水稻穗部農藝性狀與稻曲病抗性相關性研究

摘要：水稻穗部病害稻曲病是我國水稻主要病害之一，嚴重危害水稻產量和稻米品質，水稻抗稻曲病品種選育是稻曲病防控最有效且經濟的方式。由于稻曲病的發生受環境影響較大，不同的溫度和濕度都會使同一品種對稻曲病的抗性表現出很大差異，依據國際水稻所提供的種質材料在江蘇地區的生育期，篩選到23份生育期相近的水稻種質，通過稻曲病田間病圃自然誘發和人工注射接種2種方法，發現不同種質材料對稻曲病的抗性存在差異。比較分析水稻的孕穗期旗葉和倒2葉的長、寬、面積，以及水稻穗粒數、穗初級枝梗數、穗次級枝梗數等農藝性狀與水稻對稻曲病抗性的相關性，發現旗葉和倒2葉寬的水稻在田間自然條件下更容易發生稻曲病；當稻曲病發生時，倒2葉越長、面積越大，發病越嚴重。同時比較不同接種方式，發現人工接種發病程度較田間自然發病重，且田間自然發病種質的發病嚴重度與人工接種發病種質的發病嚴重度無顯著相關性。本研究結果可為水稻抗稻曲病品種選育和栽培品種選擇提供參考。

關鍵詞：稻曲病菌；水稻；穗部；農藝性狀；稻曲病抗性；接種；相關性

中圖分類號：S435.111.4⁺6""文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）22-0123-05

水稻稻曲病是由子囊真菌稻曲病菌［Ustilaginoidea virens （Cook.） Tak.］侵染水稻穗部引起的病害。近年來，隨著優質高產水稻的大面積推廣和耕作制度的變化，稻曲病已經成為我國乃至世界水稻產區的主要病害之一。稻曲病的發生可以造成水稻空秕率增加，千粒重下降，影響水稻產量。我國稻曲病年均發生面積超300萬hm²，年產量損失近1.6億kg，其中長江中下游稻區是病害發生的重點區域，占全國發生面積的19%～40%^［1］。在印度，稻曲病菌可侵染5%～85% 的稻穗，產量損失達0.2%～49%^［2］。此外，稻曲病菌還能產生稻曲菌素、黑粉菌素等真菌毒素，可抑制微管組裝，影響植物生長，危害人畜健康^［3］。

水稻孕穗期尤其是破口前5～7 d，是稻曲病菌侵染水稻的關鍵時間點^［4］。在自然條件下，稻曲病菌推測從穗鞘的側面裂縫或頂端縫隙，突破水稻穗苞這個天然屏障進入穗苞內部，并沿著穎殼間隙進入谷粒內部，特異性侵染水稻花絲，實現病害侵染^［5］。唐善軍等研究水稻穗部農藝性狀與其稻曲病抗性的相關性，發現穗部性狀與病穗率的相關性依次為著粒密度gt;穗總粒數gt;二次枝梗gt;一次枝梗^［6］。陳天琪等通過分析多病粒的高感水稻品種與寡病粒的相對抗病水稻品種的穗部性狀，認為兩者在稻穗大小、穗鞘閉合程度、旗葉面積等方面均存在明顯差異^［7］。而盧代華等的研究結果顯示，水稻有效穗數、劍葉等性狀與品種的田間抗性有一定相關性，但不顯著^［8］。由于稻曲病的發生受環境影響較大，不同的溫度和濕度都會使同一品種對稻曲病的抗性表現出很大差異，本試驗從國際水稻所提供的水稻種質中篩選出生育期相近的水稻材料，以排除環境差異對品種抗性評價的影響，并通過調查其穗部農藝性狀，分析這些性狀與水稻稻曲病抗性之間的相關性，為水稻抗稻曲病品種選育和栽培品種選擇提供參考^［9］。

1"材料與方法

1.1"供試水稻材料及栽培管理

供試水稻種質資源23份（表1），由國際水稻研究所提供。用于人工接種的水稻種質材料種植于江蘇省農業科學院本部試驗基地的水池中，接種后1周內每天08：00—18：00用電動噴霧器每隔1 h對水稻植株上層噴霧5 min清水以增加濕度，其余時期按照常規水稻栽培管理措施進行田間管理。用于病圃自然誘發的水稻種質材料種植于江蘇省農業科學院六合試驗基地的水池中，全程按照常規水稻栽培管理措施進行田間管理。

