全 文 ： 1998—08—21收稿。
苏晓华副研究员,张绮纹(中国林业科学研究院林业研究所 北京 100091) ;沈瑞祥, 杨旺(北京林业大学) ;归复,王燕
民(北京市林业局)。
* 本项研究属于国家“九五”攻关专项“杨树纸浆材用材林树种良种选育及培育技术研究”的部分内容。
美洲黑杨×青杨 F2 代抗杨叶枯病
遗传变异研究*
苏晓华 张绮纹 沈瑞祥 杨 旺 归 复 王燕民
摘要 以美洲黑杨与青杨杂交三代谱系为材料,在室内外进行了美洲黑杨与青杨的杂交种对
杨叶枯病抗性的研究。结果表明: 亲本及 F 1、F 2代在室内与室外及人工与自然发病表现较一致,美
洲黑杨×青杨 F2 代抗性基因型分离比例均符合 1∶2∶1, 将 F 2代分离与感合作为感病, 抗病株与
感病株分离比例为 1∶3,说明美洲黑杨对杨叶枯病的抗性是由一对纯合隐性等位基因控制。
关键词 杨叶枯病 抗病遗传变异 美洲黑杨×青杨 F2 代
杨叶枯病( A l ternaria alternata ( F r. ) Keissler )是杨树主要病害之一,在我国黑龙江、吉
林、辽宁、新疆、陕西、河南、河北、山东、北京等地均有不同程度的发病。主要危害小叶杨( Pop-
ulus simonii Carr. )、小青杨( P. p seudo-simonii Kitag . )、欧洲黑杨( P. nigra L. )、沙兰杨[ P .×
euramaericana ( Dode) Guineir cv .‘Sacr au 79’]、银白杨( P . alba L. )、毛白杨( P . tomentosa
Carr. )、山杨( P . davidiana Dode)等当年生苗木,尤以青杨派( Sect . Tacamahaca Spach)和青
杨与黑杨( Sect . Aigero s Duby)两派杂种受害重 [ 1]。受害植株提早落叶, 影响植株生长,严重时
可使植株逐渐枯萎以致死亡。培育和利用抗病新品种是最经济的防治方法,然而利用常规杂交
方法选择出的抗病新品种的抗性不能保持长久。因此,有必要对林木抗病机制进行深入研究。
分子标记为林木抗病选择育种开辟了一条新途径。目前利用分子标记( RFLP, RAPD, AFLP
等)与 BSA( Bulked Seger egent Analysis)分群法或 DNA 分池法相结合,已找到了与某些抗病
基因相连锁的的分子标记[ 3～5] ,使林木抗病基因定位和分离有了可能, 从而将实现借助分子标
记进行林木抗病辅助选择育种, 提高林木抗病育种效率, 将林木抗病育种推向一个新的阶段。
本项研究利用抗杨叶枯病的美洲黑杨( P . del toides Bart r. )与感杨叶枯病的青杨( P .
cathayana Rehd. )杂交三代谱系为材料, 分析 F 2代在杨叶枯病发病症状的分离情况,推测抗
病基因控制机制,为进一步利用分群法[ 6]和分子标记( RAPD, RFLP)结合寻找抗杨叶枯病连
锁标记的样本(高感群和高抗群)选择提供依据。
1 材料与方法
1. 1 植物材料
中国林业科学研究院林研所曾在 70年代用美洲黑杨与青杨杂交产生了许多 F 1代杂种,
林业科学研究 1998, 11( 6) : 565～568
Forest Research
先后选择出几个新品种。1996年春利用 F 1代中的中黑防 3号( ZH3) (暂定名)与中黑防 1号
( ZH1 )杂交得到F 2代杂种群体,并种植于中国林业科学研究院苗圃内。
1. 2 杨叶枯病菌室内外接种和病情分析
用于接种的杨叶枯病菌是由北京林业大学森林资源与环境学院森保系分离培养和保存。
接种方式是喷雾接种。接种量为每视野 250个孢子( 10×10倍镜)。室内人工接种在中国林科
院林研所温室进行, 1998年 2月用 1年生枝条切枝水培,整枝喷雾,接种过的枝条先用塑料袋
套 3 d,观察记录发病时间。接种 1个月后统一调查病情, 每株调查 5片叶子。室外人工接种在
中国林业科学研究院苗圃进行, 1998年 5月用当年春季幼苗接种,接种及调查方法均与室内
接种相同。
病情分级标准:以病斑所占叶片比例分为: Ⅰ级 0;Ⅱ级 15%以下;Ⅲ级 15%以上。
1. 3 杨叶枯病大田观测
1997年和 1998年在中国林业科学研究院苗圃内杨叶枯病大发生。1997年8月和1998年
6 月分别对亲本(美洲黑杨、青杨)、F1和 F2 (二根一干实生苗)进行抗杨叶枯病大田自然发病
