水稻紋枯病育種研究進展

欒春晶 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.)作為全世界最重要的糧食作物之一，我國60%以上的人口以水稻為食。2020年，我國的水稻播種面積為30080千hm2，種植面積位居世界排名的第2位，產量為21186萬t。水稻紋枯病(Rice sheath blight)作為1種發病范圍廣、頻率高、危害大的全球性病害，是我國水稻三大病害之一。近年來，由于研究人員對水稻品種的改良、各地水稻種植方式的改變、氮肥使用量逐漸升高、秋后秸稈不當處理等因素，使得水稻紋枯病發病日益嚴重，水稻植株受影響嚴重，使其不能正常生長無法進行營養的吸收，一般會導致產量下降10%～30%，嚴重時可達50%以上。長期以來，使用化學藥劑和栽培措施防治水稻紋枯病，但都沒有達到預期的效果，而且對環境造成了嚴重的污染。因此，對高抗性品種的需求與日俱增，所以最經濟、最有效的方法就是培育抗病品種。

1 水稻紋枯病的發現與危害

1.1 水稻紋枯病的發現

日本研究人員于1905年首次發現了水稻紋枯病，1934年首次在國內報導，近數十年來迅速蔓延到世界各地，是世界上最嚴重的三大水稻病害之一。隨著施肥量的增加和矮化育種的發展，水稻紋枯病的危害越來越嚴重，同時，隨著多蘗苗的培育和栽培技術的發展，紋枯病的發生和危害日益嚴重。目前，水稻紋枯病是我國發病率、產量損失最大的水稻病害，對世界水稻的產量和品質構成了極大的危害。

1.2 水稻紋枯病的危害

水稻紋枯病是由強腐生性真菌“立枯絲核菌(Rhizoctonia solani)”引起，在夏季高溫高濕環境下迸發，其菌核長年累積主要寄宿于土壤和周邊雜草中侵染水稻。溫濕度適宜其菌絲生長條件環境中，萌發菌絲侵染水稻，致使水稻葉片呈現出橢圓形或云紋狀灰綠或灰棕色的斑塊。病菌首先侵染水稻基部近水面的葉鞘，沿葉鞘縱橫傳播，隨后逐漸擴散。病斑顏色隨濕度降低而變為淺黃或灰白色。在高溫、高濕度的環境中，病害會在植株上快速蔓延，僅數日就會使受害植株的葉片邊緣干枯、死亡。若短期環境對病菌的生長不利，紋枯病菌就會在葉鞘和莖桿上形成一個白色的菌核來抵御外界環境帶來的影響，在條件合適時繼續侵染水稻。若長期環境不利菌核生長，白色菌核會逐漸失去水分，變得堅硬，顏色為暗棕色，易脫落，可存活數年。水稻從苗期至穗期均可感染紋枯病，感染最為嚴重階段為分蘗末期至孕穗期，導致水稻不能正常抽穗，產量降低，造成重大經濟損失。

2 水稻紋枯病的抗性種質資源

2.1 水稻紋枯病鑒定方法與評價體系

水稻紋枯病可以感染苗期到抽穗期，根據接種環境的不同，紋枯病病菌的接種方法可分為溫室接種和田間接種。

水稻紋枯病的田間接種通常采用撒播法、嵌入法。撒播法是將稻谷與稻殼按照1∶2的比例混合，經過滅菌后，在大田中的水稻根部均勻撒播。嵌入法一般是將裁剪好的牙簽、火柴棒等材料插入水稻的倒三葉鞘中。此方法具有一定的操作難度，要在很短的時間內進行大量的鑒定，評估的準確率降低，并且容易增大誤差。為了提高鑒定結果的可信度，并降低工作量，一些研究小組不斷改進微室鑒定方法和離體鑒定方法[1]。總之，在控制接菌量、降低機械對水稻損害的前提下，又能確保接種環境有利于水稻紋枯病菌生長，是新的抗性鑒定技術的發展方向。為避免抽穗期的影響，眾多學者多采取分批播種法，或選用抽穗期相近的材料，在溫室內于分蘗后期到孕穗期進行抗性鑒定，能降低抽穗期與復雜的環境因子的影響。

大量的文獻資料中，對成株期紋枯病病情調查進行了記載，Rush等所建立的“0～9”級病級評定準則，主觀性強，其它指標主觀性差。左示敏[2]在“葉鞘位”基礎上對“0～9”等級的判別結果進行了改進，其準確性進一步提高，可用于田間和溫室的抗性鑒定。王子斌等[3]通過對不同類型的調查指標的對比分析，得出以“葉鞘位”為依據的9級標準，其準確度與相對病斑高度相近，可重復性好，評定效率明顯。整體而言，通過對各環節的不斷完善，使田間成株期的鑒定結果更具可信度和重復性，可以作為其它方法的參考。但由于田間鑒定的環境可控性差，因此目前已有研究人員建議采用成株期溫室接種鑒定方法，但該方法仍需進一步改進。王子斌等[4]認為，現有的苗期鑒定技術更適合對種質資源、選育材料進行初步的抗性鑒定。

