白斌，张怀志，杜久元✉，张晓洋，何瑞，伍玲，张哲，张耀辉，曹世勤，刘志勇✉

1 甘肃省农业科学院小麦研究所，兰州 730070；2 中国科学院遗传与发育生物学研究所/种子创新研究院，北京 100101；3 湖南农业大学苎麻研究所，长沙 410128；4 四川省农业科学院作物研究所，成都 610066；5 华中农业大学植物科学技术学院，武汉 430070；6 天水市农业科学研究所，甘肃天水 741000

0 引言

【研究意义】条锈病是中国小麦生产中重要病害之一，自1950—2019 年已发生5 次大流行[1-2]，期间还有多次中等及以下程度流行。据统计，1987—2018年，因条锈病造成小麦产量损失的28.81%[2]。西北越夏菌源区的甘肃陇东和陇南区域是中国小麦条锈菌最重要的越夏区和小种易变区[1,3]。其中，陇南区域（包括天水市和陇南市）由于地理环境特殊，又形成条锈菌越冬区（低海拔河谷地带）和越夏区（半山区和高海拔冷凉区），为条锈菌周年循环提供了有利条件，使该区域成为中国小麦条锈病核心越夏菌源区[4-5]、常发流行区和新小种发生区[1,6]。此外，近年发现陇南广泛生长的转主寄主小檗也为新小种产生和条锈菌有性生殖提供了条件[7]。自1950s 以来，陇南区域新小种的不断出现和流行，导致7 批小麦品种条锈病抗性丧失和病害流行[8-9]，近期，如2020 年全国小麦条锈病中度流行和2021 年黄淮海麦区较大范围流行，对小麦生产及国家粮食安全造成严重威胁。培育抗病品种始终是控制条锈病最经济、有效和环保的措施，也是中国西北越夏菌源区小麦条锈病控制的首要任务。但由于该区域条锈菌小种的毒性不断变异和强毒性菌系出现，品种抗病性极易丧失。自1950s 起，CYR1、CYR10、CYR17、CYR18、CYR19、CYR23、CYR25、CYR29、CYR31 和CYR32 等优势小种不断更替与流行[8]，导致多个抗病基因（如Yr1和Yr9）、抗源（如洛类和繁6 等）和品种丧失抗性；2009 年，在甘肃发现新的致病性小种CYR34[10]，导致Yr10、Yr24/Yr26/YrCH42及贵农22 和南农92R 血缘品种抗病性丧失[11]。在2017—2018 年甘肃麦区条锈菌小种群体中，CYR34及G-22 其他类型的小种频率为50.4%以上，占该区域的第一位；CYR32 的频率为13.4%—15.2%，居第二位；新的中四致病类型频率占2.9%—7.4%，呈上升趋势[12]，CYR34 已成为西北越夏菌源区主导流行小种[10]。目前，除了Yr5和Yr15等少数几个主效抗条锈病基因抗CYR34 及其他小种外，育种中可利用的有效抗病基因或抗源越来越少。【前人研究进展】多年生产实践证明，利用单一主效基因育成的高抗至免疫品种极易丧失抗病性，历史上曾大量利用的小麦-黑麦1BL-1RS 易位系，如洛夫林13 和山前麦等抗源，因携带Yr9/Lr26/Sr31/Pm8，且配合力好被广泛用作抗病亲本，导致20 世纪80—90 年代育成的品种抗病基因普遍单一，大面积推广后很快就丧失了抗病性[13]；21世纪初甘肃陇南育种中利用92R137（含Yr26）育成的兰天17 号、兰天24 号、兰天30 号、天选52 等品种，在生产中推广不到4 年就彻底丧失了抗病性。因此，选育抗条锈病基因聚合品种、进行不同抗条锈病基因的品种布局、实现抗条锈病基因/抗源多样化利用是有效持续控制西北越夏菌源区小麦条锈病的重要策略[13]，也是目前及今后培育具有持久抗病性品种的新要求。为了实现对陇南区域小麦条锈病的有效控制，自1991 年起，甘肃省小麦育种工作者大量引进国内外抗源材料，建立抗条锈病基因库[14-15]。在育种中利用多种类型抗条锈病基因，进行抗病基因布局，通过提高生产品种抗条锈病基因遗传多样性以实现该区域的条锈病持续控制[6]。经过近二十年的努力，利用多个国外抗条锈病基因载体品种和抗源（如Flanders、Ibis、Mega、Holdfast、Long Bow、Cappelle Desprez、Dippes Ttriumph、德国2 号、Mo(s)311 等），国内抗源中间偃麦草后代中三和中四，及陇南农家种白大头和武都白茧儿、小黑麦、三属麦1 号等作为亲本育成了兰天、天选和中梁等系列抗病品种[10,16-17]，并通过航天诱变筛选出兰航选121 等抗病新品种[18]，为陇南小麦条锈病的遗传多样性控制奠定了基础。评价抗源亲本与生产品种的抗病性，解析其携带的抗病基因或基因组合，是抗病育种中合理利用抗病基因提高品种持久抗性的前提，也是一项需要长期坚持的工作。韩德俊等[9]对“西北-华北-长江中下游”条锈病流行区系小麦品种（系）抗条锈病性进行鉴定和评价，发现陇南区域40%小麦品种表现成株期抗病，15%品种（系）表现苗期抗病；通过对1 980 份小麦地方品种和国外种质进行抗病性鉴定与评价，还筛选出50 余份具有不同抗病特征的抗源材料[19]；王吐虹等[20]利用条锈菌鉴别寄主对陇南40 个品种进行抗条锈病基因推导，发现甘肃生产品种中抗条锈病基因以Yr9、Yr24和Yr26为主；黄亮等[21]利用分子标记对79 个黄淮主产区小麦品种进行抗条锈病基因检测，发现携带Yr5、Yr10、Yr18、Yr26和Yr9的比例分别为5.1%、10.1%、3.8%、1.3%和44.3%；2018 年，徐晓丹等[22]利用SSR 标记对22 份中国小麦生产主栽品种进行已知抗条锈病基因检测，发现部分品种含有Yr1、Yr10和Yr24等基因；管方念等[23]对152 份黄淮海麦区小麦农家种进行抗条锈性评价，发现主要含有Yr18和Yr81，少数品种含有Yr41和Yr48，部分品种含有基因聚合体；曹世勤等[24]对陇南天选系品种进行抗锈性分析与基因推导，发现天选系品种可能含有Yr10+YrMoro和Yr26等基因，对部分中梁系列品种进行分子标记检测，发现中梁26 和中梁27 含有Yr9，中梁29 号含有Yr26。【本研究切入点】目前对西北越夏菌源区小麦育种中抗条锈病基因利用的系统性分析尚未见报道。【拟解决的关键问题】本研究针对中国条锈病西北越夏菌源区甘肃省近20年小麦育种和生产品种（系）进行苗期和成株期抗病性表型鉴定，并利用分子标记检测，分析该区域小麦品种（系）的条锈病抗性和已知抗条锈病基因的利用情况，为菌源区育种家培育持久抗病性品种、进一步实施以“多种抗病基因利用”和“抗病基因布局”为主的利用品种遗传多样性控制陇南小麦条锈病策略提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

