烟草抗病育种

第十四章　烟草抗病育种

第一节　烟草抗病育种的意义

抗病育种是以选育抵抗某种病害为主要目标的育种工作，是烟草育种的重要组成部分。回顾烟草育种的历史，烟草杂交育种首先是从抗病育种开始的，由于生产上一些病害的发生，促进了烟草抗病育种的发展。烟草育种就是不断克服病、虫、逆境和提高烟叶产量和品质的过程。

选育抗病品种是防治作物病害的有效方法，与其他防治病害的方法相比，具有简单、有效、效果稳定的特点，而且没有化学农药的污染和残留，一直是人们推崇的最佳病害防治策略。例如1920年～1940年美国一些地区因青枯病危害，给烟农造成严重损失。在陆续培育和推广一系列抗病品种后，这些地区的烟草生产才得以恢复。20世纪40～50年代，我国黄淮烟区烟草黑胫病猖獗危害，迫使烟区转移。在推广金星6007等较为抗黑胫病的品种后，这些烟区的烟草生产才得以恢复和发展。20世纪60年代中期，烟草赤星病先后在河南和山东烟区爆发流行，随后蔓延到全国各大烟区。我国烟草育种工作者从农家品种中选育出“净叶黄”等一系列抗赤星病品种，取代了金星6007等感病品种后，烟草赤星病才逐渐下降为次要病害。烟草白粉病在20世纪50年代是广东晒烟区的毁灭性病害，广东省农业科学院经济作物研究所从密节烟中选出了对白粉病免疫的晒烟品种塘蓬等品种，推广后基本上控制了白粉病的危害。烟草根结线虫病近年在我国逐年加重，疫区也逐年扩大，在一些重病区推广了中烟14、NC89等抗南方根结线虫病的品种后，基本控制了其危害。

烟草上的病害种类繁多，且在不断发展。据沃尔夫(Wolf，F.A.)1957年报道，烟草病害共103种，其中非侵染性病害31种，侵染性病害72种。侵染性病害中，侵染烟苗和成株的病害有病毒病20种、细菌病22种、线虫病2种、种子植物病3种，调制、陈化、发酵与贮藏中的病害11种。据鲁卡斯(Lucas，B.G.)1975年报道，烟草病害共116种，侵染性病害67种。侵染性病害中，侵染烟苗、田间植株及烟叶的病害有:病毒病18种、细菌性病害7种、真菌性病害30种、类菌质体病害4种、线虫病5种、寄生种子植物3种，发酵及贮藏病害12种。近年来世界各国又发现一些新病害。我国1989年～1991年的全国侵染性病害普查结果表明，我国烟草的侵染性病害共69种，已明确归类的57种，其中病毒病害17种、细菌病害8种、真菌病害24种、类菌原体病害2种、线虫病4种、寄生性种子植物2种。

我国在烟草抗病育种方面起步较晚，1950年后各省才针对当地病害开展抗病品种选育。先后选育出抗黑胫病、白粉病、根结线虫病等品种。20世纪90年代以后，在国家烟草专卖局的重视和资助下，新品种选育进展较大，在不断完善烟草遗传育种理论与技术、育种途径与方法的同时，积累了大量的育种经验，育种效率和育种水平明显提高。20世纪80年代以来，我国育成并通过全国农作物品种审定委员会审定推广的烤烟新品种中烟14、中烟90、中烟9203、中烟98、中烟99、中烟100、中烟101、中烟201、V2、云烟85、云烟87、辽烟15号、龙江911等，以及白肋烟新品种鄂烟1号、鄂烟2号等都是兼抗两种以上主要烟草病害的品种。

尽管我国在烟草抗病育种方面取得了一定的成绩，但从总体上看，我国烟草抗病育种工作与美国等先进国家相比，起步较晚，品种资源研究滞后，育种工作人员少而分散，学科间也不够协调，还不能适应我国烟草生产发展和病害防治的需要。今后要广泛收集、研究、利用抗源材料，采用各种育种途径和方法，选育多抗性的抗病品种。

第二节　病原物变异与作物抗病性的关系

一、病原物的变异

(一)病原菌的致病性

致病性是指病原菌对寄主植物引致病害的性能。在抗病育种中，致病性指的是病原物侵染某一特定品种并在其上生长、繁殖的能力。致病性常表现在毒性和侵袭力两个方面。毒性是指病原物能克服某一专化抗病基因而侵染该品种的能力，是一种质量性状。因为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。侵袭力是指病原物在寄主中生长繁殖的速度和强度(如潜育期、产孢能力、度过不良环境条件的能力等)，是一种数量性状，它没有专化性，不因品种而变化，又称非专化性致病性。

