小麥新品種周麥47和周麥48對(duì)赤霉病抗性鑒定及抗病機(jī)制分析

陳朋 李楠楠 江炳玉 梁甜甜 李姝夢 張帆 馬玉杰 韓玉林 胡春紅

摘要：赤霉病是小麥最嚴(yán)重的真菌性病害之一，發(fā)病時(shí)會(huì)導(dǎo)致小麥穗軸發(fā)黑，籽粒干癟，甚至整穗死亡，嚴(yán)重影響小麥產(chǎn)量，其產(chǎn)生的毒素積聚在籽粒中還會(huì)嚴(yán)重影響人畜健康，故有小麥“癌癥”之稱。選用抗性品種蘇麥3號(hào)、寧麥9號(hào)和易感品種周麥18和偃展4110作為對(duì)照品種，采用單花滴注法對(duì)試驗(yàn)品種進(jìn)行侵染，通過表型觀察、抗性指標(biāo)統(tǒng)計(jì)以及抗性基因表達(dá)水平檢測，鑒定周麥47和周麥48的抗性并初步分析其抗病機(jī)制。結(jié)果表明，周麥47對(duì)赤霉病的抗性處于高抗水平，周麥48處于中抗水平；同時(shí)，蘇麥3號(hào)、周麥47、周麥48、寧麥9號(hào)、周麥18、偃展4110的赤霉病抗性與基因TaSnRK1α、TaAOS、TaUGT3、TaLTP9、TaNOX10的表達(dá)水平存在較強(qiáng)的相關(guān)性。說明周麥47和周麥48的赤霉病抗性同蘇麥3號(hào)及寧麥9號(hào)均存在遺傳學(xué)上的數(shù)量性狀特征，基因TaSnRK1α、TaAOS、TaUGT3、TaLTP9、TaNOX10可能在周麥47和周麥48響應(yīng)赤霉病方面發(fā)揮關(guān)鍵的正調(diào)控作用。結(jié)果可為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和育種過程中優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源的選擇提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：赤霉病；禾谷鐮孢菌；小麥；抗性基因；抗性鑒定；抗病機(jī)制

中圖分類號(hào)：S435.121.4+5? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2024）08-0121-10

收稿日期：2023-08-05

基金項(xiàng)目：河南省科技攻關(guān)項(xiàng)目（編號(hào)：212102110440、232102111095）；河南省高等學(xué)校重點(diǎn)科研項(xiàng)目（編號(hào)：23A210030）；河南省科技研發(fā)計(jì)劃聯(lián)合基金（編號(hào)：225101610068）；周口師范學(xué)院大學(xué)生科研創(chuàng)新基金（編號(hào)：ZKNUD2023011、ZKNUD2023056）。

作者簡介：陳 朋（2001—），男，河南信陽人，主要從事植物逆境研究。E-mail：pengchen2732@163.com。

通信作者：胡春紅，博士，教授，主要從事生物學(xué)教學(xué)及作物逆境分子生物學(xué)研究。E-mail：ourcarrot@163.com。

小麥赤霉?。‵usarium head blight，簡稱FHB）是一種世界性小麥生產(chǎn)中影響極其嚴(yán)重的真菌性病害［1］，其病原菌來源于禾鐮孢菌屬（Fusarium）。FHB被稱為小麥癌癥，染病后不僅導(dǎo)致小麥產(chǎn)量和品質(zhì)嚴(yán)重降低，而且致病菌產(chǎn)生的毒素會(huì)積聚在種子內(nèi)［2］，人畜食用后嚴(yán)重影響身體健康。近年來，隨著氣候條件的變化和耕作制度的調(diào)整，F(xiàn)HB的發(fā)生有越來越嚴(yán)重的趨勢，在全世界范圍均有大面積暴發(fā)。因此，F(xiàn)HB受到國內(nèi)外科學(xué)家的關(guān)注，已在赤霉病抗性資源篩選鑒定、抗性遺傳育種、病原菌生物學(xué)特征及致病機(jī)制、赤霉病流行發(fā)生規(guī)律與機(jī)制和綜合防控技術(shù)等多個(gè)方面開展了廣泛的研究［3-4］，且在抗性基因挖掘方面取得顯著成就。Su等發(fā)現(xiàn)，在蘇麥3號(hào)基因組數(shù)量性狀位點(diǎn)（quantitative trait loci，QTL）fhb1區(qū)域內(nèi)敲除一個(gè)編碼核蛋白（富含組氨酸的鈣結(jié)合蛋白）的基因TaHRC，能顯著增強(qiáng)小麥FHB抗性［5］；同時(shí)有研究發(fā)現(xiàn)，尿苷二磷酸（UDP）-葡萄糖轉(zhuǎn)移酶（UGT）家族蛋白通過在植物中將脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（deoxynivalenol 簡稱DON）轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)DON-3-葡萄糖苷（D3G），來增強(qiáng)小麥抗性［6-9］；此外，轉(zhuǎn)錄因子TaNACL-D1與植物體內(nèi)壓力感受器TaSnRK1α和孤兒蛋白TaFROG互作，可防止蛋白被泛素化而降解，進(jìn)而增強(qiáng)小麥抗性［10-12］；漆酶TaLAC4通過促進(jìn)次生細(xì)胞壁木質(zhì)素的合成增厚細(xì)胞壁，從而增強(qiáng)小麥對(duì)赤霉病的抗性［13］。另外，丙二烯氧化合酶蛋白TaAOS通過參與茉莉酸（jasmonic acid，簡稱JA）信號(hào)通路增強(qiáng)小麥FHB抗性［14］；而脂質(zhì)轉(zhuǎn)移蛋白TaLTP9可能通過增強(qiáng)小麥對(duì)毒素的耐受性而增強(qiáng)其抗性［9］。

