第十一章抗病虫育种

第十一章抗病虫育种

1、教学的基本要求（1）了解抗病、虫育种的意义，抗病虫育种的研究进度及概况；（2）理解抗病虫育种的概念及其特点。理解寄主与寄生物之间的关系和基因对基因学说的内容；（3）掌握作物抗病虫性品种的选育方法。

2、教学基本内容第一节 抗病虫育种的意义与特点一、抗病虫育种的意义与作用 *概念；二、*抗病虫育种的特点第二节作物抗病虫性的类别与机制一、病原菌致病性及其变异二、 *作物抗病虫性的类别三、抗病虫性的机制第三节抗病虫性的遗传与鉴定一、#抗病虫性的遗传二、*#基因对基因学说三、抗病虫性鉴定第四节抗病虫品种的选育及利用一、抗源的收集和创新二、*选育抗病虫品种的方法

在制定作物育种目标时，不仅要考虑到育成品种的产量、品质和适应性等目标性状符合生产发展的需要，更要注意所育成的品种在生产上推广时，对可能发生或流行的病虫害有一定的抗（耐）性。在制定作物育种目标时，不仅要考虑到育成品种的产量、品质和适应性等目标性状符合生产发展的需要，更要注意所育成的品种在生产上推广时，对可能发生或流行的病虫害有一定的抗（耐）性。

在实际育种工作中，无论是杂交育种，还是选择育种，抗病虫品种选育一般是与高产、优质育种同时进行的。具有良好抗病虫害特性的高产、优质品种才能在生产上有推广利用价值。在实际育种工作中，无论是杂交育种，还是选择育种，抗病虫品种选育一般是与高产、优质育种同时进行的。具有良好抗病虫害特性的高产、优质品种才能在生产上有推广利用价值。

第一节抗病虫育种的意义与特点

一、抗病虫育种的意义与作用自从人类开始驯化栽培作物以来，病虫害几乎是对农业生产的最大威胁。严重的病虫害不仅造成农业的巨大损失，而且会导致社会恶果。作物育种的历史可以说最初主要是抗病虫育种的历史。一、抗病虫育种的意义与作用自从人类开始驯化栽培作物以来，病虫害几乎是对农业生产的最大威胁。严重的病虫害不仅造成农业的巨大损失，而且会导致社会恶果。作物育种的历史可以说最初主要是抗病虫育种的历史。

玉米瘤黑粉病 玉米病毒病玉米丝黑穗病玉米纹枯病

玉米虫害（玉米螟）

水稻白叶枯病 水稻胡麻叶斑病水稻细菌性条斑病水稻稻瘟病

二化螟 褐飞虱三化螟水稻虫害

棉花虫害（棉铃虫）

小麦赤霉病 小麦散黑穗病小麦矮腥穗病（Tilletia controversa Kuhn）简称TCK，小麦腥黑穗病

麦蜘蛛 麦蚜麦秆蝇麦蛾麦吸浆虫小麦虫害

抗病虫品种的选育是建立综合防治体系的重要基础，它既可以抑制菌源数量和虫口密度，降低病虫危害，提高防治效果，又可减少因化学药剂的滥用而造成的环境污染和人、畜中毒，保持生态平衡，对于农业的可持续发展和农产品安全有极其重要的作用。抗病虫品种的选育是建立综合防治体系的重要基础，它既可以抑制菌源数量和虫口密度，降低病虫危害，提高防治效果，又可减少因化学药剂的滥用而造成的环境污染和人、畜中毒，保持生态平衡，对于农业的可持续发展和农产品安全有极其重要的作用。

1、作物的抗病性 从广义上讲，在一定的地区范围内，如环境适宜而出现某种病害时，作物某品种对该病害不感染或感染程度较轻，生长发育或农艺性状受损害较小都可认为具有抗病性或耐病性，即品种对病原菌的流行和传播有一定的抑制作用，可避免或减轻其危害。

从狭义的角度出发，抗病性是指当作物遭受病原菌的侵染后，能产生一种能动的反应，去战胜病原菌的侵染或减轻其危害的能力。从狭义的角度出发，抗病性是指当作物遭受病原菌的侵染后，能产生一种能动的反应，去战胜病原菌的侵染或减轻其危害的能力。

2、作物的抗虫性 作物的抗虫性与抗病性相似，大多数植食性昆虫的取食过程，都是对作物的侵害，都可以看作是被害作物的害虫。但就生态学和经济学的观点而言，害虫及其所造成的危害也是相对的，即任何昆虫除非它已经造成或可能造成经济损失外，都不可判断为害虫。

