專利名稱：作物真菌病害持久抗病復(fù)合系的培育方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬於植物品種選育，特別涉及真菌病害持久抗病作物品種 培育。
背景技術(shù)：
經(jīng)過長期進(jìn)化變異，作物真菌性病害的致病生理小種類型豐富，致病
基因數(shù)量龐大，比如稻瘟病8個(gè)群數(shù)百個(gè)生理小種，我國常年發(fā)病面積2000 多萬畝，已經(jīng)成為水稻生產(chǎn)的第一大病害，玉米大小斑已發(fā)現(xiàn)16個(gè)小種， 系玉米上最普遍的病害之一，因此，開展真菌抗病育種新方法研究意義重 大。
基因?qū)虻拇怪笨剐詫W(xué)說是學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)同的真菌抗病性遺傳理 論，即第一，作物抗病基因或防御反應(yīng)基因在作物抗病反應(yīng)過程中可以抵 抗病菌侵染及擴(kuò)展，在病菌中也存在相應(yīng)的致病基因；第二，抗病基因與 致病基因存在著嚴(yán)格的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，它以抗病功能單元(抗病+致病) 和感病功能單元(感病+致病)的方式發(fā)揮作用，作物一旦擁有抗病功能 單元即擁有對(duì)應(yīng)病原菌的抗性，反之亦然。第三，抗病功能單元同等重要， 平行發(fā)揮作用，且不能相互替代。
在基因?qū)蚶碚摰闹笇?dǎo)下，增加作物質(zhì)量抗病基因數(shù)量，改良提升 垂直抗性水平已經(jīng)成為當(dāng)今作物抗病育種的主流方向。與此配套所采用的 技術(shù)路線和主要方法是，首先，廣泛鑒定、篩選、評(píng)價(jià)以及人工合成可抵 抗病原菌致病基因的作物基因或外源基因；然后，應(yīng)用雜交、回交、轉(zhuǎn)基 因、分子輔助選擇、組織培養(yǎng)等育種工具，把多個(gè)抗病基因?qū)刖酆显谝?個(gè)品種之中，完成品種抗病性的有效提升。
然而，.目前作物抗真菌性病害品種改良面臨兩大突出問題，第一，適 應(yīng)性太差。現(xiàn)行推廣品種不具備抗御多個(gè)生理小種攻擊的能力， 一個(gè)稻區(qū) 培育的品種難以推廣到另一個(gè)稻區(qū)。例如，川香優(yōu)3號(hào)在四川審定為高抗 的新品種，在引入重慶涪陵后成為高感品種，成災(zāi)流行，損失巨大。第二， 抗性不持久。品種在室內(nèi)接種鑒定、大田病圃鑒定和審定時(shí)都是抗病的，但在推廣3年左右即演變成感病品種，嚴(yán)重影響了良種生產(chǎn)潛能的發(fā)揮。 2005年湛江雷州開始種植"天優(yōu)998"超級(jí)雜交水稻品種，2008年2. 3萬 畝發(fā)病?？剐杂N工作一直被病原菌牽作鼻子走，既被動(dòng)又滯后，真是到 了山窮水盡的境地。幾十年來的抗病育種與大面積生產(chǎn)實(shí)踐已經(jīng)證明，作 物抗病性的降低甚至消失不是作物抗病基因的丟失和功能的失靈，而是作 物無抗性基因的病原菌演變?yōu)閮?yōu)勢生理小種或者產(chǎn)生了新的病原菌生理小 種所致。之所以出現(xiàn)這種結(jié)果，主要有四大誘因第一，抗原少、抗譜狹 窄，受抗性基因資源、育種時(shí)間、財(cái)力投入、技術(shù)保障、作物與病原菌生 物進(jìn)化的難易程度與速度差異等因素的制約，要把所有抗性基因?qū)胪?品種之中的難度巨大，至今尚無一個(gè)抗所有稻瘟病生理小種的品種育成。 