(二)病原菌的生理小种

生理小种又称毒性小种，简称小种。小种是病原菌的种下分类单元。生理小种实质上是病原菌的种或变种内存在形态上一致但生理特性不同的类型。同一病原菌不同的生理小种对同一作物不同品种的致病性不同，对某些品种能致病，但对另一些品种则不能致病。

(三)生理小种的鉴定

同一病原菌不同的生理小种在形态上一般难以区分，只能用抗病力不同的鉴别寄主来区分。鉴别寄主一般选用鉴别力强、病症反应稳定、含有不同抗病基因、在当地生产上或育种中有代表性的品种为好。根据病原菌在鉴别寄主上的病害反应来推断生理小种的异同或致病基因，同样也可以根据病原菌的致病基因推断某一特定材料所含的抗病基因。对烟草黑胫病的研究表明，烟草黑胫病有4个生理小种，分别为0、1、2、3号生理小种。

(四)病原物的变异与品种抗病性的关系

作物品种的抗病性与病原物的变异有密切关系。同一病原物通过有性杂交、无性杂交、基因突变等途径，不断发生变异，分化出致病力不同的生理小种。病原物致病性的变异导致品种抗病性的丧失。生产上当某一抗病品种大面积种植时，就对现有的病原物群体形成一种选择压力，使病原菌群体中感染这个品种的生理小种的组成比重上升，其他生理小种的组成比重下降，那么生产上种植的这个品种就成了该生理小种的“哺育品种”。当致病生理小种的组成比重上升到在整个病菌群体中占绝对优势时，相应的“哺育品种”就会完全丧失抗病性，最后不得不被新的品种所代替。品种更换后，不久病原菌生理小种的组成也会发生相应的变化，一旦生理小种发生变化，品种的抗病性也就随着丧失。

因而抗病育种工作必须坚持不懈地进行，不断选育出新的抗病品种和采用有效的措施保持品种的抗病性。

二、作物的抗病性

(一)作物抗病性的概念

当某种病害流行时，作物品种对这种病害不感染或感染程度较轻，生长发育和农艺性状受害较小，都可称为具有抗病性或耐病性。从生态学和经济学的观点出发，作物或品种的抗病性只要求在病害流行时，能把病原菌的数量压低到经济允许的阈值以下，即对品种的抗病性并不一定要求绝对抗病(完全免疫)，而只要求相对抗病，或者虽然感病，但对其产量和品质的影响很小。这样在病害防治中，就更容易达到有效、经济、安全、稳定的总体效果。

(二)作物抗病性的类别

烟草抗病性从抗病机制上可分为抗侵入、抗扩展、耐病、诱导抗性、避病和免疫类型;从抗性遗传上可分为非专化主效基因(或单基因、寡基因)抗病性和微效基因(或多基因)抗性;从寄主和病原物小种的关系上可分为垂直抗病性和水平抗病性等。在作物育种中，考虑最多的是垂直抗病性和水平抗病性。

1.垂直抗病性

垂直抗病性又称小种特异性抗病性或专化性抗病性。其特点是寄主对某些病原菌生理小种高度抵抗或免疫，但对另一些生理小种则高度感染，即同一寄主对同一病原菌的不同生理小种具有特异反应或专化反应。垂直抗病性通常受单基因或几个主效基因控制，其杂种后代一般表现为孟德尔分离。这类抗性的遗传行为简单，抗、感差异明显。一般情况下，抗病对感病为显性且易识别，但这种抗病性会随着病原菌生理小种的变化而丧失。当大面积种植单一具有该抗性的品种时，容易成为某些次要小种的“哺育品种”，进而上升为优势小种，造成大面积的损失。这种抗病性难以稳定，需要在品种利用时采取一定的措施，也可对其同质性进行改良，以获得具有异质的品种。

2.水平抗病性

水平抗病性又称非小种特异性抗病性或非专化性抗病性。其特点是寄主品种对各个小种的抗病性接近于同一水平，对病原菌的不同生理小种没有特异反应或专化反应，所以称水平抗病性。水平抗病性大多是由微效基因控制的，杂种后代分离比较复杂，抗病、感病表现不明显，鉴别也比较困难。水平抗病性最大的优点是不易因生理小种的变化而丧失其抗病性。

