（作物遗传育种专业论文）小麦抗条锈新基因YrTp1和YrTp2的发现和分子标记定位.pdf

摘要 条锈病是小麦的主要病害之一，在我国曾多次流行造成小麦严重减产。应用 抗病品种是防治小麦条锈病最为经济、有效和对环境安全的途径。小麦条锈菌新 小种的不断产生和发展，使小麦品种的抗锈性屡屡“丧失”，导致我国小麦条锈 病周期性大流行。目前只有y ，5 、y r l o 等极少数抗条锈病基因对我国小麦条锈病 优势生理小种条中3 0 、3 1 、3 2 号仍表现免疫或高抗。其中强优势小种条中3 2 号毒 性谱更宽，致病范围更广，相对寄生适合度更高，已使我国大部分麦区的主栽品 种沦为感病，发病面积占播种面积的9 0 ，它对砖、y r 2 、y r 3 、y r 4 、y r 6 、y r 9 、 y r l 5 、y r 2 7 、y r a ，y r a l b a 、y r c l e 、y r c v 、y r g a b y 、y r r e s ，y r s d 、y r s p p 、y r s o 等抗病基因均有毒性，对生产品种和抗源均有致病性。因此，我国的小麦生产和 育种面临抗源危机。 利用外源抗性基因是小麦抗条锈育种的有效措施。继来自黑麦的y r 9 在生产 上发挥巨大作用之后，抗性来自中间偃麦草( t h i n o p y r u mi n t e r m e d i u mb a r k w o r & & d e w e y ) 的无芒中4 已成为国内外小麦抗条锈育种的主要抗源。鉴于利用野生近缘 种( 属) 抗源已经成为当前抗病育种的主攻方向之，而国内育种上利用的主要 抗源只有无芒中4 、9 2 r 系列和贵农2 l 等少数几个，为避免抗源利用单一化而重 蹈1 b l i r s 及繁6 的覆辙，寻找新的抗源、尤其从小麦近缘种( 属) 中发掘新的 有效抗病基因，开展一些前瞻性的工作迫在眉睫。 分子标记技术为新基因的发现和定位研究提供了新的工具。r 6 d e re la t f 1 9 9 8 ) 构建了包含2 7 9 个标记位点的小麦微卫星( s i m p l es e q u e n c er e p e a t s ，s s r ) 图 谱，s o m e r se ta l ( 2 0 0 4 ) 将来自不同研究小组的四张遗传图谱整合为一张包含1 2 3 5 个微卫星标记的高密度遗传图谱，为小麦目的基因的标记、定位提供了极大的方 愎。目前在已建立分子标记的1 5 个抗条锈基因中，l o 个找到t s s r 标记。 从普通小麦( t r i t i c u ma e s t i v u ml ) 与十倍体长穗偃麦草( t h i n o p y r u mp o n t i c u m f h o s t l l i u w a n g ) 杂交创造的1 2 5 个农艺性状较好的后代株系中，筛选出了基本 稳定的抗条锈株系2 0 个，其中有免疫的、也有其它低反应型类型和迟慢锈类型。 2 0 0 1 年，在甘肃天水田问鉴定发现已经稳定的后代材料a 一3 对条锈病免疫； 2 0 0 1 2 0 0 5 年连续观察，结果相同；在苗期鉴定，对混合菌免疫：成株期分小种 鉴定，对水源1 1 致病类型一3 、水源1 1 致病类型一7 、水源1 1 致病类型一1 4 、条中2 9 号、3 1 号、3 2 号等生理小种和混合菌免疫。a 一3 系谱为“晋2 1 4 8 1 f u h u k o r 4 3 1 北京8 3 7 2 ”，其普通小麦亲本晋2 1 4 8 、f u h u k o 、北京8 3 7 对条中3 1 、3 2 号4 , , e e 和 混合菌高度感染，因此推测其抗病基因来源为十倍体长穗偃麦草r 4 3 1 。早期的 基因组原位杂交分析在a 3 中未观察到明显的偃麦草染色质，但证实a 一3 携带 1 b l 1 r s 易位染色体。本文利用贮藏蛋白a p a g e 、s d s p a g e 分析技术和g i s h 技术对来自普通小麦十倍体长穗偃麦草的抗条锈后代材料进行了生化鉴定和 分子细胞遗传学鉴定；用条中3 1 号、条中3 2 号两个小种对抗感杂交组合“a 3 高优5 0 3 ”的f 2 、b c l 代正、反交分离群体进行抗性遗传分析，利用荧光标记技术 对其进行s s r 分析，以鉴定新抗源a 一3 所含抗条锈病基因是否为新基因，并对其 进行定位研究，为抗性基因的快速转移和利用提供标记。结果如下： 1 新抗源a 一3 对小麦条锈菌优势小种条中3 1 号、条中3 2 号的抗性基因相同， 是全生育期抗性，由核基因控制，不涉及细胞质遗传。其抗性由一显一隐两对独 立遗传的主效基因控制，显性基因位于2 b s 上，与标记w m c 4 7 7 - 1 6 砌紧密连锁， 遗传距离为0 4 c m 隐性基因位于7 b s 上，与标记矿 犯i 鲋- 2 0 8 b p 连锁，遗传距离为 5 8 c m 。等位性分析、系谱分析和抗谱分析表明，这两个基因不同于已知的抗条 锈基因，初步确定是两个新的抗病基因，可能来源于十倍体长穗偃麦草，暂命名 为挣t p l 年n y r t p 2 。 