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赤霉病(Fusarium head blight，FHB)是全球范围内小麦生产上危害最大、最具毁灭性的真菌性病害，严重影响小麦产量和品质；麦穗和籽粒被病菌侵染后产生的脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）毒素会对人畜安全造成极大威胁。随着气候变化和耕作制度的改变，我国小麦赤霉病的发生与流行频率不断增加，流行区域也逐步由长江中下游冬麦区向黄淮麦区、北方麦区蔓延，给我国粮食安全造成巨大隐患。培育和推广抗赤霉病品种，通过遗传改良提高品种赤霉病抗性是控制该病发生流行最经济、安全的关键措施。
小麦赤霉病抗性是受多基因控制的复杂数量性状。许多研究者对小麦赤霉病抗性鉴定进行研究并衍生出多种抗性鉴定方法。自然发病、单花滴注、土表接种及孢子液喷雾是赤霉病抗性鉴定最常用的方法，其中单花滴注法可准确鉴定TypeⅡ（抗扩展），土表接种及孢子液喷雾适合抗病材料的大规模筛选，经常用于鉴定TypeⅠ（抗侵染）的鉴定。但小麦赤霉病的发生和发展易受包括环境在内的多因素影响，遗传研究及育种多世代的赤霉病抗性鉴定程序复杂繁琐，表型评价的复杂性、不一致性和不稳定性是制约赤霉病抗性研究和育种效率的瓶颈。
随着分子生物学技术的快速发展，小麦21条染色体已被定位了数百个抗赤霉病QTL,正式被命名的主效抗性QTL有7个，为Fhb1-Fhb7。这些抗赤霉病QTL的定位加快了小麦抗赤霉病育种进程。我国长江中下游麦区已创制和培成多个抗赤霉病种质或品种。而作为我国小麦第一大产区的黄淮麦区栽培品种绝大多数高感赤霉病，抗赤霉病品种严重缺乏，提高小麦赤霉病抗性已成为该区域主要育种目标之一。
将抗性效应较大且稳定的QTL聚合到农艺及产量性状较好的品种（系）中是改良小麦赤霉病抗性的有效途径。为此，本研究利用与4个抗赤霉病主效基因Fhb1、Fhb2、Fhb4和Fhb5紧密连锁的6个标记对81份中选抗赤霉病高代新品系和4份对照品种进行基因型检测，并在扬花期采用孢子液机械喷雾的方法开展赤霉病抗性鉴定，分析不同基因及其组合的抗赤霉病效应，为黄淮麦区半冬性小麦抗赤霉病育种提供参考。
1 材料与方法
1.1试验材料
供试材料为本单位通过田间抗赤表型鉴定结合实验室分子标记辅助选择选育的5代以上的81份小麦新品系，其供体亲本赤霉病抗性稳定、达到中抗及以上水平，为来自于比利时的Centenaire（MR、None）、Petrus（R、None），江苏农科院的苏3/扬5（R、None）和7043（7042 01C-14）（MR、Fhb1），南京农业大学的L06486（R、Fhb1+ Fhb2+ Fhb4+ Fhb5）、NMAS22（R、Fhb1+ Fhb2+ Fhb4+ Fhb5）、NMAS043（MR、Fhb1+Fhb4）和NMAS046（MR、Fhb1+Fhb5）。受体亲本为半冬性、丰产性好、综合农艺性状优异且能弥补抗病亲本不足的黄淮南片大面积种植品种或自育品系。为提高杂交后代优异基因分布频率，采用有限回交或复交方式配制杂交组合，各世代在田间赤霉病抗性鉴定、综合农艺性状筛选及室内籽粒考种的基础上，对中选单株开展分子标记检测，明确抗赤霉病基因构成，并与田间接种结果相互验证，最终进行品系决选。该批材料在合肥和淮北两地经多年抗赤性鉴定，田间发病普遍较轻。
田间设置抗性对照苏麦3号(CK1)、中抗对照扬麦20(CK2)、中感对照郑麦9023(CK3)及高感对照安农8455(CK4)。此外，苏麦3号、望水白为分子标记的对照品种。
