生物技术在小麦抗锈育种中的应用研究进展

条锈病是小麦生产上最主要的病害之一,培育抗锈新品种是提高产量和保障粮食安全的关键,生物技术的快速发展有效促进了小麦重要性状相关基因的挖掘与利用。通过阐述了细胞工程、染色体工程、分子标记、基因编辑、全基因组关联分析等技术在小麦抗锈相关性状改良和应用中的研究现状,分析了小麦抗锈育种中尚需解决的问题,旨在为生物技术在甘肃小麦抗锈育种中的应用及其发展提供支持。

甘肃省小麦条锈病研究进展及机遇与挑战

小麦生产关乎国家粮食安全,条锈病是小麦生产上最重要的病害之一。甘肃陇南越夏区是小麦条锈病常发易变区和新小种策源地。通过系统回顾甘肃省农业科学院植物保护研究所立足陇南越夏区开展小麦条锈病研究60年来的进展,分析了存在的问题,并提出未来研究方向,旨在更好保持甘肃省农业科学院小麦条锈病研究在国内影响和地位,为持续引领甘肃省小麦条锈病研究提供借鉴和帮助。

冬小麦新品种陇鉴9828苗期抗条锈性遗传分析

为明确冬小麦新品种陇鉴9828苗期抗条锈性基因类型及其数量,为该品种抗病基因的合理应用提供支撑。2022年对小麦遗传群体(铭贤169/陇鉴9828)的F1、F2单株及其双亲材料的幼苗分别接种CYR34、CYR32及新菌系ZS的单孢菌系,进行抗条锈性遗传分析。结果表明,陇鉴9828苗期对条锈菌CYR34、CYR32表现中抗,对条锈菌新菌系ZS表现高抗,铭贤169表现高度感病。分别接种条锈菌CYR34、CYR32后,F1代表现感病,F2代单株抗感表现分离,符合1R:3S的分离比值;接种条锈菌新菌系ZS后,F1代表现抗病,F2代植株抗感表现分离,符合3R:1S的分离比值。说明陇鉴9828对条锈菌CYR34、CYR32的苗期抗条锈性均由1对隐性抗性基因控制,对条锈菌新菌系ZS的苗期抗病性由1对显性抗性基因控制,该研究结果可对冬小麦新品种陇鉴9828在生产和育种中应用提供参考。

127份甘肃农家小麦品种兼抗条锈病与白粉病鉴定与评价

小麦条锈病、白粉病是发生于甘肃陇南乃至全国小麦生产上的最主要病害之一,种植抗病品种是防治病害最经济有效且绿色环保的措施。兼抗种质资源材料的匮乏是制约甘肃陇南小麦条锈病和白粉病品种选育和病害有效防控的主要因素。农家品种是小麦抗病种质资源重要的基因库,开展兼抗病害材料鉴定是准确评价供试材料抗病性的基础性工作。2021年和2022年,在甘肃省农业科学院植物保护研究所兰州温室和甘谷试验站,对127份小麦农家品种进行了苗期、成株期抗条锈病和白粉病性鉴定,结果发现:供试材料中苗期对条锈菌和白粉菌混合菌表现抗病的分别有36份和24份,占28.35%和18.90%;兼抗材料15份,占11.81%。成株期在接种及自然诱发条锈菌和白粉菌条件下,表现抗病的分别有39份和72份,占30.71%和56.69%;兼抗材料有27份,占21.26%。全生育期兼抗材料有11份,占8.66%。抗白粉病基因分子检测结果发现,含有抗病基因Pm2、Pm4a、Pm8、Pm21的分别占30.71%、86.61%、25.20%、3.15%;含有2个及以上基因组合品种有60个,占47.24%。结合前期抗条锈病研究结果,将会为筛选出的优异材料利用和持续解决甘肃陇南兼抗品种匮乏难题提供材料支撑。

甘肃省冬小麦抗条锈病育种现状及对策

条锈病是我国小麦生产上的主要病害之一,甘肃省特别是陇南越夏区危害严重,培育和种植抗病品种是防治该病最经济有效且环境友好的措施。自20世纪50年代以来,先后育成333个抗条锈冬小麦新品种,在甘肃陇南小麦条锈病的持续控制中发挥了重要作用。陇南越夏区条锈菌毒性变异速度快,抗源材料及生产品种抗性保持时间短,病菌新小种出现与品种抗条锈病性丧失周而复始。介绍了甘肃陇南越夏区在中国小麦条锈病流行中的作用,回顾了主要抗源材料及生产品种抗条锈病性变异特点,总结了抗源利用及品种应用的经验教训,提出了当前存在的问题及今后抗病品种(基因)的利用方向和现有品种的布局建议,旨在为持续控制该区域小麦条锈病发生流行提供技术支撑。