2 从小麦与十倍体长穗偃麦草的后代中鉴定出了几个抗条锈附加系、易位 系和代换系，并证明其抗性来自十倍体长穗偃麦草，与i b l 1 r s 染色体无关。 t 2 1 1 3 1 6 - 1 1 ，2 n = 4 4 ，附加系，免疫； t 2 1 0 4 6 0 1 1 ，2 n = 4 4 ，附加系，高抗； t 2 1 1 0 1 7 - 1 1 ，2 n = 4 2 ，易位系，免疫； t 2 1 1 0 1 8 1 1 ，2 n = 4 2 ，易位系，免疫： 1 2 1 0 4 3 8 1 1 ，2 n = 4 2 ，代换系，中抗中感，发病极晚，慢锈； t 2 1 0 4 3 6 1 1 ，2 n = 4 2 ，代换系，高抗中抗； t 2 1 0 6 9 5 1 1 ，2 n = 4 2 ，代换系，免疫； t 2 1 0 4 3 5 1 1 ，2 n = 4 2 ，易位代换系，免疫。 3 用拟鹅观草( p s e u d o r o e g n e r i as t i p i f o 砌( c z e me xn e v s k i ) al o v e ) 基因组( s t 组) d n a 作探针、中国春( t r i t i c u ma e s t i v u ml c vc h i n e s es p r i n g ) 基n i t ( a 、b 、d 组) d n a 作封阻的g i s h 分析发现，在细胞分裂中期，同一基因组的染色体趋向于 屎集在一起，外源染色体( 附加系、代换系) 和具有外源片段的染色体( 易位系) 趋 向于分布在细胞一端。在间期可见外源染色质在细胞一端且与小麦染色体分裂 不完全同步。d 基因组成员与s t 基因组之间的亲缘关系远近是不同的。 i i 4 采用s s r 技术，利用b c l 代建立抗、感池，实现了在同一群体中同时对2 对抗条锈基因的标记定位。 关键词：小麦；十倍体长穗偃麦草；抗条锈基因；基因组原位杂交；微卫星标记： 染色体定位 i i i s u m m a r y s t r i p er u s t ( p u c c i n i as t r i i f o r m i sw e s t e n df s p t r i t i c i ) ，c a u s e db yp u c c i n i a s t r r 诉) r m i sw e s t e n d s p t r i t i c ie r i k si so n eo ft h em o s ti m p o r t a n td i s e a s eo f w h e a t ( t r i t i c u ma e s t i v u ml ) ，w h i c hr e s u l t e di nm a s s i v ew h e a ty i e l dl o s s i ns e v e r a l e p i d e m i c si nc h i n a l o s so fv a r i e t yr e s i s t a n c et os t r i p er u s tp a t h o g e n e i sa ni m p o r t a n t f a c t o rc a u s i n gm a s s i v ep e r i o d i c a le p i d e m i co fs t r i p er u s ti nw h e a tp r o d u c t i o n u s i n g r e s i s t a n tv a r i e t i e si st h em o s te c o n o m i c ，e r i e c t i v ea n de n v i r o n m e n t - f r i e n dm e t h o d e m e r g e n c ya n dd e v e l o p m e n to fn e wr a c e so fs t r i p er u s tp a t h o g e n eh a v el e dw i d e l y p l a n t e dv a r i e t i e si n t os e r i o u sc r i s i so fr e s i s t a n c el o s i n g c u r r e n t l y , o n l yv e r yf e w g e n e s ，s u c ha sy r 5 、y r l o ，k e e p i i l n l u n eo rh i g h l yr e s i s t a n tt oh i g hf r e q u e n c yv i r u l e n t r a c e sc y 3 0 ，c y 31a n dc y 3 2 ，a m o n gw h i c ht h em a i np r e p o n d e r a n tr a c ec y 3 2h a s l e dm a j o rv a r i e t i e si n t os u s c e p t i b l ei nc h i n ab e c a u s eo fi t sw i d e rv i r u l e n