水稻稻瘟病育种研究进展

栾春晶 于鑫鑫 李修平

(佳木斯大学生命科学学院，黑龙江 佳木斯 154007)

水稻(Oryza sativa L.)是世界上最重要的粮食作物之一，全球有超过1/2的人口以稻米为主食。随着现代生活品质的提高，粮食的品质与产量直接影响人们的生活质量。稻瘟病(Magnaporthe)作为水稻3大病害之一，发病频率高、范围广，多年来已在全世界范围内成为影响水稻最严重的真菌病害，对水稻的产量造成不可挽回的损失。稻瘟病发病严重时可导致50%以上减产，甚至造成部分区域绝产。近年来，我国稻瘟病发病频率逐渐升高，对水稻的伤害日渐严重。现存的防治措施方法中，化学防治效果快但易产生抗药性且对环境危害大。因此，培育高品质的抗病品种是当下最经济、最环保，且有效的方法。

1 水稻稻瘟病的发生与危害

水稻稻瘟病是由(Magnaporthe oryzae)(无性态：Pyricularia oryzae)引起的一种具有极强危害性且防治困难的真菌性病害，具有传播时间短、速度快、传染性强的特点。稻瘟病在世界范围内是一种很常见的疾病，几乎各个水稻种植区以及水稻植株的各部位均能发生，对全球水稻产区的水稻产量造成了重大影响。稻瘟病菌在前1a于稻草或者病谷上以分生孢子和菌丝的形式存在，待到第2年温湿度条件均适宜的条件下，产生大量的分生孢子并传播扩散侵染植物组织。稻瘟病根据发病时期与部位的不同分类如下：苗瘟，种子带菌是导致其产生的主要原因，秧苗长至3叶期时，幼苗的根部呈现为灰黑色状态，叶片褐棕色，叶片卷曲造成秧苗枯死；叶瘟，常发生在潮湿的条件下，主要发生在分蘖期与孕穗期，被侵染的叶片有大斑块出现，变为不规则的灰色状态，叶片背部表现为有灰色霉层出现；节瘟，大多发生于抽穗后，先在稻节出现黑色的斑块，后扩散至整节，导致茎秆折断；穗颈瘟，初期病斑表现为在穗的颈、轴及枝梗上产生水渍状的斑点，最终病斑形成大块病斑，颜色由最初的深棕色逐渐变为黑褐色；谷粒瘟，感染初期在谷壳或护颖产生不规则的病斑，随着病斑进一步恶化稻谷由褐色逐渐变黑，致使种子携带病菌。稻瘟病在水稻整个生育期均可发生，其中，穗颈瘟是水稻稻瘟病中严重程度为首的，也是造成产量损失最严重的；其次为叶瘟，若在水稻幼苗时期感染稻瘟病可造成水稻整株植株直接死亡。

2 水稻稻瘟病鉴定技术

水稻稻瘟病的抗病性鉴定是育种的基础，在育种的进程中占据重要地位。自然诱发与人工接种是稻瘟病进行抗性鉴定的主要方式。自然诱发鉴定法包括田间与病圃2种方法；人工接种鉴定法包括离体接种与非离体接种2种方法。在运用自然诱发法鉴定时需注意，该方法极易受到环境因素的影响，且不同年份、地区的同一份材料鉴定后结果有较大差异。人工接种鉴定法主要接种方式包括喷雾、注射、涂抹、离体浸泡等，在进行稻瘟病抗性鉴定的过程中，选用不同的接种方式也会影响鉴定的结果。张玉华[1]利用现有的菌种资源，人为地制造出一个致病的环境，对新品种材料进行抗病性鉴定，结果表明，鉴定可行性高，为大量早期材料鉴定提供依据。吴双清等[2]通过研究，提出了结果更加真实有效的技术：自然诱发鉴定体系的7项关键技术，采用人工接种、分子辅助选择和病圃鉴定3种技术的结合，提高了鉴定结果的准确度，加快了育种的进程。李华[3]为缩小鉴定群体，先进行室温苗期鉴定，提高了鉴定效率。为提高精确度，可以对重要突出材料进行滴注法鉴定。

