水稻稻瘟病育種研究進展

欒春晶 于鑫鑫 李修平

(佳木斯大學生命科學學院，黑龍江 佳木斯 154007)

水稻(Oryza sativa L.)是世界上最重要的糧食作物之一，全球有超過1/2的人口以稻米為主食。隨著現代生活品質的提高，糧食的品質與產量直接影響人們的生活質量。稻瘟病(Magnaporthe)作為水稻3大病害之一，發病頻率高、范圍廣，多年來已在全世界范圍內成為影響水稻最嚴重的真菌病害，對水稻的產量造成不可挽回的損失。稻瘟病發病嚴重時可導致50%以上減產，甚至造成部分區域絕產。近年來，我國稻瘟病發病頻率逐漸升高，對水稻的傷害日漸嚴重。現存的防治措施方法中，化學防治效果快但易產生抗藥性且對環境危害大。因此，培育高品質的抗病品種是當下最經濟、最環保，且有效的方法。

1 水稻稻瘟病的發生與危害

水稻稻瘟病是由(Magnaporthe oryzae)(無性態：Pyricularia oryzae)引起的一種具有極強危害性且防治困難的真菌性病害，具有傳播時間短、速度快、傳染性強的特點。稻瘟病在世界范圍內是一種很常見的疾病，幾乎各個水稻種植區以及水稻植株的各部位均能發生，對全球水稻產區的水稻產量造成了重大影響。稻瘟病菌在前1a于稻草或者病谷上以分生孢子和菌絲的形式存在，待到第2年溫濕度條件均適宜的條件下，產生大量的分生孢子并傳播擴散侵染植物組織。稻瘟病根據發病時期與部位的不同分類如下：苗瘟，種子帶菌是導致其產生的主要原因，秧苗長至3葉期時，幼苗的根部呈現為灰黑色狀態，葉片褐棕色，葉片卷曲造成秧苗枯死；葉瘟，常發生在潮濕的條件下，主要發生在分蘗期與孕穗期，被侵染的葉片有大斑塊出現，變為不規則的灰色狀態，葉片背部表現為有灰色霉層出現；節瘟，大多發生于抽穗后，先在稻節出現黑色的斑塊，后擴散至整節，導致莖稈折斷；穗頸瘟，初期病斑表現為在穗的頸、軸及枝梗上產生水漬狀的斑點，最終病斑形成大塊病斑，顏色由最初的深棕色逐漸變為黑褐色；谷粒瘟，感染初期在谷殼或護穎產生不規則的病斑，隨著病斑進一步惡化稻谷由褐色逐漸變黑，致使種子攜帶病菌。稻瘟病在水稻整個生育期均可發生，其中，穗頸瘟是水稻稻瘟病中嚴重程度為首的，也是造成產量損失最嚴重的；其次為葉瘟，若在水稻幼苗時期感染稻瘟病可造成水稻整株植株直接死亡。

2 水稻稻瘟病鑒定技術

水稻稻瘟病的抗病性鑒定是育種的基礎，在育種的進程中占據重要地位。自然誘發與人工接種是稻瘟病進行抗性鑒定的主要方式。自然誘發鑒定法包括田間與病圃2種方法；人工接種鑒定法包括離體接種與非離體接種2種方法。在運用自然誘發法鑒定時需注意，該方法極易受到環境因素的影響，且不同年份、地區的同一份材料鑒定后結果有較大差異。人工接種鑒定法主要接種方式包括噴霧、注射、涂抹、離體浸泡等，在進行稻瘟病抗性鑒定的過程中，選用不同的接種方式也會影響鑒定的結果。張玉華[1]利用現有的菌種資源，人為地制造出一個致病的環境，對新品種材料進行抗病性鑒定，結果表明，鑒定可行性高，為大量早期材料鑒定提供依據。吳雙清等[2]通過研究，提出了結果更加真實有效的技術：自然誘發鑒定體系的7項關鍵技術，采用人工接種、分子輔助選擇和病圃鑒定3種技術的結合，提高了鑒定結果的準確度，加快了育種的進程。李華[3]為縮小鑒定群體，先進行室溫苗期鑒定，提高了鑒定效率。為提高精確度，可以對重要突出材料進行滴注法鑒定。