c ea r r a ya n d h i g h e ra u t o e c i o u sf i t n e s s i th a sa f f e c t e d9 0 o fp l a n t i n ga r e a c y 3 2w a s v i r u l e n tt o 挣，、y r 2 、玲3 、y r 4 、y r 6 、y r 9 、y r l 5 、y r 2 7 、y r a 、y r a t b a 、y r c l e 、y r c v 、y r g a b y 、 y r r e s 、y r s d 、y r s p p 、y r s oa sw e l ia sm o s tv a r i e t i e sa n dr e s i s t a n c er e s o u r c e su s e di n p r o d u c t i o n u t i l i z i n ga l i e nr e s i s t a n tr e s o u r c e s w a sap o w e r f u lb r e e d i n gm e a nf o rs t r i p e r u s tr e s i s t a n c e a f t e ry r 9d e r i v e df r o ms e c a l ec e r e a l el h a dt a k e nav e r yi m p o r t a n t r o l ei np r o d u c t i o nf o rn e a r l y2 0y e a r s ，z h o n g4d e r i v e df r o mt r i t i c u ma e s t i v u mx t h i n o p y r u mi n t e r m e d i u mh a sb e c o m et h em a i nr e s i s t a n tr e s o u r c ef o rs t r i p e r u s t r e s i s t a n c eb r e e d i n ga l lo v e rt h ew o r l d a st h e r ew e r eo n l yv e r yf e wr e s i s t a n tr e s o u r c e s i nu s ec u r r e n t l y , i no r d e rt oa v o i dd i s a s t e rl o s so fv a r i e t yr e s i s t a n c el i k e1 b l 1 r s t r a n s l o c a t i o na n df a n6b e c a u s eo fs i m p l i f i c a t i o no fr e s i s t a n c er e s o u r c e si ti si nu r g e n t n e e dt os e a r c hn e wr e s i s t a n tr e s o u r c e s ，e s p e c i a l l yt ou n l o c k i n ge f f e c t i v en o v e l r e s i s t a n tg e n e sf r o mw h e a tr e l a t i v es p e c i e sa n dg e n u s m o l e c u l a rm a r k e r sc o u l df a c i l i t a t et h ei d e n t i f i c a t i o na n dl o c a t i o no fn o v e lg e n e s a ss of a r , a m o n g1 5y rg e n e s ，1 0y rg e n e sw e r el i n k e dw i t hs s r m a r k e r s t w e n t yl i n e sw i t hr e s i s t a n c ea n dg o o da g r o n o m i ct r a i t sw e r e s c r e e n e do u ti n1 2 5 l i n e sd e r i v e df r o mza e s t i v u mxt h _ p o n t i c u m ，m o s to fw h i c hw e r ei m m u n ea n d2 - 3 w e r eh i g hr e s i s t a n ti n c l u d i n go n el a t e s l o w - r u s t i n gl i n e a l i n ea 3i m m u n et oc u r r e n t e p i d e m i cy e l l o wr u s tr a c e s ( c y 2 9 ，c y 3 0 ，c y 31 ，c y 3 2 ) w a ss c r e e n e d o u ti n o f f