李式昭，杨漫宇，涂 洋，朱华忠，郑建敏，万洪深，刘泽厚，罗江陶，杨恩年，伍 玲

（四川省农业科学院作物研究所/农业农村部西南地区小麦生物学与遗传育种重点实验室/粮油作物绿色种质创新与遗传改良四川省重点实验室，成都 610066）

由条形柄锈菌小麦专化型（Pucciniastriiformisf.sp.tritici）引起的小麦条锈病是一种小麦真菌病害，在全世界范围内严重威胁小麦生产和粮食安全[1-2]。中国是世界上最大的小麦条锈病独立流行区，特别是1950、1964、1990、2002 和2017年的5 次条锈病大流行，发生面积均超过550 万hm2，损失小麦共计138亿kg，严重影响我国小麦生产安全[3-4]。

四川盆地位于我国西南，是中国小麦主产区之一，同时也是小麦条锈菌重要的“冬繁区”，病菌能以夏孢子和菌丝状态在病叶上或病叶里越冬；盆地西北高寒山区还是条锈菌越夏的重要基地，同时也是条锈菌新小种的策源地之一[5]。条锈病不仅引起四川本省的小麦产量损失，而且还为中国小麦主产区提供大量春季流行的初侵染来源，四川盆地输出的条锈病菌源量和菌源群体结构对我国小麦条锈病的大区流行有关键影响[6-7]。从2012年开始，条锈病CYR34 生理小种逐渐成为我国西南麦区条锈病优势小种，对西南主要抗条锈病基因Yr26和Yr10均具联合毒性，导致川麦CH42系、贵农系和92R系等育种材料抗条锈性丧失，对小麦生产造成重大损失[4,8]。因此，从四川这个条锈病源头上监测条锈菌生理小种变化和控制小麦条锈病传播就成为确保我国黄淮海小麦主产区粮食安全的关键。

小麦抗条锈病近等基因系能排除遗传背景干扰，是病原菌生理专化研究、抗病机制研究、抗病基因推导分析和标记定位的重要遗传材料；采用近等基因系作为鉴别寄主，可直接监测条锈病菌的变化，还能对相应抗病基因进行验证。澳大利亚悉尼大学植物育种研究所自20世纪80年代起开展小麦抗条锈病近等基因系的构建工作。这套近等基因系是以感病春麦品种Avocet S 作母本，分别与其他含抗小麦条锈病基因的供体亲本杂交，并以Avocet S 为轮回亲本进行连续回交和筛选鉴定育成[9]。研究表明[10-11]，以Avocet S为背景的小麦条锈病近等基因系材料基本涵盖了世界和中国小麦生产上重要的抗条锈病基因，可有效区分条锈菌小种毒性，且能据此推导其病原菌小种的毒性基因，已成为当前国际上通用的研究手段，利用该套近等基因系可以直观监测抗条锈病基因的有效性。同时，在小麦生产上，我国小麦育种家在过去几十年中已选育出许多优良抗条锈病小麦品种，并发挥了重要作用，但这些品种的抗性多为单基因抗性，随着品种的推广应用，条锈病原菌新优势小种群体得以爆发式哺育增长，导致品种在生产上应用较短时间后丧失原有抗性[12]，监测病原菌的组成及变化，可以及时提醒育种家改变抗病基因的使用思路，已成为当前小麦抗病育种的重要需求。因此，利用条锈菌生理小种鉴别寄主对病菌群体的小种组成和变化进行动态监测，不仅能够预测条锈病的流行趋势，而且对发掘抗病基因资源、培育小麦抗病新品种均具有重大意义。

本研究通过人工接种四川优势条锈病混合菌系和田间自然诱发相结合的方式，在2014—2022年连续9年对以Avocet S 为背景的小麦抗条锈病近等基因系进行条锈病抗性跟踪鉴定评价，以了解其年度间抗条锈性变化和相应抗条锈基因的有效性，从而预测病害的发生和流行，为四川小麦抗条锈病育种和品种合理布局提供科学指导。