对近20 年甘肃陇南区域生产中推广的冬小麦品种和育成新品系（80 个）、陇东区域生产中推广冬小麦品种（系）（37 个，附表1）进行条锈病表型和已知抗条锈病基因检测分析。此外，还包括已知抗条锈基因载体材料20 份，包括AvSYr5 NIL、T.Speltaalbum（Yr5）、AvSYr9 NIL、AvSYr10 NIL、AvSYr15 NIL、AvSYr17 NIL、Jupiteco R、AvSYr26 NIL、AvSYr28 NIL、AvSYr29 NIL、Opata 85（Yr27和Yr30）、RIL 65（Yr36）、CN19（Yr41）和RL6077（Yr46）等作为抗条锈病基因分子检测的阳性对照，从中国农业科学院植物保护研究所引进和繁殖[25]，周麦22（YrZH22）和周8425B（YrZH84）引自中国农业科学院作物科学研究所，感病对照品种铭贤169 由甘肃省农业科学院小麦研究所收集和繁殖。

1.2 条锈菌小种

苗期抗病性温室鉴定所用的条锈菌致病小种为CYR33 和CYR34，田间成株期抗病性鉴定所用的致病性小种的混合比例依据 2019—2020 年和2020—2021 年种植季甘肃陇南区域自然发病中主要小种发生频率进行混合，其中，CYR34 为20%—30%，Gui22-1 约为50%，CYR32 约为19%，CYR33 约为5%，ZS 类型约为10%[12]，由甘肃省农业科学院植物保护研究所提供。

1.3 苗期抗病性鉴定

2021 年1 月在甘肃省农业科学院植物保护研究所玻璃温室进行苗期抗病性鉴定。将材料播种于直径8.0 cm、高10.0 cm、装有土壤的圆形塑料盒中，每塑料盒种4 个品种（系），每份材料种8 粒左右，浇水后覆盖蛭石（厚度约1 cm），覆盖塑料膜进行保湿保温以提高出苗率，所有材料均种植2 次重复。待所有材料出苗至第一叶伸展后，分别接种致病性小种CYR33和CYR34。接种方法：将新鲜的锈菌孢子溶于水中，并滴入0.001%的吐温溶液（Tween 80），混匀后均匀喷洒在小麦叶片上，进行黑暗保湿（10—15 ℃）24 h后，转入温室继续生长15—20 d（15—20 ℃、光照16 h/d），待感病对照品种铭贤169 充分发病后进行抗病性鉴定。按照国家标准（NY/T2953—2016）《小麦区域试验品种抗条锈病鉴定技术规程》的0—4 级标准记载侵染型，0—2 为抗病类型，3—4 为感病类型，共调查3 次，以最高反应型为最终抗性鉴定结果。