第三节　烟草抗病品种的选育

一、烟草主要的病害及其抗源

目前对我国烟草生产危害较大、损失较重的主要病害有黑胫病、青枯病、根黑腐病、赤星病、黄瓜花叶病(CMV)、马铃薯Y病毒病(PVY)、烟草普通花叶病(TMV)，以及野火病、角斑病、根结线虫病等。我国云贵、福建等烟区的主要病害为黑胫病、青枯病、烟草普通花叶病、根结线虫病等。黄淮烟区主要病害为黄瓜花叶病、马铃薯Y病毒病、赤星病、黑胫病等。东北烟区和鄂西湘西烟区的主要病害为烟草普通花叶病和赤星病等。因此，了解主要病害的抗源及其性质对选育抗病品种具有重要意义。下面主要介绍黑胫病、青枯病、烟草普通花叶病和黄瓜花叶病、根结线虫病的抗源。

(一)黑胫病的抗源

目前烟草黑胫病的抗源主要有4个，即雪茄烟品种佛罗里达301(Florida 301)和宾哈特1000－1(Beinhart 1000－1)、烟草野生种蓝茉莉叶烟草和长花烟草。

目前，烟草生产上使用的烤烟抗病品种，其抗性主要直接或间接来源于佛罗里达301。如美国以具有佛罗里达301型抗病性的烤烟品种Coker139为核心亲本，育成了Coker319、NC95、Va115等优质抗病品种。后来又以这些品种为核心亲本，相继育成适应现代卷烟需要的优质烤烟品种G28、G-80、K326、NC82、K346等，不仅在生产上广泛种植，且成为具有佛罗里达301型抗病性的核心亲本。日本、加拿大、津巴布韦的抗黑胫病品种也大都来自这一抗源。我国育成的中烟14、中烟86、中烟90、中烟98、中烟9203、中烟100、中烟101等烤烟品种，其抗性都直接或间接来源于这些品种。据统计，利用佛罗里达301抗源育成的品种占抗黑胫病品种的95%以上。

雪茄烟品种宾哈特1000－1具有很高的黑胫病抗性，但其抗性基因与不利品质基因连锁，因此，在烤烟育种上难以利用。

查普林1962年把野生种蓝茉莉叶烟草对黑胫病的抗性，通过回交转移到烤烟品种中，由该抗源育成NC2326、PD468、NC567等抗病品种。其中PD468的抗性由一对部分显性基因控制，对黑胫病0、1号生理小种表现为高抗。NC2326抗黑胫病的基因来自PD468。

瓦里1960年应用野生种长花烟草作为白肋烟抗黑胫病的抗源，育成L8抗病品种，L8高抗黑胫病0号生理小种，感染1号生理小种。

目前烟草育种中利用的主要黑胫病抗源见表14－1。

表14－1　烟草黑颈病的主要抗源

注:选自《中国烟草栽培学》，上海科学技术出版社，2005年。

(二)青枯病的抗源

相对而言，对于烟草青枯病的性质研究甚少。我国在抗青枯病的抗源资源的筛选上取得了较好的进展，中国农业科学院烟草研究所已从我国地方品种中初步筛选出43个抗病资源，但这些抗病资源的抗性遗传还有待于进一步研究。我国地方品种中的青枯病抗源见表14－2。

据报道，烟草青枯病有几种不同水平的抗源。TI448A是美国烤烟抗青枯病育种的主体抗源。美国利用TI448A抗源材料选育出了一系列抗青枯病的烤烟品种，如NC95、NC729、Coker86、K149、K399、SpeightG－28等。柯雷顿(Clayton)和史密斯(Smith)1942年将来自爪哇的TI79A与土耳其的两个中抗品种杂交，育成了高抗青枯病的烟草品系79X，其抗病程度高于任何一个亲本，也用作抗源，但抗病性常与小叶和品质差的性状连锁。马苏达(Matsuda)1977年从日本地方品种鉴定出Enshu和Hatanodaruma两个高抗青枯病的材料，并在日本的烤烟和晾晒烟抗青枯病育种中应用。

国外抗青枯病的主要烟草种质资源见表14－3。

表14－2　我国地方品种中的青枯病抗源

续　表

注:选自《中国烟草栽培学》，上海科学技术出版社，2005年。

表14－3　国外抗青枯病的烟草种质资源

注:选自《中国烟草栽培学》，上海科学技术出版社，2005年

值得注意的是，烟草青枯病抗性表现为不同的遗传系统控制，因此通过不同抗源遗传物质积累，选育比目前抗性更高的品种是可行的。

(三)烟草普通花叶病和黄瓜花叶病的抗源

1.普通花叶病(TMV)的抗源

已报道的TMV抗源主要是三类:烟草品种安巴里马(Ambalem)、野生种黏烟草和TI245。

据研究表明，安巴里马的抗性表现为耐病性和抗扩展性。

野生种黏烟草是抗TMV育种的主要抗源，其抗性为过敏坏死反应。利用该抗源育成了大批高抗TMV品种，如Ky56、By21、By37、By49、Ky17、Ky180、Ky190、NC75、VA770、TN86、TN90、Ky907、Coker86、NC744等。我国利用Ky56作亲本育成了辽烟8号、辽烟10号等抗TMV品种，利用Coker86育成辽烟13、辽烟14等抗TMV品种。中国农业科学院烟草所育成烤烟品系3012、3013，以及CV85、CV87、CV09－2等也高抗TMV。