2019年-2020年甘肃省小麦条锈菌生理小种变异监测

2019年-2020年,对甘肃省不同生态区于小麦不同生育期采集的661份条锈菌标样,在甘肃省农业科学院植物保护研究所兰州温室进行条锈菌生理小种变异监测,结果表明:两年共监测到52个生理小种及致病类型,其中贵农22仍为优势致病类群,居第一位,2019年和2020年出现频率分别为36.7%和49.5%,低于2018年的50.3%;其次是HY和水源致病类群,出现频率分别为25.3%、25.5%和10.2%和15.5%;中四致病类群出现频率分别为22.8%和7.6%,2020年居第五位,低于2018年的13.9%。流行小种条中34号出现频率分别为23.4%和22.5%,居第一位;条中32号出现频率分别为19.6%和17.9%,居第二位;条中33号、贵22-14出现频率分别为4.4%、4.0%和2.5%、6.0%;新类型ZS-1出现频率分别为7.0%和0.6%。次要致病类型如HY8、HY29、HY103、水11-192及贵22-13、贵22-108、贵22-244和贵22-271等出现频率在1.0%~1.9%之间,其他致病类型均在0.6%以下。毒性分析发现,VYr9、VYr3b+Yr4b、VYrsu、VYr26为甘肃省条锈菌主要毒性致病基因,毒性频率在50.6%~93.7%之间。甘肃小麦条锈菌群体结构仍处于以条中34号为主的贵农22致病类群占优势阶段。对感染中四的新致病菌系ZS进行持续监测是今后一段时期甘肃省小麦条锈菌变异研究的重点。小麦抗条锈育种应以兼抗条中34号、条中32号为主,兼顾贵农22其他类型及中四新菌系。

甘肃陇南越夏区小麦抗条锈病育种研究进展

甘肃陇南是中国小麦条锈菌最大、最重要的越夏区,条锈病是发生于该区域小麦生产上最主要的病害,持续不断的培育和种植抗病品种是防治该病最绿色、经济的措施。为了持续控制该区域的条锈病、保障粮食安全,总结了自1995年以来甘肃陇南小麦抗条锈病育种成效,分析了存在的问题,提出了强化优异抗条锈病种质资源材料的评价、挖掘、创新与利用;强化生物育种技术的应用;强化抗病品种(基因)布局等建议。

15%三唑酮喷施次数对小麦条锈病的防治效果

小麦条锈病是小麦生产上的最主要病害之一,三唑酮在小麦条锈病防治上具有极好的控病增产作用,但随着其长期施用,在天水地区小麦生产上已出现抗药菌株,导致防效偏低。为了给小麦条锈病的科学防治和三唑酮的合理高效使用提供技术支撑,在甘肃省农业科学院植物保护研究所甘谷试验站以感病品种冬小麦新冬43号为指示品种,开展了15%三唑酮可湿性粉剂不同喷施次数对小麦条锈病的田间防效试验。试验结果表明,喷药次数对小麦条锈病的田间防效及指示品种的产量、千粒重、穗粒重有极显著的影响。与不喷药对照相比较,15%三唑酮可湿性粉剂药剂量1200 g/hm^(2)兑水675 kg喷施1次、喷施2次、喷施3次对小麦条锈病的田间终期防效分别为58.4%、83.6%、98.6%,折合产量分别为5000.0、5580.0、6080.0 kg/hm^(2),较不喷药对照分别增产58.23%、76.58%、92.40%,千粒重分别提高15.5%、32.4%、38.5%,平均穗粒重分别提高7.6%、10.7%、12.2%。认为选用15%三唑酮可湿性粉剂在小麦条锈病防治达标期(病叶率达到10%)时对小麦进行喷雾防治,间隔7 d喷1次,连喷3次,可达到极好的控病增产效果,值得在小麦生产上推广应用。

国家区试冬小麦品种在甘肃陇南的田间抗条锈病性评价

为精准评价冬小麦品种田间对条锈病的抗性,科学指导抗病育种和抗病材料的合理应用。在位于甘肃陇南不同生态区的甘肃省农业科学院植物保护研究所甘谷试验站和汪川良种场两地,于2017—2020年,对122个国家区域试验品种进行了连续3 a的成株期抗条锈病性评价。结果表明,有WJ18-1等19个品种3 a两地均表现抗病,且抗性表现稳定,占供试品种的15.57%;WJ18-494等49个品种具有慢条锈特性,占供试品种的40.16%。绝大多数品种表现出差异性,菌源、环境是主要原因。