2022年5月14日育秧，6月16日插秧；2023年5月13日育秧，6月12日插秧。每個種質插5行，行距20 cm，每行6穴，穴距15 cm，每穴2～3株。

1.2"病原菌人工注射接種

用筆者所在實驗室保存的對水稻感病品種兩優培九具有強致病力的單孢菌株，在馬鈴薯蔗糖培養液中搖培6 d，配制成分生孢子終濃度為10⁶個/mL的分生孢子和碎菌絲懸浮液，于水稻破口前5～7 d注入穗苞內^［4］。每個水稻材料接種10個主穗，接種4周后調查稻曲病發病情況。

1.3"不同水稻種質材料農藝性狀測定

本試驗選擇水稻孕穗期可能與稻曲病菌定殖侵染相關的農藝性狀進行測定，主要包括孕穗期旗葉和倒2葉的長、寬、葉片面積、旗葉與主軸徑向夾角、穗粒數、穗初級枝梗數和次級枝梗數等。在水稻孕穗期破口前7 d，每個種質采集10個主穗進行測量。

1.4"病情調查與分析

病情調查包括平均每穗病粒數和病穗率，參照江蘇省地方標準DB32/T 1506—2009《水稻品種（系）抗稻曲病鑒定方法與抗性評價技術規程》，計算每個種質的病情指數（DI）。

1.5"數據統計分析

對上述測量和病情結果用GraphPad Prism 8軟件進行數據處理，分析不同水稻穗部的農藝性狀與其致病力的關系，并計算其相關系數、分析相關性。

2"結果與分析

2.1"供試水稻種質篩選

為減少環境對不同水稻種質稻曲病抗性評價的影響，本試驗從310份國際水稻所提供的水稻種質資源中，篩選到在南京適宜種植且生育期相近的水稻材料，孕穗期（50% 稻穗孕穗時間）均在7月31日左右。此外，為排除水稻可能存在的抗性基因對試驗結果的影響，本試驗對上述材料進行人工接種，經過2022、2023年2年試驗，共篩選到人工接種可以誘發稻曲病的水稻材料23份，其中自然條件下病圃誘導不發病的水稻材料14份，自然條件下病圃誘導發病的水稻材料9份（表1）。

2.2"水稻旗葉和倒2葉性狀與稻曲病病圃自然誘發的關系

稻曲病菌在侵染水稻過程中菌絲可附著在水稻穗苞表面，通過雨水等媒介進入穗苞內部，因此穗部葉片和葉鞘對稻曲病菌的初始菌量積累具有重要作用。筆者對孕穗期不同水稻的旗葉和倒2葉的長、寬進行測量，發現病圃自然誘發發病的種質材料的旗葉和倒2葉平均葉寬［（1.67±0.15）、（1.35±0.10） cm］均大于不發病的種質材料［（1.43±0.12）、（0.98±0.17） cm］，且均存在顯著差異（圖1-A 和圖1-D）。然而，旗葉和倒2葉的長度、葉片面積在稻曲病發病和不發病種質之間沒有顯著差異（圖1-B、圖1-C、圖1-E、圖1-F）。

相關性分析病圃自然誘發發病種質的病情指數與旗葉、倒2葉性狀的關系，發現倒2葉長度和倒2葉面積與病情指數統計學分析顯著，呈正相關關系（表2）， "即在發病情況下，倒2葉葉長和葉面積

越大，發病越嚴重；種質對稻曲病的抗感性與其他農藝性狀參數統計學分析不顯著（P值分別為0.133 9、0.121 9、0.225 2、0.588 9、0.007 2、0.006 2）。

倒2葉葉片與葉鞘之間的徑向夾角是影響穗鞘密封性的因素之一^［7］。本試驗分析發現，倒2葉與葉鞘的徑向夾角在發病和不發病種質之間沒有顯著差異。相關性分析病圃自然誘發發病種質的病情指數與徑向夾角，兩者統計學分析不顯著（P=0.945 4）（表2）。

2.3"水稻穗部性狀與種質田間抗性的關系

分析穗部性狀每穗粒數、初級枝梗數和次級枝梗數與稻曲病抗性的關系，從圖2可知，3個農藝性狀在自然發病種質和自然不發病種質之間均不存在顯著差異。

相關性分析田間病圃自然發病種質的病情指數與穗部農藝性狀的關系，發現與穗病粒數、初級枝梗數、次級枝梗數與種質病圃自然誘發的病情指數高低呈正相關（表3），但3個性狀與病情相關性均不顯著（P分別為0.988 0、0.969 4、0.076 5）。

