水稻紋枯病田間抗性鑒定體系及種質(zhì)資源篩選研究

摘 要：水稻是我國主要經(jīng)濟作物之一，我國60%以上的居民以稻米為主食，且隨著人口數(shù)量不斷增多，人類對糧食的產(chǎn)量需求也不斷增加。當前，水稻紋枯病發(fā)病情況日趨嚴峻，對水稻產(chǎn)量造成了巨大影響。因此，開展水稻紋枯病抗性種質(zhì)資源的篩選，探索高效水稻紋枯病田間抗性鑒定方法，對水稻紋枯病抗病新品種的育種工作具有重要意義，能夠為抗性品種選育提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。基于此，闡述了水稻紋枯病病癥及危害，探究了水稻紋枯病田間鑒定體系的構(gòu)建，論述了水稻紋枯病抗源篩選及抗性種質(zhì)創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞：水稻紋枯病；田間抗性鑒定；種質(zhì)資源

中圖分類號：S435.111 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）12–00-03

水稻是世界主要糧食作物之一，也是全球超過50%人口每日最主要的主食，在種植范圍上僅次于小麥，也是僅次于小麥的第二大廣泛種植的糧食作物。紋枯病是由立枯絲核菌引起的水稻三大病害之一，該病可使水稻產(chǎn)量損失10%～30%，極端情況下?lián)p失甚至可高達半數(shù)。

魏京超于1934年首次記錄了紋枯病，水稻感染該病害后會出現(xiàn)米粒不飽滿、容易倒伏等現(xiàn)象，該病害主要分布在華南地區(qū)的高溫高濕地區(qū)，對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)均產(chǎn)生了極大的影響，已經(jīng)成為中國南方地區(qū)面臨的最嚴重的水稻病害之一[1]。迄今為止，已發(fā)現(xiàn)14種不同的立枯絲核菌的菌絲融合群體，它們對同一種植物的侵害會造成不同的病癥。病害通常源自作物根部，隨后菌絲體通過葉鞘擴散，決定病害嚴重性的不僅是病菌數(shù)量，還包括溫濕度以及作物的生長高度和生育周期。水稻紋枯病的發(fā)病情況受到多種因素的影響，因此構(gòu)建完整的水稻紋枯病田間抗性鑒定體系，是培育抗病品種的關(guān)鍵。

1 水稻紋枯病病癥及危害

1.1 水稻紋枯病的發(fā)病癥狀

水稻從秧苗期到抽穗期均有感染水稻紋枯病的可能，該病害主要發(fā)生在水稻分蘗末期。水稻紋枯病病菌侵染植物可分為以下三個發(fā)展階段。

一是發(fā)病初期，水稻植株靠近水面的葉鞘部位會出現(xiàn)深綠色、類似水浸狀的細小斑塊；隨后，隨著侵染持續(xù)時間延長，這些斑點不斷擴散，顏色也會從灰褐漸變?yōu)榛野祝疾〉闹仓陻?shù)量開始增加。

二是病情加劇至嚴重時期，許多小斑塊會融合成類似云紋的大斑塊，并蔓延至整片葉面及其附近的稻株葉片，引起葉子黃化枯死，提高植株受感染的可能性，導(dǎo)致患病植株的比例急劇上升。

三是發(fā)病末期，葉片開始逐漸腐爛且腐爛現(xiàn)象較為明顯，根莖部位出現(xiàn)嚴重損傷，導(dǎo)致水稻植株倒伏，使得植株中運輸水分和無機鹽的輸導(dǎo)組織被破壞，

最終水稻植株受因合作用速率降低等而死亡。

1.2 水稻紋枯病的危害

陳德權(quán)[2]研究表明，水稻紋枯病對水稻產(chǎn)量影響大，空育131病情指數(shù)最高，產(chǎn)量損失最高可達到28.29%。桑海旭等[3]在研究中發(fā)現(xiàn)水稻紋枯病不但影響水稻的產(chǎn)量，還影響水稻光亮度、透明度等外觀性狀，谷粒厚度以及稻米加工品質(zhì)。2024年水稻紋枯病全國發(fā)生面積高達1 500.0萬hm2[4]。這反映出紋枯病已成為水稻主要病害之一，嚴重影響水稻品質(zhì)等，會導(dǎo)致水稻結(jié)實率和產(chǎn)量大幅降低，影響其經(jīng)濟價值。

