稻曲病早期癥狀鑒別及水稻雄性不育系的抗病性鑒定

張愛芳， 陳 雨， 楊 雪， 高同春， 王文相

(安徽省農業科學院植物保護與農產品質量安全研究所，安徽合肥 230031)

稻曲病早期癥狀鑒別及水稻雄性不育系的抗病性鑒定

張愛芳， 陳 雨， 楊 雪， 高同春*， 王文相*

(安徽省農業科學院植物保護與農產品質量安全研究所，安徽合肥 230031)

[目的]了解在自然發病情況下稻曲病菌[Ustilaginoideavirens(cooke)Tak]的侵入時期和侵入部位，為進一步研究該病的侵入機制提供參考。[方法]用光學顯微鏡觀察水稻孕穗期的幼穗花器，研究稻曲病菌的侵染過程，并對水稻雄性不育系的抗病性進行了鑒定。[結果]該菌是在抽穗前8 d 左右從上下穎殼間的縫隙中侵入的。該菌隨機到達各種花器上，但到達花藥的幾率最大。然后菌絲上下擴展，當到達花絲的上部或/和柱頭上時就會生長得更快，因為那里營養更多。該菌不侵入子房，是因為子房的細胞小而排列緊密，病菌無法穿透。該菌是授粉前侵入花器的，說明水稻雄性不育系也可發病，可以進行抗病性鑒定。[結論]試驗結果為水稻生產上有效防治該病提供了理論依據。

水稻稻曲病；侵入過程；雄性不育系；抗病性鑒定

稻曲病是由稻綠核菌[Ustilaginoideavirens(cooke)Tak]侵染引起的水稻穗部病害。近20年來，由于我國高產水稻品種的大面積推廣及農田肥力水平的提高，稻曲病在我國各水稻產區的發生呈現不斷加重的趨勢，已經由次要病害上升為主要病害[1-2]。該菌除直接造成產量損失外，還產生毒素，對人和其他動植物產生有害影響[3-4]。

自1874年Cooke在印度首次發現稻曲病以來，國內外許多學者對其發生和流行進行了大量研究，取得很多成果。近年來，在稻曲病侵染機制方面又取得了一些突破性進展。但由于歷史上稻曲病在我國和世界各地的發生都比較輕微，因此對該病害研究的深度和廣度一直非常有限。加之該病害所具有的許多獨特的生物學特性致使研究的難度相對較大。到目前為止，對稻曲病菌的生活史、侵染機制、病原菌-植物互作特性等重大基礎性理論問題尚不明確。已有許多學者對該病的侵入機制進行了研究，取得了較好的成果。王國良[5]通過人工接種后病粒解剖認為稻曲病菌是厚垣孢子在水稻孕穗末期至破口期從水稻柱頭侵入。代光輝等[6]通過人工接種觀察到稻曲病的分生孢子可以在穎殼表面形成菌絲并伸展到穎殼內部，為分生孢子直接侵染水稻谷粒提供了證據。胡東維等[4]通過人工接種和病粒解剖認為稻曲病分生孢子從花絲上部侵入，不侵染子房。張震等[7]對稻曲病病粒進行解剖分析，認為稻曲病菌在水稻開花之前侵染雌蕊，雄性不育系也可形成典型曲球。上述結果多數是在人工接種的情況下取得的，至于在自然情況下結果目前尚未見報道。鑒于此，筆者通過觀察自然發病情況下水稻孕穗后期至抽穗初期的幼穗花器，研究了稻曲病菌在穎花內早期癥狀進程變化，初步分析了稻曲病菌侵入時期和侵入部位，并對水稻雄性不育系的抗病性進行了鑒定，旨在為進一步研究該病的侵入機制及水稻生產上有效防治該病提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1供試品種。水稻品種“兩優培九”：感病品種，市售。

1.1.2供試不育系。三系不育系ShDS1A～ShDS10A，兩系不育系ShDS1S～ShDS8S、7001S、2314S，均由安徽省農業科學院水稻研究所提供。

1.2 方法

1.2.1稻曲病癥狀發展過程觀察。

1.2.1.1 種植方法。試驗田設在安徽省潛山縣逆水鎮，該地是稻曲病常年高發區，“兩優培九”近幾年在該地的穗發病率均達70%以上。供試品種常規種植，適時防治螟蟲和飛虱等主要害蟲，不防病害。采用高肥水平，于孕穗中期重施1次氮肥，尿素施加量225～300 kg/hm2，以利發病。

