identify the disease resistance at the seedling stage of the main varieties and reserve wheat vari-eties (lines) in the middle and lower reaches of the Yangtze River and the Huanghuai wheat region; the physiological races E21, 52-27 and 2-40 were used for disease resistance identification of 49 wheat varieties (lines). The results showed that among the 74 test varieties (lines) with resistance at the seedling stage, 25 were resistant to 52-27, accounting for 35.21%. Among the 49 cultivars (lines) identified by the in vitro leaf segment method, 13 were resistant to E21, accounting for 26.53%; 17 were resistant to 52-27, accounting for 34.69%; 12 were resistant to 2-40, accounting for 24.49%; 2 of the 3 races were resistant to disease, accounting for 4.08%.

1. 引言

由小麦白粉菌(Blumeria graminis)引起的白粉病是一种世界性病害，严重影响小麦的产量和质量 [1]。2004~2009年白粉病在全国平均发生面积为685万hm² [2]。目前全国已有20多个省或地区普遍发生白粉病，对北部冬麦区和黄淮冬麦区而言，白粉病是最重要的小麦病害；在长江中下游和西南麦区，白粉病己上升为主要病害，是仅次于赤霉病或条锈病的第二大病害。到1990~1991年，小麦白粉病全国大流行，发生范围不仅遍及黄淮、江淮流域及西南等主要产麦区，而且波及到了东北春麦区的辽、吉、黑等省，成为20多个省的小麦主要病害。1990年全国小麦白粉病总发病面积为1207万公顷，约占小麦总面积的40%，造成小麦减产约14.38亿公斤；1991年，白粉病造成小麦损失约7.7亿公斤 [3]。

生产实践证明，选育和推广抗病品种是防治小麦白粉病最经济、安全、有效的方法 [4]。然而，由于抗性单一的品种大面积推广，加速了对病原菌小种的定向选择，导致品种抗性很容易丧失 [5]。需要育种工作者不断培育具有新抗病基因的品种，避免抗源单一化，更多地利用小麦近缘种属及远源材料中的抗病基因，尽快将它们导入生产品种，以拓宽小麦抗源，培育更加持久而又稳定的抗性品种迫在眉睫。

利用主效Pm控制小麦白粉病一直是国内外研究的热点之一。截至2022年为止，已经正式命名的小麦抗白粉病基因或等位基因68个 [6] [7]，以及一些暂命名的抗白粉病基因。其中只有Pm3等位基因 [8]、Pm38 [9] 和Pm21基因座成员 [10] 被克隆。利用成株抗性也已成为小麦抗病育种的重要策略，兼抗小麦条锈病、叶锈病和白粉病位点Yr18/Lr34/Pm38 [9] 和Yr29/Lr46/Pm39 [11] 是典型的成株抗性基因。具有成株抗性的代表性品种有：豫麦47，周8846，百农64和鲁麦21等，我国部分农家品种也具有慢白粉病的特点 [12]。

但是，目前很多抗白粉病基因已经丧失抗病性。如含有Pm5、Pm7、Pm8、Pm17的品种表现高感白粉病，在单独使用已无利用价值。值得一提的是，有些地区已发现对Pm21具有毒性的菌株。因此，需要不断发掘新的抗病基因，了解其遗传背景和特点，实现小麦抗白粉病基因多样化。本研究从长江中下游麦区和黄淮麦区收集了71个品种(系)，包括目前广泛种植的主栽品种、新近审定的品种，进行苗期和离体叶段抗性鉴定，目的是明确这些品种(系)的抗性状况，对于抗白粉病病育种和品种合理布局，实现对小麦白粉病的可持续控制都有重要意义。

2. 材料和方法

2.1. 供试材料

小麦白粉菌(Blumeria graminis f.sp. tritici)生理小种为E21、52-27和2-40，由湖北省农业科学院植保土肥所提供。

小麦品种(系)来源于长江中下游麦区和黄淮麦区，包括主栽品种、新近审定的品种以及一些高代品系，这些材料均由长江大学农学院小麦种质保藏室提供。其中用于苗期抗性鉴定的有71个品种(系)；感病品种铭贤169作为感病对照。

2.2. 小麦白粉菌的繁殖

采用抖粉法接种：首先用手指蘸清水轻轻脱除叶片表面蜡质层，然后取充分发病的叶片，置于健康小麦上空轻轻敲打，使白粉菌孢子均匀的抖落在下方所有小麦叶片上。其余步骤均与(1)中相同。

2.3. 活体接种法鉴定

苗期接种和鉴定于在长江大学农学院温室进行。将供试小麦穴播于50 × 24 cm育苗盘内，每盘播种25个品种，每穴播种5粒种子，每盘播种感病对照品种铭贤169。待麦苗长至一叶一心期，接种小麦白粉菌，待对照充分发病(接种后15天左右)时分别参照盛宝钦 [13] 提出的分级标准记载反应型。