1 材料和方法

1.1 试验材料

人工接种的条锈病混合菌系采集自四川省不同生态区、不同海拔及不同小麦品种上自然侵染的叶片，包含CYR34、CYR32、CYR33、水源类型以及贵农类型，由四川省农业科学院植物保护研究所提供。以Avocet S为背景的小麦抗条锈病近等基因系材料来源于国际玉米小麦改良中心（CIMMYT），共28份，详见表1。当地感病对照暨诱发行川育12和SY95-71由四川省农业科学院作物研究所提供。

表1 小麦抗条锈病近等基因系和所携带的抗条锈基因Table 1 Wheat stripe rust resistance near-isogenic lines (NILs) and their genotypes

1.2 田间抗性鉴定

所有抗病鉴定材料于2014—2022年连续9年在四川省农业科学院郫都区基地和新都基地进行成株期抗条锈病鉴定。播种采用条播方式进行，行长1.5 m，行距0.27 m，每份材料单粒播种，每行定植15 株。条锈病诱发行播于病圃四周及2 个小厢之间的竖行，种植川育12 和SY95-71 的混合系，此外每隔10行另增设诱发行1行。

参考LI Z.F.[13]、WU L.[14]等方法，小麦分蘖期时在诱发行上人工接种四川优势条锈病混合菌系，调查指标为每份近等基因系材料的最终病害严重度（final disease severity，FDS)，待川育12 和SY95-71的混合系FDS达90%以上时，开始对供试材料进行成株期抗病性调查。调查方式为逐行低头慢步踏查和蹲下细查方式相结合，并参考小麦条锈病测报技术规范（GB/T 15795—2011），未发病的健康叶片记为“0%”，采用13个等级（0%、1%、5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%和100%）进行记载。FDS≤40%则认为属于抗病类型，FDS≥50%属于感病类型。

2 结果与分析

2.1 小麦抗条锈病近等基因系在2014—2022年的综合表现

28份小麦抗条锈病近等基因系在2014—2022年的监测结果如表2所示。由于郫都区试点和新都试点田间生态气候条件不同，为避免条锈菌在单点发病不充分，鉴定材料的田间抗性表现存在轻重不一致之处，以2点中最重的结果为准。

表2 2014—2022年小麦抗条锈病近等基因系在四川的有效性Table 2 Resistance to stripe rust of 28 resistance NILs in Sichuan Province%

2014—2022年连续9年，该套近等基因系对条锈病的抗性表现基本稳定，是适合的小麦条锈菌鉴别寄主。其中，对四川条锈菌优势小种一直表现抗病的基因（系）仅有3份，占10.7%，分别为：Yr5、Yr15和PBW343；表现感病的基因（系）有13 份，占46.4%，分别为：AOC-YRA、AOC+YRA、Yr1、Yr6、Yr7、Yr8、Yr9、YrSP、YrCV、Yr28、Yr29、Yr31和AOC-Null；抗性表现不稳定的基因（系）有12 份，占42.9%，分别为：Yr2、Tatara、Yr10、Yr17、Yr18、Yr24、Yr26、Yr27、Pavon、Seri、Opata和SuperKauz。

2.2 抗病基因（系）的表现

Yr5、Yr15和PBW343这3 个抗条锈基因（系）在2014—2022年连续9年的条锈病最终病害严重度（FDS）均≤40%，且Yr5的FDS 常年保持在0%～1%，Yr15的FDS 保持在0%～5%（图1），这表明上述抗条锈基因（系）对四川优势条锈病混合菌系一直持续表现抗性，是四川省有效的抗病基因，特别是抗条锈基因Yr5和Yr15的FDS 一直保持在很低水平，可在条锈病抗病育种中进一步加以利用。

图1 2014—2022年小麦抗条锈病近等基因系抗病基因（系）表现Figure 1 Resistance genes (lines) of NILs resisting wheat stripe rust in 2014—2022