s p r i n go fza e s t i v u mxt h p o n t i c u m p r e v i o u sg i s ha n a l y s i sd i dn o td e t e c ta n y v o b v i o u st h p o n t i c u m c h r o m a t i ni n a 3b u tr e v e a l e di tc o n t a i n e d 1 b l 1 r s t r a n s l o c a t i o n a _ p a g e ，s d s p a g ea n df i s hw e r eu s e dt o i d e n t i f yt h el i n k a g e b e t w e e nt h er e s i s t a n c ea n dc h r o m o s o m e1 b l 1 r s ，h m w - g ss p e c i f i cb a n do ft h p o n t i c u r n a n dt h p o n t i c u mc h r o m a t i ni nt h e s er e s i s t a n tl i n e s r e s p e c t i v e l y f l u o r e s c e n c es s rm a r k e r sw e r ee m p l o y e dt om a pt h er e s i s t a n tg e n e si nt h ef 2a n d b c ip o p u l a t i o n s t h er e s u l t sa sf o l l o w s ： 1 t h er e s i s t a n tg e n e so fa - 3t oc y 31w e r et h es a m ea so n e st oc y 3 2 t h e ya l l b e h a v e dw h o l el i f er e s i s t a n c ec o n t r o l l e db ym a j o rg e n e sc o m p l e t e l y s e g r e g a t i o ni nf 2 a n db c jp o p u l a t i o n si n d i c a t e dt h er e s i s t a n c eo fa - 3w a sc o n t r o l l e db yt w om a j o r i n d e p e n d e n tg e n e s ，o n ed o m i n a n ta n do n er e c e s s i v e a f t e rs c r e e n i n g1 9 6p a i r so fs s r p r i m e r s ，am a r k e rw m c 4 7 7 - 1 6 7 b pl o c a t i n go n2 b sw a sl i n k e dt ot h ed o m i n a n tg e n e w i t hg e n e t i cd i s t a n c eo fo 4 c m a n o t h e rm a r k e rw m c 3 6 4 - 2 幻l o c a t i n go n7 b sw a s l i n k e dt ot h er e c e s s i v eg e n ew i t hg e n e t i cd i s t a n c eo f5 8c m a n a l y s i so fa l l e l i s m ， g e n e a l o g ya n dr e s p o n s ea r r a ys u g g e s t e dt h a tt h et w og e n e si d e n t i f i e di nt h i sp a p e r m i g h tb et w on o v e ls t r i p er u s tr e s i s t a n tg e n e sd e s i g n a t e dt e m p o r a r i l ya sy r t p ja n d h t p 2r e s p e c t i v e l y 2 s e v e r a lr e s i s t a n tl i n e sc o n t a i n i n gt h p o n t i c u mc h r o m a t i nw e r ei d e n t i f i e di n o f f s p r i n gd e r i v e df r o mza e s t i v u m t h p o n t i c u ma n di ti sp r o v e dt h a tt h er e s i s t a n c e o f t h e mh a dr e s u l t e df r o mt h p o n t i c u m h a v i n gn or e