供试小麦赤霉病病源菌含有3个黄淮麦区赤霉病强致病力菌株（禾谷镰孢菌 Fg5及亚洲镰孢菌Fa7、Fa23），均由安徽省农业科学院植物保护与农产品质量安全研究所杀菌剂毒理与抗药性团队提供。
1.2 赤霉病抗性鉴定与评价
2021年10月，将供试小麦材料在安徽省农业科学院淮北柳湖基地播种，采用温特斯泰格小区点播机种植，每小区6行，行长10 m，行距25 cm，株距15 cm。
赤霉病接种：于小麦扬花期采用弥雾法接种，使用田间喷雾机械对供试材料每天均匀喷施分生孢子悬浮液1次，浓度为（3×104个·L-1），每隔1d接种1次，连续接种3次。随后1 d 5次机械喷雾保湿，连续保湿7d。
病情调查与记载：接种后21 d后，于供试小区内选取3个代表性样点，每样点10穗，调查每穗发病小穗数，计算平均病小穗率。
1.3 DNA提取
经田间综合农艺性状筛选、抗赤霉病表型鉴定及室内籽粒考种后，每个中选单株随机挑选3粒，碾碎混合后采用SDS法提取籽粒基因组DNA。
1.4 目标基因检测
选取与4个抗赤霉病主效QTL（Fhb1、Fhb2、Fhb4和Fhb5）紧密连锁的6个分子标记His-indel(Fhb1)、Gwm513和Gwm149(Fhb4)、Wmc398和Wgrb969(Fhb2)与Wgrb0629(Fhb5)对供试材料进行检测，标记均由南京农业大学马正强团队新开发(暂未发表)，引物均由上海生物工程有限公司合成。其中，Fhb1、Fhb2基因以苏麦3号为阳性对照，Fhb1、Fhb2、Fhb4和Fhb5基因以望水白为阳性对照。
1.5 数据统计分析
利用DPS软件进行不同基因及其组合感病小穗率的差异性分析。
2结果与分析
2.1供试小麦品系的抗性表现
田间调查结果显示，对照品种苏麦3号、扬麦20、郑麦9023及安农8455平均病小穗率分别为9.71%、15.21%、22.08%、73.77%，各类型品种抗性差异明显，说明田间机械弥雾接种方式可行。供试81份自育小麦品系病小穗率变化范围为8.97%-68.74%，平均为27.95%。其中，有2份品系病小穗率低于高抗对照苏麦3号，其亲本来源中均有L06486，该品系聚合了来自于望水白的抗赤霉病主效基因Fhb1、Fhb2、Fhb4和Fhb5。另有11份材料病小穗率低于中抗对照扬麦20；所有参试品系病小穗率均低于安农8455，说明该批供试品系赤霉病抗性整体较好。
图1 田间发病情况
2.2供试小麦品种的抗赤霉病QTL位点分布
利用与已知赤霉病抗性位点连锁的6个标记对81份供试品系进行目标基因检测，发现携带单个或多个赤霉病抗性基因的自育小麦品系60份，Fhb1、Fhb2、Fhb4、Fhb5 检出频率分别为64.20%、12.35%、20.99%、34.57%。其中，携带单个抗病基因Fhb1、Fhb4、Fhb5的小麦品系分别为18份、3份、2份，未检测到单独携带Fhb2 的品系。有37份（45.68%）品系同时携带2～3个赤霉病抗性基因，其中携带2个抗病基因的品系有27份，以Fhb1+ Fhb5组合较多，出现频率为17.28%；携带3个抗病基因的品系有10份，以Fhb1+ Fhb4+ Fhb5组合最多，出现频率为7.41%；另有3份材料携带Fhb1+ Fhb2+ Fhb5，1份材料携带Fhb1+ Fhb2+ Fhb4。有21份品系未携带目标抗病基因。
2.3携带不同抗性基因及其组合的供试品系抗性分析