调查。每株取 10片叶子(从顶梢第 6片子开始往下取叶) ,记载发病情况。
病情分级标准:与室内接种病情分级标准相同: Ⅰ级 0; Ⅱ级 15%以下;Ⅲ级 15%以上。
1. 4 统计分析
试验结果采用 2适合性检验,分析分离比例。
2 结果与分析
2. 1 亲本和 F1代的抗病性表现
在苗圃进行的两次调查结果表明,母本美洲黑杨均未发(感)病,而父本青杨植株均发病。
F 1代 ZH3 (♀)植株均未发病, 而 ZH1 ()植
株均感病(表 1)。
1998年对亲本和 F1 代进行室内和室外
人工接种发病情况调查看到, 大田中表现抗
病的 F1 代 ZH 3(♀)在两次人工接种中均出
现不同程度的感病,其它与大田结果一致(表
1)。
2. 2 F 2代的抗病性遗传变异
在苗圃中调查得出, F 2代在天然条件下
对杨叶枯病的抗性分离明显,经 2分析符合
单基因控制的 1∶2∶1的基因型分离比例
(表 2)。在调查中还发现,个体间发病部位有
所不同, 大多数个体在上、中、下部叶片均发
病;少数个体只植株顶梢叶片发病,且发病较
早;也有少数个体在基部发病, 且发病较晚;
还有一些个体在植株中下部发病。
表 1 亲本和 F1代对杨叶枯病的抗性反应
抗病测定地点
(时间) 亲本 F1
植株数
抗病 感病 总数
美洲黑杨( P1) 2 2
室内(温室)接种 青杨( P2) 2 2
( 1998年) ZH 3( F1) 2 2
ZH 1( F1) 2 2
美洲黑杨( P1) 2 2
室外(苗圃)接种 青杨( P2) 2 2
( 1998年) ZH 3( F1) 2 2
ZH 1( F1) 2 2
美洲黑杨( P1) 2 2
大田(苗圃) 青杨( P2) 2 2
( 1997年) ZH 3( F1) 5 5
ZH 1( F1) 4 4
美洲黑杨( P1) 2 2
大田(苗圃) 青杨( P2) 2 2
( 1998年) ZH 3( F1) 3 2 5
ZH 1( F1) 4 4
566 林 业 科 学 研 究 11 卷
F2 代室内和室外人工接种发病情
况与大田天然发病情况比较一致。44
号、92号等在大田发病早的个体在室内
和室外接种发病得也早,大田病情严重
的个体( 93 号、105号等)在室内接种病
情也非常重, 但也有几个个体例外,如在
大田中调查发现, 轻度感病系号( 50、63、
85)在室内接种时却表现出高度感病,这
与在大田调查取样时, 发病严重的叶片
表 2 美洲黑杨×青杨 F2代对杨叶枯病的抗性反应
测定地点
(时间)
病情表现(级) (个体)
Ⅰ Ⅱ Ⅲ 总数
2
1∶2∶1 P
室内(温室)接种
( 1998年) 36 64 30 130 0. 58 0. 7～0. 8
室外(苗圃)接种
( 1998年) 32 70 39 141 0. 70 0. 7～0. 8
大田(苗圃)
( 1997年) 37 67 37 141 0. 35 0. 8～0. 9
大田(苗圃)
( 1998年) 35 68 38 141 0. 31 0. 8～0. 9
已掉有关。另外有 11株由于枝条弱小在培养中死亡。在自然条件下, F 2代对杨叶枯病的抗性
分离也很明显,经 2分析也符合单个基因 1∶2∶1的基因型分离比例(表 2)。
由上述结果可知, F2代在天然和室内及室外人工接种抗病性遗传变异是一致的。对 F 2代
在室内、室外人工接种及两次大田自然发病观测结果进行 2 检验,结果表明均符合 1∶2∶1
的基因型分离比例。如将Ⅱ类与Ⅲ类合并为感病类型, F 2代抗病株与感病株比例符合 1∶3。
3 讨论与结论
杨叶枯病一直是影响我国杨树生产的主要病害之一。有人曾对该病进行过病理学方面的
研究[ 2] , 但对该病的抗性遗传研究尚未有报道。美洲黑杨在我国杨树遗传改良中起着非常重要
的作用,用其与我国乡土树种青杨杂交获得的一些品种由于生长快较抗病,已在生产中推广应
用。本项研究利用抗病美洲黑杨与感病青杨杂交三代谱系材料分析了其抗病遗传控制的机制,
看到F 2代在天然条件下和人工接种条件下的发病状况一致,说明本组合的抗病性差异是确实
存在的,并由遗传控制。2检验验证F 2代抗病性分离比例符合 1∶2∶1,抗病株与感病株比例
为 1∶3,说明美洲黑杨对杨叶枯病的抗性是由 1对纯合隐性等位基因控制,当把它与感病的
青杨杂交时, 各代的基因型如下图:
P
F1
F2
株数
比例
美洲黑杨 rr(抗)×青杨 RR(感)
↓
Rr (感)×Rr(感)
↓
