张美惠 刘伟 王振花 徐飞 范洁茹 宋玉立 周益林

摘要 ：为了解河南省小麦白粉菌群体毒性结构及年度动态变化，对河南省近8年来的小麦白粉菌群体毒性进行了监测，结果表明其病菌群体对小麦白粉病抗性基因或组合Pm1a、Pm3a、Pm3b、Pm3c、Pm3f、Pm3e、Pm5a、Pm6、Pm7、Pm8、Pm17、Pm19、Pm1+2+9的毒性频率高于70%，这些基因为无效抗病基因;对抗性基因或组合Pm1c、Pm2、Pm5b、Pm12、Pm13、Pm16、Pm21、Pm22、Pm23、Pm24、Pm35、Pm36、Pm46、Pm“XBD”、Pm2+Mld、Pm2+6的毒性频率低于30%，其中对抗性基因Pm12、Pm16和Pm21的毒性频率为0%，这些基因依然为有效的抗病基因。病菌群体对Pm4a、Pm4b、Pm4+8等抗性基因或组合的毒性频率近年来总体呈上升趋势，且毒性频率已达到30%～70%，应加强对这些抗病基因或组合的重点监测，并建议在抗病育种中谨慎使用。

关键词 ：小麦白粉菌; 毒性频率; 抗病基因; 抗病育种

中图分类号：

S 435.121.46

文献标识码： A

DOI： 10.16688/j.zwbh.2019147

Monitoring of the changes in the virulence of Blumeria graminis f.sp. tritici in Henan province during 2010-2017

ZHANG Meihui1， LIU Wei1， WANG Zhenhua1， XU Fei2， FAN Jieru1， SONG Yuli2， ZHOU Yilin1

（1. State Key Laboratory for Biology of Plant Diseases and Insect Pests， Institute of Plant Protection，

Chinese Academy of Agricultural Sciences， Beijing 100193， China; 2. Institute of Plant Protection，Henan

Academy of Agricultural Sciences， Key Laboratory of Integrated Pest Management on Crops in Southern

Region of North China， Ministry of Agriculture， Zhengzhou 450002， China）

Abstract

To understand the changes in the virulence structures and annual dynamics of Blumeria graminis f. sp. tritici population in Henan province， the virulence of B.graminis f. sp tritici population was monitored in Henan in recent 8 years. The results showed that the virulence frequencies of the pathogen to the resistance genes Pm1a， Pm3a， Pm3b， Pm3c， Pm3f， Pm3e， Pm5a， Pm6， Pm7， Pm8， Pm17， Pm19， Pm1+2+9 were higher than 70%， indicating that these resistance genes were ineffective. Its virulence frequencies to the resistance genes Pm1c， Pm2， Pm5b， Pm12， Pm13， Pm16， Pm21， Pm22， Pm23， Pm24， Pm35， Pm36， Pm46， Pm“XBD”， Pm2+Mld， Pm2+6 were lower than 30%， wherein the virulence frequencies to Pm12， Pm16 and Pm21 were zero， revealing that these genes were still effective. The virulence frequencies to Pm4a， Pm4b and Pm4+8 had an increasing tendency in recent years， which reached 30%-70%. Therefore， these genes should be monitored emphatically and used cautiously in wheat breeding.

Key words

Blumeria graminis f. sp. tritici; virulence frequency; resistance gene; wheat breeding

由專性寄生菌Blumeria graminis f. sp. tritici引起的小麦白粉病目前已成为影响我国小麦生产的主要病害之一，近年来其发生流行面积一直维持在600～800万 hm2。种植抗病品种是防治小麦白粉病最经济、有效和安全的方法，但由于植物与病原菌的协同进化作用，主效单基因抗病品种的广泛种植极易对病菌群体产生选择压力，造成病菌群体相应毒性基因的频率迅速上升[1]，从而导致抗病性“丧失”，因此监测小麦白粉菌群体的毒性及动态变化对抗病育种和品种布局具有重要指导意义。基于基因对基因学说在植物病理学领域得到更多人的认可，20世纪70年代Wolfe、Schwarzbach等提出采用含有已知抗病基因的鉴别寄主监测和分析禾谷类白粉病菌毒性的方法[12]，并在国内外逐渐应用于小麦白粉菌群体毒性监测的研究中。自20世纪80年代以来，我国学者对小麦白粉菌群体毒性监测中发现，由于黑麦1B/1R易位或代换系品种的大面积推广，抗病基因Pm8对小麦白粉病的抗性丧失，近年来又发现病菌群体对Pm4a和Pm4b的毒性频率也呈上升趋势[35]。