通過上述前人的研究結(jié)果可知，小麥赤霉病抗性是由多基因控制的數(shù)量性狀，單個(gè)基因?qū)π←湷嗝共】剐缘呢暙I(xiàn)率較低。因此，培育抗性種質(zhì)資源并挖掘更多抗性基因，進(jìn)而創(chuàng)制新型抗性品種成為研究熱點(diǎn)。當(dāng)前公認(rèn)的創(chuàng)制新型抗性種質(zhì)資源包括望水白和蘇麥3號(hào)以及寧麥系列［15-18］。蘇麥3號(hào)及其衍生品種已被廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外FHB抗性育種，并由此育成了如Alsen［19］、CM82036［20］和Saikai165［21］等抗性系列品種。同時(shí)，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所韓方普?qǐng)F(tuán)隊(duì)育出高產(chǎn)中抗赤霉病小麥新品種中科166；江蘇里下河地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所小麥研究室高德榮團(tuán)隊(duì)成功選育出高抗赤霉病、抗白粉病的“雙抗”高產(chǎn)新品種揚(yáng)麥33號(hào)［22］，以及在揚(yáng)麥12中鑒定出一個(gè)控制赤霉病抗性的QTL簇，該研究表明，揚(yáng)麥12可作為潛在的抗病育種材料［23］。然而，到目前為止，雖有FHB抗性種質(zhì)資源陸續(xù)被報(bào)道，但其FHB抗性尚需得到進(jìn)一步驗(yàn)證，而FHB抗性極易受環(huán)境影響，這些抗性資源的抗病機(jī)制尚不盡明確，或因其農(nóng)藝性狀差等特點(diǎn)，未能得到大范圍推廣種植與應(yīng)用［24-25］。

目前生產(chǎn)上被大面積推廣種植的小麥品種大多抗性較差，在FHB流行年份會(huì)導(dǎo)致小麥大面積減產(chǎn)。培育兼顧高產(chǎn)、抗病的品種，是當(dāng)前小麥育種專家的重要目標(biāo)，而精確、快速的抗性鑒定方法是選育抗病品種的必備條件。縱觀國內(nèi)外研究現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前小麥赤霉病的抗性鑒定主要從以下5個(gè)方面進(jìn)行：抗侵入（Type Ⅰ）、抗擴(kuò)展（Type Ⅱ）、籽?？垢腥荆═ype Ⅲ）、耐病性（Type Ⅳ）和抗毒素積累（Type Ⅴ），其中Type Ⅰ和Type Ⅱ型的研究最為深入［26-29］。以上抗性類型可以相互作用，協(xié)同提高小麥的整體抗性［30］。本試驗(yàn)選用蘇麥3號(hào)為高抗對(duì)照，寧麥9號(hào)為中抗對(duì)照，周麥18和偃展4110為易感對(duì)照，新種周麥47和周麥48為研究材料，采用單花滴注侵染試驗(yàn)，通過表型觀察和抗性指標(biāo)測定，從感病及抗擴(kuò)展率（小穗發(fā)病率和穗軸擴(kuò)展率）2個(gè)視角分析其FHB抗性。在此基礎(chǔ)上，選用上述部分抗性基因TaSnRK1α、TaAOS、TaUGT3/6、TaLTP9及1個(gè)對(duì)FHB有顯著響應(yīng)的新基因TaNOX10為觀測點(diǎn)［31］，通過研究FHB脅迫前后基因表達(dá)水平變化與小麥赤霉病抗性之間的相關(guān)性，初步分析周麥47和周麥48的抗性機(jī)制，以期為快速鑒定小麥FHB抗性提供思路和方法指導(dǎo)，并為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和育種提供重要的種質(zhì)資源和理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)所用小麥品種包括蘇麥3號(hào)、寧麥9號(hào)、周麥18、偃展4110、周麥47和周麥48，均由周口市農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供，其中周麥47和周麥48為該院新培育品種。