2.3 感病基因（系）的表现

AOC-YRA、AOC+YRA、Yr1、Yr6、Yr7、Yr8、Yr9、YrSP、YrCV、Yr28、Yr29、Yr31和AOC-Null这13个抗条锈基因（系）在2014—2022年连续9年的条锈病最终病害严重度（FDS）均≥50%，且AOC-YRA、AOC+YRA、Yr6、Yr9、Yr31和AOC-Null的常年FDS均为100%，感病程度最重（其中AOC-Null为Avocet S，为该套近等基因系材料的轮回亲本，通常作为感病对照处理）；其余基因（系）中，YrSP和Yr29的FDS 保持在50%～100%，Yr1和Yr28的FDS 保持在60%～100%，Yr7、Yr8和YrCV的FDS 保持在80%～100%（图2）。这表明上述抗条锈基因（系）对四川优势条锈病混合菌系几乎一直表现感病，可认为其抗性在四川省已失效，不仅在今后的条锈病抗病育种中应避免单独使用，在生产上也应尽量降低含有这些基因的小麦播种面积。

图2 2014—2022年小麦抗条锈病近等基因系感病基因(系)表现Figure 2 Susceptible genes (lines) of NILs resisting wheat stripe rust in 2014—2022

2.4 抗性不稳定基因（系）的表现

Yr2、Tatara、Yr10、Yr17、Yr18、Yr24、Yr26、Yr27、Pavon、Seri、Opata和SuperKauz这12 个抗条锈基因（系）在2014—2022年连续9年的条锈病最终病害严重度（FDS）在年度间存在差异，抗性表现不稳定。其中Yr10、Pavon、Seri、Opata、SuperKauz和Yr17的FDS 常年保持在1%～50%、10%～90%、20%～80%、1%～90%、1%～80%和20%～90%，且9年中有6～8年的FDS≤40%（图3），尚有一定抗性；而Yr24、Yr26、Yr27、Yr2和Yr18的FDS 常年保持在20%～100%、30%～100%、10%～100%、40%～100% 和30%～90%，且9年中仅有1～2年的FDS≤40%（图3），抗性可认为已基本丧失。对这类抗性表现不稳定的基因（系），应持续加强后续监测，明确这些基因在中国小麦生产品种上的分布状况，提早进行品种的合理布局和必要的品种更替。

图3 2014—2022年小麦抗条锈病近等基因系抗性不稳定基因（系）表现Figure 3 Unstable genes (lines) of NILs resisting wheat stripe rust in 2014—2022

2.5 四川条锈病抗性基因有效性的变化趋势

从本研究监测中可发现，在四川应用非常广泛的抗条锈基因Yr26[7,15-16]在2014年还保持对条锈病的抗性，但从2015年开始直至2022年，试验连续8年表现感病，这与以条锈菌CYR34生理小种为代表的贵农22 致病类群（G22）从2014年开始在四川大流行的结果[4,8]是相吻合的。同时，本研究（表2）还发现，2014—2022年9年间，四川省小麦生产上的条锈菌生理小种组成出现过多次明显变化：如2014—2015年，Tatara、Yr26和Yr27由抗病转为感病，Pavon、Seri则由感病转为抗病；2017—2018年，Yr18、Yr24由感病转为抗病；2019—2020年，Yr2、Yr18和SuperKauz由抗病转为感病，Tatara则由感病转为抗病；2020—2021年，Yr10由抗病转为感病，Yr2、Opata和SuperKauz则由感病转为抗病。结合四川省区试郫县点条锈病观察试验（表3）也可看出，2014—2015年，原区试对照绵麦37 对条锈病抗性由抗病转为感病，2016年起即采用对照绵麦367 代替；2019—2020年，对照绵麦367 也由抗病转为感病，之后又采用川农32 作为新区试对照。在生产上，从2020年起，四川省大面积推广品种川麦104及其衍生品种在四川部分地区也开始表现出感病趋势，这些近等基因系和生产品种的条锈病抗性变化都表明当前四川条锈病菌毒性还在不断进行着变异演化，相应条锈病抗性基因的有效性也随之发生变化，总的来说，有效的抗病基因有不断减少的趋势，目前仅有Yr5和Yr15对四川优势条锈病混合菌系一直持续表现较强抗性。