2017—2021年陇南条锈菌有性菌系毒性结构分析

有性菌系监测研究对揭示其在条锈菌变异中的作用及新小种的发现具有重要意义。2017—2021年对甘肃陇南条锈菌越夏区感病转主寄主小檗种类进行了调查,从天水市秦州区,陇南市成县、西和县3种小麦条锈菌感病转主寄主小檗上获得了67个有性菌系共计454个单孢。将其先后接种于中国鉴别寄主上进行苗期毒性鉴定,结果发现,天水陇南主要感病转主寄主为堆花小檗、短柄小檗及假猪豪刺。在已归类小种类型中,共鉴定出28个生理小种和致病类型。优势小种类型均为条中34号、条中32号、条中33号、贵22-14,出现频率分别为14.54%、15.86%、4.85%、3.96%。未归小种类型中,洛类、贵农、水源、Hy和中四类型出现频率分别为1.98%、15.64%、12.56%、8.15%、4.63%。这为阐明陇南越夏区条锈菌毒性群体结构复杂,该区是条锈菌新小种的策源地提供了数据支撑。

小麦条锈菌ZS有性与无性菌系毒性差异初步分析

小麦条锈病是小麦生产上最主要的病害,条锈菌毒性不断变异是造成小麦条锈病频繁发生和小麦品种抗病性丧失的主要原因。对小麦条锈菌新菌系开展品种抗病性评价,并探明条锈菌有性菌系、无性菌系间的毒性差异,为科学、超前指导小麦抗病育种和抗病品种的合理布局应用提供技术支撑。2017—2021年从454个小麦条锈菌有性菌系和1728个无性菌系中,获得ZS有性菌系35个和无性菌系167个,占比分别为7.71%和9.66%;其中已归类ZS-1、ZS-18、ZS-52类型中有有性菌系14个、无性菌系72个,占比分别为3.08%和4.17%。2022年选择ZS有性与无性菌系重要类型混合菌,对76个甘肃省内小麦生产品种进行苗期、成株期接种鉴定,结果发现,有性ZS菌系与无性ZS菌系对供试小麦品种苗期致病力分别为97.37%、92.11%,相对寄生适合度分别为0.3530、0.2487;成株期致病力分别为72.37%、71.05%,相对寄生适合度分别为0.3627、0.1840。表明有性菌系致病性和寄生适合度均高于无性菌系。建议在陇南越夏区,及早调整小麦抗病育种目标,以持续控制条锈病的发生流行,保障粮食安全。

不同喷药时期对甘肃陇南小麦赤霉病的防治效果

为明确小麦不同生长期喷施430 g/L戊唑醇悬浮剂对小麦赤霉病防治效果的影响,于2021年在甘肃省陇南市徽县栗川镇范寺村进行了田间试验。结果表明,在小麦抽穗期、扬花期、灌浆期喷雾,田间防效分别为93.23%、84.39%、36.51%,折合产量分别为9168.0、8949.0、8376.0 kg/hm^(2),较喷清水分别增产10.76%、8.12%、1.19%。说明小麦抽穗期到扬花期是甘肃陇南防治小麦赤霉病的关键时期,在该阶段进行杀菌剂喷雾防治,可有效控制小麦赤霉病的发生流行。

菌株HMQ20YJ11的筛选鉴定及对辣椒疫病的抑制评价

辣椒疫病是困扰世界辣椒产业的一个严重而持久的问题,难以通过化学和农业手段加以控制。为筛选出具有防控疫病应用潜力的本地可培养有益细菌,从民勤盐碱化土壤中分离到42株生防细菌,采用对峙培养法进行筛选。结果表明,菌株HMQ20YJ11对9种植物病原菌具有较强的拮抗活性。通过16S rRNA基因、gyrA基因和gyrB基因序列分析鉴定,菌株HMQ20YJ11为萎缩芽孢杆菌。菌株HMQ20YJ11能够产生α-淀粉酶、氨、纤维素酶、吲哚-3-乙酸、果胶酶、蛋白酶、铁载体和溶解磷酸盐。在温室条件下,与未处理对照相比,菌株HMQ20YJ11可显著降低疫病的严重程度。田间进行测试的结果表明,菌株HMQ20YJ11可显著降低疫病的严重程度,具有防治疫病的潜力。由此可看出,菌株HMQ20YJ11对植物病害具有拮抗作用,可作为潜在的生物防治菌剂加以应用。

6%戊唑醇悬浮种衣剂包衣对小麦条锈病的防治效果

旨在明确6%戊唑醇悬浮种衣剂包衣处理对小麦条锈病的防治效果,为小麦条锈病的防控提供参考.以小麦品种'铭贤169'为试验材料,15%三唑酮可湿性粉剂作为对照药剂,采用播前种子包衣法,测定6%戊唑醇悬浮种衣剂对小麦条锈病的防治效果.结果表明,供试药剂6%戊唑醇悬浮种衣剂对小麦出苗安全,对苗期小麦条锈病有较好的防效,6%戊唑醇悬浮种衣剂处理的防效均显著高于15%三唑酮可湿性粉剂(P<0.05),达到88.35%以上.因此,6%戊唑醇悬浮种衣剂可在生产上作为小麦防治药剂进行推广应用.