第二，作物抗性的系統(tǒng)性改良滯后，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中客觀上要求對(duì)作物抗 性實(shí)施系統(tǒng)性改良，抗病基因必須全覆蓋致病基因，所有功能單元都必須 是抗病類型，否則，只要有一個(gè)功能單元屬于感病性質(zhì)，作物整體抗性就 變成感病類型；然而，過去的抗病育種工作卻恰恰相反，我們以增加部分 抗病功能單元，解決優(yōu)勢小種抗病問題為主要目標(biāo)，絕大多數(shù)功能單元仍 然是感病性質(zhì)的，抗譜永遠(yuǎn)窄于病圃；這類品種的大面積種植必然對(duì)病原 菌產(chǎn)生差別選擇壓力，病原菌內(nèi)部的種群結(jié)構(gòu)平衡被打破，原有的感病功 能單元一一次生生理小種快速發(fā)展，演變成為優(yōu)勢生理小種，品種抗性失 效。第三，新的病原菌小種產(chǎn)生，在當(dāng)今抗病育種中過渡重視質(zhì)量抗性基 因的利用和垂直抗性改良，忽視了數(shù)量抗性基因的應(yīng)用和水平抗性的提高， 在強(qiáng)大質(zhì)量抗性的剛性選擇壓力下，病原菌會(huì)被迫加快進(jìn)化變異，產(chǎn)生新 的生理小種，從而突破現(xiàn)有的抗譜范圍。第四，抗性生態(tài)系統(tǒng)單一，現(xiàn)有 垂直抗性品種單株的抗譜都是同質(zhì)的，由單株組成的生態(tài)系統(tǒng)的抗譜是單 一和不穩(wěn)定的，在抗性強(qiáng)度上是剛性的，要么抗病要么感病，根本沒有處 于中間狀態(tài)的水平抗性。
為了應(yīng)對(duì)作物品種抗譜狹窄和持久性差的局面，在作物生產(chǎn)中廣泛采 用不同抗原品種的交叉種植(即集團(tuán)當(dāng)家)和品種快速更換等辦法，來完 成對(duì)病原菌的物理隔離和阻止病原菌的快速變異，避免病害大暴發(fā)。但這 樣又引發(fā)了品種多亂雜的問題，這與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的規(guī)?；?biāo)準(zhǔn)化、商品化 的要求嚴(yán)重對(duì)立。在現(xiàn)有技術(shù)中，有一件發(fā)明名稱為"一種小麥赤霉病抗病育種方法"
的CN1669410A于2005年9月21日公開，它是利用"中國春"小麥的單體 系列與小麥赤霉病抗源"蘇麥3號(hào)"進(jìn)行雜交與回交，并對(duì)每個(gè)世代進(jìn)行 鏡檢，選擇單體再次進(jìn)行回交。至回交4代后，將分離出的單體后代套袋 自交，從中選擇純合二體作為該套單染色體代換系材料。選擇已經(jīng)定位染 色體的SSR引物對(duì)單染色體進(jìn)行PCR擴(kuò)增，根據(jù)得到的分子標(biāo)記進(jìn)行單染 色體的鑒定。這套蘇麥3號(hào)染色體代換系材料的獲得，將有助于定位并克 隆蘇麥3號(hào)的赤霉病抗性基因，將抗性基因?qū)肫渌缓K麥3號(hào)抗赤霉 病基因的小麥品種或品系，選育出抗赤霉病的小麥品種或品系，加快抗病 育種進(jìn)程，提高抗病育種選擇效率。但是它的抗性育種針對(duì)的是育種當(dāng)時(shí) 病原微生物的優(yōu)勢生理小種，利用的是能抵抗該優(yōu)勢小種的特定植物基因， 這在品種育成的初期有很好的抗病效果，甚至能達(dá)到高抗水平， 一旦品種 大面積推廣，在抗性品種垂直抗性的強(qiáng)大選擇壓力下，病原微生物變異速 度加快， 一些劣勢小種轉(zhuǎn)化為優(yōu)勢小種，還會(huì)加速新的生理小種出現(xiàn)，使 抗病品種迅速轉(zhuǎn)化為感病品種，給農(nóng)作物造成巨大損失；因此，利用這種 