2 水稻紋枯病田間鑒定體系的構(gòu)建

2.1 田間鑒定方法

當前，水稻紋枯病抗性鑒定技術(shù)的體系較為完善，

大量試驗結(jié)果顯示，水稻在自然生長環(huán)境條件下的生長狀態(tài)最佳，適合田間種植，且此條件下抗性評價指標數(shù)據(jù)具有較強的準確性和可靠性。潘學(xué)彪等[5]采用5種不同的水稻紋枯病抗性接種方法，探討了這5種不同的接種方式對水稻紋枯病遺傳特性的影響，具體如下。

2.1.1 撒施法

按照一份稻谷搭配兩份稻殼的配比進行混合，置入錐形瓶中進行無菌接種，之后培養(yǎng)15～20 d，直至瓶內(nèi)充滿菌絲并形成菌核。再經(jīng)過3 d的增殖培養(yǎng)，將其均勻施撒在水稻植株的根部周圍，接種量約為30 mL/m行長。

2.1.2 捆扎法

將經(jīng)過消毒處理15 cm的稻稈放入培養(yǎng)瓶中培育約10 d，待稻稈表面密布菌落后，用于農(nóng)田接種。將長滿菌絲的稻稈置于稻植株中央部位，每株稻植株根部放一段短稻稈，并用膠帶固定在大部分稻莖上，利用繩子或膠帶將稻稈與植株捆扎在一起，在種植7～10 d后撤掉膠帶或松開繩子，使水稻恢復(fù)自然的生長狀態(tài)。

2.1.3 外貼法

利用膠帶將按照前述步驟處理過的牙簽緊貼于水稻作物的基部區(qū)域，每一叢植株接種三根牙簽，且接種處位于水平面以上大約2 cm的高度。為了驗證牙簽攜帶的病菌情況，各取100根經(jīng)過接種處理的短牙簽，將其放置在PDA培養(yǎng)基上進行培養(yǎng)。結(jié)果顯示，每根牙簽周邊都出現(xiàn)了菌落生長，牙簽的攜菌率達到100%。

2.1.4 注射法

在28 ℃條件下的PSA固體培養(yǎng)基上培養(yǎng)紋枯病病原菌，48 h后去除其菌核，在研缽中將其研磨為乳白色液體。利用注射器準確注入0.25 mL該菌液至初期抽穗期倒三葉鞘的莖稈內(nèi)部。

2.1.5 牙簽嵌入法

將木質(zhì)的牙簽裁剪成0.8～1.0 cm，將其均勻地擺放在培養(yǎng)皿底部，加入適量的PDA營養(yǎng)液，確保液位剛好沒過牙簽。高溫消毒培養(yǎng)基后進行接種，并維持

3 d，待菌絲遍布整個培養(yǎng)基表面時，進行下一輪的純種擴增培養(yǎng)。每株水稻植株需接種3根莖稈，用鑷子將牙簽插入每株的倒三葉鞘內(nèi)部，同時標記所接種的莖稈部位。接種完成后，水稻仍可自然生長。

撒施法的操作簡易、方便，并在抗病品種培育過程中，對抗性或抗病性植物進行初期篩查極為有效，但撒施法不適用于高精度的抗性研究。捆扎法和外貼法經(jīng)試驗后發(fā)現(xiàn)仍存在諸多不足，目前基本不使用。注射法取得了較好的接種效果，但此方法較為煩瑣，需要投入較多的時間。牙簽嵌入法同樣獲得較為理想的實驗效果，特別適用于對精確性要求較高的抗病遺傳學(xué)研究。該方法的顯著優(yōu)勢在于能夠為病原菌創(chuàng)造最優(yōu)的微環(huán)境，確保感病品種表現(xiàn)出適度的發(fā)病程度，以及不同品種的抗性和感病性差異極為突出。然而，采用牙簽嵌入法的工作量相對較大，如勞動力不足，將難以在短時間內(nèi)完成大批量接種，這可能會干擾病情發(fā)展的同步性和試驗結(jié)果的準確性。因此，研究和發(fā)展新型接種方法以提高工作效率，對研究水稻紋枯病抗性的遺傳育種具有重要意義。

