郭灿，程敦公，齐军山，刘晓晗，刘海琛，刘秀坤，陈志伟，单宝雪，肖彦军，张玉梅，赵振东，李法计，李豪圣

(1. 青岛农业大学农学院，山东 青岛 266109；2. 山东省农业科学院作物研究所，山东 济南 250100；3. 山东省农业科学院植物保护研究所，山东 济南 250100；4. 鲁东大学农学院，山东 烟台 264025；5. 山西农业大学农学院，山西 太古 030801)

小麦茎基腐病(Fusarium crown rot，FCR)是由多种镰刀菌侵染引起的世界性小麦病害，以假禾谷镰刀菌(Fusarium pseudograminearum)侵染为主[1，2]。 小麦幼苗被镰刀菌侵染后，茎基部叶鞘和茎秆变褐，严重时引起幼苗发黄、枯萎；灌浆期发病可导致穗子干枯，以致籽粒秕瘦[3，4]。 近年来在我国小麦主产省份，河南省每年约有10%的小麦受FCR 影响，部分地区产量损失达50%[5，6]；河北省小麦由FCR 引起的白穗率为20% ～50%[7]；山东省农业农村厅统计数据显示，2020年全省小麦FCR 发病面积达80 万公顷以上，部分地块白穗率达30%～50%。 因此，FCR 已成为影响我国小麦生产的主要病害之一。

近年来，国内外学者从抗病基因发掘和种质资源鉴定等方面开展了一系列研究。 在抗病基因发掘方面，于1A、1D、2A、2B、2D、3A、3B、4B、5B、5D、6A、6B 和6D 等染色体上定位到超过60 个FCR 相关QTL 或显著性位点[3，8-22]。 Ma 等[12]在3BL 染色体上检测到一个FCR 主效QTL，可以解释49%的表型变异；Zheng 等[23]通过构建次生分离群体，将前期定位到的主效QTLQcrs.cpi-3B精细定位到0.7 cM(1.5 Mb)区间内。 在抗病资源鉴定方面，通过苗期和成株期接种鉴定，检测到西农979、豫麦18、石优17 等约30 个具有较强FCR抗性的品种[21，24，25]。 但是，已发掘的主效抗病基因少且分子标记缺乏、可用于育种的抗源匮乏仍是当前抗病育种工作面临的主要问题。

为继续发掘FCR 抗病位点，本研究以藁城8901/周麦16 构建的重组自交系(recombinant inbred line，RIL)群体为材料，结合构建的高密度遗传连锁图谱，对苗期茎基腐病抗性QTL 进行定位，以期为发掘抗病基因和聚合育种提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本研究以藁城8901/周麦16 构建的重组自交系群体(176，F2∶6RILs)为研究材料。 其中，藁城8901 是河北省藁城市农业科学研究所育成的优质强筋小麦品种，周麦16 是河南省周口市农业科学研究所育成的矮秆小麦品种。 前期观察发现，藁城8901 的FCR 抗性优于周麦16。

1.2 试验方法

1.2.1 病原菌扩繁、接种和幼苗培养 将假禾谷镰刀菌接种到PDA 培养基上，待长满整个平板，接入灭菌的麦粒培养基中于25℃培养箱培养一周左右，定时摇晃，确保病原菌均匀分布在麦粒表面。 长满后备用。

培养前，将麦粒培养基扩繁的病原菌和无菌土以3∶100 的质量比例混匀，转入培养盆(7 cm×7 cm×7 cm)中，每盆播种8 粒种子，每个家系播种3 盆，放置温室内进行培养。 根据培养盆内土壤湿度定期浇水，试验期间不施用任何肥料。 白天温度控制在25℃左右，夜间温度控制在20℃左右，连续培养30 天后调查。 分别于2020年12月和2021年5月、8月在山东省农业科学院作物研究所温室内进行3 次试验(T1、T1 和T3)。

1.2.2 病情分级标准及病情指数计算 每个家系调查15 株幼苗，参照杨云等[26]的试验方法对发病度进行分级，并计算病情指数。 分级标准为0 级:植株未发病；1 级:地下茎明显变褐或第1 叶鞘出现轻微症状；3 级:第1 叶鞘明显变褐，但未变黑；5 级:第1 叶鞘变黑或第2 叶鞘变褐；7 级:第3 叶鞘出现变褐症状，或植株因发病而发育迟缓或接近死亡；9 级:植株因病死亡。 病情指数计算公式为:

根据病情指数，将苗期抗病性分为5 类:免疫(I)、高抗(HR)、中抗(MR)、感病(S)和高感(HS)，相应病情指数分别为0、0.01 ～10.00、10.01 ～20.00、20.01～30.00 和＞30.00。

1.2.3 基因型检测和遗传连锁图谱构建 于苗期进行取样，提取藁城8901/周麦16 RIL 群体和亲本基因组DNA，在北京博奥晶典生物技术有限公司(http:/ /cn.capitalbio.com/)进行小麦90K SNP 基因芯片检测，检测完毕后对标记质量进行筛选。

RIL 群体遗传连锁图谱构建参照文献[27]。具体步骤如下:第一，利用IciMapping v4.2 软件的BIN 功能将相互之间没有交换的标记分到同一组内，并挑选缺失率最低的标记作为该组的骨架标记；第二，采用JoinMap 4.0 软件的Grouping 功能对骨架标记进行分群；第三，利用MapDisto 1.7 软件的AutoMap 功能对骨架标记进行排序，并计算遗传距离；最后，结合中国春小麦基因组数据(IWGSC RefSeq v1.0，https:/ /urgi.versailles.inra.fr/blast_iwgsc/blast.php)确定每个连锁群所在的染色体。