由于各地小麦白粉病发生流行、种植品种的抗性等因子的差异，导致不同地区、不同年份病菌群体的毒性也存在一定差异。河南省是我国小麦主要产区，据统计近年来小麦播种面积在530万hm2以上，小麦白粉病发生比较严重，一般年份可达60万hm2以上。王锡锋等[6]、宋玉立等[7]和李亚红等[4，8]对河南省小麦白粉菌群体毒性已有相关的研究报道，其监测结果显示在河南省抗病基因Pm1a、Pm3a、Pm3b、Pm3c、Pm5a、Pm6、Pm8等已经完全丧失抗性;虽然抗性基因（组合）Pm2、Pm2+6、Pm“XBD”等在河南省一直保持较好的抗性，但这些基因近几年在我国其他部分省份抗性效果较差[3]。本研究在此基础上对2010-2017年河南省小麦白粉菌群体毒性进行了监测，以期进一步了解近年来河南省小麦白粉菌群体毒性结构和年度动态变化，进而为河南省抗病品种的合理布局提供有效信息。

1 材料与方法

1.1 供试材料

本试验用于小麦白粉菌毒性鉴定的含已知抗白粉病基因的鉴别寄主由中国农业科学院植物保护研究所麦病组保存，共42个品种，其中感病对照品种为‘Chancellor和‘阿夫。供试小麦白粉菌菌株于2010-2017年采自河南省安阳市鹤壁市、林州市;新乡市辉县市、新乡市、延津县;焦作市修武、温县;郑州市巩义市、荥阳市;开封市开封区;三峡门市灵宝市、卢氏县;洛阳市孟津县、嵩县等河南省小麦主要产区。

1.2 试验方法

1.2.1 小麦白粉菌的分离、纯化和扩繁

将在河南省小麦产区采集的带有有性闭囊壳的小麦病叶用蒸馏水浸泡1 d，保湿3 d后挑取病叶上的闭囊壳于潮湿的滤纸上，并将该滤纸贴在培养皿盖上。配制含1%苯骈咪唑的水琼脂培养基，将无菌小麦品种‘Chancellor的叶段紧密摆放在上面，并盖上带有闭囊壳的培养皿盖，用封口膜密封。培养12 d 左右检查有性闭囊壳释放孢子情况，将被子囊孢子侵染的叶片接种到试管小麦苗上，置于18℃培养箱中培养至出现可见侵染点（约4～5 d），将只带有单个孢子堆的小麦叶段剪下，摆放在水琼脂培养基上培养至产生分生孢子后再进行转接繁殖，按照此方法再重复两次，即可得到单孢子堆纯化的小麦白粉菌菌株。带无性分生孢子的病叶标样可直接接种到试管苗上，其他过程同有性闭囊壳的分离纯化。将分离纯化的小麦白粉菌菌株通过多次接种完成扩繁备用[9]。

1.2.2 小麦白粉菌的毒性鉴定

将42个含有已知抗白粉病基因的小麦品种播种于塑料方盒内（36 cm×25 cm×10 cm），每品种播种6～8粒种子，其中感病品种‘Chancellor和‘阿夫为对照。盒子上方用铁丝架做支撑罩上透明塑料袋以防小麦苗被杂菌污染，并置于18～20℃的温室中培养，待小麦长至一心一叶期时，通过抖接法接种扩繁备用的新鲜小麦白粉菌菌株，培养8～10 d后调查发病情况，毒性鉴定调查标准参照司权民等的“0～4”级调查方法[10]，记载第一叶片的反应型。无毒性菌株用反应型为0～2型表示，有毒性菌株用反应型3～4型表示。毒性频率=毒性菌株数/参试菌株数×100%[11]。

2 结果与分析

2010-2017年河南省小麦白粉菌群体毒性测定结果（表1）表明，病菌群体对Pm1a、Pm3a、Pm3b、Pm3c、Pm3e、Pm3f、Pm5a、Pm6、Pm7、Pm8、Pm17、Pm19、Pm1+2+9等抗性基因或组合平均毒性频率高于70%，其中对Pm1a、Pm3c、Pm3e、Pm3f、Pm5a、Pm6、Pm7、Pm8、Pm17、Pm19、Pm1+2+9等抗性基因或组合毒性频率连续8年均高于70%，这些抗性基因在河南省已经丧失抗性，不能在抗病育种中继续使用。对Pm3d、Pm4a、Pm4b、Pm5e、Pm25、Pm30、Pm34、Pm4+8、Pm4b+5b、Pm5+6等抗性基因或组合的毒性频率在30%～70%之间。对Pm2、Pm5b、Pm22、Pm23、Pm24、Pm35、Pm36、Pm“XBD”、Pm2+6等抗性基因或组合毒性频率介于10%～30%，对Pm1c、Pm13、Pm46、Pm2+Mld等抗性基因或组合的毒性频率小于10%;对抗性基因Pm12、Pm16和Pm21的毒性频率为0%，说明目前这些抗病基因在河南省均保持良好或优良的抗性。