抗虫性是指寄主作物所具有的能抵御或减轻某些害虫的侵袭和危害的能力，即某一作物品种在相同的虫口密度下，比其它品种获得高产、优质的能力。抗虫性是指寄主作物所具有的能抵御或减轻某些害虫的侵袭和危害的能力，即某一作物品种在相同的虫口密度下，比其它品种获得高产、优质的能力。

抗病虫育种意义可从以下几方面理解：1.主要农作物推广抗病虫品种所起的防病虫保产作用 历史上严重病虫害所造成的危害，都是通过抗病虫品种的培育和推广得以解决的。

2.与其它防治方法相比，经济有效、简单易行、效果稳定 对于病虫害，化学和生物制剂可以在不同程度上予以防治，但这些防治方法都要求在作物栽培过程中在田间进行操作，且防治效果常受到外界条件的影响，花费大量人力和物力。

采用抗性品种，其抗性不受外界条件的影响，不需进行田间操作，是唯一不需增加农业生产投资的防治保产措施，而且不会造成食物中农药残留、环境的污染和对生态的破坏。采用抗性品种，其抗性不受外界条件的影响，不需进行田间操作，是唯一不需增加农业生产投资的防治保产措施，而且不会造成食物中农药残留、环境的污染和对生态的破坏。

3.从经济效益上看，投入少，收益高 全世界每年用于病虫害防治的费用达数百亿美元。虽然培育抗病品种时要花费一定的人力、物力，但抗病虫品种培育出来以后，其效益将大大超过投资。

二、抗病虫育种的特点 在抗病虫育种中，不仅涉及到寄主植物、寄生病原物（虫），而且涉及到生态环境、人为因素等，但诸方面中的核心是寄主植物与病原物（虫）之间的关系，因此要了解病原菌的致病性及其变异，以及作物的抗性机制。

现代农业对作物优良品种的要求是高产、优质、多抗和适应性广，品种的抗病虫特性越来越受到重视，人们不仅要求品种的抗病虫性持久又要求多抗，包括广义的多抗、即抗多种病虫害；狭义的多抗，即抗同一病原菌的多个生理小种或害虫的不同生物型。所以抗病虫育种工作在某种程度上比高产、优质育种更具艰巨性和复杂性。现代农业对作物优良品种的要求是高产、优质、多抗和适应性广，品种的抗病虫特性越来越受到重视，人们不仅要求品种的抗病虫性持久又要求多抗，包括广义的多抗、即抗多种病虫害；狭义的多抗，即抗同一病原菌的多个生理小种或害虫的不同生物型。所以抗病虫育种工作在某种程度上比高产、优质育种更具艰巨性和复杂性。

作物抗病虫育种与高产、优质育种相比有着明显的特点，它不仅与作物本身的遗传特性有关，而且与寄生物或有害生物（病原菌或害虫）的遗传、作物与寄生物之间的相互作用以及两者对环境的敏感性等有关。作物抗病虫育种与高产、优质育种相比有着明显的特点，它不仅与作物本身的遗传特性有关，而且与寄生物或有害生物（病原菌或害虫）的遗传、作物与寄生物之间的相互作用以及两者对环境的敏感性等有关。

寄主作物的抗病性或抗虫性与作物的其它性状不同，其表现型如抗病虫或感病虫并不只是决定于作物本身的基因型，还会受到相应寄生物基因型的影响，是寄主和寄生物双方基因组在一定环境条件下相互作用的结果。寄主作物的抗病性或抗虫性与作物的其它性状不同，其表现型如抗病虫或感病虫并不只是决定于作物本身的基因型，还会受到相应寄生物基因型的影响，是寄主和寄生物双方基因组在一定环境条件下相互作用的结果。

在自然生态系统中，寄主作物和寄生物（病原菌和害虫）各有其独立的遗传系统，寄主作物与有害生物大多是遗传上具有多样性的异质群体，双方通过相互适应和选择而协同进化（co-evolution）。在自然生态系统中，寄主作物和寄生物（病原菌和害虫）各有其独立的遗传系统，寄主作物与有害生物大多是遗传上具有多样性的异质群体，双方通过相互适应和选择而协同进化（co-evolution）。

从生态学和经济学的角度出发，现在人们有关作物品种对病虫害的抗性，并不要求绝对地抗，而只要求相对抗。也就是说，它虽然受到病、虫的危害，但对产量和品质影响较小，因此，对于病虫害的防治，也仅仅是将由病虫害所造成的损失限制在人类可以接受的（忍耐）范围内，这样，就更易于达到有效、经济、安全、稳定的总体效果。从生态学和经济学的角度出发，现在人们有关作物品种对病虫害的抗性，并不要求绝对地抗，而只要求相对抗。也就是说，它虽然受到病、虫的危害，但对产量和品质影响较小，因此，对于病虫害的防治，也仅仅是将由病虫害所造成的损失限制在人类可以接受的（忍耐）范围内，这样，就更易于达到有效、经济、安全、稳定的总体效果。