1.4 成株期抗病性鉴定

2019—2020 年和2020—2021 年分别对种植在甘肃省农业科学院小麦研究所清水试验站和四川省农业科学院郫都区试验地的材料进行成株期抗病性鉴定。每个品种（系）播种2 行，行长1.5 m，每隔10 个品种（系）种2 行高感诱发品种晋麦47（甘肃）或铭贤169（四川），2 次重复。在小麦拔节期对诱发品种接种混合小种，在诱发品种充分发病时进行成株期抗病性鉴定，6 月上、中旬为甘肃清水小麦条锈病盛发期，3 月下旬和4 月初为四川郫都区小麦条锈病盛发期。记载各品种（系）的反应型和最大严重度（maximum disease severity，MDS），反应型记载方法和苗期记载方法相同，严重度按叶面病斑面积占总叶面积的百分比计算[26]。

1.5 分子标记检测分析

利用已知抗病基因Yr5[27-29]、Yr9[30]、Yr10[31-32]、Yr15[33-34]、Yr17[35]、Yr18[36]、Yr26[37]、Yr28[38]、Yr30[39-40]、Yr36[41]、Yr41[42]、Yr46[43]、YrZH22[44]和YrZH84[45]的分子标记进行检测（附表2）。DNA 引物由上海生工生物工程有限公司合成。标记检测试验于甘肃省农业科学院小麦研究所与华中农业大学植物保护学院实验室完成（KASP 标记、Yr29的分子标记CLV46G22 和CLV46 检测），利用试剂盒（天根生化科技（北京）有限公司）提取小麦叶片基因组总DNA，并用1.0%琼脂糖凝胶和微量分光光度计（NanoDrop 2000，Thermo Scientific）检测DNA 的完整性及浓度。PCR反应体系为10 μL Taq mix（天根生物科技有限公司）、DNA 1.0 μL（浓度10.0 ng·μL-1），以及引物各1.0 μL（1 μmol·L-1)。PCR 产物经1.0%—2.0%琼脂糖凝胶电泳、8%—10%聚丙烯酰胺凝胶电泳进行检测，拍照。

2 结果

2.1 品种条锈抗病性评价

2.1.1 苗期抗病性 苗期抗病性鉴定结果表明，117个供试品种（系）中有82 个品种（系）对CYR33 表现抗病，但只有7 个品种（系）对CYR34 表现抗病（附表1）。其中，陇南区域的80 个品种（系）中，67 个品种（系）抗CYR33，占所有供试品种（系）的57.3%，如，兰天15 号、兰天18 号—兰天23 号、兰天25 号—兰天29 号、兰天31 号—兰天52 号、兰天131—兰天653 中的大部分品种、兰航选01、兰航选121、兰航选196、兰航选151、天选45—天选58、中梁31 号—中梁49 号；13 个品种（系）表现感病，如，兰天11 号、天选44 号、武都16、Libellula、N.Strampelli 等。陇东区域的37 个品种（系）中，15 个品种（系）表现抗CYR33，占所有供试品种（系）的12.8%，主要为2015 年后育成的兰天134、兰天575、兰天538、兰航选271、陇紫麦2 号、陇麦079、陇麦479、陇鉴107、陇鉴108、陇鉴110 等品种（系）（图1-A 和附表1）。对强毒性CYR34 致病小种的抗性，陇南区域品种（系）中仅有2015 年后育成的兰天36号、兰天42 号、兰天44 号、兰天45 号、兰天131、兰天206、天选66 号共7 个品种（系）系表现抗病，占所有供试品种（系）的6.0%。陇东区域的小麦品种（系）则对CYR34 全部感病（图1-B 和附表1）。

图1 甘肃陇东、陇南区域冬小麦品种（系）苗期对条锈菌CYR33（A）和CYR34（B）的抗病性Fig.1 The stripe resistance to CYR33(A) and CYR34(B) at seedling-plant stage in winter wheat of Eastern and Southern Gansu

通过对陇东和陇南区域不同年份育成的冬小麦品种（系）进行抗病性分析，发现抗CYR33 品种（系）数量自2005 年至2021 年呈明显增加趋势（图2）。其中，1990—2005 年的供试品种（系）中，仅有4个表现抗病，且均为陇南区域的品种；2006—2015年审定的品种（系）有32 个表现抗病，2016—2021年审定的品种（系）有46 个表现抗病。而对CYR34小种，抗病品种（系）主要为2011 年以后育成的品种（系）。总之，甘肃省育成的冬小麦品种（系）苗期表现抗条锈病的品种数量自2005 年以来呈明显的增长趋势（图2），表明育种家重视抗条锈病基因资源利用。

图2 不同年份育成品种苗期对致病性小种CYR33 和CYR34抗性表现Fig.2 The stripe resistance to CYR33 and CYR34 of cultivars released in different years