l a t i o nw i t i l1 b l 1 r s t 2 1 1 3 1 6 1 1 ，2 n = 4 4 ，a d d i t i o nl i n e ，i m m u n et oy e l l o wr u s t ； t 2 1 0 4 6 0 1 1 ，2 n = 4 4 ，a d d i t i o n l i n e ，h i g h l yr e s i s t a n t t o y e l l o w r u s t ； t 2 11 0 1 7 - 1 1 ，2 n = 4 2 ，t r a n s l o c a t i o nl i n e ，i m m u n et oy e l l o wr u s t ； t 2 1 1 0 1 8 - 1 - 1 ，2 n = 4 2 ，t r a n s l o c a t i o n l i n e ，i m m u n e t o y e l l o wr u s t ； t 2 1 0 4 3 8 1 1 ，2 n = 4 2 ，s u b s t i t u t i o nl i n e ，f r o mm o d e r a t er e s i s t a n c et om o d e r a t e s u s c e p t i b l et oy e l l o wr e s t ，l a t e - s l o w - r e s t i n g ； t 2 1 0 4 3 6 1 1 ，2 n = 4 2 ，s u b s t i t u t i o nl i n e ，f r o mh i g hr e s i s t a n c et om o d e r a t e r e s i s t a n c et oy e l l o wr u s t ； t 2 1 0 6 9 5 - 1 - 1 ，2 n = 4 2 ，s u b s t i t u t i o nl i n e ，i m m u n et oy e l l o wr u s t ； t 2 1 0 4 3 5 - 1 - 1 ，2 n = 4 2 ，t r a n s l o c a t i o n s u b s t i t u t i o nl i n e ，i m m u n et oy e l l o wr u s t 3 g i s ha n a l y s i sw i t hp s e u d o r o e g n e r i as a p i f o l i ag e n o m e ( s t ) d n aa sp r o b ea n d c h i n e s es p r i n g ( c s ) g e n o m e ( a ，b ，d ) d n aa sb l o c kr e v e a l e dt h a tc h r o m o s o m e s b e l o n g i n gt ot h es a l t l eg e n o m e 廿e n d e dt o w a r dg a t h e r i n ga n da l i e nc h r o m o s o m e s v ( a d d i t i o n sa n ds u b s t i t u t i o n s ) o rc h r o m o s o m e sw i t ha l i e ns e g m e n t ( t r a n s l o c a t i o n ) l o c a t e da to n ee n do fc e l ld u r i n gm e t a p h a s e a l i e nc h r o m a t i n ，l o c a t i n ga to n ee n do f c e l l d u r i n gi n t e r p h a s e ，u s u a l l yw a so u to fs t e pw i t ho t h e r si nc e l l c y c l e t h e r e l a t i v e n e s sb e t w e e nm e m b e r so f d g e n o m ea n ds tg e n o m ew a sd i f f e r e n t 4 t w or e s i s t a n c eg e n e st os t r i p er u s tw e r em a p p e da tt h es a m et i m ew i t ho n e p o p u l m i o n ，e s t a b l i s h i n gr e s i s t a n c e - p o o la n ds u s c e p t i b l e - p o o lw i t hb c ip o p u l a t i o n k e yw o r d ：w h e a t ；t h i n o p y r u mp o n t i c u m ；s t r i p er u s tr e s i s t a n tg e n e ；g i s h ；s s r ； m a p p i n g v i h 肃农业大学博士学位论文 文献综述 第一章文献综述 1 小麦条锈病的发生与危害 小麦是世界贸易中最活跃的粮食品种，它交易范围广，参与国家多。