水稻真菌性病害研究進(jìn)展

范輝

水稻作為我國(guó)重要糧食作物，其病害防治一直都是我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要任務(wù)。其中水稻真菌性病害種類繁多，危害嚴(yán)重，對(duì)水稻產(chǎn)量及質(zhì)量造成了巨大威脅，是當(dāng)前我國(guó)農(nóng)業(yè)亟待解決的問題。本文將對(duì)水稻真菌性病害進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，并對(duì)其研究前景進(jìn)行展望，但愿能為水稻的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供些許支持。

一、水稻真菌性病害概述

水稻真菌性病害是指由于真菌侵染水稻而形成的各種病害，通常會(huì)導(dǎo)致水稻出現(xiàn)壞死、腐爛、萎蔫等問題，常見的病害類型包括紋枯病、稻瘟病及白葉枯病等。水稻紋枯病屬于土傳性病害，是由立枯絲核菌侵染而導(dǎo)致，該病害在高溫、高濕條件下更易發(fā)生和流行。紋枯病的產(chǎn)生通常會(huì)直接在接近水面部位會(huì)出現(xiàn)水浸狀橢圓形及云紋狀病斑，并且病斑會(huì)逐漸變?yōu)榫G色或者淡褐色，生成菌絲并侵染附近水稻植株。水稻稻瘟病通常是由囊菌亞門或半知菌亞門真菌侵染而發(fā)病，主要為分生孢子。分生孢子侵染水稻植株后會(huì)逐漸在水稻細(xì)胞間生長(zhǎng)，并會(huì)形成新的孢子，在水稻葉片的病斑位置釋放出來，完成一輪病害周期。至于白葉枯病則是由水稻黃單胞菌引致，水稻染病后在低溫下往往不顯病狀，在高溫下則會(huì)出現(xiàn)在秧苗上出現(xiàn)短條狀病斑，并且會(huì)逐漸擴(kuò)展，伴隨葉片快速枯黃凋萎。

二、水稻真菌性病害防治方法

常見的水稻真菌性病害防治方法主要包括以下幾種。田間管理指在水稻種植過程中采取相應(yīng)措施對(duì)稻田進(jìn)行管理，預(yù)防和處理真菌性病害。為了有效防治真菌性病害，可以在栽種前進(jìn)行浸種處理。關(guān)于水稻抗病良種選育的相關(guān)研究在上世紀(jì)80年代就取得了較好成效，尤其是在品種質(zhì)量和品種培育時(shí)間方面有著顯著進(jìn)步。當(dāng)前較為常見的光譜抗稻瘟病品種為Tetep，在世界各國(guó)都得到了廣泛應(yīng)用。生物防治指利用其他生物對(duì)水稻真菌性病害進(jìn)行防治，通常效果較好，而且不具有副作用。當(dāng)前常見的水稻真菌性病害生物防治方法主要包括使用拮抗細(xì)菌枯草芽孢桿菌與短小芽孢桿菌對(duì)稻瘟病進(jìn)行防治，利用哈茨木霉NF9對(duì)稻瘟病進(jìn)行防治，也有利用真菌綠木霉防治紋枯病。抗性遺傳是當(dāng)前尚處于研究起步階段的水稻真菌性病害防治手段，這是因?yàn)榭剐赃z傳本就是生物學(xué)中極為復(fù)雜的部分，研究難度極大。就水稻而言，其包含的抗瘟性位點(diǎn)就至少有45個(gè)，而且主效基因遠(yuǎn)超過30個(gè)，隨著抗性遺傳研究的不斷深入，這一數(shù)字還在不斷增長(zhǎng)。當(dāng)前的抗性遺傳水稻品種通常只包含3個(gè)左右主效抗瘟基因，病害防治效果并沒有得到顯著改善。