2.1.2 成株期抗病性 117 个供试品种（系）中，成株期表现抗病（反应型为0—2）的品种共34 个，占比29.1%，其余品种（系）均有不同程度的感病（反应型为3—4）性状。其中，陇南区域的80 个品种（系）中，30 个成株期表现抗病（反应型为0—2），占比37.5%，主要为兰天15 号、兰天18 号、兰天22 号、兰天23 号、兰天26 号、兰天31 号、兰天33 号、兰天34 号、兰天36 号、兰天37 号、兰天43 号、兰天44 号、兰天45 号、兰天132、兰天653、兰天538、兰大211，兰天215、兰天196、兰天206、兰航选151、兰引1 号（Pascal），以及天选62 号、天选63 号、天选65 号、天选66 号、中梁38 号、中梁42 号、中梁46 号、中梁47 号、中梁49 号等。50 个感病品种（系）（反应型为3—4）中，有30 个品种平均严重度低于20%，占比60.5%，表现为慢病性或持久抗性，如兰天14 号、兰航选01、兰航选121（青麦9 号）、Libellula 和N.Strampelli 等，仅有11 个品种严重感病（平均严重度＞50%）。陇东区域推广的37 个品种（系）中，仅有4 个品种在成株期表现抗病（反应型为0—2），占比10.8%，主要为2015 年后育成的兰天133、兰天134、兰天575 和兰航选271；33 个感病品种（系）中，仅有陇鉴系列的5 个品种表现低严重度（严重度＜20%），如陇鉴108、陇鉴110、陇鉴111、陇鉴114 和陇鉴115，其余品种（系）均表现严重感病。

1990—2010 年陇南区域引进和育成的26 个品种（系）中，成株期表现抗病的品种有6 个，占比23.1%，严重感病的品种有7 个（严重度＞30%），其余品种表现低严重度（5%—20%），如Libbellula、N.Strampelli和兰天14 号均表现成株期持久抗性；2010 年后育成的54 个品种（系）中，24 个品种表现成株期抗病（反应型为0—2），占比44.4%。而陇东区域2010 年之前育成的品种全部感病（反应型为3—4），2010 年后育成品种中成株期表现抗病的有4 个，占比17.4%。总之，无论是陇南还是陇东区域，2010 年后育成的抗病品种比例明显较之前提高，说明近10 年来甘肃省冬小麦抗条锈病育种取得了重要进展，且陇南地区抗病育种成效更加显著（图3）。

图3 陇东和陇南区域不同年份育成品种田间成株期条锈病抗性表现Fig.3 Adult plant stripe rust resistance of wheat cultivars in Southern Gansu and Eastern Gansu

2.2 抗条锈病基因

2.2.1 苗期抗条锈病基因 结合分子标记检测、系谱分析和抗病性鉴定结果，在117 个供试品种（系）中均未检测到Yr5和Yr15。58 个品种（系）含有Yr9，占49.6%，其中，陇东和陇南品种中携带Yr9的比例分别为48.8%和51.4%。检测到含有Yr10的品种仅有天选50 号和陇鉴117，占比1.7%，其含有的Yr10可能来自2 个品种的国外抗病亲本FUNDLEA900 和1R15；有15 个品种含有Yr17，占比12.8%，全部为陇南区域的品种（系），分别是兰天21 号、兰天26号、兰天27 号、兰天132、兰天538、兰天196、兰天206、兰航选01、兰航选121、天选47 号、天选66 号、天选70 号、中梁32 号、中梁46 号和武都22。另有15 个品种含有Yr26，占比12.8%，分别为兰天17 号、兰天24 号、兰天30 号、兰天35 号、兰天37号、兰天40 号、天选43 号、天选48 号、天选49号、天选51 号、天选52 号、天选57 号、天选58号、天选59 号和天选60 号。24 个品种（系）含有Yr28，占比20.5%，其中，陇南区域的品种16 个，如兰天19 号、兰天20 号、兰天27 号、兰天31 号、天选45 号、天选46 号、中梁48 号、中梁49 号等品种（系），陇东区域的品种8 个，如兰天134、兰天575、西峰27 号、陇育5 号等品种（系），分别占陇南和陇东品种（系）的20.0%和21.6%。仅有3 个品种可能含有Yr41，如兰天15 号、兰大211 和天选66号（附表1）。

2.2.2 成株期抗条锈病基因 在117 个品种中，9 个品种检测到含有持久多抗基因Yr18/Lr34/Sr57/Pm38，全部为陇南地区品种，分别是兰天11 号、兰天12 号、兰天14 号、兰航选01、天选44 号、天选45 号、武都17 号、Libellula 和N.Strampelli；有12 个品种检测到含有持久多抗基因Yr29/Lr46/Sr58/Pm39/Ltn2，占比10.3%，其中，陇南区域11.3%的品种含有该基因，分别是兰天27 号、兰天31 号、兰天131、兰天215、天选50 号、天选58 号、中梁31 号、中梁32 号和兰引1 号（Pascal），陇东区域8.1%品种中含有该基因，分别是陇鉴108、陇鉴110 和陇鉴114；有40 个品种（系）携带另一个持久多抗基因位点Yr30，占比34.2%，其中，陇南品种（系）中有该基因的占比32.5%，分别是兰天15 号、兰天19 号、兰天20 号、兰天26号、兰天29 号、兰天33 号、兰天34 号、兰天37 号、兰天43 号、兰天132、兰天538、兰天653、兰天211、兰航选01、兰航选121、兰天196、兰航选151、兰天206、天选54 号、天选60 号、天选70 号、中梁38号、中梁42 号、中梁46 号、中梁47 号和中梁49 号；陇东区域有37.8%的品种（系）中可能含有Yr30，分别是兰天9 号、兰天10 号、兰天133、兰天134、兰航选271、陇麦079、陇麦479、平凉45 号、陇鉴107、陇鉴108、陇鉴110、陇育1 号、陇育2 号和陇育5号。陇南区域17 个品种（系）中检测到Yr46，占比21.3%，分别是兰天20 号、兰天26 号、兰天27 号、兰天29 号、兰天31 号、兰天52 号、兰天215、兰天206、天选43、天选48 号、天选49 号、天选58 号、天选65 号、天选70 号、中梁31 号、中梁32 号和N.Strampelli，陇东区域的兰天134、兰天575 含有Yr46，占比5.4%，系谱分析表明含有Yr46的品种（系）多为利用国外抗源或远缘材料作为抗病亲本选育而成。在所有供试品种（系）中均未检测到高温成株抗条锈病基因Yr36。