3 水稻抗稻瘟病抗源的筛选

挖掘、研究和利用抗病种质资源是稻瘟病抗性育种的重要依据。基因已被定位的抗源、长期存在的病区且经过自然选择而得以保存的抗源以及野生或培育材料中的优质品种是目前获得抗源的3种主要方式。收集的抗源材料必须通过本地自然诱发接种和本地优势稻瘟菌生理小种人工接种鉴定。只有都表现抗性材料，才能发挥出最大的作用。长期以来，国内外有关水稻稻瘟病抗性种质资源的研究一直在进行。相继鉴定出对稻瘟病具有持久抗病性或广谱的资源“Moroberekan”“Dourode Perecose”“OS6”“IR36”“R42”“Milyang30”“Tetep”“三黄占2号”“梅三五2号”“谷梅2号”及“湘资3150”等。“三黄占2号”具有持久抗病性的主要原因，经研究表明其主要由8个基因所控制，包含3个主效基因和5个微效多基因。沈瑛等[4]通过对我国多品种杂交稻进行了抗性鉴定，筛选出4个品系具有较好的广谱抗瘟性的，虽然4个品系均能够抗下该实验所用的全部菌种，但其抗性基因目前还不清楚。陆贤军等[5]对3255份四川当地材料进行抗性鉴定，鉴定结果表明，3255份材料中存在不同种类的抗性资源，其中抗苗瘟的材料最多，且多为籼粘型材料。Wu等[6]发现了“谷梅2号”与地谷2种材料对多种稻瘟病菌系皆表现出较强的抗性，并且在“谷梅2号”材料中定位了2个位于第6染色体上的抗性基因Pi-25与Pi-26，成为在国内抗病育种中发挥着重要作用的抗源材料。彭国亮等[7]对大部分病圃材料进行了抗性鉴定，其结果表明，抗源材料主要来自抗源材料多且抗圃范围广的国际稻品种中，其中有66份材料抗圃达到90%以上，有5个品种被广泛推广。孙国昌等[8]用来自不同地区不同稻瘟病菌株进行水稻新品种的抗稻瘟病抗性鉴定，结果显示，不同地区菌株的致病力存在着明显的差异。张亚玲等[9]利用黑龙江省水稻主要种植产区的不同稻瘟病菌株对多个水稻品种进行致病力以及抗性鉴定分析，发现抗病性较好的2个品种分别为“松粳9号”“垦鉴稻6号”，二者抗性频率分别达到了85%和82%。

4 水稻稻瘟病抗性基因定位研究

自20世纪60年代日本进行稻瘟病基因遗传研究后，已有许多具有抗性的基因被定位。近年来，随着现代分子生物学的迅速发展，水稻基因组测序的完成，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号染色体上的Pi-zh。朱献丰[11]定位了位于12号染色体上的Pi6，Pigm是一种供体亲本为“谷梅4号”广谱性稻瘟病的抗性基因，位于6号染色体上，其与Pi2、Pi9、Piz-t、Pi26等基因属同一家族，或为复等位基因，但是抗谱存在着显著的差别。Deng等[12]发现Pigm基因对多地具有代表性的菌种均表现出良好的抗病性，且经过调查得，该基因在全球50多个品种中均表现出较好的抗性，但粳稻中几乎没有Pigm基因。潘争艳等[13]发现，有很多对稻瘟病具有较好抗性等位基因存在于Pik上，且发现最为常见同时抗稻瘟病效果又好的Pik-h。Chen等[14]发现对我国近800种菌株表现出抗性的基因Pi2。周敏[15]研究发现，抗病基因对稻瘟病的抗性和感病性有一定的差异。范方军等[16]进行筛选鉴定育种，通过对比稻瘟病抗性基因库，将主要的抗性基因Pib、Pita、Pik-m与Pik-h导入水稻中，以解决当地的稻瘟病病害。研究发现对黑龙江的材料进行了分析，对比5个不同的稻瘟病基因，结果显示，Pita和Pi5的检出率相对较高。向聪等[17]将Pigm导入C815S受体中，获得了3个纯合具有较高抗性的不育株系。何海燕等[18]进行抗稻瘟病特异性检测，针对部分材料发现最常见的基因为Pib。兰波等[19]采用特异标记对当地杂交材料进行了分析，结果表明，Piz和Pid3是当地水稻抗性基因中最常见的2个基因。

5 水稻抗稻瘟病分子育种

分子标记辅助育种(Mark Assistance Selecting，MAS)是通过与靶基因紧密结合或在基因中的标记对靶基因直接选择，通过该方法可以准确地将目标基因区域准确传递，使得轮回亲本的基因组修复速度有了极大的提升，从而大大缩短了育种周期，同时提高了育种的效率。近几年来MAS技术推广度越来越高，在育种中的应用越来越广泛，技术的改进，高密度基因相关图谱的构建，水稻育种已步入生物技术与传统技术的融合进程，是目前向水稻品种转移所需要的基因最先进的途径。

倪大虎等[20]将Pi9与白叶枯抗病基因Xa21及Xa23聚合复交，得到4个具有良好农艺性状的三基因聚合株系，利用MAS对F2群体进行了选择，发现其选择的准确率高达98%。聂元元等[21]利用MAS技术，将基因Pi1、Pi2和Pi9导入R225中进对其F3代进行抗性鉴定，结果表明，均达到中抗水平。王飞等[22]通过将Pigm基因与高感品种进行连续回交，获得了新的株系，提高了该品种的稻瘟病抗性。裘烨[23]将供体Tetep、地谷B进行改良，应用MAS技术，筛选出6个恢复系。王军等[24]将“武运粳8号”与“镇稻42”作为亲本进行田间试验，“武运粳8号”仅含有Pita与Pib基因，经MAS技术选育出新的品系含聚合基因的74121。

6 展望

目前我国虽在抗性基因、克隆等方面都取得了很大的进步，但水稻之间的部分分子机理仍有许多不明确的方面。随着现代生物学的发展，水稻的全基因组序列的发布，水稻育种研究逐渐淘汰传统育种技术开始步入了基因组学以及后基因组学的时代。在未来，将有更多有关于水稻稻瘟病相关的基因可以被进一步分析，将先进阶段未能完成的工作进行进一步研究。通过分子标记辅助育种，培育具有更持久抗稻瘟病的品种应用于现实。