3 水稻抗稻瘟病抗源的篩選

挖掘、研究和利用抗病種質資源是稻瘟病抗性育種的重要依據。基因已被定位的抗源、長期存在的病區且經過自然選擇而得以保存的抗源以及野生或培育材料中的優質品種是目前獲得抗源的3種主要方式。收集的抗源材料必須通過本地自然誘發接種和本地優勢稻瘟菌生理小種人工接種鑒定。只有都表現抗性材料，才能發揮出最大的作用。長期以來，國內外有關水稻稻瘟病抗性種質資源的研究一直在進行。相繼鑒定出對稻瘟病具有持久抗病性或廣譜的資源“Moroberekan”“Dourode Perecose”“OS6”“IR36”“R42”“Milyang30”“Tetep”“三黃占2號”“梅三五2號”“谷梅2號”及“湘資3150”等。“三黃占2號”具有持久抗病性的主要原因，經研究表明其主要由8個基因所控制，包含3個主效基因和5個微效多基因。沈瑛等[4]通過對我國多品種雜交稻進行了抗性鑒定，篩選出4個品系具有較好的廣譜抗瘟性的，雖然4個品系均能夠抗下該實驗所用的全部菌種，但其抗性基因目前還不清楚。陸賢軍等[5]對3255份四川當地材料進行抗性鑒定，鑒定結果表明，3255份材料中存在不同種類的抗性資源，其中抗苗瘟的材料最多，且多為秈粘型材料。Wu等[6]發現了“谷梅2號”與地谷2種材料對多種稻瘟病菌系皆表現出較強的抗性，并且在“谷梅2號”材料中定位了2個位于第6染色體上的抗性基因Pi-25與Pi-26，成為在國內抗病育種中發揮著重要作用的抗源材料。彭國亮等[7]對大部分病圃材料進行了抗性鑒定，其結果表明，抗源材料主要來自抗源材料多且抗圃范圍廣的國際稻品種中，其中有66份材料抗圃達到90%以上，有5個品種被廣泛推廣。孫國昌等[8]用來自不同地區不同稻瘟病菌株進行水稻新品種的抗稻瘟病抗性鑒定，結果顯示，不同地區菌株的致病力存在著明顯的差異。張亞玲等[9]利用黑龍江省水稻主要種植產區的不同稻瘟病菌株對多個水稻品種進行致病力以及抗性鑒定分析，發現抗病性較好的2個品種分別為“松粳9號”“墾鑒稻6號”，二者抗性頻率分別達到了85%和82%。

4 水稻稻瘟病抗性基因定位研究

自20世紀60年代日本進行稻瘟病基因遺傳研究后，已有許多具有抗性的基因被定位。近年來，隨著現代分子生物學的迅速發展，水稻基因組測序的完成，水稻抗性基因的研究日益增多。朱立煌等[10]首次定位了位于8號染色體上的Pi-zh。朱獻豐[11]定位了位于12號染色體上的Pi6，Pigm是一種供體親本為“谷梅4號”廣譜性稻瘟病的抗性基因，位于6號染色體上，其與Pi2、Pi9、Piz-t、Pi26等基因屬同一家族，或為復等位基因，但是抗譜存在著顯著的差別。Deng等[12]發現Pigm基因對多地具有代表性的菌種均表現出良好的抗病性，且經過調查得，該基因在全球50多個品種中均表現出較好的抗性，但粳稻中幾乎沒有Pigm基因。潘爭艷等[13]發現，有很多對稻瘟病具有較好抗性等位基因存在于Pik上，且發現最為常見同時抗稻瘟病效果又好的Pik-h。Chen等[14]發現對我國近800種菌株表現出抗性的基因Pi2。周敏[15]研究發現，抗病基因對稻瘟病的抗性和感病性有一定的差異。范方軍等[16]進行篩選鑒定育種，通過對比稻瘟病抗性基因庫，將主要的抗性基因Pib、Pita、Pik-m與Pik-h導入水稻中，以解決當地的稻瘟病病害。研究發現對黑龍江的材料進行了分析，對比5個不同的稻瘟病基因，結果顯示，Pita和Pi5的檢出率相對較高。向聰等[17]將Pigm導入C815S受體中，獲得了3個純合具有較高抗性的不育株系。何海燕等[18]進行抗稻瘟病特異性檢測，針對部分材料發現最常見的基因為Pib。蘭波等[19]采用特異標記對當地雜交材料進行了分析，結果表明，Piz和Pid3是當地水稻抗性基因中最常見的2個基因。

5 水稻抗稻瘟病分子育種

分子標記輔助育種(Mark Assistance Selecting，MAS)是通過與靶基因緊密結合或在基因中的標記對靶基因直接選擇，通過該方法可以準確地將目標基因區域準確傳遞，使得輪回親本的基因組修復速度有了極大的提升，從而大大縮短了育種周期，同時提高了育種的效率。近幾年來MAS技術推廣度越來越高，在育種中的應用越來越廣泛，技術的改進，高密度基因相關圖譜的構建，水稻育種已步入生物技術與傳統技術的融合進程，是目前向水稻品種轉移所需要的基因最先進的途徑。

倪大虎等[20]將Pi9與白葉枯抗病基因Xa21及Xa23聚合復交，得到4個具有良好農藝性狀的三基因聚合株系，利用MAS對F2群體進行了選擇，發現其選擇的準確率高達98%。聶元元等[21]利用MAS技術，將基因Pi1、Pi2和Pi9導入R225中進對其F3代進行抗性鑒定，結果表明，均達到中抗水平。王飛等[22]通過將Pigm基因與高感品種進行連續回交，獲得了新的株系，提高了該品種的稻瘟病抗性。裘燁[23]將供體Tetep、地谷B進行改良，應用MAS技術，篩選出6個恢復系。王軍等[24]將“武運粳8號”與“鎮稻42”作為親本進行田間試驗，“武運粳8號”僅含有Pita與Pib基因，經MAS技術選育出新的品系含聚合基因的74121。

6 展望

目前我國雖在抗性基因、克隆等方面都取得了很大的進步，但水稻之間的部分分子機理仍有許多不明確的方面。隨著現代生物學的發展，水稻的全基因組序列的發布，水稻育種研究逐漸淘汰傳統育種技術開始步入了基因組學以及后基因組學的時代。在未來，將有更多有關于水稻稻瘟病相關的基因可以被進一步分析，將先進階段未能完成的工作進行進一步研究。通過分子標記輔助育種，培育具有更持久抗稻瘟病的品種應用于現實。