此外，陇南地区16 个品种（系）含有来源于周麦22、周8425B 及其他抗源的抗条锈病基因YrZH22，分别为兰天33、兰天34、兰天37、兰天39、兰天43、兰天44、兰天45、天选54、天选65、天选70、中梁38、中梁42、中梁47 和中梁49 等，陇东区域的品种中仅兰航选271 检测到含有YrZH22。陇南区域28 个品种中检测到YrZH84，分别是兰天15 号、兰天18号、兰天26 号、兰天33—兰天39 号、兰天43 号—兰天45 号等、天选60 号、天选63 号—天选65 号、中梁31 号—中梁42 号等，陇东地区仅4 个品种检测到YrZH84，分别是兰天133、兰天575、陇鉴115 和陇鉴117（图4 和附表1）。

图4 抗条锈病病基因在117 个陇南和陇东区域的小麦品种（系）中的分布Fig.4 The distribution frequency of stripe rust resistance genes in 117 wheat cultivars and lines released in the regions of Southern Gansu and Eastern Gansu

通过对不同时期育成品种中抗条锈病基因利用情况进行分析，结果表明，2000 年以前主要以1BL/1RS易位系（Yr9）利用为主；自2000 年以后，以92R-137携带的抗条锈病基因Yr24/26、周麦系列携带YrZH84、成株期持久多抗基因Yr29/Lr46/Sr58/Pm39/Ltn2和Yr30的利用逐渐增加；自2010 年起，除Yr26、YrZH84、Yr29/Lr46/Sr58/Pm39/Ltn2等基因外，在陇南地区的育成品种（系）中还发现了YrZH22和Yr30。总之，新育成品种的抗条锈病基因遗传多样性较2000 年以前明显得到了提高。

2.2.3 小麦品种中的抗条锈病基因聚合体 通过对117 个甘肃冬小麦品种中可能含有的抗条锈病基因进行统计，发现聚合5 个抗条锈病基因的品种（系）有4 个，如兰天26 号（Yr9+Yr17+Yr30+Yr46+YrZH22）、兰天206（Yr9+Yr17+Yr30+Yr46+YrZH84）、天选70号（Yr9+Yr17+Yr30+Yr46+YrZH22）和中梁 49 号（Yr9+Yr28+Yr30+YrZH84+YrZH22），多年多点严重度0—7.5%；聚合4 个抗病基因的有20 个品种（系），兰天15 号（Yr9+Yr30+Yr41+YrZH84）、兰天20 号（Yr9+Yr28+Yr30+Yr46）、兰天134（Yr9+Yr28+Yr30+Yr46）、天选66 号（Yr9+Yr17+Yr28+Yr41）等品种的最大严重度为0—11.25%；聚合3 个抗病基因的品种有12 个，成株期最大严重度为1.75%—78.75%，含YrZH22、YrZH84与其他基因聚合的品种（系）的严重度低于含有“Yr9+Yr28+Yr30”基因组合的品种；聚合了2 个已知抗病基因的品种（系）35 个，成株期平均最大严重度为0—92.50%，但是，其中兰引1 号、天选43 号、天选44 号、武都17 号、中梁45 号、陇鉴108、陇鉴110 等品种成株期平均严重度低，可能含有其未知有效抗病基因；30 个品种（系）检测到含有1 个已知抗病基因，其中，多个品种（系）含有Yr9、Yr26或Yr28，平均最大严重度为0.25%—92.50%，成株期表现低严重度的品种如兰天18 号、天选55 号、兰天25 号、天选62 号、兰天42 号、天选68 号等品种可能含有其他未知有效抗病基因；其余14 个品种（系）中未检测到已知抗病基因，平均严重度为2.00%—92.50%，其中，兰天23、天选53、陇鉴111、陇紫麦2 号的平均严重度为2.00%—23.75%，可能含有其他未知有效抗病基因。