农家品种‘白大头’及其衍生系‘天00127’苗期抗条锈性遗传分析

2019年在甘肃省农业科学院植物保护研究所兰州温室,对抗条锈性优异的农家品种‘白大头’及其衍生系‘天00127’与感病品种‘铭贤169’杂交组合的P_(1)、P_(2)、F_(1)、F_(2)和BC_(1)代材料,苗期分别人工接种条锈菌主要流行小种CYR34、CYR32的单孢菌系,进行抗病性遗传分析,结果表明:供试亲本‘白大头’和‘天00127’对CYR34和CYR32均表现免疫。各世代材料中,‘铭贤169’/‘白大头’组合与‘铭贤169’/‘天00127’组合的F_(1)代对供试小种均表现免疫或近免疫;F_(2)代植株表现抗感分离,其中‘铭贤169’/‘白大头’组合对CYR34符合1R∶3S的理论比值,对CYR32符合3R∶1S的理论比值;BC_(1)代植株对CYR34表现全感,对CYR32符合1R∶1S的理论比值;‘铭贤169’/‘天00127’组合对CYR34和CYR32均符合3R∶1S的理论比值;BC_(1)代植株抗感分离符合1R∶1S的理论比值。表明供试材料‘白大头’对CYR34和CYR32的抗性分别由1对隐性和1对显性抗性基因控制,‘天00127’对CYR34、CYR32的苗期抗性均由1对显性抗性基因控制。推测‘天00127’对CYR32的抗病基因可能来源于亲本农家品种‘白大头’或‘85-173-4’。

30%丙硫菌唑悬浮剂对小麦赤霉病的田间防效

小麦赤霉病是陇南徽成盆地小麦生产上最主要的病害之一,2016年以来该病害的发生面积和流行程度亦呈逐年加重趋势,该区域主要致病菌为禾谷镰孢菌。为了给陇南徽成盆地小麦赤霉病的高效控制和实现小麦绿色化生产提供科学依据,以冬小麦品种兰天42号为指示品种,设在小麦抽穗期、扬花期、灌浆期分别喷施30%丙硫菌唑悬浮剂675 g/hm^(2)兑水675 kg/hm2及抽穗期喷等量清水4个处理,以明确该药剂对小麦赤霉病的田间防效。结果表明,在冬小麦抽穗期、扬花期、灌浆期喷施30%丙硫菌唑悬浮剂的各处理对小麦赤霉病的田间防效为68.9%~99.0%,较喷清水对照增产1.1%~11.5%。其中2021年田间防效为86.8%~98.7%,千粒重较喷清水对照提升2.2%~12.1%,折合产量为8730.0~9525.0 kg/hm^(2),较喷清水对照增产1.1%~10.3%。2022年田间防效为68.9%~99.0%,千粒重较喷清水对照提升2.4%~11.9%,折合产量为8435.0~9230.0 kg/hm^(2),较喷清水对照增产1.9%~11.5%。抽穗期、扬花期喷施30%丙硫菌唑悬浮剂对小麦赤霉病的田间防效均与灌浆期喷施间差异达极显著水平(P<0.01)。表明在冬小麦抽穗期至扬花期采用30%丙硫菌唑悬浮剂675 g/hm^(2)兑水675 kg田间喷施,能较好地控制小麦赤霉病且具有一定的增产效果,对赤霉病的田间防效均在93%以上,增产幅度超过8.7%,可在陇南徽成盆地及其他赤霉病发生区域冬小麦生产上应用。

4种杀菌剂对小麦赤霉病的防治效果

为明确30%丙硫菌唑可分散油悬浮剂、430 g/L戊唑醇悬浮剂、24%戊唑·咪鲜胺可湿性粉剂、15%丙唑·戊唑醇悬浮剂对小麦赤霉病的防治效果及对小麦产量的影响,分别于2020、2021年进行大田试验。结果表明:2020年和2021年,供试杀菌剂对小麦赤霉病的田间防效分别为82.88%~97.37%和78.14%~93.23%,产量分别为8 869.5~9 387.0 kg/hm^(2)和8 689.5~9 216.0 kg/hm^(2),较清水对照的增产幅度分别为2.7%~8.7%和5.0%~11.3%。与对照药剂80%多菌灵可湿性粉剂相比,供试药剂防效分别提高16.1~21.2个和22.3~36.8个百分点,增产幅度分别为2.1%~8.1%和3.0%~9.3%。