世界小麦的 贸易量常年保持在1 亿吨以上。世界小麦主要进口国集中在亚洲、非洲和东欧，而主 要出口国集中在北美、西欧和澳大利亚。我国既是小麦生产大国，也是小麦消费和贸 易大国。由于大国效应，中国小麦直接影响着世界小麦的生产发展、市场波动及国际 贸易格局。小麦是世界第一大粮食作物，在我国是仅次于水稻和玉米的第三大粮食作 物。我国作为口粮消费的小麦，年消费量在1 亿吨以上，其他消费如用于加工食品、 种予以及损耗等大约在1 2 0 0 万吨左右。受人口增长的影响，中国小麦消费的年均增长 速度大约在1 2 之间。因此，保持小麦生产持续稳定的发展，对维护我国乃至世界 粮食安全意义重大。在影响小麦产量的诸多因素中，病虫害造成的产量损失是巨大的。 世界上能危害小麦的病虫害种类近百种，其中小麦条锈病是最重要的病害之一。 1 1 小麦条锈病在国内外的发生情况 在国外，小麦条锈病在西欧被认为是2 0 世纪中期发生和危害最大的作物病害之 一。由于成功地利用小麦的成株抗性、持久抗性和高效药剂，近几十年来，小麦条锈 病已不是生产上的主要闯题。但自1 9 9 1 年以来，伊朗条锈病发生流行比较频繁，特别 是由于气候条件适宜造成了1 9 9 3 年和1 9 9 5 年两次大流行；在土耳其的安纳托利亚高原 东部冷凉地区，此病害是最严重的病害；小麦条锈病于1 9 7 9 年和1 9 8 0 年在澳大利亚和 新西兰被发现后，现已成为危害小麦生产的重要病害；1 9 9 6 年在南非的w e s t e r n a p e 发 现此病害后，现已扩散到南非几乎所有重要小麦产区，并于1 9 9 8 年在e a s t e r n f r e es t a t e 大流行( 万安民，2 0 0 0 ) 。 小麦条锈病一直是威胁我国西北、西南、华北和淮北等冬麦区和西北春麦区的最 重要病害之一，如果用此病害在一个国家的发生程度和范围来衡量，中国是条锈病的 最大流行区。曾于1 9 5 0 、1 9 6 4 、1 9 9 0 5 日2 0 0 2 年四次大流行，分别造成6 0 亿、3 0 亿、2 6 亿矛f f l o 亿k g 的产量损失。2 0 0 2 年小麦条锈病在全国发生面积近6 7 0 万h m 2 ，发生区域 涉及甘、陕、川、渝、云、贵、宁、鄂、豫、鲁、冀等1 1 个省( 市) 区。近年来，新小 种和其他致病类型的出现和发展使此病害流行的可能性更高、潜在威胁更大、涉及范 围更广。以条中3 2 号小种为代表的h y 和水源致病类群新类型的出现及其发展，致使 我国大部分麦区的主栽品种沦为感病，发病面积占播种面积的9 0 ，出现了条锈病发 生早、发展快和发生重等特点( 万安民等，2 0 0 2 ，2 0 0 3 ) 。由于其流行频率高、暴发性 坚塑垒些查兰垫主兰竺丝义 一 文献综述 强、发生范围广等特点，从而严重威胁小麦高产和稳产。 1 2 小麦条锈病的危害 小麦条锈病危害后，由于病斑的增加使得实际光合面积减少、水分代谢受到破坏 和叶绿索含量降低，在生理上表现为光呼吸和暗呼吸升高，净光合速率下降。在产量 形成因素中，干粒重、穗粒数和有效穗数减少。发病越早危害越重，如拔节前病害严 重，会造成穗粒数和有效穗数减少，甚至不能抽穗。拔节期的病害会减少穗粒数，而 扬花到灌浆期的病害则主要影响千粒重。 1 3 病原菌 1 3 1 学名 小麦条锈病是由小麦条锈病菌( p u c c i n i a 婀f 咖，坍捃w e s t e n df _ s p 护i t i c ie f i k s ) 引 起的小麦叶部病害，严重时也危害穗部。 1 3 2 生物学特性 以夏孢予世代进行侵染繁殖，1 年多代，春季或夏季为其主要流行时期。每代繁 殖倍数主要取决于侵入期的露温露时。侵入的最低、最适、最高温度分别为1 、9 1 3 、2 9 ( 北京农业大学，1 9 7 9 ) 或2 - 3 、7 、1 5 ( 李振岐，商鸿生，1 9 8 9 ) 。露时越 长侵染几率越高。条锈病潜育期变幅很大，在感病品种上由6 d 6 0 d 以上，依温度而定。 在田间条件下，春季流行盛期，最短潜育期多为8 1 0 d ，秋末冬初则可长达6 0 d 以上。 据多批田问观察结果( 肖悦岩，1 9 8 5 ) ，就一批同时受侵染的叶片而言，显症是个陆续 出现的过程，大体上呈常态分布或逻辑斯蒂分布。从出现第l 片病叶到全部病叶显症 结束需要3 7 d 或以上，日均温越高显症越集中。潜育所需最低温限为i ( 曾士迈，1 9 8 1 ) 或2 v ( 肖悦岩，1 9 8 3 ) ，大于此温度即为有效温度。潜育最高温限还缺乏确切研究，从 经验看，以日平均温度大约在2 3 左右，如考虑气温的昼夜变化用正弦法分析，则为 2 8 ( 肖悦岩，1 9 8 5 ) ，超过此限对潜育进展无效，甚至有抑制作用。如以日均温计算， 当侵入后有效积温达1 2 0 1 2 5 度日时开始产孢，以此作为显症，达1 3 5 度日左右时显症 率达5 0 ，达1 6 5 度日时该批病叶显症结束。不同研究者的报道大同小异。