优质早熟抗赤霉病小麦品种的创新

优质、早熟和抗赤霉病是中国黄河以南广大小麦种植区域小麦育种的重要育种目标,小麦新品种郑州9023在优质、早熟和抗赤霉病的结合上获得了成功.本文对郑州9023的创新目标、育种措施、特性表现及利用策略进行了阐述和探讨.     

我国“十三五”育成小麦新品种（系）抗赤霉病进展分析与展望

小麦赤霉病严重威胁我国粮食和食品安全,培育抗赤霉病小麦品种是解决该病害最经济有效的途径。20世纪90年代后,以扬麦158为代表的扬麦、宁麦系列中抗赤霉病品种的育成和大面积推广有效抵御了长江中下游麦区的赤霉病危害,使我国抗赤霉病育种处于国际领先水平。尽管全球明确了7个抗赤霉病基因,为开展抗赤霉病育种提供了重要支撑,但由于赤霉病抗性机制复杂,实现高抗与高产的协调仍极其困难,抗赤霉病仍是当前及未来我国小麦育种的主要目标。对“十三五”期间我国小麦新品系和审定品种的抗性情况以及我国抗赤霉病育种方面取得的进展进行了综述,并提出了重视挖掘和利用扬麦等推广品种中优异抗性基因、将Fhb1导入扬麦等主栽品种的育种技术路线和重视表型精准鉴定等建议,以期为实现我国抗赤霉病育种突破提供借鉴。     

植物细胞工程在小麦抗赤霉病育种中的应用

小麦赤霉病是全球性小麦病害,严重影响小麦产量和品质,赤霉菌产生的毒素进一步威胁人畜安全,培育抗病品种是控制小麦赤霉病危害的根本途径。植物细胞工程技术可创造新的遗传变异、加快育种进程,已经广泛应用于小麦抗赤霉病育种。概述了体细胞无性系变异诱导、花药培养、小麦与玉米杂交培育加倍单倍体以及幼胚培养一年多代快速成苗等植物细胞工程技术研究进展,着重介绍了其在抗小麦赤霉病育种中的应用。最后对未来发展趋势做了展望,植物细胞工程结合分子育种技术将在小麦抗赤霉病品种培育中发挥更重要的作用。     

小麦抗赤霉病研究现状与展望

小麦是我国最重要的口粮作物之一。在小麦生产所面临的各种病害中,赤霉病的发生具有愈来愈严重的趋势,引起小麦产业界的高度关注。近几十年来,科研人员在小麦抗赤霉病遗传育种以及防控技术领域进行了持续不懈的努力,在赤霉病病原菌致病基因、小麦赤霉病抗性基因定位、克隆及功能研究以及抗赤霉病分子育种等方面取得了重大进展。本文主要从赤霉病抗性基因资源的发掘和鉴定、不同抗源遗传基础解析、小麦赤霉病抗性基因、抗赤霉病分子标记辅助选择育种与基因聚合以及小麦抗赤霉病基因的克隆和功能研究等方面进行了综述,分析了目前小麦抗赤霉病研究中存在的问题,并提出应加强基因克隆、功能分子标记开发以及应用单体型辅助选择(HAS)和标记组辅助选择(MSAS)等小麦抗赤霉病研究的相关建议。     

小麦赤霉病抗病机制研究进展

小麦赤霉病是一种小麦穗部病害,严重影响小麦的产量和品质。挖掘小麦赤霉病抗性基因,揭示其抗病机制,对于提高小麦赤霉病抗性,推动小麦赤霉病抗性育种进程具有重要的意义。系统阐述了抗赤霉病相关QTL、多组学研究、细胞壁防卫、信号转导、次生代谢物合成、识别应答等小麦赤霉病抗性机制的研究进展,并对未来小麦赤霉病抗性机制的研究方向进行了探讨。希望以此加深研究者对小麦赤霉病抗性机制的了解,为未来小麦抗赤霉病分子机制研究提供理论基础,为小麦抗赤霉病遗传改良提供丰富的基因资源。     