2.4"水稻稻穗性狀與人工注射接種發病的關系

人工注射接種突破了穗苞對谷粒保護的天然屏障，使得水稻對稻曲病菌的抵抗僅一方面來源于水稻穎殼，另一方面來源于水稻自身的免疫抗性和抗性基因。分析23個種質的水稻穗部性狀與其人工接種發病嚴重度之間的關系，發現每穗粒數、穗初級枝梗數、穗次級枝梗數與均水稻感稻曲病呈正相關關系，但均不顯著（P分別為0.397 2、0.714 9、0.119 9）（表4）。

2.5"種質病圃自然誘發與人工注射接種發病的關系

病圃自然誘發和人工注射接種發病是水稻稻曲病抗性鑒定的2種重要方法。本試驗比較了水稻病圃自然誘發和人工注射接種發病情況，發現供試的23份水稻種質中，有22份種質的人工注射接種病情指數高于病圃自然誘發（表1）。在自然誘發發病和自然誘發不發病種質之間，人工注射接種引起的稻曲病嚴重度不存在顯著差異，即兩者都有人工接種病情指數較高的種質，也都存在病情指數較低的種質（圖3-A）。

相應地，在病圃自然誘發發病種質中，發病嚴重程度與其人工注射接種后發病的嚴重程度無顯著相關性（P=0.570 5）（圖3-B）。

3"討論與結論

本試驗篩選國際水稻所的種質材料，選擇在試驗基地具有相近生育期并在相同土壤條件下， 按照常規栽培方式進行研究，不同種質之間表現出來的田間抗性差異只能來自種質本身。通過對23個水稻種質的穗期農藝性狀和對稻曲病的抗性比較分析，本研究發現稻曲病的發生存在明顯的種質差異；旗葉和倒2葉寬的水稻在田間自然條件下更容易發生稻曲病；當稻曲病發生時，倒2葉越長和面積越大，發病越嚴重；人工接種發病程度較田間自然發病重，且在田間自然發病種質中，發病嚴重度與人工接種發病嚴重度無顯著相關性。

前人已經有關于水稻穗部葉片農藝性狀與其稻曲病抗性之間的關系的報道。徐正進等研究發現，水稻的稻曲病發病率與其旗葉寬呈極顯著正相關關系^［10］。陳天琪等也認為，旗葉和倒2葉面積與稻曲病發生的程度呈正相關^［7］。上述研究與本研究結果一致，從稻曲病侵染角度來看，水稻旗葉和倒2葉葉片越寬，越有利于稻曲病菌的初始積累，進而增加侵染成功的概率，利于病害發生。本研究結果可為水稻抗稻曲病品種選育和栽培品種選擇提供理論依據，即在品種選育上宜選擇葉片面積相對較小的品種。也存在另一種可能，即稻曲病抗性基因與水稻窄葉性狀連鎖。夏友霖等研究發現，花生晚斑病抗性也存在與晚熟、結果數少、小籽粒等不良性狀連鎖的情況^［11］。因此，在綜合性狀優良品種選育時，需要擴大篩選的遺傳群體，以打破抗性基因與不良性狀相關基因連鎖的情況。

建立高效的稻曲病抗性鑒定體系是抗病育種的重要基礎。本研究對2種抗性鑒定方法的結果進行比較，發現2種方法的接種結果差異較大，篩選的23份種質人工接種發病率為100%，田間自然發病率僅39%。目前，人工接種稻曲病相對自然發病具有更好的發病效果，是進行水稻稻曲病抗性和病原菌致病性鑒定應用較多的方法，然而利用人工接種進行的抗性評價突破了水稻穗苞天然屏障，獲得的品種抗性程度不能完全反映田間自然條件下的品種抗性強弱，且工作量較大^［12-13］。田間自然發病的抗性鑒定方法受環境影響較大，環境菌量、濕度溫度均會對水稻抗性評價產生影響，需要選擇利于發病的穩定環境進行多年多點試驗。利用厚垣孢子噴霧接種稻曲病，在一些年份和地區發病效果明顯，但是效果穩定性還需要進一步研究^［14-15］。而在其他病害如小麥穗部病害赤霉病的抗性鑒定工作中，采用單小花浸菌紙片法進行接種，克服了環境條件和人為注射帶來的影響，取得了較好的效果^［16］。因此，建立可靠方便的稻曲病抗性鑒定方法，可以參考其他病原菌的抗性鑒定方法加以改良，仍需要根據稻曲病發生的實際情況進行更多摸索。

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