总之，品种（系）中聚合的抗条锈病基因越多，条锈病严重度越低（图5）。统计分析发现聚合5 个基因的品种（系）的严重度与聚合4 个品种（系）的严重度差异不显著（P＞0.05），聚合3 个基因的品种（系）的严重度与聚合2 个品种（系）的严重度差异不显著（P＞0.05），含有1 个已知基因的品种（系）的严重度与不含已知基因的品种（系）的严重度差异不显著（P＞0.05），但含有4—5 个基因的品种（系）成株期的平均严重度显著低于含有2—3 个基因的品种（系）的平均严重度（P＜0.05），含有2、3 个基因的品种（系）的平均严重度显著低于含有0 和2 个基因的品种（系）的严重度（P＜0.05），从基因组合分析，含有YrZH84、YrZH22和Yr17中的一个或多个有效抗病基因，再与其他基因聚合后，品种的抗病性明显要高于只含有其他已丧失抗性或抗性较弱的基因组合，如Yr9、Yr18、Yr26、Yr28、Yr29、Yr30、Yr41和Yr46等基因中的组合。

图5 117 个小麦品种中聚合不同数量抗条锈病基因的成株期抗性Fig.5 The mean stripe rust severity of 117 wheat cultivars with different stripe rust resistance genes combination at adult-plant period

此外，供试冬小麦品种（系）中，陇南区域的部分品种（系）在生产中对条锈病长期保持高抗，如兰天15 号、兰天18 号、兰天20 号、中梁32 号等品种自育成推广至今，近20 年成株期保持高抗条锈病；兰天26 号和兰天31 号自育成推广至今保持高抗条锈病10 余年。分子标记检测发现这些品种聚合了多个已知抗条锈病基因，如兰天15 号检测到含有持久多抗基因Yr30、主效抗病基因YrZH84和Yr41及Yr9；兰天20号聚合了Yr30、Yr46、Yr28和Yr9；中梁32 号聚合了Yr17、YrZH84、Yr29和Yr46；兰天22 号检测到含有YrZH22和Yr9；兰天26 号含有全生育期抗病基因Yr17、YrZH84、Yr30和Yr46；兰天31 号可能含有Yr28、Yr29和Yr46。此外，近年育成的品种（系）中也聚合了多个已知抗病基因，如兰天132 聚合了Yr9、Yr17、Yr30和YrZH84，兰天134 聚合了Yr9、Yr28、Yr30和Yr46，兰天653 可能含有Yr9、Yr17、Yr30，兰天215 检测到可能含有Yr9、Yr29、Yr30、YrZH22和Yr46，兰天206 聚合了Yr9、Yr17、Yr30、Yr46和YrZH84，中梁49 号聚合了Yr9、Yr28、Yr30、YrZH22和YrZH84，兰天538 聚合了Yr9、Yr28、Yr30和YrZH84。抗条锈病基因聚合体在陇南小麦品种（系）中呈不断增加趋势，为越夏菌源区小麦持久抗性育种奠定了基础。

2.2.4 陇南区域越夏区与越冬区小麦品种中的抗病基因布局 通过对陇南核心越夏菌源区的80 个品种中抗条锈病基因的分子检测（图6），发现条锈菌越冬区（川水地）的39 个品种（系）中，含有Yr26、YrZH22和YrZH84的品种较多，分别为10、13 和17个品种（系），分布频率分别为12.5%、16.3%和21.3%，而条锈菌越夏区（山旱地）的品种含有Yr9、Yr10、Yr17、Yr18、Yr28、Yr29、Yr41、Yr46的频率较高，分别为22（27.5%）、1（1.3%）、9（11.3%）、5（6.3%）、9（11.3%）、6（7.5%）、2（2.5%）和11（13.8%）个。总之，已知抗条锈病基因中，越冬区的品种以含有Yr26、Yr30、YrZH22和YrZH84为主，越夏区的品种以含有Yr10、Yr17、Yr29、Yr30、Yr41、Yr46等基因为主，越夏区、越冬区的品种遗传背景差异比较明显，尤其是陇南越夏区是中国小麦条锈病的最重要越夏区和小种易变区，越夏区品种含有的抗病基因的丰富度得到了明显提高，说明基因布局在陇南区域初显成效。

图6 陇南区域越夏区与越冬区小麦品种中抗条锈病基因分布Fig.6 The distribution of stripe rust resistance genes in the cultivars released in the oversummering region and overwintering region for pathogen of Pst in Southern Gansu

3 讨论

3.1 越夏菌源区的条锈菌新小种更替与育成品种中抗条锈病基因的多样性利用

甘肃陇南为中国小麦条锈菌重要越夏区和小种易变区，该区域的条锈菌不断变异产生新的毒性小种并流行，导致小麦品种中的抗条锈病基因不断丧失抗病性。20 世纪50 年代，条中1 号（CYR1）上升为优势小种，导致碧蚂1 号品种丧失抗锈性；20 世纪60 年代，CYR8 和CYR10 使碧玉麦、陕农系统、甘肃96、西北62 等品种丧失抗性；CYR13 和CYR16 号小种导致南大2419 等丧失抗性；此后，CYR18 引起Yr1抗性丧失，CYR29 造成Yr9丧失抗病性，2002 年命名的CYR32 导致繁6 及其衍生系中Yr3和Yr4丧失抗性，以及2008 年发现的CYR34 流行导致92R 系、贵农系和川麦系中Yr24/Yr26/YrCH42丧失抗性[46-47]。究其原因，主要是由于同一时期育种中大量使用同一抗源或单一基因，强大的选择压力有利于条锈菌新毒性小种的产生和流行并成为优势小种，最终导致品种丧失抗病性[47]。目前，西北越夏菌源区的甘肃省主要以CYR32、CYR34 及ZS 为主的条锈菌致病性流行小种[12]，导致以兰天17 号（含Yr26）为代表的系列品种丧失抗病性。