小麦抗赤霉病外源种质的创制和育种利用

小麦赤霉病是危害小麦安全生产的重要病害之一,种植抗病品种是防治赤霉病最经济有效的手段。目前在生产上应用的抗源很少,越来越多的研究者将目光转移到小麦的近缘属种,寻找新的抗源以及寻求新的育种突破。携带抗性基因的外源染色体可以通过染色体工程手段以附加系、代换系和易位系等形式导入小麦。综述了将大赖草等多个小麦近缘种的抗赤霉病基因导入普通小麦、创制抗病外源种质和育种利用的最新研究进展,以期为小麦抗赤霉病育种提供参考信息。     

小麦对赤霉病抗性不同品种的SOD活性

本研究对9个赤霉病抗性不同小麦品种采用赤霉病菌分生孢子悬浮液以单花针注法进行了田间和温室抗病性鉴定;测定了各品种的胚性愈伤组织和盛花期麦穗分别经赤霉病菌毒素和分生孢子接种前后SOD活性的变化。结果表明,各品种SOD活性与其对赤霉病抗性呈极显著的正相关。接种后寄主的SOD活性均有提高,抗病品种比感病品种提高幅度大,且有新的同工酶带出现。抗病品种望水白比感病品种Alondra“S”多出两条SOD同工酶谱带。SOD在小麦抗赤霉病上可能起积极作用,其活性有可能作为鉴定小麦抗赤霉病的一种生理生化指标。     

小麦抗赤霉病利器——他山之石

赤霉病是我国乃至世界小麦(Triticum aestivum)产区的重要病害, 给农业生产和人畜健康造成重大威胁。分离鉴定优质抗病基因、培育抗病品种, 是控制我国麦区赤霉病的重要手段。最近, 山东农业大学孔令让团队完成了二倍体长穗偃麦草(Thinopyrum elongatum)基因组的组装, 并在此基础上通过精细定位和图位克隆分离得到来自长穗偃麦草的抗赤霉病基因Fhb7。他们发现Fhb7编码1个谷胱甘肽转移酶, 对禾谷镰孢菌(Fusarium graminearum)分泌的包括呕吐毒素等在内的多种毒素具有解毒作用, 是1个广谱持久抗病基因。他们还发现Fhb7很可能最初源于内生真菌, 经过基因水平转移进入到偃麦草基因组中。此外, Fhb7不影响其它农艺性状, 且其抗性不受小麦遗传背景影响。这一系列工作揭示了作物抗病演化中的全新机制, 对小麦抗赤霉病育种以及更好地利用长穗偃麦草的丰富基因资源都具有重要意义。     

我国小麦赤霉病成灾原因分析及防控策略探讨

小麦是世界上三大粮食作物之一,是全球30亿以上人口的主粮。近年来,由于各种病虫害危害,全球小麦生产和粮食安全受到严重威胁,其中由禾谷镰刀菌引起的小麦赤霉病是小麦生产上重要的病害之一。此外,病菌会产生多种真菌毒素对人畜生命健康构成严重威胁。化学药剂的使用以及抗病品种的种植可以有效地控制小麦赤霉病的发生。但是,由于高产优质抗病品种匮乏、气候变暖等因素影响,小麦赤霉病在我国小麦主产区频繁暴发;同时,赤霉病菌抗药性产生致使化学农药的防控效果大大降低。从气候变化、耕作制度改变、小麦品种抗性及病菌抗药性等方面,分析了赤霉病暴发成灾的主要原因。在此基础上,结合当前赤霉病防控研究进展以及存在的科学问题,探讨该病害持续绿色防控的对策建议,以期为我国小麦赤霉病的防控研究提供参考。     

《遗传》两位编委研究成果同时入选“2020年度中国生命科学十大进展”

2021年1月13日,中国科协生命科学学会联合体正式发布了"2020年度中国生命科学十大进展"研究成果。《遗传》副主编孔令让教授关于"小麦抗赤霉病基因Fhb7的克隆、机理解析及育种利用"的研究成果和编委王晓群研究员关于"人脑发育关键细胞与调控网络"的研究成果同时入选。特此祝贺!     