1.2.4 QTL 分析 利用骨架标记和苗期FCR 病情指数，采用IciMapping v4.2 的完备区间作图法(ICIM)进行QTL 分析。 在P＝0.01 水平下，所有位点2000 次排列检验预测LOD 阈值介于2.0 ～2.5 之间，因此，为保证结果准确性，本研究选择2.5 作为LOD 阈值用于鉴定显著QTL。 不同试验中置信区间有重叠的视作同一QTL，参考中国春小麦基因组物理图谱对本研究定位到的QTL 与已报道QTL 进行比较(IWGSC RefSeq v1.0，https:/ /urgi. versailles. inra. fr/blast _ iwgsc/blast.php)。

1.3 数据分析

采用Microsoft Excel 进行数据统计，采用SAS进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 病情指数方差分析及表型分析

方差分析结果(表1)显示，藁城8901/周麦16 RIL 群体苗期FCR 病情指数在基因型和试验间均在0.01 水平差异显著。 因此，可用于抗病性遗传分析。

表1 小麦苗期茎基腐病病情指数方差分析

表型分析结果(表2)表明，在3 次试验中，周麦16 苗期FCR 病情指数均高于藁城8901，周麦16 表现为高感，藁城8901 表现为感病。 RIL 群体苗期FCR 病情指数均表现为超亲分离，抗性范围为中抗到高感。

表2 小麦苗期茎基腐病病情指数表型分析

2.2 遗传连锁图谱

在RIL 群体中，共有11979 个高质量多态性SNP 标记。 选取3242 个骨架标记构建遗传连锁图谱，标记被分到34 个连锁群中，连锁图谱总长度为3130.3 cM(表3)。 其中，B 染色体组骨架标记数目最多，遗传连锁图长度最长，标记在染色体上的平均密度也最大；D 染色体组骨架标记数目最少，遗传连锁图长度最短，标记的密度也最小。标记在染色体上的平均密度为1.04 个标记/cM。

表3 藁城8901/周麦16 RIL 群体遗传连锁图谱信息

2.3 QTL 定位

对3 次试验及平均值进行QTL 分析，分别检测到3、4、3、4 个QTL，分布在1D(2)、3B(2)、4A(2)、5B(2)、5D、6A(4)和7B 染色体上，解释表型变异的4.42%～11.37%(表4，图1)。

图1 藁城8901/周麦16 RIL 群体苗期茎基腐病抗性QTL 位置图

表4 苗期茎基腐病抗性QTL

4 个QTL 在两次试验中均被检测到。QFCR-S.saas-1DL同时在T3 和均值中检测到，分别解释表型变异的7.06%和5.62%；QFCR-S.saas-4AS同时在T1 和均值中检测到，分别解释表型变异的6.71%和6.84%；QFCR-S.saas-6AS-1同时在T2和T3 中检测到，分别解释表型变异的4.60%和9.42%；QFCR-S.saas-6AS-2同时在T2 和均值中检测到，分别解释表型变异的5.60%和7.73%。位于7BL 染色体上的QFCR-S.saas-7BL解释的表型变异最高，达11.37%。

3 讨论与结论

近年来，随着秸秆还田的实施，土壤中病原菌积累量逐年增加，由此引起的小麦FCR 已逐渐成为黄淮麦区和北部冬麦区主要病害之一，影响遍及河北、山东、山西、河南、安徽、江苏等省份，造成的粮食损失逐年增加[5-7]。 化学防治不仅耗费巨大，而且对环境安全造成严重影响，不利于农业绿色可持续发展，而培育抗病品种是应对FCR 危害最经济有效的措施。 抗病品种的培育不仅需要抗性稳定的抗源用于配制杂交组合，还需要明确的抗病机理指导材料选择。 由于我国小麦FCR 研究起步较晚，尚未发掘到主效抗病基因并广泛应用，抗病品种和种质发掘数目也极少，难以满足育种应用。 因此，继续发掘抗病基因和优异种质，不仅有利于抗病遗传机制解析，还可为聚合育种提供可用材料。

小麦FCR 抗性由多基因控制，前人研究将抗病基因定位在小麦绝大多数染色体上，其中3B和4B 染色体QTL 数目最多，分别有9 个和10个[8-22]。 本研究检测到的14 个苗期FCR 抗病QTL 中，有4 个在两次试验中稳定存在。 其中，3B 染色体上的QFCR-S.saas-3B-1与Pariyar等[19]通过关联分析检测到的显著性标记CAP12_rep_c3868_270 物理位置相距约1 Mb，可能为同一位点。 1DL 染色体上检测到的QFCR-S.saas-1DL，与Collard[9]、Bovill[11]、Martin[17]、周淼平[18]等在该染色体上检测到的QTL 位置不一致；此外，6A 染色体上两个稳定存在的QTL 位置也与Yang[21]、Rahman[22]等报道的位点不一致，还需做进一步研究。

江苏太湖地区农业科学研究所以高感赤霉病的小麦品种阿夫与中感赤霉病品种台湾小麦杂交，于20 世纪70年代初育成赤霉病抗性超亲的高抗品种苏麦3 号[28]。 本研究中，用感和高感FCR 创建的RIL 群体中，部分家系FCR 抗性水平达到中抗，说明基因重组、累加、互作，严格选择和鉴定杂种后代，有可能育成超亲抗病新品种。 程顺和等[29]认为避开丰产性差的抗源的应用，重视丰产性好、不高感赤霉病的亲本间配组，把抗赤霉病育种作为大面积丰产育种的一部分，并提出用中感到中抗的丰产亲本材料进行配组取代赤霉病抗性好但丰产性很差的亲本，在后代鉴定筛选时，针对丰产性的同时进行赤霉病抗性选择，以解决丰产与赤霉病抗性之间的矛盾。 在今后小麦抗FCR 育种中也应兼顾抗性和丰产性。