显症率达 5 0 时的日数可规定为群体的潜育期。1 7 5 度日可视为1 个世代所需的有效积温。显症 后，病斑逐日沿叶脉双向扩展。在感病品种上，扩展长度每日两端各3 4 m m ，扩展面 积0 1 0 2 m m 2 ，产孢量3 6 0 0 0 4 0 0 0 0 个c m 2 日。产孢延续日数即传染期1 5 2 5 d ( 骆勇，曾 士迈，1 9 8 8 ) 。品种抗病性、光照和植株营养条件对潜育期长短、病斑扩展速度、产孢 量和传染期都有一定影响( 李振岐，1 9 8 9 ) 。理论上，侵入和潜育等的基准温度都是生物 2 肃农业大学博士学位论文 文献综述 学常数，应该是全球一致的。不同试验结果的差异可能是所用品种、小种、温度测量 和计算方法，以及其他有关条件不同所致。 1 4 寄生专化性 在野生或大田栽培条件下能自然发生条锈病，并经实验室接种试验，证明其上的 条锈菌能够侵染普通小麦并产生夏孢子堆的寄主有1 0 种( 含变种) ，其中包括普通小 麦、大麦和青稞( 稞麦hv u l g a mv a tn u d u mh o o k ，f ) 3 类作物。普通小麦上条锈病是普 遍发生的，大麦和青稞上除了小麦条锈菌外也包括大麦条锈菌。其他7 种寄主植物均 为野生禾草，在自然条件下虽能被小麦条锈菌正常侵染，但尚未发现有大片的发病菌 落，在小麦条锈病流行中的作用也不足重视。 1 5 侵染过程 在适宜条件下，小麦锈菌夏孢子萌发产生的芽管，经延伸后在寄主气孔上形成附 着胞，附着胞产生入侵栓，穿过气孔，进入寄主体内并随即形成气孔下泡囊，然后依 次产生侵染丝、初生吸器和次生菌丝，最后在寄主组织内形成菌落，进而形成夏孢子 产孢细胞，产生夏孢子，形成夏孢子堆。当环境条件不适宜夏孢子产生时，夏孢子堆 转化为冬孢子堆，夏孢子产孢细胞变为冬孢子产孢细胞，产生冬孢子，形成冬孢子堆。 1 6 小麦条锈病的防治 有栽培防治、药剂防治和种植抗病品种三种。其中种植抗病品种是最经济有效、 环境可接受的方法。 2 抗病育种历史 孟德尔的遗传定律和1 9 0 5 年b i 虢n 发现抗条锈病隐性单基因是植物抗病育种领域 中重要的里程碑，r u b i a l e s 等在他的论文中写到，b i f f e n 之后，许多国家都开始了抗病 育种工作，并培育出大量的抗性品种( r u m a l e sd a i l dn i k sr e ，2 0 0 0 ) 。z a d o k s 在1 9 9 2 年所做的题为部分的过去论文中，以此为根据，将抗病育种史划分为前孟德尔时 期、r 基因( 单基因抗性) 时期和近期三个时期( z a d o k sjc ，1 9 9 7 ) 。 2 1 前孟德尔时期 在前孟德尔时期，农民和早期的植物育种家主要通过经验对抗病的植株进行选 择，一般性灾害如干旱、蝗虫等是农业生产的主要威胁，与现代农业截然不同。 2 2r 基因时期 r 基因是指符合孟德尔遗传的主效抗病基因。从1 9 0 5 年b i 舶n 的发现和1 9 2 6 年抗 秆锈显性单基因品种c e r e s 育成并大面积在北美推广开始，r 基因时期一直持续到今 甘肃农业大学博士学位论文文献综述 天。在此其间由于r 基因能够有效控制病害，而且很容易根据表型在早代进行选择 深受育种家的喜爱，大量携带r 基因的抗病品种被投入到生产中。但是随着携带r 基因 的抗病品种的推广应用，出现抗病品种抗性丧失现象，从而暴露出r 基因抗性的缺 点：抗性不持久。如1 9 3 4 年和1 9 3 7 年，小麦秆锈在北美地区大流行，主要原因就是以 前育成的单基因抗病品种抗性丧失，这可能是抗性品种“兴衰”大循环的序幕。英国 的小麦抗条锈品种也存在品种抗性丧失的问题，见表1 1 ( j o h n s o nr 1 9 9 2 ) 。 f l o r 的“基因对基因假说”从基因水平解释了r 基因抗性不稳定的原因。该假说 主要认为寄主的抗病基因和病原物的致病基因之间存在对应关系，即对应寄主的抗 病基因，病原物存在致病基因，随着携带特定抗病基因的抗病品种大面积连续种植后， 出现携带相应致病基因的病原菌毒性生理小种，能够克服品种原有的抗性，使品种由 抗病转为感病，表现出抗性丧失现象。为了保持作物的抗性，育种家不得不不断地更 新抗性品种。建国以来我国小麦品种因抗条锈性的丧失，有7 次大规模的更替，见表 1 2 ( 万安民，2 0 0 0 ) 。抗性品种的“兴衰”更替现象严重威胁着现代农业生产的稳定性。 研究表明使用r 基因的抗病品种一般在生产上推广后，慢则4 5 年，快则2 3 年就 丧失了抗病的能力f 万安民，2 0 0 0 ；r u m a l e sda n d n i k sre ，2 0 0 0 ；李振岐等，1 9 8 0 ) 。 1 9 9 2 年g r o e n e w e g e n 在西欧小麦抗病育种的经验、困难和展望的论文中写到：普通小 麦中，在主效基因方面，西欧的白粉抗源已近用完，条锈抗源只剩下几个，叶锈抗源 还有几个基因未被利用o 讧，r o e n e w e g e nlj ，1 9 9 7 ) ；上世纪7 0 年代洛类抗源( 前苏联 用小麦与黑麦杂交得到的1 b l 1 r s 易位系衍生物) 引入我国。