2.2 接種時期和調(diào)查時期

接種時期和病情調(diào)查時期是水稻紋枯病田間抗性鑒定體系的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，能夠真實地反映水稻紋枯病抗性水平，同時得到更精確可靠的實驗結(jié)果。左示敏等[6]指出盡管水稻可在任何時期受到水稻紋枯病病原菌的侵染，但是田間水稻紋枯病主要存在兩個危害時期：一是在分蘗末期，由于水稻群體存在封行“假象”，濕度大且郁閉度較大，此時期接種發(fā)病迅速，有利于發(fā)病；二是自孕穗期起至抽穗期前后，這一時期水稻發(fā)病十分迅速，病情調(diào)查應(yīng)選擇在感病對照植株開始死亡且在病情基本穩(wěn)定時，其中病情基本穩(wěn)定時期常在抽穗后15～30 d，病原菌菌絲擴展速度較慢且水稻植株群體整體普遍老化，因此應(yīng)在抽穗期30 d前后開展病情調(diào)查工作，目前在已經(jīng)研究的報道中多數(shù)學(xué)者選擇在此期間進行病情調(diào)查，獲取的數(shù)據(jù)較為科學(xué)且合理。

2.3 鑒定標準及調(diào)查指標

水稻紋枯病田間發(fā)病等級的鑒定主要采用鄭君海等[7]提出的0～9級標準，2006年左示敏等在此標準的基礎(chǔ)上結(jié)合已有的QTL評價、精細定位及克隆研究對其進行了完善，常適用于水稻紋枯病田間抗性鑒定體系。作為改進后的鑒定標準，該方法使鑒定結(jié)果更加精準。

目前水稻紋枯病抗性鑒定指標中，病級指數(shù)應(yīng)用最為廣泛，這也是最基本的考察指標。1992年陳志誼等[8]提出以葉片蠟質(zhì)含量為指標評價品種抗性，該指標與病情指數(shù)呈顯著的負相關(guān)；潘學(xué)彪等[9]提出以相對病斑高度和絕對病斑高度為抗性指標，其中相對病斑高度計算方法為（病斑高度/該病斑所在莖稈的劍葉葉枕高度），病斑上界至土表距離為絕對病斑高度的計算方式。在多數(shù)田間抗性鑒定的試驗中，通常將部分抗性指標結(jié)合應(yīng)用，從而增強鑒定結(jié)果的可靠性和準確性。

3 水稻紋枯病抗源篩選及抗性種質(zhì)創(chuàng)新

3.1 抗性種質(zhì)資源篩選

不同水稻品種在抗病性方面存在明顯的差異，抗性種質(zhì)資源是抗性育種的前提，而培養(yǎng)抗病品種是增強抗性育種效果的核心。因此，挖掘抗病性資源對水稻紋枯病的有效防治具有至關(guān)重要的作用。

易崇粉等[10]在水稻分蘗期，對貴州省758份水稻種質(zhì)資源進行離體葉片接種，鑒定結(jié)果表明大部分為高感材料，極少部分為中抗材料，無免疫或高抗材料。徐羨明等[11]鑒定2021份普通野生稻種質(zhì)資源對紋枯病的抗性情況，鑒定結(jié)果表明中抗及以上的僅有23份，品種數(shù)占比為1.14%。

在2001—2005年，陳志誼等[12]對808份江蘇省水稻區(qū)的試驗品種進行抗性研究，鑒定結(jié)果表明被測的各種水稻類型中，在防御稻瘟病方面秈稻優(yōu)于粳稻，而大部分水稻品種（系）對紋枯病的抗性較差。劉曉梅等[13]對收集的86份吉林省主栽水稻品種進行了紋枯病鑒定，明確其對該病的抗性表現(xiàn)。具體表現(xiàn)為抗病品種僅有5份，占參試品種的5.8%。