将大赖划种质转移给普通小麦的研究

大赖草比抗病品种“苏麦３号”更抗小麦赤霉病。经离体和活体赤霉病抗生单花滴注鉴定和有丝分裂中期及减数分裂中期Ｉ的Ｃ－分带分析,选育出添加了１对第２染色体的抗赤霉病异附加系,其４４条染色体在ＭＩ配成０．１２－０．４０１＋２１．７０－２１．９３Ⅱ＋０．０１－０．０４Ⅳ。经Ｃ－分带和生物素记的染色体组ＤＮＡ作探针的分子原位杂交分析证实分析证实添加的１对我源染色全在ＭＩ配成二价体,在细胞学上已基本稳定。     

抗病小麦对脱氧雪腐镰刀菌烯醇的脱毒及产物的生物活性

抗赤霉病小麦品种苏麦３号、繁９能转化镰刀菌毒素脱氧雪腐镰刀菌烯醇（ＤＯＮ）成产物Ｘ,而感病小麦品种宁麦６号、徐州２１无转化能力。产物Ｘ对小麦黄花芽鞘的伸长生长无抑制作用,而对禾谷镰刀菌分生孢子的萌发有明显抑制。说明抗性小麦品种对赤霉病菌毒素的脱毒是小麦重要的抗赤霉病机制。     

将大赖草种质转移给普通小麦的研究──Ⅲ．抗赤霉病异附加系选育

大赖草比抗病品种“苏麦３号”更抗小麦赤霉病。经离体和活体赤霉病抗性单花滴注鉴定和有丝分裂中期及减数分裂中期Ⅰ的Ｃ－分带分析,选育出添加了１对第２染色体的抗赤霉病异附加系,其４４条染色体在ＭＩ配成０．１２—０．４０ⅠＩ＋２１．７０—２１．９３Ⅱ＋０．０１—０．０４Ⅳ。经Ｃ－分带和生物素标记的染色体组ＤＮＡ作探针的分子原位杂交分析证实添加的１对外源染色体在ＭＩ配成二价体,在细胞学上已基本稳定。     

小麦赤霉病新抗源的发掘与抗性位点的检测分析

小麦赤霉病是由禾谷镰刀菌引起的世界性重要病害,发掘优异的抗性种质资源、培育抗病品种是持续防治赤霉病最经济且环境友好的措施。为发掘新的赤霉病抗源,本研究于2017—2021年在弥雾保湿大棚中,采用单花滴注法对642份小麦种质资源的赤霉病抗扩展性进行鉴定,同时利用已知抗赤霉病基因/位点Fhb1~Fhb7的分子标记对筛选出的抗性种质基因型进行分析。结果表明,不同年份间赤霉病病小穗率的相关性均达到极显著水平。筛选到3年及以上赤霉病抗性优于扬麦158的种质81份,主要来自长江中下游麦区,其中33份种质连续4年抗性优于扬麦158;筛选到3年及以上抗性与苏麦3号相当的种质9份,分别为望水白、Grandin、浩麦1号、剑子麦、魁小麦、农林26、软秆洋麦、苏麦2号和武农6号,其中剑子麦、软秆洋麦、苏麦2号和Grandin连续4年抗性与苏麦3号相当。对抗性种质携带的抗赤霉病基因/位点进行分析发现,浩麦1号、冀师7225-28、南农13Y110、石优17和武农6号不携带任何已知抗赤霉病基因/QTL,为小麦抗赤霉病研究和品种培育提供了新的种质资源和理论依据。     

抗病小麦对脱氧雪腐镰刀菌烯醇的脱毒及产物的生物活性

抗赤霉病小麦品种苏麦3号、繁9能转化镰刀菌毒素脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)成产物X,而感病小麦品种宁麦6号、徐州21无转化能力。产物X对小麦黄化芽鞘的伸长生长无抑制作用,而对禾谷镰刀菌分生孢子的萌发有明显抑制。说明抗性小麦品种对赤霉病菌毒素的脱毒是小麦重要的抗赤霉病机制。     

