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青海省小麦条锈病流行规律研究

姚强  
【摘要】:小麦条锈病是我国威胁小麦安全生产最严重的病害之一,其病原菌的远程气流传播致使病害具有大区流行的特点。明确条锈菌在我国小麦产区病害流行规律对该病的有效控制至关重要。青海与我国小麦条锈菌的主要流行区甘肃相邻,是我国条锈菌西北越夏区的重要组成部分。区域内因大量种植阿勃、京农411、高原448等感病小麦品种,条锈病几乎隔年流行,年均减产10%以上。2002、2007年条锈病大流行,发病面积200余万亩,产量损失达40%左右。随着全球气候的变暖,耕作制度的变革,2000年以来,在我国北方冬小麦扩种的发展形势的影响下,青海省开始大面种植冬小麦,并稳定在30万亩左右,形成冬、春小麦交错种植、垂直分布的立体布局,小麦条锈病发生流行规律也随之发生显著变化。本研究通过开展条锈菌越冬、越夏病情监测调查,探明小麦条锈菌是否可以在青海完成周年循环;基于毒性表型分析,明确菌系间的毒性多样性;开展SSR和SNP的分子群体遗传多样性研究,确定条锈菌不同区域内群体遗传结构及群体间分化程度;同时进行青海小檗在条锈病流行中的作用研究;结合高空气流风场、地理环境等信息分析;综合开展青海省条锈病流行规律研究,主要研究结果如下:1.青海晚熟春麦和冬麦收获后自生麦苗增多的共同作用,小麦条锈病菌在青海晚熟春麦上和自生麦苗得以维持其寄生生活到十月底,可以保持大量的菌源到早播冬麦出苗后,较以往相比,越夏范围扩大、越夏时间延长,越夏菌源量增大。2.2013~2017年度,小麦条锈菌可以在青海冬麦区正常越冬,同时越冬病叶率较低(1%以下),4年中小麦条锈菌安全越冬的海拔上限达2260 m。条锈菌越冬的总体趋势为海拔越低的地区病菌越冬率越高,海拔越高的地区病菌越冬率越低,同时冬前菌源数量、冬季1月份平均气温以及降雨(雪)量等气象因素以及地形地势等均是影响条锈菌能否越冬以及越冬率高低的因素。3.青海省小麦条锈菌群体遗传多样性研究(1)在条锈病越冬菌源在夏季流行初期的作用研究中,表明青海夏季流行初期的菌系比越冬菌系的群体毒性多样性丰富;两个群体的基因流值为31.38;SSR与SNP群体遗传结构数据均表明,地理位置相近的越冬菌源和夏季流行菌源的春麦菌系的遗传结构相似度较高,同时夏季流行初期菌系遗传结构比越冬菌源相对丰富;3~5月份流行区气流分析的高空风场数据表明,供试菌系采集地的风向主要为西北气流和南方气流,同时来自东南的气流一部分经由甘肃南部到达青海东部。综合研究表明,青海越冬菌源与夏季流行初期2个不同阶段菌系间存在广泛的菌源交流,越冬菌源是夏季早期流行重要菌源,同时还有外来菌源。(2)在冬、春麦条锈菌菌源交换关系研究中,毒性表型表明2016年冬麦、春麦菌系群体毒性多样性差异较小;2个群体的基因流值为27.83;SSR和SNP群体遗传结构均表明冬麦、春麦菌系群体基因型多样性差异较小,地理位置相近的冬麦和春麦菌系的遗传结构相似度较高,同时春麦菌系遗传多样性水平较冬麦略丰富;高空风场数据表明6~8月份菌系采集地的风向主要是东南气流。综合分析表明,冬麦、春麦间存在广泛的菌源交流,冬麦菌源在春麦条锈病流行中具有重要作用。(3)在小麦条锈菌群体结构的季节性变化分析中,菌系毒性基因分布频率表明,2016年秋季菌系群体遗传多样性较春季、夏季相对丰富;基于SSR分子标记数据分析得出,春季与夏季流行菌系群体的基因流值为24.46,与秋季菌系的基因流值为3.35,夏季与秋季流行菌系的基因流值为4.07;SSR和SNP的群体遗传结构分析,认为春季和夏季菌系的遗传结构相似度较高,春季菌源和秋季流行菌系相似度较低,夏季菌系和秋季菌系具有一定的相似性,但也有较大的差距;综合高空风场数据、区域内病害的流行为害时间等数据,春季菌源与夏季流行菌系间存在广泛的菌源交流,秋季菌系与夏季菌系具有一定的相似性,但也有较大的差异。