2.2 水稻抗紋枯病種質資源的篩選

世界上有非常豐富的水稻種植資源種質，其遺傳基因非常豐富。抗性種質資源是抗性育種的研究基礎，而抗病品種的選育是抗性育種的關鍵。

20世紀70年代初，國內對水稻紋枯病的抗性鑒定進行了研究[5]。過崇儉等[6]對72208個品種或品系進行了抗性鑒定。實驗結果顯示，表現出中感或高感的材料占比95%以上，少量為中抗材料，無高抗性及免疫材料。Mckenzie等[7]利用Co60基因突變技術，在Tetep的后代中篩選到矮稈早熟抗源P150071和P150072。Groth等[8]利用回交技術將Tetep品種的抗性轉移到Lemont上，得到了對紋枯病具有抗性的改良抗源Pr655s。湖南從20世紀70年代中期開始，對全球24000種培育水稻和野生稻米進行了8a的研究，沒有發現任何有效的抗性材料，僅發現少量的中抗材料[9]。Xie等[10]利用體細胞原生質體培養的方法，從感病品種Labelfe中分離得到了2株LSBR-5和LSBR-33。陸崗等[11]對深水稻種的抗性進行了分析，結果表明，僅有“赤禾”和“Azaldigh” 2種材料具有很高的抗性。Taguchi-Shiobara Fumio等[12]對33個不同區域的水稻品種進行了多點重復分析，結果顯示，喜馬拉雅山的3個稻種對紋枯病的抗性比較好，說明當地的稻米品種中可能存在著更高的抗性品種。左示敏等[13]對299個不同區域的水稻品種以帶菌木火柴棒為接種物進行了抗性鑒定，結果表明，64.5%的材料呈現出中感至高感，無免疫和高抗品種。左示敏[14]利用秈粳雜交技術，在其子代中獲得了YSBR1高抗性種質。Prasad等[15]利用3種不同的方法，對73份水稻種質資源進行了鑒定，發現7份材料具有中等抗性。國際水稻研究所對233份水稻種質資源進行了抗性研究，結果表明，在抗病方面沒有材料表現出較強的抗性，而中等抗性材料所占比例不到10%[16]。Persaud等[17]在2個不同地點的5個環境中，對101個不同的水稻品種進行了抗性鑒定分析，獲得了4份具有一定抗性的品種“G98-135”、“FG07-35”、“GRDB-12”、“BR-444”。

2.3 水稻抗紋枯病品種的選育

在過去的幾十年中，已有許多國內外科研隊伍對全球水稻資源材料進行了大量的篩選。只篩選到“Jasmine85”、“特青”、“LSBR-5”、“LSBR-33”、“YSBIR”、“揚稻4號”、“窄葉青8號”、“華粳3號”、“武粳15”、“揚輻粳7號”等少量中抗水平的材料[18]，但至今沒有發現免疫資源材料。但由于環境因素的影響，其抗性在不同地區也有很大差別。因此，尋找新的紋枯病抗性種質資源，是許多學者一致的共識。隨著科技和基因工程的發展，利用轉基因技術進行植物抗病育種已經成為普遍的手段。通過生物技術改善水稻紋枯病的抗性，是1個重要的研究方向。若將誘變技術與組織層次的鑒定技術相結合，將可能有較好的選擇效果[19]。

3 展望

傳統的育種技術是根據作物的田間表現來進行篩選，也就是通過表型間接篩選出基因型，需要豐富的經驗以及漫長的周期。因此，在育種過程中，如何有效提高選育的效果，降低其盲目程度，已成為擴展品種產量的核心要素。利用分子輔助標記進行選育，可以在較早的幾代中進行篩選，縮短了育種時間，避免了環境對其的干擾，提高了選育的準確性，使選育的結果更加可信。

近年來，隨著分子標記技術和相關技術的不斷發展，許多學者已經開始將其運用于育種，并在此基礎上提出了一些有意義的研究方法。目前，利用分子標記輔助選擇技術進行品質性狀的研究已經取得了一定的成果，但關于數量基因輔助選擇的研究卻很少。然而，許多育種實踐中的性狀都屬于數量性狀，因此，要實現真正意義上的標記輔助育種，則需在實際育種中運用QTL技術。