对携带不同抗性基因的品系病小穗率进行统计分析，结果如表1所示。携带抗性基因的品系平均病小穗率低于不含抗性基因的品系。田间抗性表现为携带抗病基因越多，平均病小穗率越低，说明聚合多个抗赤霉病基因可以有效提高小麦品种的抗赤霉病水平。在携带单个抗性基因的小麦品系中，平均病小穗率变异系数较高，以携带单个Fhb1基因的18份供试品系为例，平均病小穗率的变化范围为9.62%-68.74%，其变异系数最高。分析基因组合发现，亲本来源中含有苏3/扬5的品系，田间表现抗性水平均好，平均病小穗率较低，可能是聚合了L06486已知的抗赤霉病基因和苏3/扬5抗源中的未知基因。平均病小穗率较高的品系中，轮回亲本为高感赤霉病的烟农19。携带2个抗性基因的品系中，以Fhb1+Fhb2组合的抗性水平最好，其抗性基因组合效应最大，较高感对照平均病小穗率降低了79.91%。携带Fhb4+Fhb5组合的3个品系比单独携带Fhb4或Fhb5的品系平均病小穗率略高，其原因可能由于受基因互作或受体亲本遗传背景的影响所致。携带3个抗性基因的品系，其平均病小穗率整体较低，抗性均好于中感对照郑麦9023。其中以Fhb1+Fhb2+Fhb4组合抗性最好，较安农8455平均病小穗率降幅达85.47%。
81份材料中，有21份虽未检测到抗病基因，但其平均病小穗率明显小于高感对照安农8455，推测这些品系可能携带未知的抗赤霉病基因。
抗性基因效应=（携带抗性基因品系的平均病小穗率-不含抗性基因的高感对照安农8455的平均病小穗率）/不含抗性基因的高感对照安农8455的平均病小穗率;同列数据后不同小写字母表示差异显著（P<0. 05）。
2.4 抗赤霉病亲本的应用及遗传效应
在供试的81份小麦新品系中，广泛使用国内外引进的抗赤霉病材料，如南京农业大学马正强团队的L06486、NMAS022均含有1个或多个抗赤霉病基因；来自比利时的赤霉病抗源材料Petrus、江苏省农科院培育的苏3/扬5虽未检测到已知抗性基因，但其田间抗性优异。为改善其农艺性状，与济麦22、济麦24、淮麦0882、周麦18、烟农19等黄淮南片大面积推广品种或自育农艺性状较好的亲本多次回交或复交，品种株高、产量等性状得到了很大程度的改善。此过程中，通过田间分离世代弥雾接种结合分子标记辅助选择，使得抗赤霉病基因得以保留，显著提高了后代品系的赤霉病抗性水平，但田间抗性水平及抗性基因组成也有所差异。
供试材料中，有29份品系含有抗赤霉病亲本苏3/扬5基因，其中8份与石矮1号或百农64配制的组合，其后代未检测到抗赤霉病主效基因，平均病小穗率为35.44%；与含有4个主效基因的L06486配制的后代中，均检测到1-3个抗赤霉病基因，平均病小穗率为20.48%。Petrus来源于比利时，经鉴定其赤霉病抗性较好，但抗性基因未知。利用其作为抗源材料配制的14份组合中，平均病小穗率为41.64%；其中11份品系未检测到目标抗性基因；2份新品系含Fhb4，平均病小穗率提高至24.46%。3份新品系含有Fhb1+Fhb4，其平均病小穗率仅为13.83%，抗性较扬麦20好，其供体亲本均为NMAS043。
3 讨论
Fhb1是目前鉴定到的效应最大且育种中应用广泛的赤霉病抗性主效位点，其单个QTL表型贡献率达15%-30%。张宏军、马红勃等均以含Fhb1基因的供体亲本，通过回交和分子标记辅助选择，培育出含有Fhb1基因且综合性状较好回交后代家系或品种。在本研究52份供试新品系中， Fhb1检出频率最高，平均病小穗率为19.94%，低于不含Fhb1的品系。但同时发现这些品系的平均病小穗率变幅较大，抗性差异明显，推测该位点的效应可能与遗传背景有关。来源于6BS染色体的Fhb2是仅次于Fhb1的抗扩展主效基因，该位点在欧洲小麦品种中的分布频率较高，在我国地方品种和育成品种中频率很低。在本研究中，未检测到单独携带Fhb2的品系，均以Fhb1+Fhb2、Fhb1+Fhb2+Fhb4、Fhb1+Fhb2+Fhb5等组合形式出现，其相应品系的病小穗率整体较低，田间抗性表现好。