1.2 禾谷鐮孢菌菌株培養(yǎng)與活化

供試菌株由周口師范學(xué)院生命科學(xué)與農(nóng)學(xué)學(xué)院保存并提供，該菌株具有較強(qiáng)的致病性。從-80 ℃冰箱取出甘油管藏的菌種，挑取菌種接種到提前配制好的馬鈴薯葡萄糖瓊脂（PDA）固體培養(yǎng)基上，置于25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中黑暗培養(yǎng)5～7 d進(jìn)行活化，當(dāng)培養(yǎng)基顏色由白色變成粉紅色時(shí)，表明菌種活性良好。采用同樣的操作進(jìn)行二次活化?；罨?，挑取適當(dāng)大小的菌落接種到羧甲基纖維素酯（carboxymethyl cellulose，簡稱CMC）液體培養(yǎng)基中，置恒溫?fù)u床（轉(zhuǎn)速為150 r/min，25 ℃）上振蕩活化 5 d。待液體培養(yǎng)基變成粉紅色后，采用過濾法去除菌絲，同時(shí)采用血細(xì)胞板計(jì)數(shù)法調(diào)整孢子懸液濃度，使孢子濃度為1×106 CFU/mL，備用。

1.3 禾谷鐮孢菌接種方法

2021—2023年，在周口市農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)田及周口師范學(xué)院生命科學(xué)與農(nóng)學(xué)學(xué)院試驗(yàn)基地對(duì)供試小麥進(jìn)行赤霉病抗性鑒定。采取單花滴注接種方法分別對(duì)蘇麥3號(hào)、寧麥9號(hào)、周麥18、偃展4110、周麥47和周麥48進(jìn)行接種侵染。單花接種方法：在小麥抽穗至揚(yáng)花初期［32］，選取位于中上部的小穗，即麥穗從上往下第4或第5個(gè)小穗，通過移液槍注射20 μL上述已準(zhǔn)備好的孢子懸液于小穗中央的可育小花內(nèi)，然后用接種袋套住接種麥穗保濕培養(yǎng)。每個(gè)小麥品種侵染90～100穗。

1.4 病害調(diào)查與取樣方法

在侵染后0、24、48 h，分別取10～15穗被侵染麥穗用于總RNA提取，以進(jìn)行基因表達(dá)水平分析。此外，分別于接種后第7、14、21天，記錄被侵染麥穗的發(fā)病情況，統(tǒng)計(jì)麥穗的小穗發(fā)病率和穗軸擴(kuò)展率，并確定病穗的病級(jí)，同時(shí)拍照記錄病穗的發(fā)病情況。每個(gè)品種小麥病穗統(tǒng)計(jì)數(shù)為90～100穗。麥穗的小穗發(fā)病率和穗軸擴(kuò)展率的具體統(tǒng)計(jì)方法為

小穗發(fā)病率=［發(fā)病小穗數(shù)/總小穗數(shù)］×100%；

穗軸擴(kuò)展率=［發(fā)病穗軸長度/總穗軸長度］×100%。

病級(jí)評(píng)價(jià)參照標(biāo)準(zhǔn)NY/T 1443.4—2007《小麥抗病蟲性評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范 第4部分：小麥抗赤霉病評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》、GB/T 15796—2011《小麥赤霉病測報(bào)技術(shù)規(guī)范》［33-34］及江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院抗病劃分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，根據(jù)侵染小穗百分比評(píng)估小麥赤霉病抗性級(jí)別：免疫（0）、高抗（<25%）、中抗（26%～50%）、中感（51%～75%）、高感（>75%）。