抗病育種方法培育成的品種缺乏抗病持久性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，擬提供一種作物真 菌病害持久抗病復(fù)合系的培育方法，使之創(chuàng)造抗譜互補(bǔ)的近等基因親本， 培育具有多抗譜和不同抗性水平的復(fù)合系品種用于生產(chǎn)，對(duì)群體抗譜覆蓋 的任何生理小種來講，在復(fù)合系群體中既有抗病又有感病單株，降低單純 垂直抗性過大的選擇壓力，以協(xié)調(diào)作物與病原菌的矛盾，提高作物抗性的 柔性程度，穩(wěn)定病原菌的種群結(jié)構(gòu)，延緩新生理小種的產(chǎn)生，以實(shí)現(xiàn)作物 持久抗性，滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)規(guī)模化、標(biāo)準(zhǔn)化、商品化的要求，延長作 物新品種的使用壽命。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，所采取的技術(shù)方案如下。
一種作物真菌病害持久抗病復(fù)合系的培育方法，其特征在于，由以 下步驟構(gòu)成
1 、根據(jù)文獻(xiàn)記載查找或針對(duì)某一生態(tài)區(qū)域調(diào)查目標(biāo)作物病害的病源菌 種群及相應(yīng)的抗病基因，獲取抗不同種群的基因材料或克隆的抗病基因；2、 將獲取的各抗病材料中的抗病基因采用常規(guī)雜交、分子標(biāo)記輔助選 擇或轉(zhuǎn)基因中任選一種或其結(jié)合的方法，轉(zhuǎn)入育種骨干親本材料，培育出 抗譜互補(bǔ)的育種中間材料；
3、 利用上述育種中間材料培育抗譜互補(bǔ)、其它性狀一致的常規(guī)種近等 基因系或抗譜互補(bǔ)、其它性狀一致雜交種的母本與父本近等基因系，將抗 病基因分配到各近等基因系上；
4、 將抗譜互補(bǔ)的近等基因常規(guī)種混合，直接用于生產(chǎn)，即為具持久抗 性的復(fù)合系常規(guī)品種；或者
將育成的抗譜互補(bǔ)的母本近等基因系混合后作母本，抗譜互補(bǔ)的父本 近等基因系混合后作父本，再按通常的雜交制種方法生產(chǎn)雜交種子，生產(chǎn) 出的雜交種子為抗譜互補(bǔ)的具持久抗性的復(fù)合系雜交品種。
本發(fā)明作物真菌病害持久抗病復(fù)合系的培育方法，具有如下的優(yōu)點(diǎn)
1、 培育出的復(fù)合系品種對(duì)于每一種群的病源菌生理小種來說，是一 個(gè)既有抗病單株又有感病單株的抗病感病復(fù)合體，是利用多個(gè)垂直抗性基 因人工模擬成的具水平抗性品種，能降低單純垂直抗性過大的選擇壓力， 協(xié)調(diào)作物與病原菌的矛盾，提高作物抗性的柔性程度，穩(wěn)定病源菌的種群 結(jié)構(gòu)，延緩新生理小種的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)作物持久抗性。
2、 由于生產(chǎn)復(fù)合系品種的親本除了抗譜不同外，其它各性狀高度一致， 既實(shí)現(xiàn)了抗性基因的多樣性，又能滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)規(guī)?；蜆?biāo)準(zhǔn)化 的要求。
3、 可以根據(jù)各區(qū)域病源菌種群結(jié)構(gòu)的不同，通過調(diào)整抗譜互補(bǔ) 近等基因系的混合比例來滿足不同生態(tài)環(huán)境的需求，實(shí)現(xiàn)近等基因系 的任意比例調(diào)節(jié)。