三、水稻真菌性病害研究展望

1、基于轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育抗病水稻

隨著植物基因工程的快速發(fā)展和進(jìn)步，轉(zhuǎn)基因植株逐漸成為水稻真菌性病害的有效防治方法。早在上世紀(jì)后期，轉(zhuǎn)基因水稻變便逐步受到發(fā)達(dá)國(guó)家重視，并得到了一定程度的研究。時(shí)至今日，我國(guó)生產(chǎn)的轉(zhuǎn)基因水稻已經(jīng)在美國(guó)獲得食用許可。當(dāng)前的轉(zhuǎn)基因水稻主要在抗蟲基因工程、抗鹽基因工程、抗病基因工程、品質(zhì)基因工程等領(lǐng)域進(jìn)行研究，其中真菌性病害防治正是抗病基因工程領(lǐng)域的重要內(nèi)容。與當(dāng)前常見的真菌性病害防治手段相比，轉(zhuǎn)基因植株有著防治效果良好，生態(tài)環(huán)保性能突出，病害抗性穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，必將成為我國(guó)水稻真菌性病害防治研究的重點(diǎn)發(fā)展方向。轉(zhuǎn)基因水稻植株的核心在于利用其它生物的性狀對(duì)水稻基因進(jìn)行改造，從而培育出具有豐產(chǎn)、高品質(zhì)等特性的優(yōu)質(zhì)水稻。轉(zhuǎn)基因植株還能針對(duì)病蟲害進(jìn)行專門改造，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)多種真菌性病蟲害的同時(shí)防治，這是其他病害防治手段所難以比擬的，具有廣闊應(yīng)用前景。另外轉(zhuǎn)基因技術(shù)還能和現(xiàn)有的各種病害防治手段相結(jié)合，促進(jìn)現(xiàn)代生物技術(shù)與傳統(tǒng)育種方法的深度融合，共同打造出更加科學(xué)高效的病害防治手段，為水稻的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供有力支持。

在新一代高通量測(cè)序技術(shù)快速發(fā)展的背景下，科學(xué)家近年來積極開展大規(guī)模水稻重測(cè)序、發(fā)掘覆蓋全基因組的高密度SNP標(biāo)記研究，這勢(shì)必將成為水稻真菌性病害研究進(jìn)展的一大突破。實(shí)際上在近年來，全基因組關(guān)聯(lián)分析技術(shù)已經(jīng)在大量農(nóng)作物基因定位中發(fā)揮了作用，例如我國(guó)科研人員依靠二代測(cè)序技術(shù)對(duì)受到進(jìn)行了全基因組關(guān)聯(lián)分析，并找出了與使用的已識(shí)別的全基因組SNP標(biāo)記形狀有關(guān)的基因位點(diǎn)多達(dá)80個(gè)。由此可見，利用全基因組關(guān)聯(lián)分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)抗水稻真菌性病害研究具有巨大實(shí)踐價(jià)值，研究前景良好，很可能成為未來水稻抗病分子育種的關(guān)鍵技術(shù)。

2、靶基因調(diào)控技術(shù)育種抗水稻真菌性病害

靶基因調(diào)控技術(shù)指現(xiàn)代生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中研究或操縱的特定基因，是現(xiàn)代生物基因改造技術(shù)研究和應(yīng)用的基礎(chǔ)。隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的不斷發(fā)展，靶基因調(diào)控技術(shù)逐漸成為抗水稻真菌性病害的重要技術(shù)，其能夠?qū)λ净蜻M(jìn)行改造和調(diào)控，從而優(yōu)化水稻基因形狀，強(qiáng)實(shí)現(xiàn)抗真菌病害育種。就當(dāng)前來看，TALEN和CRISPR技術(shù)、宿主誘導(dǎo)的基因沉默技術(shù)以及病原菌誘導(dǎo)的基因表達(dá)調(diào)控技術(shù)均在水稻真菌性病害研究方面有著巨大應(yīng)用前景。首先是TALEN和CRISPR技術(shù)，其中TALEN技術(shù)指轉(zhuǎn)錄激活因子樣效應(yīng)物核酸酶技術(shù)，利用這一基因組編輯核酸酶進(jìn)行基因敲除、敲入及轉(zhuǎn)錄激活等靶基因組編輯操作，有效實(shí)現(xiàn)對(duì)水稻靶基因的編輯。自2010年至今，TALEN技術(shù)已經(jīng)在全國(guó)范圍內(nèi)各實(shí)驗(yàn)室使用，相關(guān)服務(wù)公司更是大量出現(xiàn)，這為水稻真菌性病害的TALEN技術(shù)研究應(yīng)用提供了良好基礎(chǔ)。實(shí)際上在近年來，我國(guó)已經(jīng)有科研人員使用TALEN技術(shù)準(zhǔn)確敲除水稻白葉枯病感病基因Os11N3，成功培育出抗白葉枯病水稻。不過TALEN技術(shù)的應(yīng)用較為繁瑣和困難，因此在近年來CRISPS技術(shù)這種以RNA介導(dǎo)的基因組定點(diǎn)編輯技術(shù)廣受關(guān)注，這種技術(shù)的應(yīng)用更加簡(jiǎn)單，同時(shí)基因編輯準(zhǔn)確率更高。可以預(yù)見的是，在TALEN技術(shù)與CRISPR技術(shù)的共同作用下，水稻抗真菌性病害育種事業(yè)將得到快速發(fā)展。