1.5 基因表達(dá)水平分析

1.5.1 小麥總RNA提取

采用Trizol法提取麥穗總RNA，并通過微量紫外分光光度計(jì)測定RNA濃度及質(zhì)量。

1.5.2 實(shí)時(shí)熒光定量PCR

采用試劑盒Hifair Ⅲ 1st Strand cDNA Synthesis SuperMix for qPCR（YENSEN：11141ES60）對(duì)提取的總RNA進(jìn)行反轉(zhuǎn)錄；采用試劑盒Hieff qPCR SYBR Green Master Mix（No Rox）（YENSEN：11201ES08）進(jìn)行實(shí)時(shí)熒光定量分析。反轉(zhuǎn)錄加樣體系及反應(yīng)程序：5×g DNA digester Mix 3 μL、Total RNA 4 μg、無RNA酶無菌水將體積補(bǔ)至15 μL，42 ℃孵育2 min；向上述反應(yīng)管中加入5 μL 4×Hifair Ⅲ SuperMix plus，混勻，置入PCR儀中，反應(yīng)程序?yàn)?5 ℃ 5 min，55 ℃ 15 min，85 ℃ 5 min。qRT-PCR反應(yīng)程序：95 ℃預(yù)變性 5 min；95 ℃變性10 s，55～60 ℃退火20 s，72 ℃延伸20 s，35個(gè)循環(huán)。qRT-PCR反應(yīng)中以基因TaACTIN（AB181991.1）和TaGAPDH（A0A1D6ATH8）的轉(zhuǎn)錄水平作為內(nèi)參，所采用的引物見表1。

1.6 農(nóng)藝性狀指標(biāo)測定

在正方形田地的4個(gè)角以及中間選取長勢均勻且健康，面積為1 m2的5個(gè)取樣點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)農(nóng)藝性狀指標(biāo)的測量。株高：在小麥落黃期對(duì)以上5個(gè)取樣點(diǎn)區(qū)域選取長勢健壯的單株小麥100株，測量其主莖穗高度，求平均值即為小麥株高；千粒重：通過數(shù)粒板對(duì)以上區(qū)域的小麥挑取籽粒飽滿均勻的小麥1 000粒，稱重，重復(fù)10次求平均值；單位面積穗數(shù)：計(jì)量以上5個(gè)取樣點(diǎn)麥穗數(shù)的平均值，并乘666.7 m2即為畝穗數(shù)；穗粒數(shù)：對(duì)以上5個(gè)取樣點(diǎn)，每個(gè)取樣點(diǎn)選取100穗健壯長勢均勻的小麥穗，計(jì)量每穗粒數(shù)并求平均值，即為穗粒數(shù)；產(chǎn)量：對(duì)以上5個(gè)取樣點(diǎn)進(jìn)行產(chǎn)量測定，并乘666.7 m2，求平均值即為產(chǎn)量。

1.7 數(shù)據(jù)測定與處理

采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，具體采用單因素方差分析（one-way ANOVA）中的LSD計(jì)算方法進(jìn)行均值比較和差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 周麥47、周麥48抗性性狀觀察與統(tǒng)計(jì)

2.1.1 接種第7天不同品種的發(fā)病情況

觀察發(fā)現(xiàn)，侵染第7天不同品種小麥之間發(fā)病表型差異較?。▓D1）。因此，于侵染第7天只對(duì)宏觀表型進(jìn)行觀察并拍照記錄，未統(tǒng)計(jì)各品種的穗軸擴(kuò)展率和小穗侵染率。從麥穗感染情況可知，單花滴注第7天所有受試麥穗均感染FHB，感病率為100%，但不同品種麥穗感染程度不同：蘇麥3號(hào)被侵染的小穗僅前中段發(fā)病，而周麥47小穗絕大部分已經(jīng)發(fā)黃受損，周麥48整個(gè)小穗黃化，且軸部明顯感染變黃。寧麥9號(hào)小穗上下兩端及穗軸明顯發(fā)黃，且有繼續(xù)延伸的趨勢。周麥18和偃展4110的發(fā)病最為嚴(yán)重，其中，偃展4110從侵染的小穗往上，直至頂端都感染發(fā)黃死亡，并有向下擴(kuò)散趨勢；周麥18中上部的小穗、穗軸都被侵染，但偏上部分感染情況較輕?？傊?，接種第7天，所有被試品種均出現(xiàn)感病癥狀，但不同品種感病程度不同：蘇麥3號(hào)、周麥47、周麥48和寧麥9號(hào)感病較輕、周麥18次之、偃展4110感病最重。