1.2.1.2取樣與觀察。根據劍葉葉枕距(劍葉葉枕與倒2葉葉枕距離)取樣，分別在葉枕距為0～2、 2～4、4～7、>7 cm時取樣。每樣隨機取50株，剝取幼穗，在超凈工作臺內小心剝開內、外穎殼，對穎殼及內部花器(花藥、花絲、柱頭、子房及鱗片)進行光學顯微觀察和光學顯微攝影。葉枕距大于7 cm以后，將剝取的幼穗對光觀察，正常穎花內花藥平齊，如穎殼內陰影較大且不規則者視為病粒挑取，待鏡檢。

1.2.2水稻雄性不育系對稻曲病的抗病性鑒定。

1.2.2.1種植方法。同“1.2.1.1”。

1.2.2.2 病情調查。于稻谷黃熟期(9月下旬)調查，平行跳躍法調查100穗，記錄發病率和嚴重度。嚴重度分級標準參照唐春生等[8]報道的方法，采用常規公式計算病指。

2 結果與分析

2.1 稻曲病早期癥狀水稻劍葉葉枕距為0～2 cm，破口前10 d左右，此時穎花內花藥伸長約為穎殼的1/4，光學顯微觀察穎花內花器均未見明顯的稻曲病菌菌絲生長(圖1)。

水稻劍葉葉枕距為2～4 cm，破口前8 d左右，花藥伸長約為穎殼的1/3，光學顯微觀察，發現有菌絲一頭連著穎殼邊緣，另一頭連著花藥，推測菌絲是從穎殼的縫隙中侵入(圖2)。

水稻劍葉葉枕距為4～7 cm，破口前5 d左右，花藥伸長約為穎殼的1/2，光學顯微觀察，發現花藥和柱頭上有少量菌絲生長(圖3A),少數有大量菌絲生長(圖3B、C、D)。

水稻劍葉葉枕距大于7 cm，破口前2 d左右，花藥伸長約為穎殼的3/4。光學顯微觀察，可見白色的菌絲團將花藥的下部和柱頭緊緊包裹(圖4A)。濃密的菌絲團表明：侵染應該發生在幾天前，這與上述觀察到破口前8 d開始侵入是吻合的。此時，肉眼對光觀察穎花，可以鑒別出病粒：健康穎花的花藥平齊，花藥與花絲分界明顯；病穎內陰影較大，花藥、花絲界限不清(圖4B)。

剛開過花的稻穗，更容易觀察到病粒。水稻開花時，花絲伸長外露，花藥裂開散粉后下垂，殘留在閉合的穎殼外，穎花為空。此時觀察稻穗，如穎花內部有陰影，即為稻曲病的病粒(圖4C)。此后，病粒中的菌絲不斷增殖擴展形成菌絲塊，逐漸充滿整個穎殼。開花后7 d左右，田間就能看見撐開穎殼的白色幼嫩小曲球。剝開曲球，可以分離出完整的綠色子房(圖5)。

上述觀察結果充分說明，該菌是開花前侵入的，因此推測雄性不育系可以進行抗病性鑒定。這對該病的防治有很大意義，因為一個不育系可以配成成百成千的組合在市場上流通。感病不育系配成的組合一般都感病，如培矮64S配成的“兩優培九”、“培優兩特青”、“培兩優288”等[9]。如不育系是抗病的，配成的組合就可能抗病，因為該病的抗性基因多為顯性的[10-11]，從而減輕該病的危害，這是防治該病最經濟的手段。

2.2 雄性不育系對稻曲病的抗性鑒定為了證實上述推論，對水稻雄性不育系進行了抗病性鑒定。由表1可知，不育系不但可以發病，而且不育系之間的抗病性存在很大差異。兩系不育系發病極顯著重于三系不育系，兩系不育系穗發病率為27.6%，病指為14.4；而三系不育系穗發病率為8.6%，病指為3.6。

在三系不育系中，穗發病率存在極顯著差異。ShDS10A發病最重，穗發病率為19.7%，病指為9.8，ShDS1A穗發病率最低，為4.3%，而ShDS3A病指最小，為0.8。兩系不育系發病也存在極顯著差異。發病最重的為2314S，發病率為73.0%，病指達45.3。發病輕的也較多，病指在5.0以下的就有4個，分別是ShDS1S、ShDS3S、ShDS5S和ShDS6S。