采用本發(fā)明作物真菌病害持久抗病復(fù)合系的培育方法，我們針對(duì)重慶 的ZA、 ZB、 ZC、 ZD四個(gè)主要稻瘟病種群，2003年對(duì)這4個(gè)種群有垂直抗性 的水稻材料分別與Q恢108雜交，然后進(jìn)行復(fù)交，2005年從其后代選育出 了4個(gè)分別具有ZA、 ZB、 ZC、 ZD種群抗性的近等基因系，每一個(gè)近等基因 系只對(duì)1個(gè)種群有抗性，其它3個(gè)種群感病。隨后的3年在重慶稻瘟常發(fā) 區(qū)，對(duì)比分析了 4個(gè)近等基因系混合種植與單獨(dú)種植的稻瘟發(fā)病與產(chǎn)量損 失情況。3年的研究試驗(yàn)結(jié)果(如表l)表明，具不同抗譜的近等基因系混種，可降低稻瘟發(fā)病率50%以上，減少產(chǎn)量損失70%以上，這種復(fù)合系既解 決了規(guī)?；N植中的農(nóng)藝性狀與商品性一致的問題，也解決了通?？慷鄠€(gè) 不同基因型品種交叉種植或快速品種更換以免稻瘟暴發(fā)的問題，延長了品 種壽命，降低了研發(fā)成本。
表l
年份葉瘟發(fā)病率(％)頸瘟發(fā)病率(％)產(chǎn)量損失率(％)混種單種混種單種混種單種
200622.357.717.262.57.935. 7
增減％-61.4-72. 3-77.9
200725.855.215.347.85.719.9
增減％-54-68.0-71.4
200820.943.822.666.312.545.2
增減％-52.3-65.6-72.332. 具體實(shí)施例方式
下面對(duì)本發(fā)明的上述技術(shù)方案用實(shí)施例再作具體說明。但需要強(qiáng) 調(diào)的是本發(fā)明方法不局限于所列舉的實(shí)施例。
實(shí)施例一培育重慶稻區(qū)持久抗稻瘟病復(fù)合系常規(guī)水稻品種
(1) 、已有研究文獻(xiàn)表明重慶有ZA、 ZB、 ZC、 ZD四個(gè)主要稻瘟病種 群，對(duì)現(xiàn)有的抗稻瘟材料進(jìn)行抗譜鑒定，獲得四個(gè)種群的抗性基因材 料；
(2) 將這4個(gè)抗性基因分配到近等基因系上，近等基因系的數(shù) 目為2-4個(gè)，我們選釋4個(gè)，即每個(gè)近等基因系抗一個(gè)稻瘟病種群；
(3) 將4個(gè)種群抗性水稻材料分別與中間材料Q恢108雜交，然后進(jìn) 行復(fù)交，用分子標(biāo)記輔助選擇與稻瘟抗譜鑒定相結(jié)合的方法從F2至F6系 譜中連續(xù)選擇農(nóng)藝性狀一致的各種群抗性單株，這些穩(wěn)定的單株即為抗譜 互補(bǔ)的近等基因系；
(4) 將育成的4個(gè)抗性互補(bǔ)的近等基因系按等比例混合后用于重慶生 產(chǎn)，即是具持久抗性的復(fù)合系常規(guī)水稻品種。
7實(shí)施例二培育我國持久抗稻癉病復(fù)合系雜交水稻品種
(1) 、已有研究文獻(xiàn)表明我國稻瘟病菌有ZA、 ZB、 ZC、.ZD、 ZE、 ZF、 ZG七個(gè)種群，通過引進(jìn)或鑒定獲得抗各種群遺傳資源材料或克隆的抗病 基因； '
(2) 抗譜互補(bǔ)的育種中間材料培育用常規(guī)雜交、分子標(biāo)記輔助選擇 或轉(zhuǎn)基因中任選一種或其結(jié)合的方法，用成熟優(yōu)良不育系為載體，將抗ZB 群生理小種和抗ZG群生理小種的基因轉(zhuǎn)入，培育分別抗ZB群生理小種和 ZG群生理小種的不育系(母本)；用成熟優(yōu)良恢復(fù)系為載體，將抗ZC、 ZD、 ZF群生理小種和抗ZA、 ZE群生理小種的基因轉(zhuǎn)入，培育分別抗ZC、 ZD、 ZF群生理小種和ZA、 ZE群生理小種的恢復(fù)系(父本)；
