水稻抗纹枯病育种研究及展望

张国伟,王中源

(1.四川省广元市农业科学研究院， 四川 广元 628000；2.安徽荃银高科种业股份有限公司，安徽 合肥 230000)

水稻(Oryza.sativa)是中国乃至全世界的最重要粮食作物之一，种植面积约占全国耕地面积的1/4，世界上半数人口以稻米为食。自20世纪90年代以来，中国水稻种植面积减少了567.2万hm2，但产量却增加了1129.0万t，这主要得益于水稻新品种的选育和一些新栽培技术的实施。而平均每年因遭受病虫害损失约10%，为了减少病虫害，保证水稻的高产、稳产，人们一方面不断加强新型农药的研制，另一方面就是注重培育、选育抗病、抗虫新品种。目前，在可持续发展生态农业的大趋势要求下，培育抗病、抗虫品种已经成为水稻育种的重要目标之一。

1　纹枯病的抗性遗传

1.1　水稻纹枯病发现及症状

水稻纹枯病是仅次于稻瘟病的世界性水稻第二大真菌性病害[1]。20世纪70年代以来，随着矮秆、多蘖及高产品种的推广及高肥、高密植栽培技术的使用，导致纹枯病危害呈逐年加重的趋势。据统计，我国自上世纪80年代以来，水稻因纹枯病而减产面积达到130万hm2，损失产量约100万t。90年代中期对南方稻区的调查表明，纹枯病在我国南方部分地区已经成为水稻的第一大病害[2]。

1910年，日本学者宫宅最早发现了水稻纹枯病[3]。之后，1918年莱因金和1926年帕洛在菲律宾，1932年帕克和伯塔斯在斯里兰卡相继报道了此病。在20世纪50年代之前的一段时期，水稻纹枯病曾一度被称为“东方病害”。60年代之后，世界各地陆续报道了水稻纹枯病。在我国，该病最早发现于1934年[1]。

水稻纹枯病(Sheathblight)是由立枯丝核菌(Rhizoctoniasolani Kühn)引起的真菌性病害[1]。它属于半知菌亚门丝孢纲无孢目丝核菌属真菌，寄主范围很广，可危害260多种植物，如：豆类、甘薯、花生、高粱、玉米、粟、甘蔗等水稻以外的其他主要农作物，正是由于纹枯病菌的强致病力和宽寄主范围，至今尚未发现具有优良抗性的抗源品种[4]。

水稻纹枯病是一种土传真菌病害，其主要危害水稻的叶鞘，但在条件适宜时，其菌丝蔓延到水稻的叶片和稻穗上，造成叶片和稻穗发病。因此，纹枯病的症状可以分为叶鞘症状、叶片症状和穗部症状。

1.1.1叶鞘症状水稻分蘖末期前后，是其第一个主要危害期，此时群体处于假封行期，田间高温且湿度较大，有利于其发病。病害开始发生，病斑始见于水稻基部靠近水面的叶鞘，并于此处形成暗绿色的水渍状的小斑点，而后逐步扩大形成椭圆形或云纹状。病斑的中央呈灰绿或灰褐色，湿度低时中部变为淡黄或灰白色，中部组织破坏变为半透明状，边缘呈暗褐色。严重发病时，多个病斑可连成一片融合形成大病斑，形成不规则的云纹斑，导致叶片发黄枯死。

1.1.2叶片症状发病叶片的症状同叶鞘，也呈云纹状，边缘褪黄，发病快时病斑呈污绿色，叶片很快腐烂。

1.1.3穗部症状孕穗至抽穗后15d左右，水稻处于第2个主要受害期，此时群体处于封行期，病害最重的时期。若此期间遇阴雨天气，病情发展非常迅速，可造成病原菌从剑叶鞘扩展至剑叶或穗部。病斑开始时为污绿色，而后变为灰褐色，致使不能抽穗。