小麦全基因组抗赤霉病QTL关联位点特异性SSR标记的筛选、等位变异及效应解析

赤霉病是小麦主要的流行病害之一。借助标记辅助选择将不同数量性状基因座（quantitative trait loci，QTL）聚合是防治赤霉病有效且环保的方法，可以从源头上控制赤霉病并降低籽粒中毒素含量。抗赤霉病QTL在小麦全基因组均有分布，但除了Fhb1、Fhb2等少数位点有比较可靠的鉴别标记，绝大部分位点缺乏有效的位点特异性鉴别标记。简单重复序列（simple sequence repeat，SSR）标记多态性丰富，可以区分自然群体中不同等位变异，方便用于标记辅助育种。基于此，搜集了不同文献中报道的与赤霉病关联的SSR标记386个，并用这些标记构建全基因组赤霉病抗性QTL一致性图谱，接着对这些关联标记进行拷贝数分析，进而选择位点内的单拷贝SSR标记，将这些单拷贝标记在156个品种组成的自然群体中进行扩增，并与三季大田和三季温室环境下赤霉病抗性进行关联，筛选与赤霉病抗性关联的单拷贝SSR标记，明确这些标记在自然群体中的有效等位变异和效应。结果表明，共8个单拷贝SSR标记至少在两季试验中与表型显著关联(P<0.05)，涉及2B、2D、3B、5A、5B、6A、6D、7A染色体，有5个单拷贝标记位点存在有效等位变异。中国地方品种和日本品种携带更多的有利变异，且有利等位变异数目越多的品种赤霉病抗性越好。研究分析的QTL位点及其关联的单拷贝SSR标记可用于赤霉病抗病育种，有利于提高品种赤霉病抗性水平和育种效率。     

3B染色体短臂小麦赤霉病抗性主效QTL的分析

采用区间作图和复合区间作图方法对重组自交系群体宁894037／Alondram、望水白／Alondra和苏麦3号／A1ondra进行了抗赤霉病QTL分析,结果表明,用在田间和温室的赤霉病抗性鉴定资料,在3个赤霉病抗源宁894037、望水白和苏麦3号的3B染色体短臂上均检测到主效QTL的存在。宁894037主效QTL位于标记BARCl33与Xgwm493之间的5．0cM的区间内,最高可解释42．8％的赤霉病抗性;望水白的主效QTL位于标记BARCl47与Xgwm493之间11．5cM的区间内,最高可解释15．1％的赤霉病抗性;苏麦3号的主效QTL位于Xgwm533a与Xgwm493之间13．0cM的区间内,最高可解释10．6％的赤霉病抗性。与赤霉病抗性主效QTL紧密连锁的标记均为SSR标记,可直接用于分子辅助育种。     

大麦赤霉病抗扩展性鉴定与评价

利用禾谷镰刀菌单花滴注接种研究了245份大麦品种对赤霉病抗扩展性。结果表明,大麦赤霉病抗性除了抗初侵染外还存在抗扩展类型。比较了接种后7d、14d和21d的病小穗数和病小穗率以覆由不同期病小穗率获得的病程曲线面积等7个指标性状,并对其进行遗传参数分析,发现21d病小穗率指标在品种间具帔大的变幅、遗传变异系数和遗传率,21d病小穗数和病程曲线面积与病小穗率呈极显著正相关。不同大麦品种抗扩展性表现不一,供试品种中以Suyin21、乌金一号、莆846193、盐97001、96AC20-30五个品种21d病小穗率最低,为高抗品种,占全部供试品种的2．04％。     

低聚糖提高小麦的抗病性及其应用于防治小麦赤霉病的研究

赤霉菌丝细胞壁和小麦细胞壁低聚糖片断在小麦黄化苗中能有效地诱导小麦抗毒素积累,经诱导产生的小麦抗毒素对小麦霉菌有明显的抑菌作用。采用同样的低聚糖片断处理大田小麦,能明显提高感病小麦品种绵阳１１号和宁麦６号对小麦赤霉病的抗病能力。用不同浓度的低聚糖片断处理麦穗,２０ｕｇ／ｍｌ赤霉菌壁低聚糖是适宜的浓度,能使宁麦６号的病穗率减少４４．９％,使绵阳１１号减少２６．９％。２０ｕｇ／ｍｌ,小麦细胞壁低聚糖喷洒宁麦六号,杨麦１５８和川育１２号,能有效地提高这些品种抗小麦赤霉病的能力,防效分别达到９０．０％、８１·１％和８８．９％。     

通过组织培养筛选小麦抗赤霉病突变体的研究

选用中抗赤霉病的春小麦品种和品系的花药进行离体培养,以小麦赤霉病29号菌株产生的致病培养滤液为选择剂,结合物理诱变处理,进行抗病鉴定,用赤霉病菌分生孢子直接接种在愈伤组织和再生植株筛选抗病突变体。在83块愈伤中有53块抗病。在11株的再生植株中有9株均比未经培养滤液处理的对照提高了抗病性,从中选出4株抗病性接近或超过“苏麦3号”品种。