劉毅[14]對選自中國的159份水稻微核心種質(zhì)資源和取自“全球水稻分子育種”計劃的137份親本資源，共計296個水稻樣本開展了紋枯病抗性鑒定。在檢測的樣本中，僅有4個品種顯示出抗病，約占全體樣本的1.4%，同時有68個具有中等抗病能力的品種，占樣本總數(shù)的23%。

過崇儉等[15]對72 208個水稻品種或品系進行了抗性測定試驗，卻未發(fā)現(xiàn)任何一個品種或品系表現(xiàn)出高度抗病或完全免疫的特點，只有少數(shù)表現(xiàn)為中等抗性，同時超過95%的品種或品系表現(xiàn)為中感或高感。綜合抗性資源篩選結(jié)果表明：水稻紋枯病高抗資源較少，大多數(shù)為中抗品種（系），導(dǎo)致水稻整體抗性親本選擇資源較為缺乏，抗性育種進程緩慢，因此需要獲得更為理想的抗性種質(zhì)，挖掘高抗水稻種質(zhì)資源，這對抗性種質(zhì)創(chuàng)新具有重要意義。

3.2 抗性種質(zhì)創(chuàng)新

毛碧增等[16]將從水稻中克隆出的幾丁質(zhì)酶基因和從苜蓿中克隆的葡聚糖酶基因同時置于載體上，通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)法和基因槍介導(dǎo)法轉(zhuǎn)入水稻秀水11和臺北309中，結(jié)果顯示獲得了具有抗性T1代植株，有助于進一步進行水稻抗性遺傳分析。

何登驥等[17]的研究表明已成功將對水稻紋枯病菌表現(xiàn)出高抗性的野生茭白的抗性基因片段導(dǎo)入感病材料秈型水稻品種“90519”中，培育成抗紋枯病水稻新品系“4011”，此過程中應(yīng)用花粉管通道法。

2009年左示敏等[18]從秈粳交后代群體中篩選了一份抗紋枯病水稻新種質(zhì)YSBR1，試驗結(jié)果表明新種質(zhì)抗性明顯優(yōu)于其他參試品種，在田間接種試驗中水稻紋枯病病級平均在2.39±0.23級，且長勢優(yōu)良，達到“抗病”水平。

2014年左示敏等[19]的研究結(jié)果顯示，在299份水稻品種通過溫室苗期紋枯病菌接種鑒定中，共選出7份抗病新種質(zhì)，抗性高于YSBR1且接近高抗水平的品種有1份，擁有可靠的應(yīng)用前景。

已有研究結(jié)果顯示，在67份全世界的野生水稻種質(zhì)中，篩選出具有較強的抗紋枯病、抗倒伏能力的高稈野生稻，并在高稈野生稻中鑒定出部分R基因[20]。獲得的穩(wěn)定性高、可靠性強且具有較高抗性水平的抗性種質(zhì)資源，可為水稻紋枯病的抗性育種提供新的材料。

4 結(jié)束語

水稻紋枯病給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來巨大損失，科學(xué)有效的田間鑒定方法和評價體系可為抗性品種的親本選擇提供技術(shù)支持，同時也為水稻紋枯病抗性分子機理研究提供可靠的分析數(shù)據(jù)。如何采用多種手段來開展水稻紋枯病高抗種質(zhì)創(chuàng)新是紋枯病抗性研究中亟待解決的問題。隨著轉(zhuǎn)錄組、代謝組等組學(xué)的應(yīng)用分析，可深入挖掘主效基因和重要的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，為水稻紋枯病抗性材料的分子育種提供新的途徑。

參考文獻

[1] 萬明國.源于水稻的鏈霉菌菌株F-1的鑒定及其防病潛力和防病機制研究[D].武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2008.

[2] 陳德權(quán).水稻紋枯病對水稻產(chǎn)量的影響[J].北方水稻，2014，

4（1）：28-29.