表3 2014—2022年四川省区郫都区试点对照品种条锈病表现Table 3 Performance of stripe rust in check varieties of Pidu point in Sichuan provincial wheat trial during 2014—2022

3 讨论

本研究采用了以澳大利亚春性品种Avocet S为背景的近等基因系作为条锈病鉴别寄主，总的来说2014—2022年共9年间该近等基因系对条锈病的抗性基本稳定，适合在四川省内对条锈病进行监测，且当前国际上也多倾向于使用该套鉴别寄主来检测和鉴定条锈菌的毒性变异。由于中国小麦条锈病的毒性极其丰富多样，且变异十分频繁[17-18]，因此，引进该套近等基因系，能更好满足中国小麦条锈菌群体毒性研究的需要。尤其是该材料以NILs为基础，除了抗条锈基因差异外，其余遗传背景和所有特性均保持一致，可以大大提高育种家进行抗条锈病育种的有效性和针对性。

本研究发现抗条锈基因Yr5和Yr15对四川优势条锈病混合菌系一直持续表现抗性，是四川省有效的抗病基因。Yr5基因来源于斯卑尔脱小麦T.speltaalbum，Yr15来源于四倍体野生二粒小麦T.turgidumdicoccoides，分别定位于2BL 和1BS 染色体[19]，但其在国内小麦抗病育种中却并未被广泛应用[20-21]，推测其原因可能与载体品种的丰产性和农艺性状较差，难以转育利用有关。近年来，我国西南麦区已开始加快对这2个抗病基因的转育和亲本改良，目前已有品种应用于小麦生产实践。如张华等[15]对153份四川小麦主推品种和后备品系的抗病基因进行分子检测，发现川麦87、绵麦161、绵麦319 等12 份材料可能携带Yr5；川麦83、川农38、绵麦903等12份材料可能携带Yr15。习玲等[7]对78份四川小麦育成品种（系）进行条锈病抗性鉴定与抗条锈病基因分子检测，发现西科麦557、蜀麦1829、绵麦835 等5 份材料可能携带Yr15。周军等[16]对贵州、四川等省242 份小麦品种（系）进行成株期抗条锈病鉴定及分子标记检测，发现供试材料中有52份含有Yr5基因，21 份含有Yr15基因。今后，可在小麦育种中加强利用上述携带Yr5和Yr15基因的品种或材料，当然，也要防止过度地单一使用这2个抗病基因，可以聚合其他抗病基因或微效基因再进行育种改良。

本研究发现抗条锈基因Yr1、Yr6、Yr7、Yr8、Yr9、YrSP、YrCV、Yr28、Yr29和Yr31表现感病，Yr2、Yr10、Yr17、Yr18、Yr24、Yr26和Yr27的抗性表现不稳定，然而当前我国生产上使用的主要抗条锈基因仍是来源于川麦CH42 系、贵农系和92R 系的抗源，Yr9、Yr17、Yr24、Yr26和Yr29被大面积推广应用，检测频率很高[7,15-16,20-21]，这将导致我国小麦生产群体中抗条锈病基因的多样性和安全性降低。针对这些基因，我们认为其不具有单独使用价值，宜通过基因聚合后再进行利用。值得关注的是，Yr基因组合利用对条锈菌有非常好的抗性效果[7,15,22]。在目前有效抗病基因数量有限的情况下，通过基因聚合培育高水平的持久抗病品种，或是利用抗病品种（基因）合理进行时空布局，是提高小麦抗病基因利用效率[22]的有效途径。

四川盆地是中国小麦条锈菌重要的“冬繁区”，同时川西北高寒山区还是条锈菌的越夏基地和新小种策源地之一[5]，四川小麦的条锈菌监测和条锈病控制策略在全国具有至关重要的作用。为减少向东部麦区传播的春季输出菌源，四川小麦品种最好应具备苗期抗性（使用全生育期抗性基因），且所用的主效Yr基因应尽量避免在越夏易变区扩繁应用，同时，还要持续做好抗病基因聚合和合理时空布局工作。因此，对条锈菌进行病情监测和评估是一项应该长期坚持的工作，这将为保障我国小麦安全生产提供关键的技术支撑。