专利名称：作物真菌病害持久抗病复合系的培育方法
技术领域：
本发明属於植物品种选育，特别涉及真菌病害持久抗病作物品种 培育。
背景技术：
经过长期进化变异，作物真菌性病害的致病生理小种类型丰富，致病
基因数量庞大，比如稻瘟病8个群数百个生理小种，我国常年发病面积2000 多万亩，已经成为水稻生产的第一大病害，玉米大小斑已发现16个小种， 系玉米上最普遍的病害之一，因此，开展真菌抗病育种新方法研究意义重 大。
基因对基因的垂直抗性学说是学术界普遍认同的真菌抗病性遗传理 论，即第一，作物抗病基因或防御反应基因在作物抗病反应过程中可以抵 抗病菌侵染及扩展，在病菌中也存在相应的致病基因；第二，抗病基因与 致病基因存在着严格的一一对应关系，它以抗病功能单元(抗病+致病) 和感病功能单元(感病+致病)的方式发挥作用，作物一旦拥有抗病功能 单元即拥有对应病原菌的抗性，反之亦然。第三，抗病功能单元同等重要， 平行发挥作用，且不能相互替代。
在基因对基因理论的指导下，增加作物质量抗病基因数量，改良提升 垂直抗性水平已经成为当今作物抗病育种的主流方向。与此配套所采用的 技术路线和主要方法是，首先，广泛鉴定、筛选、评价以及人工合成可抵 抗病原菌致病基因的作物基因或外源基因；然后，应用杂交、回交、转基 因、分子辅助选择、组织培养等育种工具，把多个抗病基因导入聚合在一 个品种之中，完成品种抗病性的有效提升。
然而，.目前作物抗真菌性病害品种改良面临两大突出问题，第一，适 应性太差。现行推广品种不具备抗御多个生理小种攻击的能力， 一个稻区 培育的品种难以推广到另一个稻区。例如，川香优3号在四川审定为高抗 的新品种，在引入重庆涪陵后成为高感品种，成灾流行，损失巨大。第二， 抗性不持久。品种在室内接种鉴定、大田病圃鉴定和审定时都是抗病的，但在推广3年左右即演变成感病品种，严重影响了良种生产潜能的发挥。 2005年湛江雷州开始种植"天优998"超级杂交水稻品种，2008年2. 3万 亩发病。抗性育种工作一直被病原菌牵作鼻子走，既被动又滞后，真是到 了山穷水尽的境地。几十年来的抗病育种与大面积生产实践已经证明，作 物抗病性的降低甚至消失不是作物抗病基因的丢失和功能的失灵，而是作 物无抗性基因的病原菌演变为优势生理小种或者产生了新的病原菌生理小 种所致。之所以出现这种结果，主要有四大诱因第一，抗原少、抗谱狭 窄，受抗性基因资源、育种时间、财力投入、技术保障、作物与病原菌生 物进化的难易程度与速度差异等因素的制约，要把所有抗性基因导入同一 品种之中的难度巨大，至今尚无一个抗所有稻瘟病生理小种的品种育成。 第二，作物抗性的系统性改良滞后，农田生态系统中客观上要求对作物抗 性实施系统性改良，抗病基因必须全覆盖致病基因，所有功能单元都必须 是抗病类型，否则，只要有一个功能单元属于感病性质，作物整体抗性就 变成感病类型；然而，过去的抗病育种工作却恰恰相反，我们以增加部分 抗病功能单元，解决优势小种抗病问题为主要目标，绝大多数功能单元仍 然是感病性质的，抗谱永远窄于病圃；这类品种的大面积种植必然对病原 菌产生差别选择压力，病原菌内部的种群结构平衡被打破，原有的感病功 能单元一一次生生理小种快速发展，演变成为优势生理小种，品种抗性失 效。第三，新的病原菌小种产生，在当今抗病育种中过渡重视质量抗性基 因的利用和垂直抗性改良，忽视了数量抗性基因的应用和水平抗性的提高， 在强大质量抗性的刚性选择压力下，病原菌会被迫加快进化变异，产生新 的生理小种，从而突破现有的抗谱范围。第四，抗性生态系统单一，现有 垂直抗性品种单株的抗谱都是同质的，由单株组成的生态系统的抗谱是单 一和不稳定的，在抗性强度上是刚性的，要么抗病要么感病，根本没有处 于中间状态的水平抗性。
为了应对作物品种抗谱狭窄和持久性差的局面，在作物生产中广泛采 用不同抗原品种的交叉种植(即集团当家)和品种快速更换等办法，来完 成对病原菌的物理隔离和阻止病原菌的快速变异，避免病害大暴发。但这 样又引发了品种多乱杂的问题，这与现代农业的规模化、标准化、商品化 的要求严重对立。在现有技术中，有一件发明名称为"一种小麦赤霉病抗病育种方法"