自1993—2000 年，甘肃小麦育种工作者大量利用国内外抗源材料进行抗病育种，其中，陇南区域育成的兰天系列品种主要以92R137、92R178、贵农21 和贵农22 作为抗源，但同时也利用国际抗源Flinor、Mega、Ibis 和Capplle Desprez 等品种（系）进行品种选育[48]。此外，中梁系、天选系以中间偃麦草与小麦杂交的中间材料中四、农家种白大头、国际抗源Holdfast 等作为抗源进行品种选育。抗源材料的遗传多样性较1990s 前有了明显提高，为陇南区域小麦品种抗病基因的遗传多样性提高奠定了基础。在117 个小麦品种（系）中，分子标记检测发现少数品种含有全生育期抗条锈病基因Yr41和持久抗病基因Yr18，分别占2.6%和7.7%，多数品种含有全生育期抗病基因Yr17，成株期抗条锈病基因Yr29、Yr30、Yr46和YrZH22等基因，部分品种可能含有其他未知有效抗病基因。总之，育成品种中抗条锈病基因在越夏菌源区的甘肃陇南和陇东的频率分布、抗病类型及数量均有明显提高（图4）。而Yr36在该区域育种中并未利用成功，Yr36来源于野生二粒小麦，具有高温成株抗病性[41]，YUAN 等[49]在485 份中国小麦品种中也未检测到该基因，说明含有Yr36抗病基因的抗源材料在中国小麦育种中很少被作为亲本进行利用。Yr5和Yr15在甘肃117 个冬小麦品种中也未检测到，可能与其载体材料如T.speltaalbum和Avocet/Yr15材料农艺性状差育种中难以利用有关。

韩德俊等[46]2013—2017 年对全国1 550 余份小麦育种新品系进行鉴定发现，对CYR33 和CYR34 具有全生育期抗性的材料仅占3.3%，具成株抗性的材料占7.1%，整体评价过去十几年中国小麦感病品种比例约占80%，但甘肃和四川等条锈病常发区小麦品种的抗病性好于其他麦区。本研究中，近20 年甘肃陇南和陇东区域育成的117 个小麦品种（系）中，保持成株期抗病性20 年以上的陇南小麦品种有自1990 年引进推广种植的Libellula 和N.Strampelli、2000 年引进种植的兰引1 号（Pascal），以及育成品种兰天14 号，保持成株期抗病性10 年以上的有兰天15 号、兰天18号、兰天19 号、兰天20、兰天21、兰天22 号、兰天23 号、中梁32 号、兰天26 号等品种。从抗条锈病基因遗传背景分析，Libellula、N.Strampelli 和兰天14号均含有Yr18，且聚合其他2—3 个基因，兰天15 号、兰天20 号、兰天26 号含有Yr30及其他3—4 个基因，兰天20 号、兰天21 号、兰天22 号分别含有Yr17、Yr46、YrZH84、YrZH22与其他未知基因。易丧失抗病性的品种主要为以92R137（Yr26）为单一抗病基因来源的品种，如兰天17 号、兰天24 号、兰天25 号、兰天30 号等，抗病性仅保持3—5 年。而抗病性保持时间较长的品种主要以成株抗病基因与其他基因聚合，抗病性遗传背景较为复杂，虽然历经条锈菌小种CYR32、CYR33 和CYR34 的不断变化，在生产中成株期仍对条锈菌表现高抗至免疫。

陇东地区育成的小麦品种（系）中，1994—2014年育成的品种均表现感病，仅有2015 年及以后育成的少数品种对条锈病表现抗性，如兰天134、兰天575和兰航选271，感条锈病但严重度低的品种仅有陇鉴系的5 个品种（系），其余均严重感病。主要是由于陇东区域作为西北越夏菌源区的桥梁地带，条锈病的流行发生较陇南偏轻，该区域的育种目标长期以抗旱、抗寒和丰产为主，且缺乏有效的条锈病抗源利用。但在2015 年后育成的品种中，抗病品种的比例明显增加，说明近年来陇东区域的育种除以抗旱、抗寒和丰产为目标外，抗病性也作为重要的育种目标性状。