第二节作物抗病虫性的类别与机制

作物抗病虫性的类别、机制和遗传特性不仅与作物本身有关，也与病原菌致病性和昆虫的致害性变异有很大的关系。作物抗病虫性的类别、机制和遗传特性不仅与作物本身有关，也与病原菌致病性和昆虫的致害性变异有很大的关系。

病原物（菌）对一定的植物的属、种或品种的适应性称为专化性或特异性，即各种病原菌均有其固有的寄主范围，对于专化性强的病原物，还会进一步分化，在一定的病原物种之下又分化出若干生理小种。病原物（菌）对一定的植物的属、种或品种的适应性称为专化性或特异性，即各种病原菌均有其固有的寄主范围，对于专化性强的病原物，还会进一步分化，在一定的病原物种之下又分化出若干生理小种。

一、病原菌致病性及其变异

（一）致病性致病性包括毒性（或毒力）和侵袭力两方面。毒性指的是病原菌能克服某一专化抗病基因而侵染该品种的特殊能力，是一种质量性状，因某种毒性只能克服其相应的抗病性，所以又称为专化性致病性。如稻瘟病小种研53-33对水稻品种露明有毒性，小种研54-20对水稻爱知旭有毒性。（一）致病性致病性包括毒性（或毒力）和侵袭力两方面。毒性指的是病原菌能克服某一专化抗病基因而侵染该品种的特殊能力，是一种质量性状，因某种毒性只能克服其相应的抗病性，所以又称为专化性致病性。如稻瘟病小种研53-33对水稻品种露明有毒性，小种研54-20对水稻爱知旭有毒性。

侵袭力是指在能够侵染寄主的前提下，病原菌在寄生生活中的生长繁殖速率和强度（如潜育期和产孢能力等），是一种数量性状，它没有专化性，即不因品种而异。故又称为非专化性致病性。侵袭力是指在能够侵染寄主的前提下，病原菌在寄生生活中的生长繁殖速率和强度（如潜育期和产孢能力等），是一种数量性状，它没有专化性，即不因品种而异。故又称为非专化性致病性。

如来自于我国不同地点的棉花黄萎病菌系，都能使岱字棉15号品种感病，但不同菌系接种后的病情指数不同，如泾阳菌系的病情指数为45.3，北京菌系为36.0，锦州菌系为13.0。如来自于我国不同地点的棉花黄萎病菌系，都能使岱字棉15号品种感病，但不同菌系接种后的病情指数不同，如泾阳菌系的病情指数为45.3，北京菌系为36.0，锦州菌系为13.0。

（二）生理（毒性）小种同一种病原菌可以分化出许多类型，不同类型之间对某一品种的专化致病性有明显差异，这种根据病原菌致病性差别划分出的类型就是生理小种，也称为毒性小种。（二）生理（毒性）小种同一种病原菌可以分化出许多类型，不同类型之间对某一品种的专化致病性有明显差异，这种根据病原菌致病性差别划分出的类型就是生理小种，也称为毒性小种。

一般而言，病原菌的寄生性水平（专化性）水平越高，寄主的抗病特异性越强，病原菌的生理小种分化越强（生理小种数目越多）。一般而言，病原菌的寄生性水平（专化性）水平越高，寄主的抗病特异性越强，病原菌的生理小种分化越强（生理小种数目越多）。

如已发现并鉴定出小麦秆锈病菌生理小种300多个；叶锈病生理小种230多个。稻瘟病菌有270个左右。相反，棉花的枯黄萎病菌其寄生性水平低，寄主的抗性特异性弱，其生理小种的分化程度也弱，生理小种数目少，如棉花枯黄萎病菌（镰刀菌）只鉴定出6个生理小种。在玉米小斑病菌中，目前只发现了T、C、O三个生理小种。如已发现并鉴定出小麦秆锈病菌生理小种300多个；叶锈病生理小种230多个。稻瘟病菌有270个左右。相反，棉花的枯黄萎病菌其寄生性水平低，寄主的抗性特异性弱，其生理小种的分化程度也弱，生理小种数目少，如棉花枯黄萎病菌（镰刀菌）只鉴定出6个生理小种。在玉米小斑病菌中，目前只发现了T、C、O三个生理小种。

按品种以上的致病性范围来划分病原菌的类型时，则称为生理型。如按我国棉花枯萎病镰刀菌系对陆地棉、海岛棉和亚洲棉等不同种的致病力差异可以划分为3个生理型，其中生理型I高度感染陆地棉和海岛棉，中度感染亚洲棉；而生理型II只高度感染海岛棉，轻度感染或不感染陆地棉，亚洲棉则免疫。按品种以上的致病性范围来划分病原菌的类型时，则称为生理型。如按我国棉花枯萎病镰刀菌系对陆地棉、海岛棉和亚洲棉等不同种的致病力差异可以划分为3个生理型，其中生理型I高度感染陆地棉和海岛棉，中度感染亚洲棉；而生理型II只高度感染海岛棉，轻度感染或不感染陆地棉，亚洲棉则免疫。