表1 水稻雄性不育系對稻曲病的抗性

注：同類型不育系內同列數據后不同字母表示在0.01水平差異顯著。

上述結果表明，水稻雄性不育系可以進行抗病性鑒定，以達到淘汰感病不育系的目的。

3 討論

稻曲病菌是開花前從穎殼的縫隙處侵入的，具體時間為水稻破口前8 d，花藥長到1/3穎殼之后。因此,在抽穗前10 d(葉枕平)時藥劑防治效果最好，在孕穗前和破口后噴藥防效下降很多。

病菌侵入穎殼后隨機侵染花器的某個部位，菌絲擴展到營養更豐富的花絲、柱頭后，在此處生長更快，形成肉眼可見的菌絲團，最后都發展成曲球。

病菌的侵入不需要雌蕊的受精，因此水稻雄性不育系是可以進行抗病性鑒定的，而且是防治該病最經濟有效的手段。兩系不育系可以在冷涼山區轉化成可育后鑒定，三系不育系可以在適溫情況下用灌苞的方法人工接種鑒定。

[1] 李小娟，劉二明，肖啟明，等.稻曲病研究進展[J]. 農藥研究與應用，2006,10(3)：9-12.

[2] 鄒克琴，胡東維，王為民，等.水稻稻曲病的研究進展[J].浙江農業科學，2012(5)：704-706.

[3] 李燕，劉永峰，張榮勝，等.江蘇省稻曲病菌的群體遺傳結構[J].江蘇農業學報，2012,28(2)：296-301.

[4] 胡東維，王疏.稻曲病菌侵染機制研究現狀與展望[J].中國農業科學，2012,45(22)：4604-4611.

[5] 王國良.稻曲病菌厚垣孢子侵染時期和侵染途徑的研究[J].植物保護學報，1992，19(2)：97-100.

[6] 代光輝，趙杰，何潤梅，等.稻曲病不同抗性水稻品種的組織化學及分生孢子侵染途徑的初步觀察[J].植物病理學報，2005，35(1)：37-42.

[7] 張震，葉勝海，柴榮耀，等.基于稻曲球結構分析稻曲菌的侵染部位和侵染時期[J].浙江農業學報，2010，22(2)：207-210.

[8] 唐春生，高家樟，曹國平，等.稻曲病病情分級標準的研究和應用[J].植物保護, 2001，27(1)：18-21.

[9] 譚桂鳳.兩優培九易感稻曲病的原因及其防治對策[J].廣西農學報，2006，22(2):20-23.

[10] 方先文，湯陵華，王艷平.水稻稻曲病抗性遺傳機制[J].江蘇農業學報，2008，24(6)：762-765.

[11] 李余生，朱鎮，張亞東，等.水稻稻曲病抗性的主基因+多基因混合遺傳模型分析[J].作物學報，2008, 34(10): 1728-1733.

Observation of Invading Process of Rice False Smut and Its Resistant Identification of Rice Male Sterile Lines

ZHANG Ai-fang，CHEN Yu, YANG Xue, GAO Tong-chun*，WANG Wen-xiang*

(Institute of Plant Protection and Agro-product Quality Safety，Anhui Academy of Agricultural Sciences, Hefei, Anhui 230031)

[Objective] Invading period and site ofUstilaginoideavirens(cooke)Tak under natural infection conditions were understood to provide reference for further study the invasion mechanism. [Method] In booting stage the floret organs of rice young panicle were observed by optical microscope to demonstrate the invading process ofUstilaginoideavirens(cooke)Tak. The resistance of rice male sterile lines was identified. [Result] The fungus invaded the floret through the crack between up and lower lemmas before about 8 days of heading. The hyphae reached the organs of floret by chance and got great chance to reach the anthers. Then the hyphae extended up and down and grew much faster when they reached stamen filaments and/or stigmas because at there they could get much nutrition transported to the anthers by stamen filaments and from ovary. The fungus could not invade ovary because that cells of ovary are tiny and tightly jointed so that the hyphae could not penetrate ovary. The fungus invaded floret before pollination and that the fungus could invade rice male sterile lines. It was suggested and demonstrated that the resistance of male sterile lines to false smut could be evaluated. [Conclusion] The results provide theoretical basis for the control of rice false smut in production.

Rice false smut；Invading process；Male sterile lines；Resistant identification

“十二·五”科技支撐重大項目(2011BAD16B06，2012 BAD04B09)；公益性行業(農業)科研專項(200903039)。

張愛芳(1968- )，女，安徽廬江人，副研究員，從事水稻病害研究。*共同通訊作者：高同春，研究員，博士，從事植物保護研究；王文相，研究員，從事水稻病害研究。

2015-03-20

S 435.111.4

A

0517-6611(2015)12-117-03