的CN1669410A于2005年9月21日公开，它是利用"中国春"小麦的单体 系列与小麦赤霉病抗源"苏麦3号"进行杂交与回交，并对每个世代进行 镜检，选择单体再次进行回交。至回交4代后，将分离出的单体后代套袋 自交，从中选择纯合二体作为该套单染色体代换系材料。选择已经定位染 色体的SSR引物对单染色体进行PCR扩增，根据得到的分子标记进行单染 色体的鉴定。这套苏麦3号染色体代换系材料的获得，将有助于定位并克 隆苏麦3号的赤霉病抗性基因，将抗性基因导入其他不含苏麦3号抗赤霉 病基因的小麦品种或品系，选育出抗赤霉病的小麦品种或品系，加快抗病 育种进程，提高抗病育种选择效率。但是它的抗性育种针对的是育种当时 病原微生物的优势生理小种，利用的是能抵抗该优势小种的特定植物基因， 这在品种育成的初期有很好的抗病效果，甚至能达到高抗水平， 一旦品种 大面积推广，在抗性品种垂直抗性的强大选择压力下，病原微生物变异速 度加快， 一些劣势小种转化为优势小种，还会加速新的生理小种出现，使 抗病品种迅速转化为感病品种，给农作物造成巨大损失；因此，利用这种 抗病育种方法培育成的品种缺乏抗病持久性。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的缺陷，拟提供一种作物真 菌病害持久抗病复合系的培育方法，使之创造抗谱互补的近等基因亲本， 培育具有多抗谱和不同抗性水平的复合系品种用于生产，对群体抗谱覆盖 的任何生理小种来讲，在复合系群体中既有抗病又有感病单株，降低单纯 垂直抗性过大的选择压力，以协调作物与病原菌的矛盾，提高作物抗性的 柔性程度，稳定病原菌的种群结构，延缓新生理小种的产生，以实现作物 持久抗性，满足现代农业生产对规模化、标准化、商品化的要求，延长作 物新品种的使用寿命。
为实现本发明的目的，所采取的技术方案如下。
一种作物真菌病害持久抗病复合系的培育方法，其特征在于，由以 下步骤构成
1 、根据文献记载查找或针对某一生态区域调查目标作物病害的病源菌 种群及相应的抗病基因，获取抗不同种群的基因材料或克隆的抗病基因；2、 将获取的各抗病材料中的抗病基因采用常规杂交、分子标记辅助选 择或转基因中任选一种或其结合的方法，转入育种骨干亲本材料，培育出 抗谱互补的育种中间材料；
3、 利用上述育种中间材料培育抗谱互补、其它性状一致的常规种近等 基因系或抗谱互补、其它性状一致杂交种的母本与父本近等基因系，将抗 病基因分配到各近等基因系上；
4、 将抗谱互补的近等基因常规种混合，直接用于生产，即为具持久抗 性的复合系常规品种；或者
将育成的抗谱互补的母本近等基因系混合后作母本，抗谱互补的父本 近等基因系混合后作父本，再按通常的杂交制种方法生产杂交种子，生产 出的杂交种子为抗谱互补的具持久抗性的复合系杂交品种。
本发明作物真菌病害持久抗病复合系的培育方法，具有如下的优点
1、 培育出的复合系品种对于每一种群的病源菌生理小种来说，是一 个既有抗病单株又有感病单株的抗病感病复合体，是利用多个垂直抗性基 因人工模拟成的具水平抗性品种，能降低单纯垂直抗性过大的选择压力， 协调作物与病原菌的矛盾，提高作物抗性的柔性程度，稳定病源菌的种群 结构，延缓新生理小种的产生，实现作物持久抗性。
2、 由于生产复合系品种的亲本除了抗谱不同外，其它各性状高度一致， 既实现了抗性基因的多样性，又能满足现代农业生产对规模化和标准化 的要求。
3、 可以根据各区域病源菌种群结构的不同，通过调整抗谱互补 近等基因系的混合比例来满足不同生态环境的需求，实现近等基因系 的任意比例调节。
采用本发明作物真菌病害持久抗病复合系的培育方法，我们针对重庆 的ZA、 ZB、 ZC、 ZD四个主要稻瘟病种群，2003年对这4个种群有垂直抗性 的水稻材料分别与Q恢108杂交，然后进行复交，2005年从其后代选育出 了4个分别具有ZA、 ZB、 ZC、 ZD种群抗性的近等基因系，每一个近等基因 系只对1个种群有抗性，其它3个种群感病。随后的3年在重庆稻瘟常发 区，对比分析了 4个近等基因系混合种植与单独种植的稻瘟发病与产量损 失情况。3年的研究试验结果(如表l)表明，具不同抗谱的近等基因系混种，可降低稻瘟发病率50%以上，减少产量损失70%以上，这种复合系既解 决了规模化种植中的农艺性状与商品性一致的问题，也解决了通常靠多个 不同基因型品种交叉种植或快速品种更换以免稻瘟暴发的问题，延长了品 种寿命，降低了研发成本。
表l
年份叶瘟发病率(％)颈瘟发病率(％)产量损失率(％)混种单种混种单种混种单种
200622.357.717.262.57.935. 7
增减％-61.4-72. 3-77.9