生理小种的鉴定与鉴别寄主同一病原菌的不同生理小种之间在形态上是相似的，从形态上难以区别，而只能用一套鉴别寄主（识别品种）来进行鉴别，用来对病原菌生理小种进行鉴别（其对不同生理小种的抗性反应不同）的一套品种或寄主称鉴别寄主或品种。生理小种的鉴定与鉴别寄主同一病原菌的不同生理小种之间在形态上是相似的，从形态上难以区别，而只能用一套鉴别寄主（识别品种）来进行鉴别，用来对病原菌生理小种进行鉴别（其对不同生理小种的抗性反应不同）的一套品种或寄主称鉴别寄主或品种。

鉴别寄主必须是含有不同抗性基因的、鉴别力强、病害症状反应稳定、在当前生产或预兆工作中具有代表性的品种或纯系材料。鉴别寄主必须是含有不同抗性基因的、鉴别力强、病害症状反应稳定、在当前生产或预兆工作中具有代表性的品种或纯系材料。

选用一套各含有一个不同主效基因（或垂直抗病基因）的近等基因系作为鉴别寄主最为理想，这样的一套鉴别体系既可以根据病原菌在寄主上的病害反应来推断生理小种的异同和致病（害）基因，也可以根据病原菌的致病性基因来推断某一特定寄主所含有的抗病虫基因。选用一套各含有一个不同主效基因（或垂直抗病基因）的近等基因系作为鉴别寄主最为理想，这样的一套鉴别体系既可以根据病原菌在寄主上的病害反应来推断生理小种的异同和致病（害）基因，也可以根据病原菌的致病性基因来推断某一特定寄主所含有的抗病虫基因。

用回交的方法培育近等基因系 (Produce near isogenic lines using backcross) × × × × × × × × × × × × × × ×

中国水稻百叶枯病菌生理小种与鉴别寄主体系见表。根据病原菌生理小种在这些鉴别寄主上的病毒反应，推断生理小种的类别、异同及其致病基因，同样，也可以根据病原菌的致病基因来推断某一特定寄主所含有的抗性基因。中国水稻百叶枯病菌生理小种与鉴别寄主体系见表。根据病原菌生理小种在这些鉴别寄主上的病毒反应，推断生理小种的类别、异同及其致病基因，同样，也可以根据病原菌的致病基因来推断某一特定寄主所含有的抗性基因。

表中国水稻百叶枯病菌生理小种与鉴别寄主体系---------------------------------------------------------------生理小种鉴别寄主品种及所携带抗病基因/致病性金刚30 Tetep 南粳15 Java14 IR26（？）（Xa-2）（Xa-3）（Xa-12）（Xa-4）--------------------------------------------------------------- 0 R R R R R 1 S R R R R 2 S S R R R3S S S R R4S S S R R 5 S S R R S 6 S R S R R 7 S R S S R---------------------------------------------------------------

（三）致病性的遗传根据一些真菌病害（如锈菌、白粉病菌、黑粉病菌等）的遗传研究结果，其毒性为单基因隐性遗传。亚麻锈菌小种间的有性杂交的结果便是例证。（三）致病性的遗传根据一些真菌病害（如锈菌、白粉病菌、黑粉病菌等）的遗传研究结果，其毒性为单基因隐性遗传。亚麻锈菌小种间的有性杂交的结果便是例证。

根据基因对基因学说，凡寄主群体中已发现并大量使用过那个专化性抗病基因时，病原菌群体中就会或早或迟地出现相应的毒性基因。因病原菌毒性基因的位点一般不只是一个，因而不同的小种所含有的毒性基因也不同。根据基因对基因学说，凡寄主群体中已发现并大量使用过那个专化性抗病基因时，病原菌群体中就会或早或迟地出现相应的毒性基因。因病原菌毒性基因的位点一般不只是一个，因而不同的小种所含有的毒性基因也不同。

在全部毒性基因位点上不含任何毒性基因的小种，称为无毒性小种；仅含少数几个毒性基因的小种称为少（寡）毒性小种，含有多个毒性基因的便称为多（复杂）毒性小种。在全部毒性基因位点上不含任何毒性基因的小种，称为无毒性小种；仅含少数几个毒性基因的小种称为少（寡）毒性小种，含有多个毒性基因的便称为多（复杂）毒性小种。

第十一章 抗病虫育种