2.1.2 接種后第14天不同品種的發(fā)病情況

從圖2可以看出，單花滴注接種后的第14天，赤霉病感染情況已較為明顯。其中，偃展4110的FHB感染癥狀最明顯，整個(gè)小穗發(fā)病率和穗軸擴(kuò)展率均在50%以上，其次為周麥18，其穗軸擴(kuò)展率為51.86%，小穗發(fā)病率為44.87%。作為中抗對(duì)照品種的寧麥9號(hào)雖然被侵染的小穗發(fā)病性狀明顯，但穗軸未出現(xiàn)明顯擴(kuò)展，并且小穗發(fā)病率較低，為5.81%；而具有“赤霉病最優(yōu)抗性品種”之稱的蘇麥3號(hào)平均穗軸擴(kuò)展率為0，小穗發(fā)病率低至4.37%。新品種周麥47僅被接種的小穗出現(xiàn)感病癥狀，其他小穗基本未被侵染，總體小穗發(fā)病率為4.17%，穗軸擴(kuò)展率為1.38%，感病情況較蘇麥3號(hào)嚴(yán)重，較寧麥9號(hào)輕，但它們之間的感病程度尚未達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著差異水平。周麥48小穗侵染率和穗軸擴(kuò)展率與寧麥9號(hào)接近。綜上所述，蘇麥3號(hào)抗擴(kuò)展和抗侵染能力最強(qiáng)，其次為周麥47、周麥48、寧麥9號(hào)、周麥18、偃展4110。

2.1.3 接種后第21天不同品種的發(fā)病情況

隨著接種后時(shí)間的延長，各小麥品種侵染程度愈發(fā)明顯，同時(shí)表現(xiàn)出各自在抗病方面的顯著差距。侵染后第21天各侵染指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果（圖3）表明，F(xiàn)HB在偃展4110、周麥18上表現(xiàn)出較強(qiáng)的易擴(kuò)展性，其中偃展4110最甚，大多感病植株出現(xiàn)發(fā)黃且肉眼可見的黑色霉菌斑點(diǎn)，穗軸擴(kuò)展率達(dá)到77.74%，小穗發(fā)病率接近60%；周麥18病斑均出現(xiàn)顯著擴(kuò)展，穗軸擴(kuò)展率與小穗發(fā)病率均超50%，并且個(gè)別麥穗出現(xiàn)顯著菌斑；寧麥9號(hào)與周麥48侵染程度相近，周麥48較寧麥9號(hào)抗擴(kuò)展能力強(qiáng)，但抗侵染能力較弱；蘇麥3號(hào)抗擴(kuò)展能力最強(qiáng)，第21天平均穗軸擴(kuò)展率與第14天的接近，但小穗發(fā)病率有所上升。周麥47只有接種的小穗被侵染，小穗發(fā)病率為5.50%，穗軸侵染雖有擴(kuò)展趨勢，但擴(kuò)展率較低，為1.75%，總體的感病表型較蘇麥3號(hào)重，較寧麥9號(hào)輕，但它們之間的感病程度尚未達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著差異水平。綜上，周麥47抗擴(kuò)展和抗侵染能力最強(qiáng)，與蘇麥3號(hào)相當(dāng)，其次為周麥48，與寧麥9號(hào)相當(dāng)，周麥18、偃展4110易感，這與赤霉菌侵染第7、14天時(shí)的研究結(jié)果基本一致。