1.2　病原菌分类及生物学特点

在纹枯病病原菌的分类学研究上，曾出现一度的混乱[5]。1932年，最终由Park和Bertus确定其无性阶段，属半知菌亚门，无孢目，称立枯丝核菌(Rhizoctoniasolani Kühn)。其有性阶段，多年来一直应用1955年S.Ito所命名的Pelliucularia sasakii (Shirai) S.Ito；在20世纪90年代后，被认定为Thanatephorus cucumeris (Trank) Donk，属担子菌亚门，胶膜菌目，称瓜亡革菌。纹枯病菌主要是在无性世代对作物造成危害，菌丝生长的温度范围一般在10～36℃之间，最适易生长的温度为28～32℃。在相对湿度为96%以上时菌核萌发，低于85%萌发受抑制。

水稻纹枯病致病菌是一种宽寄主的半腐生性真菌，很难发现其有性态，侵染危害主要以无性态菌丝为主，无性阶段于1932年被确定为立枯丝核菌(Rhizoctoniasolani Kühn)[6,7]。 菌丝幼嫩时无色，老熟时淡黄色，较粗壮，直径8～12μm。一般情况下，菌丝先在叶鞘内表面侵染，当温、湿度适宜时可侵染植株大部分，并造成严重的病害。

2　纹枯病的抗病种质资源

2.1　野生稻抗纹枯病基因资源的挖掘

野生稻生长于恶劣的自然环境条件，易形成相对于常规稻较高抗病能力。因此，与栽培稻相比，在野生稻中存在较多的抗纹枯病基因。我国在“八五”期间对2000多份野生稻种质资源进行了抗性鉴定，发现中抗纹枯病的有S1001、S1031、S1034 、S3192和S8153等[8]。Prasead和Eizenaga在印度野生稻(Oryzanivara)、巴蒂野生稻(Oryzabarthii)、南方野生稻(Oryzameridionalis)、药用野生稻(Oryzaofficinalis)等材料中均发现中抗纹枯病的材料[9]。

目前已定位出的抗纹枯病QTL均是局限于推广应用的栽培稻，对存在于野生稻中的抗纹枯病基因并没有相关的研究报道。发掘并鉴定野生稻中存在的抗纹枯病基因，运用远缘杂交或其他手段将其导入到栽培稻中是获得优异抗病材料途径之一。

2.2　水稻抗纹枯病种质资源的发掘和创制

水稻抗纹枯病资源的筛选鉴定工作起始于上世纪30年代。桥冈良夫(1951)认为，中国大陆、台湾省和印尼等地的地方品种中有比较多的水稻抗纹枯病资源，日本品种中抗性资源较少[10]。国际水稻所(IRRI)于上世纪70年代初，每年收集和鉴定全球数千份水稻抗病种质资源材料对纹枯病的抗性；80年代，又通过在不同国家和地区建立国际水稻纹枯病鉴定圃，利用72208份水稻品种或品系进行了抗纹枯病的鉴定。结果表明，95%以上的材料表现中感或高感反应，少数为中抗反应，没有高抗和免疫材料(过崇俭，1985)[5]。据WuKs(1984)报道，印度于60年代末也进行了水稻抗纹枯病种质资源的筛选鉴定工作，结果发现大部分的材料为中抗以下水平，极少数的表现抗病或者高抗。但是这些材料的纹枯病鉴定工作受环境的影响较大，在不同的地方抗性水平有所差异[11]。美国对水稻纹枯病的遗传育种研究工作一直比较重视，近年来对其研究资金的投入力度越来越大。典型的研究有Lee and Rush(1983) 研究发现的美国的长粒型栽培品种对纹枯病的抗性水平较低，未发现达中抗或以上的抗性材料;而中短粒品种中发现有抗性品种存在。在这些研究中还鉴定出了一批较抗的水稻纹枯病种质资源，如Jasmine85、Guichao2、Teqing Tetep、Laducan、H4/CODF、Riee/Grass、RXCL等[1]。Mckenzie等(1986)对高秆抗病品种Tetep进行CO60辐射诱变处理，从其后代中选育出矮秆早熟抗源P150071和P150072[12]。来自美国长粒型粳稻品种Lemont是国际公认的感病品种，在目前水稻纹枯病的遗传研究中有较多的应用。Groth等(1989) 通过回交的手段，将Tetep品种的抗性转移到了Lemont背景中，从而获得具有Lemont株型并对纹枯病具有抗性的改良抗源Pr655s[13]。Xie等(1992) 通过体细胞原生质体培养的方法，鉴定获得两个抗病变异系LSBR-5和LSBR-33，这两个抗病变异系全部来自感病品种Labelfe[14]。这些材料的选择和创建对纹枯病遗传育种研究都起到了很大的作用。