TI245表现为对TMV和其他几种病毒病的抗侵染。该品种还表现为一种躲避侵染及限制病毒扩展的作用，这可能与叶面少量不规则腺体有关(Thomas和Fulton，1968)。

在对烟属野生种和普通烟草品种抗性研究中，发现了许多抗源，如残波烟草、粉蓝烟草、绒毛烟草、波叶烟草等，美国搜集的TI系列种质中也存在不少抗源。如TI203、TI407、TI468、TI1203等品种对TMV都具有抗性。

2.黄瓜花叶病(CMV)的抗源

普通烟草中的抗病系Holmes是已被利用的抗CMV的抗源。该抗源是Holmes 1960年把来源不同的抗花叶病基因结合在一起选育出来的，该品系有来源黏烟草、Ambalem、TI245和印度烟草的基因，故又称GAT品系。利用该抗源选育出了台烟6号(TT6)和台烟7号(TT7)等品种以及413、470等品系。目前在我国审定推广的烤烟品种中，中烟14、中烟90、中烟101和贵烟4号等较耐CMV。

(四)根结线虫病的抗源

烟草根结线虫病的病原主要是根结线虫属的4个种:南方根结线虫、北方根结线虫、爪哇根结线虫和花生根结线虫。

抗南方根结线虫病的抗源TI706，野生种长花烟草和残波烟草也是根结线虫病的抗源，在其他的野生种如裸茎烟草，蓝茉莉叶烟草、蓝格斯多夫、岛生烟草具有对爪哇根结线虫的抗性(Muro，1972);栽培品种Florida22、SC66及野生种耳状烟草具有对南方根结线虫的抗性。

1961年，莫尔(Moore)等成功地培育出高抗南方根结线虫(1号和3号小种)并兼抗其他4种病害的烤烟品种NC95。此后，许多育种工作者以NC95和Coker139(抗病性来自TI706)为主体亲本，先后育成了SC72、NC60、K326、G28、G80、RG11、Coker347等一系列抗南方根结线虫的烤烟品种。

我国在20世纪80年代以前，烟草根结线虫病仅在河南、山东等省少数烟区零星发生，20世纪80年代中后期，病区逐年扩大。如今在云南、贵州、河南、山东等13个主要产烟区都有发生，局部地区危害和损失较重，已成为我国烟草的主要病害之一。

烟草根结线虫病尚未列入我国烟草抗病育种的主攻目标，只是针对南方根结线虫1号小种进行了一般性的抗源筛选。在国内育成品种中，利用G28等抗病品种为抗源，中国农业科学院烟草研究所育成单育3号、中烟14抗南方根结线虫1号小种;中烟101中抗爪哇根结线虫病。云南省烟草研究所育成的云烟87中抗南方根结线虫病，抗爪哇根结线虫病;云烟85中抗南方根结线虫病。河南省农业科学院许昌烟草所育成的豫烟3号抗爪哇根结线虫病。

中国农业科学院烟草研究所从20世纪80年代起，对我国搜集保存的烟草种子资源进行鉴定，从3 411份材料中，筛选出93份抗南方根结线虫1号小种的材料，其中地方晒晾烟有72份，说明我国地方晒晾烟中存在较多抗病资源，可进一步掌握利用。我国抗根结线虫病的部分种质资源见表14－4。

表14－4　我国抗根结线虫病的部分烟草品种资源

注:选自《中国烟草栽培学》，上海科学技术出版社，2005年

二、抗病品种选育的途径和方法

烟草抗病育种首先是搜集和鉴定抗源，在病原物和植物抗病性明确的基础上，回交转移抗病性，在获得可用抗性材料的基础上，通过杂交、复交、杂种优势利用等手段，培育抗病品种。