由于它带有y r 9 、l r 2 6 、 p m 8 和s r 3 1 等4 个抗病基因，兼抗4 种重要病害，更由于其很好的丰产性而深受育种家 喜爱，致使上世纪8 0 年代末生产上使用的品种9 0 的亲本含有该抗源。过度广泛地使 用又一次造成抗源单一化( 虽然着一次不是品种单一化) ，条中2 8 、2 9 号的出现，导 致其抗性丧失。繁6 及绵阳系品种因聚合了多种抗源而抗谱较宽较持久，整个2 0 世纪 7 0 年代和8 0 年代抗性经久不衰，条中3 0 、3 1 号的出现，导致其抗性丧失。2 0 0 3 年新条 锈小种条中3 2 号致病范围更为广泛，对y r 9 和绵阳系列等绝大部分生产品种均有毒 性。研究表明目前仅有h j 、y r l o 、y r l 5 年l y r 2 4 、y r 2 6 、y r 2 8 及一些抗病材料的抗性 仍然有效，致使小麦生产出现抗源危机( 杨作民等，2 0 0 3 ) ；v a ns i l f h o u t ( 1 9 8 9 ) 以d , 麦 条锈菌和小麦为例的研究结果表明r 基因有很多，但却不是无限的( z a d o k sjc ，1 9 9 7 ) a 如何提高抗病品种的抗性持久能力，或者寻找持久的抗性引起了人们的关注。 2 1 3 近期 近期，主要从v a nd e rp l a n k ( 1 9 6 3 ) 提出存在两种形式的抗性( 垂直抗性和水平抗性) 4 后，人们开始探索不同于r 基因的抗性，试图寻找能够持久的抗性。虽然在这方面的 研究没有r 基因的研究深入，但是在这一领域科学家还是取得了一定的进展。早在 1 9 1 2 年美国的j o n e s 等曾就马铃薯抗晚疫病的数量抗性做出过报道；z a d o k s ( 1 9 6 1 ) 发现 表1 1 英国携带有效苗期条锈抗性的小麦品种抗病性丧失的情况( 引j o h n s o n 1 9 9 2 ) ! ! ! ! ! ! ：! 生! 塑! ! ：翌! ! 生! ! ! ! 壁竺! ! ! ! z ! ! ! ! ! ! 坚! ! 量跫! ! ! ! f ! ! ! 翌! ! ! ! ! ! ! ：! ! ! 型 抗病性丧失的年份抗病品种 相应的毒性生理小种抗病性丧失的年份抗病品种相应的毒性生理小种 1 9 5 2n o r dd e s p r e z y r 3 a ，y r 和 1 9 7 2 t a t e n tn 7 1 9 5 5h e i n e sv i iy r 21 9 7 5 c l e m e n t y r 2 ，y r 9 1 9 6 6r o t h w e l lp e r d i x y r l ，( y r 2 ，y r 6 ) + 1 9 8 3 s t e t s o n仆7 g r 9 t 9 6 8 m a r i s t e m p l a r y r l ，y r 3 a ，y r 4 a 1 9 8 8 h o r n e t * * y r 2 ，y r 6 , y r 9 2 1 9 6 9m a r i s b e a c o n y r 3 b ，y r 4 b 1 9 9 1 h e r e w a r dy r 2 ，y r 3 a y r 和y r c ” 1 9 6 9m a d sr a n g e r y r 3 a ，y r4 d ，y r 6 j o h n s o n ( 1 9 9 2 ) 的研究表明品种h o r n e t 不含y r 2 基因，这里有可能是它的姊妹系h a v e n 表1 2 我国小麦品种抗条锈性丧失的情况( 引自万安民，2 0 0 0 ) 抗病品种 推广地区开始推广和抗病性丧失的时间相应条锈菌小种 有些小麦品种在垂直抗性被条锈菌克服后，仍表现“残留”抗性，提出可以利用这种 “残留”抗性来使抗性持久：c a l d w e l l ( 1 9 6 8 ) 是美国数量抗性研究方面的先驱之一， 他提出慢锈性可能是一种能够持久的抗性；美国的p o p e ( 1 9 6 8 ) 的研究确认了小麦抗条 锈病的微效基因，不同于主效r 基因，为部分抗性奠定了遗传学基础；p a r l e v l i e te t a l ( 1 9 7 5 ) 为部分抗性提出了一个可操作的定义，将数量抗性的研究推进了一大步，1 9 7 8 年他又通过精细的实验，显示出大麦单个抗锈病微效基因作用微小但具有累加性的效 应( z a d o k sjc ，1 9 9 7 ) 。国际玉米小麦改良中，l , ( c i m m y t ) 在5 0 年代后期开始强调使用 持久抗病性，慢锈性的概念于7 0 年代初期被接受并应用于抗锈育 十( s i n g hrp ， h u e r t a e s p i n oj ，2 0 0 2 ) 。 早期的农业生产系统相对现代农业生产系统被人们认为是持续的、稳定的，那么 为什么现代的农业生产系统丧失了稳定性呢? 除了栽培制度、生产模式以及人员、物 品流动性的增加等等原因，品种抗性的“兴衰”更替也是原因之一。对抗病育种史的 甘肃农业太学博士学位论文文献综述 回顾可以使我们充分了解，抗性的持久性在作物生产领域的地位和重要性，因此提高 非持久抗病性的持久能力，或者寻找持久的抗性对现