3.2 西北越夏菌源区抗病基因聚合育种

抗条锈病基因Yr5和Yr15是目前仅有的少数几个全生育期抗条锈病基因，至今仍然对CYR34 及其他中国小麦条锈菌致病小种保持良好的抗性[46-47]。YrZH22苗期对CYR33 和CYR34 表现感病，但含有YrZH22的周麦22 在陇南田间成株期多年表现高抗条锈病，YrZH84的载体品系周8425B 在陇南田间成株期多年表现抗病至轻度感病，苗期对主要致病性小种也表现抗病。此外，已‘丧失’抗病性的Yr9、Yr10和Yr26的载体品种AvSYr9 NIL、AvSYr10 NIL、AvSYr26 NIL 在清水试验站田间成株期表现严重感病，严重度分别为90%—100%、20%—40%、70%—100%。Yr17载体品种AvSYr17 NIL 近年成株期表现感病，但严重度低（10%—40%），Yr28的载体品种AvSYr28 NIL 表现严重感病（严重度，70%—100%），Yr41的载体品种CN19 成株期表现抗病反应、低严重度（＜5%）。成株抗病基因Yr18、Yr29、Yr30和Yr46的载体品种Jupiteco R、AvSYr29 NIL、Opata 85、RL6077 田间表现，严重度分别为20%—50%、50%—60%、5%—20%、20%。因此，在菌源区的抗病育种中单独利用某一个已知基因很难达到抗病效果。

本研究供试材料中，多数品种（系）不含单一抗病已知抗病基因，而是全生育期抗病基因、成株抗性基因、慢病性基因或与其他已丧失对某些条锈菌抗性基因的聚合体，但对条锈病整体表现抗病至轻微感病。如已知苗期抗性基因YrZH84和Yr17、慢病性基因Yr29和Yr30等，品种（系）含有其单一基因时，苗期和成株期均表现感病，但多个基因聚合时表现抗病或较低严重度。如兰天15 号育成至今近20 年仍表现成株期高抗，兰天20 号已有15 年的成株期高抗条锈病性，兰天31 号、兰天133 和兰天575 等成株期表现低严重度，这些品种含有Yr9、Yr28、Yr29、Yr30、Yr46、YrZH84等基因中的不同基因组合。分析陇南育种中抗源利用历史，发现除农家种外，陇南自1940s 起就以引进国外抗源和农家种进行抗病育种，如玉皮麦；1950s 引进的钱交麦、早洋麦、南大2419、甘肃96、乌克兰小麦；1960s引进的阿勃、阿夫、尤皮II 号等；1970s 引进的山前麦、洛夫林系、Libellula、N.Strampelli 等[50]，1990s开始大量引进和筛选国际抗源材料，建成了陇南小麦抗条锈基因库[14]，如近20 年陇南区域的抗病育种中，2000—2010 年育种中利用引进的欧洲抗病品种Ibis、Flinor、Mega、Cappelle Desprez、Flansers、Long Bow、Dippes Triumph 及CIMMYT 的抗病品种（系）育成了兰天15 号—兰天31 号、兰天131 等品种（系），利用92R137（Yr26）育成了兰天17 号、兰天24 号等品种（系）及以长穗偃麦草与普通小麦杂交育成的抗病中间材料、农家种白大头等抗源育成了天选43 号—天选48 号等品种。2010 年以后，又以兰天19 号、兰天26 号、周麦17、周麦18、周麦22 等抗病品种作为抗源，育成了系列抗病新品种（系），如兰天131 可能含有Yr29，兰天653 可能含有Yr30和YrZH84，兰天215 检测到可能含有YrZH22、Yr30、Yr46和Yr64。此外，还利用航天诱变方法，对中感或抗病品种进行诱变，选育出了兰航选121（青麦9号）、兰航选151 等具有成株抗病性新品种。因此，多种抗源利用以及不断进行抗病基因转育，为核心越夏菌源区陇南抗病基因聚合育种奠定了基础，尤其是含有成株抗性或慢病性基因聚合体的品种抗病性保持时间明显增加。

4 结论

近20 年来，中国小麦条锈病西北重要越夏菌源区甘肃育成的117 个主要冬小麦品种（系）中，田间成株期抗病的品种（系）占29.1%，但苗期仅有6.0%的陇南区域品种（系）苗期对主要流行小种CYR34 抗病。分子标记检测分析未发现抗性优异的Yr5和Yr15，少数品种（2.6%）含有全生育期抗病基因Yr41，多数品种含有苗期抗性基因Yr17和YrZH84，成株期抗性基因Yr18、Yr29、Yr30、Yr46和YrZH22等，且62.4%的品种（系）为含有2—5 个抗条锈病基因的聚合体。在越夏菌源区甘肃陇南、陇东的品种（系）中抗条锈病基因分布频率、抗病基因类型及数量均有明显提高，避免了品种抗病遗传背景单一化问题，实现了品种（系）中的抗病基因较为复杂多样，部分品种的抗病性保持时间长，表明陇南地区利用小麦品种遗传多样性控制条锈病策略的实施已初显成效。

致谢：甘肃省农业科学院植物保护研究所贾秋珍研究员在条锈菌接种鉴定试验中给予了大力支持，陇东学院张成教授、平凉市农业科学院任根深研究员、甘肃省农业科学院旱地农业研究所李兴茂研究员提供了部分品种材料，在此表示衷心感谢！