(3 )培育篩選抗ZB群生理小種ZB+ZG—和抗ZG群生理小種ZB—ZG+，抗 譜互補(bǔ)的不育系近等基因系兩份；抗ZC、 ZD、 ZF群生理小種ZC+ZD+ZF+ZA—ZE— 和抗ZA、 ZE群生理小種ZA+ZE+ZC—ZD—ZF—，抗譜互補(bǔ)的恢復(fù)系近等基因系兩 份；兩份不育系的抗譜與兩份恢復(fù)系的抗譜又互補(bǔ)；
(4)將兩份抗譜互補(bǔ)的不育系近等基因系等比例混合后作雜交制種的 母本，兩份抗譜互補(bǔ)的恢復(fù)系近等基因系等比例混合后作雜交制種的父本， 然后按通常的雜交制種方法生產(chǎn)雜交種子，生產(chǎn)出的雜交種子即為具持久 抗性的復(fù)合系雜交水稻品種。
權(quán)利要求
1、一種作物真菌病害持久抗病復(fù)合系的培育方法，由以下步驟構(gòu)成(1)根據(jù)文獻(xiàn)記載查找或針對(duì)某一生態(tài)區(qū)域調(diào)查目標(biāo)作物病害的病源菌種群及相應(yīng)的抗病基因，獲取抗不同種群的基因材料或克隆的抗病基因；(2)將獲取的各抗病材料中的抗病基因采用常規(guī)雜交、分子標(biāo)記輔助選擇或轉(zhuǎn)基因中任選一種或其結(jié)合的方法，轉(zhuǎn)入育種骨干親本材料，培育出抗譜互補(bǔ)的育種中間材料；(3)利用上述育種中間材料培育抗譜互補(bǔ)、其它性狀一致的常規(guī)種近等基因系或抗譜互補(bǔ)、其它性狀一致雜交種的母本與父本近等基因系，將抗病基因分配到各近等基因系上；(4)將抗譜互補(bǔ)的近等基因常規(guī)種混合，直接用于生產(chǎn)，即為具持久抗性的復(fù)合系常規(guī)品種；或者將育成的抗譜互補(bǔ)的母本近等基因系混合后作母本，抗譜互補(bǔ)的父本近等基因系混合后作父本，再按通常的雜交制種方法生產(chǎn)雜交種子，生產(chǎn)出的雜交種子為抗譜互補(bǔ)的具持久抗性的復(fù)合系雜交品種。
全文摘要
一種作物真菌病害持久抗病復(fù)合系的培育方法，先獲取目標(biāo)作物病害的病源菌種群及相應(yīng)的抗病遺傳資源；將獲取的各抗病遺傳資源中的抗病基因轉(zhuǎn)入骨干親本，培育出抗譜互補(bǔ)育種中間材料；利用上述育種中間材料培育目標(biāo)作物抗譜互補(bǔ)、其它性狀一致的常規(guī)種近等基因系或雜交種的母本與父本近等基因系，將抗病基因分配到各近等基因系上；將抗譜互補(bǔ)的近等基因常規(guī)種混合用于生產(chǎn)，或?qū)⒂傻目棺V互補(bǔ)的母本近等基因系混合后作母本，抗譜互補(bǔ)的父本近等基因系混合后作父本，再按通常的雜交制種方法生產(chǎn)雜交種子。用它培育的復(fù)合系品種用于生產(chǎn)，能提高作物抗性的柔性程度，實(shí)現(xiàn)作物持久抗性，滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對(duì)規(guī)?；?biāo)準(zhǔn)化、商品化要求，延長品種使用壽命。
文檔編號(hào)A01H1/02GK101548642SQ20091010370
公開日2009年10月7日 申請(qǐng)日期2009年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月28日
發(fā)明者劉劍飛, 李經(jīng)勇, 李賢勇, 王楚桃, 趙正武 申請(qǐng)人:重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院