200725.855.215.347.85.719.9
增减％-54-68.0-71.4
200820.943.822.666.312.545.2
增减％-52.3-65.6-72.332. 具体实施例方式
下面对本发明的上述技术方案用实施例再作具体说明。但需要强 调的是本发明方法不局限于所列举的实施例。
实施例一培育重庆稻区持久抗稻瘟病复合系常规水稻品种
(1) 、已有研究文献表明重庆有ZA、 ZB、 ZC、 ZD四个主要稻瘟病种 群，对现有的抗稻瘟材料进行抗谱鉴定，获得四个种群的抗性基因材 料；
(2) 将这4个抗性基因分配到近等基因系上，近等基因系的数 目为2-4个，我们选释4个，即每个近等基因系抗一个稻瘟病种群；
(3) 将4个种群抗性水稻材料分别与中间材料Q恢108杂交，然后进 行复交，用分子标记辅助选择与稻瘟抗谱鉴定相结合的方法从F2至F6系 谱中连续选择农艺性状一致的各种群抗性单株，这些稳定的单株即为抗谱 互补的近等基因系；
(4) 将育成的4个抗性互补的近等基因系按等比例混合后用于重庆生 产，即是具持久抗性的复合系常规水稻品种。
7实施例二培育我国持久抗稻瘅病复合系杂交水稻品种
(1) 、已有研究文献表明我国稻瘟病菌有ZA、 ZB、 ZC、.ZD、 ZE、 ZF、 ZG七个种群，通过引进或鉴定获得抗各种群遗传资源材料或克隆的抗病 基因； '
(2) 抗谱互补的育种中间材料培育用常规杂交、分子标记辅助选择 或转基因中任选一种或其结合的方法，用成熟优良不育系为载体，将抗ZB 群生理小种和抗ZG群生理小种的基因转入，培育分别抗ZB群生理小种和 ZG群生理小种的不育系(母本)；用成熟优良恢复系为载体，将抗ZC、 ZD、 ZF群生理小种和抗ZA、 ZE群生理小种的基因转入，培育分别抗ZC、 ZD、 ZF群生理小种和ZA、 ZE群生理小种的恢复系(父本)；
(3 )培育筛选抗ZB群生理小种ZB+ZG—和抗ZG群生理小种ZB—ZG+，抗 谱互补的不育系近等基因系两份；抗ZC、 ZD、 ZF群生理小种ZC+ZD+ZF+ZA—ZE— 和抗ZA、 ZE群生理小种ZA+ZE+ZC—ZD—ZF—，抗谱互补的恢复系近等基因系两 份；两份不育系的抗谱与两份恢复系的抗谱又互补；
(4)将两份抗谱互补的不育系近等基因系等比例混合后作杂交制种的 母本，两份抗谱互补的恢复系近等基因系等比例混合后作杂交制种的父本， 然后按通常的杂交制种方法生产杂交种子，生产出的杂交种子即为具持久 抗性的复合系杂交水稻品种。
权利要求
1、一种作物真菌病害持久抗病复合系的培育方法，由以下步骤构成(1)根据文献记载查找或针对某一生态区域调查目标作物病害的病源菌种群及相应的抗病基因，获取抗不同种群的基因材料或克隆的抗病基因；(2)将获取的各抗病材料中的抗病基因采用常规杂交、分子标记辅助选择或转基因中任选一种或其结合的方法，转入育种骨干亲本材料，培育出抗谱互补的育种中间材料；(3)利用上述育种中间材料培育抗谱互补、其它性状一致的常规种近等基因系或抗谱互补、其它性状一致杂交种的母本与父本近等基因系，将抗病基因分配到各近等基因系上；(4)将抗谱互补的近等基因常规种混合，直接用于生产，即为具持久抗性的复合系常规品种；或者将育成的抗谱互补的母本近等基因系混合后作母本，抗谱互补的父本近等基因系混合后作父本，再按通常的杂交制种方法生产杂交种子，生产出的杂交种子为抗谱互补的具持久抗性的复合系杂交品种。
全文摘要
一种作物真菌病害持久抗病复合系的培育方法，先获取目标作物病害的病源菌种群及相应的抗病遗传资源；将获取的各抗病遗传资源中的抗病基因转入骨干亲本，培育出抗谱互补育种中间材料；利用上述育种中间材料培育目标作物抗谱互补、其它性状一致的常规种近等基因系或杂交种的母本与父本近等基因系，将抗病基因分配到各近等基因系上；将抗谱互补的近等基因常规种混合用于生产，或将育成的抗谱互补的母本近等基因系混合后作母本，抗谱互补的父本近等基因系混合后作父本，再按通常的杂交制种方法生产杂交种子。用它培育的复合系品种用于生产，能提高作物抗性的柔性程度，实现作物持久抗性，满足现代农业对规模化、标准化、商品化要求，延长品种使用寿命。
文档编号A01H1/02GK101548642SQ20091010370
公开日2009年10月7日 申请日期2009年4月28日 优先权日2009年4月28日
发明者刘剑飞, 李经勇, 李贤勇, 王楚桃, 赵正武 申请人:重庆市农业科学院