2.2 抗性基因?qū)HB脅迫的響應(yīng)情況

如圖4所示，在蘇麥3號(hào)中，TaSnRK1α與TaUGT3基因在FHB侵染前本底表達(dá)水平較低、24 h 之后被誘導(dǎo)表達(dá)，并且在48 h之后誘導(dǎo)作用進(jìn)一步加強(qiáng)；TaAOS與TaLTP9基因在FHB侵染24 h之后表達(dá)未被誘導(dǎo)，然而在48 h之后被誘導(dǎo)表達(dá)且表達(dá)水平極顯著升高；與TaUGT3基因同屬于UGT家族的TaUGT6，在FHB脅迫下在24 h表達(dá)水平顯著降低，在48 h升高與侵染前表達(dá)量基本一致。周麥47與寧麥9號(hào)受FHB侵染24 h后，基因TaSnRK1α、TaUGT3、TaAOS和TaLTP9的表達(dá)水平極顯著升高，而48 h后又逐漸降低；然而，TaUGT6基因在周麥47和寧麥9號(hào)中本底表達(dá)水平較高，在FHB侵染24 h之后表達(dá)被極顯著抑制，48 h后抑制作用進(jìn)一步加強(qiáng)。在周麥48中，TaSnRK1α、TaAOS和TaLTP9基因在FHB侵染前本底表達(dá)水平較高，而在侵染24 h后表達(dá)被抑制，在48 h后表達(dá)水平極顯著升高；TaUGT6基因在FHB侵染前本底表達(dá)水平同樣較高，在侵染24 h后表達(dá)被極顯著抑制，48 h 后表達(dá)水平基本恢復(fù)至侵染前。在周麥18中，基因TaSnRK1α、TaUGT6、TaAOS和TaLTP9在FHB侵染前本底表達(dá)均處于較高水平，在侵染24、48 h后表達(dá)被極顯著抑制；同時(shí)TaUGT3在侵染后未被誘導(dǎo)表達(dá)。在偃展4110中，基因TaSnRK1α、TaAOS和TaLTP9在FHB侵染24 h后基因表達(dá)水平均被抑制， 48 h后表達(dá)水平逐漸升高， 但誘導(dǎo)作

用不如抗性品種；TaUGT3基因在侵染24 h后表達(dá)水平被誘導(dǎo)升高，48 h后誘導(dǎo)作用進(jìn)一步增強(qiáng)；TaUGT6基因在FHB侵染前本底水平較高，在侵染24 h后表達(dá)被極顯著抑制，在48 h后表達(dá)較24 h后微弱升高。上述結(jié)果表明，基因TaSnRK1α、TaUGT3、TaAOS、TaLTP9、TaNOX10在不同小麥品種中存在共表達(dá)關(guān)系，并且其表達(dá)水平與小麥抗FHB侵染程度之間存在較大的正相關(guān)性，說明基因TaSnRK1α、TaUGT3、TaAOS、TaLTP9、TaNOX10在周麥47和周麥48抗FHB脅迫過程中可能發(fā)揮正調(diào)控作用。

2.3 周麥47和周麥48農(nóng)藝性狀

作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中培育的新品種，必須兼具抗性和豐產(chǎn)性雙重優(yōu)良性狀，才可能具有廣譜推廣應(yīng)用價(jià)值。因此，本研究在FHB抗性鑒定及抗性機(jī)制分析的基礎(chǔ)上，對(duì)新培育品種周麥47、周麥48的其他農(nóng)藝性狀進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果（圖5、表2）表明，周麥47株高81.1 cm；穗型為長方形，小穗排列略稀，穗長13～15 cm、中大穗型；莖稈粗壯，抗倒伏、抗蟲害能力強(qiáng)；葉片上舉、分蘗中等、單位面積穗數(shù)39.7萬穗/666.7 m2；落黃好，千粒重48.4 g、籽粒飽滿。周麥48株高78.0 cm，紡錘形穗、穗層整齊；株型半緊湊、抗倒性較好、旗葉窄??；單位面積穗數(shù)41.1萬穗/666.7 m2、穗粒數(shù)34.2粒、千粒重47.1 g、白殼、長芒、白粒、半角質(zhì)，飽滿度較好；育性為春性中早熟品種，比對(duì)照周麥18早熟0.8 d，冬季凍害較輕。同時(shí)，周麥47和周麥48的千粒重分別比當(dāng)前在我國黃淮南片地區(qū)廣泛推廣的高產(chǎn)小麥品種周麥18極顯著、顯著增高。綜上，周麥47與周麥48具有良好的農(nóng)藝性狀。