除了Fhb1、Fhb2等主效QTL的效应，赤霉病抗性的遗传也受部分微效QTL的控制，通过分子标记辅助选择聚合不同类型抗赤霉病 QTL可以大幅提高小麦赤霉病抗性。张一铎等以小麦品系NMAS022 作为供体亲本, 百农 4199 作为受体亲本, 通过分子标记辅助回交育种方法选育成了聚合望水白 Fhb1、Fhb4、Fhb5 的小麦新品系百农 4299，抗侵染与抗扩展特性均增加了70%以上。本研究利用分子标记辅助回交技术，将供体亲本中Fhb1、Fhb2、Fhb4、Fhb5 分别导入到黄淮麦区多个优良品种，培育出60份不同QTL组合的抗赤霉病品系，发现携带3个抗赤霉病基因的品系平均病小穗率低于携带2个抗赤霉病基因的，携带2个抗赤霉病基因的平均病小穗率低于携带1个抗赤霉病基因，携带1个抗赤霉病基因的平均病小穗率低于不含任何抗赤霉病基因的品系，即携带抗性基因数量越多，赤霉病抗性越好。多个抗性基因聚合，可以有效提高品种赤霉病抗性。刘建军等以含有 Fhb1、Fhb2、Fhb4 和 Fhb5 共 4个抗赤霉病基因聚合的种质 NMAS020 为抗源与农艺亲本济麦22、石H083-366等复交构建了抗赤霉病育种选择群体，其研究结果也表明携带Fhb1+Fhb2组合品系的抗性优于携带Fhb1+Fhb4组合的品系。但在本研究中有3份同时聚合了2个抗侵染基因Fhb4、Fhb5的品系，病小穗率较高，在相关研究中也分别出现过Fhb4+Fhb5的抗性弱于Fhb4及Fhb2+Fhb4的抗性弱于Fhb4的结果，这可能是由于受体亲本遗传背景的差异所致，也有可能受基因互作的影响。本研究供试材料中，同时携带Fhb1、Fhb2、Fhb4的品系赤霉病抗性最好，但仅有1份，其效应有待进一步验证。
20世纪下半叶，受赤霉病爆发的影响，在全世界范围内即开展了小麦赤霉病抗性育种。基于传统技术和分子标记辅助选择、基因组选择等新技术的共同应用，一些抗性较好的品种先后培育出来并得以推广。但时至今日，抗赤霉病品种的比例仍然很低，抗性提高的程度也难以满足需要。筛选和创制小麦赤霉病抗源是进行小麦抗赤霉病育种的基础，虽然目前尚未发现对赤霉病完全免疫的品种，但不同品种的抗性水平差异不同。本团队自2007年开始小麦抗赤霉品种选育工作，先后从国内长江中下游地区抗赤霉病优势育种单位江苏省农业科学院引进苏麦3号等含有Fhb1、Fhb2的抗源材料；从南京农业大学马正强团队引进L06486、NMAS022、NMAS043、NMAS046等含有Fhb1、Fhb2、Fhb4、Fhb5的抗源；从比利时引进Petrus、Centenaire等、江苏省农业科学院引进苏3/扬5，虽暂未检测到抗性QTL但田间抗性明显较好的抗源材料。将上述供体亲本与黄淮麦区主推品种济麦22、济麦24、淮麦0882及部分自育高代品系配制回交或复交组合，低世代（F1-F3）代重点开展农艺性状筛选，以组合淘汰为主，增加优异组合内株系个数，确保一定的群体数量；中高世代（F4-F6）以抗病性筛选为主，兼顾农艺性状，以株系淘汰为主，组合淘汰为辅；并在合肥、濉溪两地开展赤霉病鉴定和农艺性状筛选，同步开展分子标记辅助筛选，提高了育种效率和准确性创制了一批赤霉病抗性优良的中间亲本或高代品系。供试的81份新品系均经过多年多点的田间种植与抗病性鉴定，目前株高、产量等综合农艺性状好，且赤霉病抗性水平较好，其中有2份品系病小穗率低于高抗对照苏麦3号，另有11份材料病小穗率低于中抗对照扬麦20，这部分材料有望晋级国家及省级各类品种比较试验，也或可作为抗性亲本进一步加以利用。 部分参考文献
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