从年度变化动态可看出，病菌群体对Pm4a、Pm4b和Pm4+8抗性基因或组合的毒性频率除2011和2012年外總体呈上升趋势。而病菌群体对抗性基因Pm3d和Pm“XBD”等的毒性频率呈下降趋势，特别是Pm3d的毒性频率2015年和2016年分别只有13.89%和10.42%。病菌群体对Pm2、Pm22、Pm23、Pm2+6等抗性基因或组合的年均毒性频率虽然低于30%，但年度间有一定波动。病菌群体对Pm5b、Pm13、Pm35、Pm2+Mld等抗性基因或组合的年均毒性频率低于30%且年度间波动较小，抗性表现较为稳定。

3 讨论

本研究对河南省近8年小麦白粉菌群体毒性进行监测的结果表明，总体上河南省大部分抗性基因的毒性频率与其他省份是一致的[1216]：抗性基因Pm1a、Pm3a、Pm3b、Pm3c、Pm3e、Pm3f、Pm5a、Pm6、Pm7、Pm8、Pm17、Pm19、Pm1+2+9等在生产上已丧失抗病性，而Pm1c、Pm2、Pm5b、Pm12、Pm13、Pm16、Pm21、Pm22、Pm23、Pm24、Pm35、Pm36、Pm46、Pm“XBD”、Pm2+Mld、Pm2+6等仍为有效的抗病基因，可在抗病育种或生产上使用。

抗性基因Pm12、Pm16和Pm21分别来源于拟斯卑尔脱山羊草[17]、野生二粒小麦[18]、簇毛麦[19]，多年的抗性鉴定结果显示这些基因在许多地方均表现出较强的抗性，甚至免疫[1216，20]。本研究中河南小麦白粉菌群体对抗性基因Pm12、Pm16和Pm21的毒性频率均为0%，结果与刘伟等[5]对陕西省和王振花等[1516]对新疆及全国其他地区的小麦白粉菌群体对抗性基因Pm12、Pm16和Pm21毒性监测结果一致，另外，近年来新加的抗性基因Pm46的毒性频率也比较低（小于2%），因此以上这些基因多年来在多个地区包括河南省呈现稳定抗性，建议可以在河南省抗病育种工作中加以利用。

虽然抗性基因Pm2和Pm“XBD”的毒性频率低于30%，但年度间有一定波动，并且不同省份间的毒性频率也呈现出差异，如病菌群体对抗性基因Pm2的毒性频率在新疆和陕西省低于30%，而在其他省份远高于30%[5，1516];病菌群体对抗性基因Pm“XBD”的毒性频率在云南、湖北、山东、陕西等均较高，但在新疆仍较低[12，1516]，因此生产中应该谨慎使用，同时重点监测这些抗性基因。

20世纪90年代初期抗性基因Pm4a和Pm4b在河南省表现良好抗性，但当时在川黔地区已出现高毒力菌株，盛宝钦等[21]推测这将对黄淮海麦区抗病基因Pm4a和Pm4b的使用造成威胁。本研究发现近几年河南省小麦白粉菌群体对抗性基因Pm4a和Pm4b的毒性频率分别达到53.48%和54.29%，总体呈现上升的趋势，虽然本监测结果显示这两个抗病基因2011和2012年的毒性频率低于20%，但通过分析发现这可能是由于这两年采样地点过于集中造成的。李亚红等[4，8]、刘伟等[5]、徐志等[22]也研究发现其他省份小麦白粉菌群体对抗病基因Pm4a和Pm4b的毒性频率均超过50%且呈上升趋势，因此抗性基因Pm4a和Pm4b应考虑谨慎使用或者不使用，并且继续监测其毒性变化动态。

已有的一些研究表明抗病基因Pm30在全国多个省份表现良好抗性[4，5，12，14]，但本研究发现在河南省抗病基因Pm30的毒性频率大于30%且呈上升趋势，在河南省抗病育种中应谨慎使用。

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（责任编辑：杨明丽）