3 討論

3.1 周麥47、周麥48抗性評(píng)價(jià)及農(nóng)藝性狀分析

本試驗(yàn)從小穗發(fā)病率和穗軸擴(kuò)展率2個(gè)方面分析不同小麥品種在FHB侵染后對(duì)赤霉病的抗性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在赤霉菌侵染第7天，被侵染的小穗均已染病，發(fā)病率為100%；FHB在周麥18和偃展4110上表現(xiàn)出較高的擴(kuò)展性，而在蘇麥3號(hào)、周麥47、寧麥9號(hào)、周麥48上均無擴(kuò)展現(xiàn)象。侵染第14天不同品種小麥呈現(xiàn)不同的發(fā)病情況，其中高抗品種蘇麥3號(hào)仍表現(xiàn)為被接種的小穗染病，穗軸未出現(xiàn)病斑；中抗品種寧麥9號(hào)及新品種周麥47、周麥48除被接種的小穗染病外，其穗軸上也出現(xiàn)病斑，但周麥47、周麥48穗軸上的病斑較寧麥9號(hào)??；高感品種周麥18和偃展4110除了侵染小穗染病外，穗軸上病斑的擴(kuò)展率高達(dá)穗軸全長的50%以上。侵染第21天，各品種間的抗性差異愈加明顯，蘇麥3號(hào)穗軸上出現(xiàn)病斑，但僅侵染小穗染??；寧麥9號(hào)小穗侵染率增加，穗軸上病斑擴(kuò)展率增大，但總體擴(kuò)展率不高；周麥47穗軸病斑有擴(kuò)展現(xiàn)象，侵染小穗出現(xiàn)向上擴(kuò)展趨勢，整體抗性較寧麥9號(hào)強(qiáng)，但弱于蘇麥3號(hào)；周麥48的表型與寧麥9號(hào)相似，呈現(xiàn)中等抗性；易感品種周麥18、偃展4110抗性弱，穗軸病斑及小穗發(fā)病率均明顯增大。總之，本試驗(yàn)中受試小麥的FHB抗擴(kuò)展能力由強(qiáng)到弱依次為蘇麥3號(hào)、周麥47、寧麥9號(hào)、周麥48、周麥18、偃展4110。此外，對(duì)比當(dāng)前大面積推廣的小麥品種，周麥48與周麥47具良好的農(nóng)藝性狀，高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、千粒重高。綜上所述，周麥47與周麥48兼具抗FHB、豐產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)等優(yōu)良性狀，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及育種中具有廣闊的推廣和應(yīng)用價(jià)值。