(一)抗病性的回交转移

烟草抗病材料主要来自两个方面:一是来源于普通烟草种内的抗病性，二是来自烟属其他种的抗病性。筛选到抗病材料以后，下一步工作是进行抗病性的回交转移。

1.普通烟草种内抗病性的回交转移

普通烟草种内品种杂交与回交，比烟属内种间进行抗病性转移简单得多。因为不会遇到杂交不亲和及杂种不孕的问题，而且轮回亲本和非轮回亲本的其他性状差异比较小，回交子代容易恢复轮回亲本的面貌，一般只需回交2～3次即可达到育种目标的要求。例如美国烤烟品种NC2326的选育过程: 9102具有抗枯萎病和黑胫病的抗源基因，Hicks是优质但抗枯萎病和黑胫病较差的品种，回交育种中，选用Hicks为轮回亲本，9102为非轮回亲本，经过四代的回交选育出NC2326，NC2326在大部分农艺性状上保留了Hicks的优良性状，在抗枯萎病和黑胫病方面有所提高。即通过这个育种过程把9102的抗源基因转移到了Hicks品种中。育种过程如图14－1所示。

图14－1　NC2326的选育过程

由于普通烟草的抗病性受多基因控制的较多，而且常与低产、劣质基因连锁，回交后代会出现抗病与品质、产量之间的矛盾。因此在保持抗性的同时，要重视子代产量与品质的选择。

2.烟属种间抗病性的回交转移

烟属种间杂交经常遇到杂交不亲和及杂种不孕的情况，妨碍种间抗病性的转移。因此在回交转移之前，需要采取措施克服杂交不亲和及杂种不孕，可采用以下方法:

(1)从F1的双倍体开始回交转移。实践证明，某野生种与普通烟草的亲缘关系越远，其抗性对普通烟草的利用价值越大。烟属种间亲本杂交后，将种间杂种加倍成双倍体，再用轮回亲本与之多次回交，经后代选育得到抗病品种。如将野生种黏烟草对TMV的抗性，转移到普通烟草品种中。首先用黏烟草与普通烟草杂交，然后让F1染色体加倍，克服F1的不育性，再用普通烟草作为轮回亲本与之回交。

(2)从亲本同源多倍体的杂种F1开始回交转移。先使普通烟草染色体加倍成同源多倍体，再与野生种杂交得到F1，然后用普通烟草作为轮回亲本与之回交。其特点是可克服杂交不孕。也可以先使野生种染色体加倍，再与普通烟草杂交。

(3)先加倍、杂交，再回交转育。先使普通烟草和野生种染色体分别加倍成同源多倍体，再杂交得到F1，用普通烟草作为轮回亲本与之回交。

(4)中间亲本“桥交法”。例如，野生种残波烟草能抗烟草的8种病害，但与普通烟草杂交不孕，不能直接进行抗病性的转移。野生种林烟草与普通烟草和残波烟草杂交可孕，于是用林烟草作为中间亲本进行桥交(如图14－2)。

图14－2　用林烟草作为中间亲本使残波烟草抗性转移给普通烟草的桥梁过程示意

(二)通过杂交育种、杂种优势利用、生物技术等手段选育抗病品种

通过回交转移获得的抗病材料往往与低产、劣质基因连锁，选用这类抗性材料通过杂交或聚合杂交，打破基因间的连锁，将一种或多种抗源基因组装到同一个遗传背景中，选育出优质多抗性品种。

杂种优势在抗病育种中也可加以利用。如美国白肋烟育种，利用L8对黑胫病的高抗性，育成Burley21×L8、Kentucky10× L8、Kentucky14×L8等抗病杂交组合，在生产上应用。

烟草组织培养、原生质体培养、体细胞杂交等生物技术，在抗病育种上取得了可喜的进展。如利用野火病致病毒素(MSO)筛选细胞或原生质体，已经获得抗病突变体植株;利用黑胫病菌粗毒素加压筛选已育成新品系;利用赤星病毒素加压筛选育成抗赤星病NC89等品系;体细胞杂交在利用N. rustica和N. repanda的抗野火病、黑胫病和TMV方面，已育成稳定品系。

总之，抗病育种的方法和途径是多种多样的，要根据具体情况和育种材料来确定最佳方法，而且各种方法要有机结合，综合运用，才能使抗病育种获得成功。

复习思考题

1.名词解释:

致病性　病菌生理小种　作物抗病性　垂直抗病性　水平抗病性

2.简述选育抗病品种的意义。

3.简述病原物的变异与品种抗病性的关系。

4.烟草抗黑胫病、抗TMV、抗CMV、抗根结线虫病的抗病育种中，各有哪些抗源可以利用?已育成推广的抗病品种有哪些?

5.简述烟草抗病育种的途径和方法。