宿主誘導(dǎo)的基因沉默技術(shù)即HIGS技術(shù)，該技術(shù)的原理在于使用RNAi策略對(duì)病原菌進(jìn)行抑制，從而起到抗真菌性病害的作用。在實(shí)際應(yīng)用HIGS技術(shù)時(shí)，需要在水稻植株內(nèi)對(duì)病原菌致病相關(guān)基因的RNAi沉默片段進(jìn)行異源表達(dá)，并利用誘導(dǎo)入侵的方式促使病原菌靶基因的RNAi沉默，最終起到抑制病害的作用。該技術(shù)自問世以來便廣受關(guān)注，并在大麥、小麥抗白粉病方面取得有效研究成果。科學(xué)家也對(duì)該技術(shù)在水稻真菌性病害研究方面進(jìn)行了嘗試，獲得了相應(yīng)的轉(zhuǎn)基因水稻植株，說明該技術(shù)在水稻抗真菌性病害育種方面有著巨大應(yīng)用價(jià)值。

至于病原菌誘導(dǎo)的基因表達(dá)調(diào)控技術(shù)（PIGR）技術(shù)則是在HIGS技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的全新生物技術(shù)。這是因?yàn)镠IGS技術(shù)雖然能夠有效強(qiáng)化目標(biāo)植株抗病性，但也容易導(dǎo)致植株矮化、不育乃至細(xì)胞死亡等負(fù)面反應(yīng)，難以有效應(yīng)用到水稻抗真菌性病害育種事業(yè)之中，實(shí)際商業(yè)轉(zhuǎn)化價(jià)值有限，還需要通過不斷研究解決這一問題。近年來科學(xué)家發(fā)現(xiàn)部分受病原菌誘導(dǎo)表達(dá)的啟動(dòng)子能夠成為轉(zhuǎn)基因水稻育種的關(guān)鍵，這是因?yàn)槔脝?dòng)子獲得的轉(zhuǎn)基因水稻在正常情況下與普通水稻植株并無(wú)差異，正常生長(zhǎng)發(fā)育。不過當(dāng)病原菌侵染經(jīng)PIGR技術(shù)改造的轉(zhuǎn)基因水稻植株時(shí)，植株靶基因會(huì)瞬時(shí)過表達(dá)或者RNAi沉默，進(jìn)而迅速激活抗病信號(hào)抑制侵染。在之后植株表達(dá)會(huì)恢復(fù)正常，水稻植株能夠正常生長(zhǎng)。

3、進(jìn)一步掌握病害原因及控制機(jī)制

水稻真菌性病害防治的難點(diǎn)在于水稻和病原菌之間的關(guān)系極為復(fù)雜，當(dāng)前的研究還未能完全理解其中的深層關(guān)系和作用機(jī)制，難以有效制定科學(xué)合理的控制機(jī)制。因此在水稻真菌性病害的研究進(jìn)程中，加強(qiáng)對(duì)病害侵入控制機(jī)制的研究十分有必要，這將為抗病品種的選育提供科學(xué)依據(jù)。

4、改善和優(yōu)化生物防治

不可否認(rèn)，生物防治是當(dāng)前水稻真菌性病害防治的最有效手段，并且其還具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α＞彤?dāng)前來看，生物防治雖然育成了不少抗病品種，但卻面臨著抗性退化快的難題，難以真正得到抗病性能良好，優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)的水稻品種。在未來生物防治的研究中，需要進(jìn)一步加強(qiáng)水稻抗性研究，尤其要重視水稻抗性的長(zhǎng)效性。另外生物防治研究還需要強(qiáng)調(diào)生態(tài)環(huán)保方面的優(yōu)勢(shì)，將拮抗微生物、生物農(nóng)藥等作為主要防治措施，能夠在取得良好防治成效的同時(shí)保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

綜上可知，水稻真菌性病害作為水稻常見病害，十分不利于水稻的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，因此其相關(guān)研究一直都是世界范圍內(nèi)的水稻研究重點(diǎn)。當(dāng)前的水稻真菌性病害防治手段主要包括田間管理、選育抗病良種、生物防治及培育抗性遺傳水稻等，都還存在或多或少的缺陷，因此在相關(guān)研究的發(fā)展中應(yīng)當(dāng)加大轉(zhuǎn)基因水稻研究力度，同時(shí)深入掌握病害原因及控制機(jī)制，優(yōu)化生物防治，全面強(qiáng)化水稻抗真菌性病害能力。

（作者單位：353600 福建省南平市政和縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局）