[3] 桑海旭，王井士，劉郁，等.水稻紋枯病對水稻產(chǎn)量及米質(zhì)的影響[J].北方水稻，2013，43（1）：10-13.

[4] 劉杰，曾娟，黃沖，等.2024年全國農(nóng)作物重大病蟲害發(fā)生趨勢預(yù)報[J].中國植保導(dǎo)刊，2024，44（1）：37-40.

[5] 潘學(xué)彪，陳宗祥.不同接種調(diào)查方法對抗水稻紋枯病遺傳研究的影響[J].江蘇農(nóng)學(xué)院學(xué)報，1997（3）：28-33.

[6] 左示敏，張亞芳，殷躍軍，等.田間水稻紋枯病抗性鑒定體系的確立與完善[J].揚州大學(xué)學(xué)報，2006（4）：57-61，111.

[7] 鄭君海，鄒吉承，張燕之，等.水稻紋枯病抗性鑒定方法和種質(zhì)創(chuàng)新研究進展[J].遼寧農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006（3）：47-49.

[8] 陳志誼，王玉環(huán)，殷尚智.水稻紋枯病抗性機制的研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，1992（4）：41-46.

[9] 潘學(xué)彪，鄒軍煌，陳宗祥，等.水稻品種Jasmine85抗紋枯病主效QTLs的分子標記定位[J].科學(xué)通報，1999，44（15）： 1629-1635.

[10] 易崇粉，王珍珍，張宏偉，等.貴州省抗紋枯病水稻種質(zhì)資源篩選[J].中南農(nóng)業(yè)科技，2024，45（8）：11-14，46．

[11] 徐羨明，曾列先，林壁澗，等.普通野生稻種質(zhì)資源對紋枯病的抗性鑒定[J].植物病理學(xué)報，1992（4）：14.

[12] 陳志誼，劉永鋒，吉健安，等.2001—2005年江蘇省水稻區(qū)試品種（系）抗病性鑒定和評價[J].江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報，2006 （4）：384-387.

[13] 劉曉梅，梁衛(wèi)，蘇蘭淇，等.吉林省水稻主栽品種對紋枯病的抗性評價與抗源篩選[J].東北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2023，48（5）： 76-80.

[14] 劉毅.水稻紋枯病抗性遺傳分析及稻種資源的抗病鑒定與評價[D].武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2010.

[15] 過崇儉，陳志誼，王法明.水稻紋枯病菌 Thanatephorus Cucumeris（Frank）Donk 致病力分化及品種抗性鑒定技術(shù)的研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，1985（5）：50-57.

[16] 毛碧增，梁伍生，沈瑛，等.抗紋枯病轉(zhuǎn)基因水稻的研究[J].浙江大學(xué)學(xué)報（農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版），2000（6）：36.

[17] 何登驥，詹慶才，龔浩如.開創(chuàng)21世紀外源DNA導(dǎo)入培育水稻新品種的新局面[J].湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2001（4）：7-9.

[18] 左示敏，王子斌，陳夕軍，等.水稻紋枯病改良新抗源YSBR1的抗性評價[J].作物學(xué)報，2009，35（4）：608-614.

[19] 左示敏，陳天曉，鄒杰，等.水稻不同類群品種間的紋枯病抗性評價和抗病新種質(zhì)篩選[J].植物病理學(xué)報，2014， 44（6）：658-670.

[20] 張靜昆，曾鵬，余泓，等.多倍體水稻從頭馴化：育種策略與展望[J].中國科學(xué)：生命科學(xué)，2021，51（10）：1467-1476.

收稿日期：2024-09-11

基金項目：2023年度黑龍江省省屬本科高校基本科研業(yè)務(wù)費項目（2023-KYYWF-0642）。

作者簡介：張宏亮（2000—），男，黑龍江佳木斯人，研究方向為寒地水稻紋枯病。#通信作者：李修平（1981—），女，山東萊西人，教授，研究方向為作物遺傳育種，E-mail：lixiuping200@163.com。