3.2 小麥抗病機(jī)制分析

當(dāng)受到逆境脅迫時(shí)，植物體內(nèi)通過逐級(jí)信號(hào)傳導(dǎo)，調(diào)控特異性基因的表達(dá)，以此響應(yīng)外界脅迫［35］。例如，在遭受真菌病原菌侵染時(shí)，TaSnRK1α基因被激活，TaSnRK1α激酶在TaFROG孤兒蛋白的協(xié)同作用下，通過磷酸化作用活化或抑制下游靶蛋白介導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)過程，調(diào)控植物對(duì)外界脅迫的響應(yīng)［10-12］。本試驗(yàn)結(jié)果表明，F(xiàn)HB侵染24 h或48 h后，TaSnRK1α基因在抗性品種蘇麥3號(hào)、寧麥9號(hào)中的表達(dá)水平均極顯著升高；同時(shí)在新品種周麥47和周麥48被侵染24 h或48 h后，表達(dá)水平同樣顯著性或極顯著性升高，然而在易感品種周麥18被侵染48 h后的表達(dá)水平極顯著降低，但在易感品種偃展4110中，在FHB侵染24 h后表達(dá)水平極顯著降低、48 h后表達(dá)水平極顯著升高，但基因貢獻(xiàn)率較低。綜上可以看出，TaSnRK1α在植物體，特別是在受試品種蘇麥3號(hào)、寧麥9號(hào)、周麥47和周麥48響應(yīng)FHB脅迫過程中發(fā)揮重要作用。此外，活性氧（reactive oxygen species，簡稱ROS）的爆發(fā)是植物響應(yīng)外界脅迫的顯著特征［36-39］。因此，作為產(chǎn)生ROS的關(guān)鍵酶之一的NADPH氧化酶受到國內(nèi)外學(xué)者的高度關(guān)注。在長期對(duì)小麥NOX基因家族基因功能研究的基礎(chǔ)上，筆者所在項(xiàng)目組篩選出一個(gè)對(duì)赤霉病脅迫有明顯響應(yīng)的NOX同源基因TaNOX10。研究發(fā)現(xiàn)，該基因在抗性品種蘇麥3號(hào)和寧麥9號(hào)被FHB脅迫24 h或48 h后，表達(dá)水平顯著升高；同時(shí)，在周麥47和周麥48被侵染24 h或48 h后，表達(dá)水平也極顯著升高；然而，在易感品種周麥18中TaNOX10表達(dá)水平極顯著降低。眾所周知，ROS在植物體內(nèi)具有雙重角色，病原菌侵染早期，ROS的爆發(fā)可抑制病原菌的生長；但在植物感染后期，過多的ROS積累又促進(jìn)病原菌菌絲的生長及毒素的分泌［40］。因此，推測TaNOX10可能通過動(dòng)態(tài)調(diào)控植物體內(nèi)的ROS水平，來提高植物對(duì)FHB脅迫響應(yīng)的敏感度，這與NADPH氧化酶通過調(diào)控植物體ROS水平介導(dǎo)植物對(duì)病原菌的響應(yīng)等的研究結(jié)果［41-42］基本一致。另有研究發(fā)現(xiàn)，糖苷轉(zhuǎn)移酶家族（UGT3/6）成員，通過分解DON毒素，降低病原菌致病力，從而賦予小麥對(duì)FHB的抗性［6-8］。本試驗(yàn)中，TaUGT3基因在抗性品種蘇麥3號(hào)、寧麥9號(hào)、周麥47和周麥48上被侵染24 h或48 h后表達(dá)水平均顯著或極顯著升高。然而TaUGT6基因同屬于UGT家族，在抗性品種、易感品種以及周麥47和周麥48被FHB侵染后表達(dá)水平均有不同程度降低，特別是在易感品種周麥18和偃展4110中表達(dá)水平降低幅度最大。這說明UGT家族不同成員在不同品種小麥響應(yīng)FHB脅迫時(shí)發(fā)揮的生物學(xué)功能不同。Schweiger等研究發(fā)現(xiàn)，脂質(zhì)轉(zhuǎn)移蛋白TaLTP在植物抗赤霉病方面也發(fā)揮重要作用，通過結(jié)合在真菌細(xì)胞膜脂質(zhì)上引起細(xì)胞膜通透性變化，抑制真菌病原體的生長，或通過提高植物體對(duì)DON的耐受力，增強(qiáng)植物對(duì)病原體的抗性［9，43-48］。本試驗(yàn)中，TaLTP9基因在抗性品種蘇麥3號(hào)和寧麥9號(hào)及新品種周麥47和周麥48被FHB侵染24 h或48 h后，基因表達(dá)水平均顯著或極顯著升高，而在易感品種周麥18中表達(dá)水平極顯著降低。顯然，基因TaLTP9與TaNOX10和TaUGT3在植物體內(nèi)隨FHB脅迫時(shí)間延長表達(dá)水平變化趨勢基本一致。這說明它們可能存在連鎖遺傳或功能上的協(xié)同作用，共同賦予小麥對(duì)FHB的抗性作用，這與小麥赤霉病抗性數(shù)量性狀特點(diǎn)吻合，與前人關(guān)于TaLTP9和TaUGT3可以提高植物對(duì)FHB抗性的研究結(jié)果［6，9］一致。茉莉酸介導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)是植物響應(yīng)外界生物脅迫的主要信號(hào)傳導(dǎo)通路之一，在小麥響應(yīng)FHB脅迫方面的積極作用也已經(jīng)被證實(shí)［49-51］。Fan等研究發(fā)現(xiàn)，TaAOS基因通過編碼氧化丙二烯合酶參與JA信號(hào)通路，增強(qiáng)小麥FHB抗性［14］。本試驗(yàn)中，抗性品種蘇麥3號(hào)和寧麥9號(hào)及新品種周麥47和周麥48被FHB侵染24 h或48 h后，基因TaAOS表達(dá)水平均極顯著升高，而在易感品種周麥18中表達(dá)水平極顯著降低，這說明TaAOS可能通過參與JA介導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)通路，在受試小麥品種響應(yīng)FHB脅迫過程中發(fā)揮重要的生物學(xué)功能。

綜上所述，蘇麥3號(hào)、周麥47、周麥48、寧麥9號(hào)、周麥18、偃展4110的FHB抗性與基因TaSnRK1α、TaAOS、TaUGT3、TaLTP9、TaNOX10的表達(dá)水平存在較強(qiáng)的相關(guān)性。說明周麥47和周麥48的FHB抗性同蘇麥3號(hào)及寧麥9號(hào)，均存在遺傳學(xué)上的數(shù)量性狀特征，基因TaSnRK1α、TaAOS、TaUGT3、TaLTP9、TaNOX10可能在周麥47和周麥48響應(yīng)FHB方面均發(fā)揮關(guān)鍵的調(diào)控作用。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，新品種周麥47對(duì)赤霉病具有高抗水平、周麥48對(duì)赤霉病具有中抗水平，它們均兼具較好的豐產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)性狀，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及育種中具有廣闊的應(yīng)用前景。基因TaSnRK1α、TaAOS、TaUGT3、TaLTP9、TaNOX10在周麥47和周麥48抗FHB脅迫方面發(fā)揮重要作用。

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