2.4. 离体叶段法鉴定

使用离体叶段法 [15] 鉴定的小麦品种(系)共有49个，供试白粉菌生理小种为E21、52-27和2-40。将小麦播种在5 × 5 cm的育苗钵中，每钵播种5粒，在18.5℃、16 h光照8 h黑暗的人工气候箱中培养至一叶一心期，后在待测品种第一叶中部剪出长约3 cm的叶段，正面朝上依次置于含50 ppm苯并咪唑的0.5%水琼脂培养基上，每皿放入3片叶段，然后于超净工作台内使用抖粉法接种新鲜白粉菌孢子，每个小种都接种一套待测材料。为避免接种时不同小种交叉污染，在接种新的小种之前用75%酒精对超净工作台进行消毒。每个待测品种重复鉴定3次，每次都使用不同植株苗的叶段，接种7~10天后记载反应型。

3. 研究结果

3.1. 白粉病活体接种鉴定结果

在接种生理小种52-27并鉴定之后，71个品种(系)中表现免疫或近免疫(IT: 0~0)的有5个，占7.04%；表现高度抗病(IT: 1)的有15个，占21.13%；表现中度抗病(IT: 2)的有5个，占7.04%；表现中度感病(IT: 3)的有7个，占9.86%；表现高度感病(IT: 4)的有39个，占54.93%。说明参试品种(系)对白粉菌小种52-27的抗性较差(表1)。

Table 1. Identification results of in vivo inoculation method

表1. 活体接种法鉴定结果

3.2. 离体叶段法鉴定结果

在49个参试小麦品种(系)中，对E21表现免疫或近免疫(IT: 0~0;)的没有；表现高度抗病(IT: 1)的有3个，占6.12%；表现中度抗病(IT: 2)的有10个，占20.41%；表现中度感病(IT: 3)的有9个，占18.37%；表现高度感病(IT: 4)的有27个，占55.10%。对52-27表现免疫或近免疫(IT: 0~0;)的没有；表现高度抗病(IT: 1)的有10个，占20.41%；表现中度抗病(IT: 2)的有7个，占14.29%；表现中度感病(IT: 3)的有11个，占22.45%；表现高度感病(IT: 4)的有21个，占42.86%。对2-40表现免疫或近免疫(IT: 0~0)的没有；表现高度抗病(IT: 1)的有3个，占6.12%；表现中度抗病(IT: 2)的有9个，占18.37%；表现中度感病(IT: 3)的有22个，占44.90%；表现高度感病(IT: 4)的有15个，占30.61%。参试品种(系)中对这3个小种均表现抗病(IT: 0~2)的有2个，占4.08%。说明参试小麦品种(系)对白粉病抗性较差(表2)。

Table 2. Results of in vitro segmental identification

表2. 离体叶段法鉴定结果

3.3. 活体接种法和离体叶段法鉴定结果一致性的比较

从表1、表2中分别使用2种方法鉴定相同品种(28个)所得的鉴定结果可以看出，反应型级数相同的有19个，占67.86%；级数相差一级的有9个，占32.14%。可以看出活体接种法与离体叶段法鉴定结果基本一致(图1)。

Figure 1. Comparison of wheat powdery mildew identification results between in vivo inoculation method and in vitro leaf segment method

图1. 小麦白粉病活体接种法和离体叶段法鉴定结果的比较

4. 讨论

由于小麦白粉病能够跨小区域流行，因此在综合治理过程中需考虑其全局性。长江中下游麦区和黄淮麦区是我国优质小麦主产区和最重要的小麦商品粮基地 [14]。了解当前主栽品种及后备品种的抗病现状，科学使用其中含有的抗病基因，合理布局含有不同抗病基因的抗病品种，是治理白粉病的关键 [15]。

小麦白粉菌为专性寄生菌，不能在人工培养基上生长，因此病菌菌种需周年不断的在感病寄主上转繁培养，这一特性给抗性鉴定和菌种保存工作带来了极大地不便，相较而言，用离体叶段法进行抗性鉴定具有简便快捷、节省材料、空间等优点，且一株小麦可作多个生理小种的鉴定。本研究结合前人试验 [16]，分别使用活体接种法和离体叶段法对小麦苗期白粉病抗病性进行了鉴定，并比较了两者结果间的差异。结果表明，两种方法的鉴定结果基本一致，但也存在一定差异，可能是环境条件不同和人为操作因素造成的。

5. 结论

长江中下游麦区和黄淮麦区当前主栽品种及后备品种对白粉病整体抗性水平较低，表现高抗的品种不足30%。一旦气候合适，长江中下游便会发生小麦白粉病大流行，对我国小麦生产造成巨大打击。因此，在今后的育种工作中，亟待寻找优异抗源以及推广高抗品种以提高小麦对白粉病的整体抗性。