(4)在小麦条锈菌群体结构的年度间时空变化研究中,2014年~2016年秋季菌系群体毒性多样性表明年份间存在一定的差异,2016年秋季菌系的毒性遗传多样最高,其次为2014年,2015年最低;3个年份中,Yr5的毒性频率均为0;Yr15的毒性频率2015年为0.03,其他2年为0;YrTr1的毒性频率2016年为0,另外2年均为0.03;其余25个Yr基因毒性频率都相对较高。4.青海、甘肃小麦条锈病菌源传播关系研究(1)在青海、甘肃春季条锈病菌源交换关系研究中,毒性表型数据表明,2016年青海菌系毒性多样性比甘肃略高;两地同期菌系群体间的基因流值为36.96;基于SSR和SNP群体遗传结构均表明青海、甘肃春季菌系相似度较高,同时青海冬麦的流行初期菌系和区域内越冬菌系遗传相似度最高;结合3~5月份流行区气流分析的高空风场数据,综合分析表明青海和甘肃的春季菌系之间存在较高水平的基因交流,同时青海的越冬菌源菌系在夏季流行中起到一定的作用。(2)青海、甘肃秋季条锈病菌源交换关系研究中,2014~2016年青海、甘肃秋季菌系群体毒性多样性表明,青海、甘肃秋季菌系群体毒性多样性同一年份的差异相对较小,年份间存在一定的差异;微卫星标记条锈菌群体遗传多样性分析得出,2016年青海、甘肃的秋季菌系群体间基因流值为2.63;SSR和SNP的群体遗传结构表明,青海和甘肃秋季菌系有一定的相似性,但青海秋季菌系分子遗传多样性水平较甘肃同期略高;结合高空风场数据,综合分析表明青海贵德、循化的秋季菌源和位置较近甘肃积石山县的菌系有一定菌源交流,大部分菌源可能经气流传播至甘肃东南部流向我国东部。5.青海小麦条锈菌转主寄主小檗的分布与鉴定本研究通过对青海省小檗资源分布进行了调查,对小檗是否作为小麦条锈菌转主寄主进行了鉴定。结果表明青海分布的细叶小檗(Berberis poiretii)、匙叶小檗(Berberis vernae)、松潘小檗(Berberis dictyoneura)、近似小檗(Berberis approximata)、堆花小檗(Berberis aggregata)、秦岭小檗(Berberis circumserrata)6种小檗可以作为小麦条锈菌的转主寄主。6.中国小麦条锈菌CYR32和CYR33的毒性和基因型多样性分析本研究对全国11个省(区)小麦条锈菌CYR32和CYR33的毒性和基因型多样性研究结果表明,CYR32和CYR33菌系各有17种毒性表型。在Yr2、Yr17、Yr27、Yr32、Yr43、YrSp、YrExp2、Yr28、YrV23共9抗病基因上均发生了毒性分化。CYR32和CYR33菌系的多样性指数分别为0.089、0.097;CYR32和CYR33菌系的香农信息指数分别为0.44和0.45;当相似性系数为0.93时,CYR32和CYR33菌系分别被聚为5个和8个毒性类群;当相似性系数为0.84时,CYR32和CYR33菌系分别被聚为10个和16个基因型类群。在中国鉴别寄主上具有相同毒性谱特征的CYR32和CYR33菌系在近等基因和SSR分子标记中发生了不同程度的毒性和基因型分化。本研究结果较为全面和精确地掌握青海省小麦条锈病的流行规律,对青海条锈病菌源区及其在我国流行区系中的作用有新的认识,将可为青海越夏菌源区的治理提供必要的科学信息,对全国小麦条锈病的源头治理、对小麦条锈病流行的控制具有重要意义。


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