RR(感) : Rr (感) : r r(抗)
30 64 36
1 ∶ 2 ∶ 1
国外许多学者也开展了该方面研究。比利时的 Cervera 等[ 5]利用抗杨锈病(Melamp sor a
sp. )美洲黑杨种内杂交个体为母本与感锈病的欧洲黑杨( P . nigr a)杂交 F 1代基因型分离比例
1∶1( 133R∶129S; X 21∶1= 0. 06, 0. 75> P> 0. 90, ldf ) ,推测抗杨锈病是由单个显性基因控制,
但母本美洲黑杨的抗性基因位点是杂合的。德国Bauer 等[ 3]以大麦3个抗病( BaMMV )品种与
3个感病品种组成 4个杂交组合,结果各组合 F 2代均按 1∶3(抗∶感)比率分离,认为所有亲
本均有单一隐性抗性基因。
通过对抗病美洲黑杨与感病青杨杂交 F 2代抗性分离分析,确定了抗病群(Ⅰ类)和感病群
(Ⅲ类) ,为进一步鉴别抗杨叶枯病连锁分子标记奠定了基础。
5676 期 苏晓华等: 美洲黑杨×青杨 F 2代抗杨叶枯病遗传变异研究
参 考 文 献
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Research on the Variation of Populus deltoides×P. cathayana
F2 Generation against Alternaria alternata
S u X iaohua Zhang Qiw eng S hen Ruix iang Yang W ang
Gui Fu Wang Yanmin
Abstract T he study w as car ried out using three generations, w ith the F1 produced by
interspecific hybridiat ions betw een a resistant Pop ulus deltoides female and a susceptible P .
cathayana male. F1 inbreeding made the F2 generation. The suscept ibility of par ents, F1 and
F 2 to Al ter naria alternata was tested both in the nur sery and laboratory . The resul ts show
that the clones that w ere scored as being Ⅰ, Ⅱ, and Ⅲ in the nursery w ere also sco red as
Ⅰ,Ⅱ, and Ⅲ(Ⅰ: 0,Ⅱ: ≤15%, Ⅲ: > 15%) in the laboratory . F 2 segregated in a 1∶2∶1
rat io for the resistance to A . alternata ( F r. ) Keissler. T he data suggest that the resistance
be detemined by a single recessive gene for P . del toid es. The study is the basis for future
ident ifying molecular markers linking to the lo cus against A . al ter nata by Bulked Sergeant
Analysis ( BSA) and molecular markers.
Key words A l ternaria al ternata var iat ion of resistance Pop ulus deltoides×P .
cathayana
Su Xiaoh ua, Ass ociate Profes sor, Zhang Qiw eng ( The Research In st itute of Forest ry, CAF Beijn g 100091) ; Shen
Ru ixian g, Yang Wang ( Beijing Forest ry University) ; Gui Fu, Wang Yanmin ( Fores t ry Bureau of Beijing City) .
568 林 业 科 学 研 究 11 卷