水稻遺傳多樣性控制稻瘟病的原理與技術(shù)云南省植物病理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

圖1 水稻遺傳多樣性種植

單一品種大面積種植增加了作物對(duì)病害的定向選擇壓力，加速了寄生適合度強(qiáng)的病原菌增殖，導(dǎo)致病害暴發(fā)流行。20世紀(jì)60年代，科學(xué)家從育種角度提出選育廣譜抗性品種、多基因聚合品種、多系品種等途徑增加農(nóng)田生物多樣性。然而，抗性品種選育時(shí)間長(zhǎng)，病原菌小種進(jìn)化速度快，容易造成抗性喪失。云南省植物病理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室朱有勇教授團(tuán)隊(duì)經(jīng)過30余年研究，設(shè)置了600余組0.35萬公頃田間試驗(yàn)，最終發(fā)現(xiàn)水稻遺傳多樣性種植可以有效控制稻瘟病，相關(guān)研究結(jié)果以封面文章在國(guó)際權(quán)威刊物《自然》上發(fā)表，“水稻遺傳多樣性控制稻瘟病的原理與技術(shù)”獲2005年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

該成果揭示了水稻遺傳多樣性控制稻瘟病的主要防控效應(yīng)和機(jī)制。通過大規(guī)模田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，品種抗性遺傳差異、農(nóng)藝性狀差異和品種的空間布局與控病效應(yīng)之間具有顯著相關(guān)性。攜帶不同抗病基因的作物品種間作能有效控制病害，且抗病基因遺傳距離越大，防控效果越明顯；高稈和矮稈的水稻品種間作在田間能形成立體的冠層空間結(jié)構(gòu)，利于通風(fēng)透光，降低植株冠層的相對(duì)濕度和葉面的結(jié)露面積，減輕病害危害；不同水稻品種間作的行比規(guī)格對(duì)稻瘟病防控效果也具有顯著差異。

在防控機(jī)制研究方面，遺傳多樣性促進(jìn)了病原菌群體的穩(wěn)定化選擇，限制了專化性病原菌的傳播和擴(kuò)散，誘發(fā)非寄主抗性。研究發(fā)現(xiàn)攜帶不同抗病基因的品種多樣性種植能夠有效提高田間抗病基因多樣性，抑制優(yōu)勢(shì)小種的形成，促進(jìn)病原菌群體的穩(wěn)定化選擇；在田間多樣性種植中，不同品種能夠限制具有不同寄主專化性的病原菌的傳播和擴(kuò)散。如果農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中病原菌群體的生理小種和遺傳結(jié)構(gòu)豐富多樣，當(dāng)非親和性或弱致病性的病原菌生理小種與寄主接觸時(shí)，能夠誘發(fā)寄主的系統(tǒng)抗性，迅速有效抵御后續(xù)親和性小種的侵染，從而控制病害的流行和危害。

水稻遺傳多樣性控制稻瘟病技術(shù)簡(jiǎn)單易行，在我國(guó)和東南亞地區(qū)得到大面積推廣，稻瘟病防治效果達(dá)到67%～92%，減少防治病害農(nóng)藥使用量56%～62.5%，為保證糧食安全生產(chǎn)和病害防治的生態(tài)調(diào)控提供了重要技術(shù)支持。

圖2 國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)