我国在20世纪70年代初就开始对水稻抗纹枯病进行筛选，虽然鉴定出一些抗病材料，但也没有发现高抗品种。国内学者杨家珍的研究认为，籼稻、粳稻中都存在抗源，早稻抗病品种较少，晚稻抗病品种较多，抗性水平达中抗，未发现有免疫的材料[15]。湖南从上世纪70年代中期开始，连续8年鉴定了不同国家和地区的24000份栽培稻和野生稻, 未发现对纹枯病理想的抗源，仅有少数中抗材料(彭绍裘，1986)[16]。近年来，水稻光敏核不育资源的发现和鉴定，为常用的轮回选择的育种方法提供了方便材料。朱立宏等(1990)[17]用核不育材料为受体亲本，与若干优良中抗水平的品种(系) 初步建立了轮回选择体系，以积累不同材料中的微效基因，已得到一些抗性明显优于亲本、农艺性状得到改良的中间材料。关于水稻对纹枯病的耐病特性，陈志谊(1992)[18]报道，同样表现中抗的品种(病害严重度30. 0左右)，其产量损失差异也很大。有些品种的损失率达12%，而有些则仅为2%～3%。有些品种如汕优3号、扬州稻2号等，病斑虽然扩展到上2叶、甚至剑叶，但最后产量损失很小。利用这些耐病品种来对付水稻纹枯病，有一定实际意义。

利用生物技术手段来提高水稻抗纹枯病水平, 是另一条值得重视的途径。据Xie( 1987) 报道, 通过组织培养产生的无性变异体中, 获得了抗性明显优于抗病亲本Tetep和Taducan 的材料。今后如果结合诱变技术和组织水平的抗性鉴定技术，选择效果可能会更好。

2.3　抗病品种的选育

对于水稻的抗性品种的选育始于上世纪70年代，迄今，世界各国的研究者已对近十万分的水稻种质资源进行了抗性鉴定，虽然肯定了一批抗性稳定的优良品源，如Tetep、Jasmine85、特青等，但还未发现对该病高抗或免疫的品种。即使在已获得的这些具有部分抗性的抗源中，大部分的品种品质较差，并且综合性状不良，难以在生产上直接利用。陈宗祥等[19]对“十五”期间江苏主要栽培的粳稻品种进行抗性鉴定，结果表明，供试的67个品种平均病级为5.5级左右(0～9级评价标准)，即所有供试品种表现中感。传统的抗病遗传育种方法未能解决水稻对纹枯病的抗性问题，有些学者把目光聚集到了转基因育种，即将内，外源广谱的抗真菌基因，如几丁质酶基因、葡聚糖酶基因以及来自拮抗微生物的基因转入水稻中，以提高其抗病性。

3　展望

传统的育种方法主要是依据作物在田间的表现进行评价和选择，即通过表型间接对基因型进行选择[20]，要求有大量的育种经验和很长的育种时间。因此，如何提高育种过程中的选择效率，减少其盲目性成为拓展品种生产力的关键[21]。借助分子标记辅助选择可以在作物的早期世代进行选择，从而缩短育种进程，不受环境干扰，不受等位基因显隐性关系影响，而且可以提高选择的精确度，选择结果真实可靠。

随着分子标记及相关技术的日趋高通量化，以及各种作物上发现的有效主基因和主效数量基因的大量增加，很多研究者已尝试将这些基因应用于育种实践，且提出了很多有价值的研究思路和运用策略。尽管对质量性状基因的标记辅助选择已有不少成功的事例，然而，在数量基因的辅助选择研究上则少有报道。但是很多育种实践的性状属于数量性状，只有将QTL应用于育种实践，才能达到真正的标记辅助育种。

参考文献：

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[3]S.H.欧编著,(何家泌译).水稻病害[M].北京:农业出版社，1981，237-240.

[4]李国志.水稻抗纹枯病QTLqSB-9TQ的精细定位研究[D].扬州：扬州大学，2012.5.

[5]过崇俭，陈志谊.水稻纹枯病致病力分化及品种抗性鉴定技术的研究[J].中国农业科学, 1985(5)：50-57

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