中國主栽品種對7個白葉枯病菌菌株的抗性分析

袁筱萍,　魏興華,　徐　群,　王一平,　余漢勇,　王彩紅

(水稻生物學國家重點實驗室, 中國水稻研究所, 杭州　310006)

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中國主栽品種對7個白葉枯病菌菌株的抗性分析

袁筱萍,魏興華,徐群,王一平,余漢勇,王彩紅*

(水稻生物學國家重點實驗室, 中國水稻研究所, 杭州310006)

用7個水稻白葉枯病菌菌株測試198份秈稻和123份粳稻主栽品種的抗性反應。結果表明,供試菌株中致病力最強的菌株為浙173,致病力最弱的菌株為JS49-6。321份試驗材料中對7個菌株表現(xiàn)為全抗的秈稻品種有9份，粳稻品種16份；對7個菌株表現(xiàn)為全感的秈稻品種有6份，未有粳稻品種對7個菌株表現(xiàn)為全感病,這一結論表明粳稻品種對白葉枯病菌的抗性明顯優(yōu)于秈稻品種。且早、中、晚稻抗性水平分布趨勢基本一致。

水稻;主栽品種;白葉枯病;菌株;抗性

水稻白葉枯病是由水稻黃單胞菌(Xanthomonasoryzaepv.oryzae, Xoo)引起的一種較為嚴重的水稻病害,在全球水稻主要生產地均有發(fā)生,尤其是在亞洲[1]。水稻白葉枯病多發(fā)生在水稻分蘗盛期,能導致產量降低20%,嚴重時可達50%以上[2]。發(fā)掘抗白葉枯病水稻品種是抑制水稻白葉枯病發(fā)生最經濟有效的方法[3-4]。截至2013年3月,已報道水稻白葉枯病抗性基因共38個,其中顯性基因Xa占多數(shù),共有26個,其他為隱性基因xa。目前已有26個白葉枯病抗性基因被定位,其中Xa1、xa5、xa13、Xa21、Xa23、Xa26、Xa27共7個基因已成功克隆,供體品種分別為‘黃玉’、‘Java 14’、‘早生愛國3’、‘明恢63’、‘DZ192’、‘IR1545-339’、‘BJ1’、‘長藥野生稻’、‘小粒野生稻’[5]。為客觀地評價我國常規(guī)稻主栽品種對水稻白葉枯病的抗性情況,本研究選用321份20世紀50年代以來我國水稻生產上應用較廣的主栽品種進行白葉枯病的抗性鑒定,明確其對白葉枯病的抗性現(xiàn)狀,以期為水稻抗病育種、抗性品種的合理布局及水稻白葉枯病的防控提供參考依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗材料

試驗材料包括我國水稻生產上廣泛應用的各類型常規(guī)稻主栽品種321份(表1),其中秈稻品種198份(早秈124份,中秈36份,晚秈38份),粳稻品種123份(早粳41份,中粳24份,晚粳58份)。供試材料中有301份品種(93.8%)在生產上年推廣面積曾在6.67萬hm2(100萬畝)以上。所有參試材料均來自于中國水稻研究所國家水稻種質中期庫。

表1　參試材料

1.2供試菌株

供試的7個水稻白葉枯病菌致病型的代表菌株JS97-6、KS6-6、JS158-2、浙173、1358、OS198、JS49-6均由本實驗室保存,其在中國鑒別品種上的抗性反應如表2所示。

表2　7個菌株在中國鑒別品種上的抗性反應

1.3接種體的準備

將冷凍干燥保存的7個白葉枯病菌菌株原菌種于接種前分別在Wakimoto培養(yǎng)基上復壯。于28℃恒溫下培養(yǎng)72 h,用無菌水配制成濃度為3×108cfu/mL的菌液,現(xiàn)配現(xiàn)用。

1.4接種時期和方法

采用成株期人工剪葉法接種。參試材料經浸種、催芽及育秧30 d后,移栽至試驗區(qū)隔離病圃內。每品種栽6行,每行栽7株,行株距17 cm×20 cm。田間管理均按當?shù)爻Ｒ?guī)大田管理方法進行,接種后保持3 cm淺水層,不噴施任何殺菌劑。于水稻分蘗盛期至孕穗初期在傍晚太陽西斜后,用剪葉法接種,每個菌株接種2株,每株接種4～5張葉片,如頂葉(劍葉)及倒2葉和倒3葉。配制的菌液在2 h內用完。

1.5調查方法和記載標準

一般在接種后14～21 d進行調查,接種與調查的間隔時間因時、因地制宜。調查3～5張葉片。參考國際水稻研究所標準記載病情[6]。0級:剪口處無明顯病斑(高抗);1級:剪口下有很小病斑,很少向下延伸,病斑面積≤接種葉片面積的10%(抗病);3級:病斑面積占接種葉片面積的10.1%～25%(中抗);5級:病斑面積占接種葉片面積的25.1%～50%之間(中感);7級:病斑面積占接種葉片面積的50.1%～75.0%(感病);9級:病斑面積大于接種葉片面積的75%(高感)。

1.6數(shù)據(jù)分析

用Excel軟件對獲得的表型數(shù)據(jù)進行初步整理,統(tǒng)計各參試材料的抗性。采用PowerMarker V. 3.25[7]計算ShareAllele遺傳距離,按非加權類平均法(unweighted pair group method with arithmetic averaging,UPGMA)進行聚類,繪制聚類圖。

2　結果與分析

2.1各白葉枯病菌菌株的致病力比較分析

分析7個水稻白葉枯病菌菌株對321份參試材料的致病力差異(圖1),結果顯示致病力最強的菌株為浙173,參試材料中的267份品種對其表現(xiàn)出高感、感或中感病反應,僅有16.8%的品種達到中抗及以上的抗性水平;其次是菌株JS158-2和JS97-6,分別有75.1%和73.8%的參試材料對這兩個菌株表現(xiàn)高感、感或中感病反應,各有80份和84份品種時這兩個菌株達到中抗以上水平;致病力最弱的為菌株JS49-6,有305份品種對該菌株表現(xiàn)為抗性或中抗水平,只有1份品種(‘早秈503’)對其表現(xiàn)為高感反應。

圖1　參試材料的抗譜分析Fig.1　Resistance of the tested materials

2.2不同來源地主栽品種的抗性分析

圖2是基于7個白葉枯病菌菌株對不同來源地品種(不包括只有1份品種的貴州、天津、新疆、云南及陜西)的抗性系統(tǒng)聚類圖。以ShareAllele遺傳距離0.225為閾值,可將參試材料按來源地分成3類。第1類僅包含來自寧夏的2份品種(‘寧粳16號’和‘白皮大稻’),它們對菌株JS97-6、JS158-2及浙173均表現(xiàn)為感病,對菌株1358和JS49-6均表現(xiàn)為抗病。然而,‘寧粳16號’對菌株KS6-6和OS198表現(xiàn)為抗病,而‘白皮大稻’對這兩個菌株則表現(xiàn)為感病。第2類由來自上海、吉林、臺灣、北京、河北、河南、江蘇、遼寧品種組成,來源于這些地區(qū)的參試材料對菌株KS6-6、浙173、1358、OS198及JS49-6多數(shù)表現(xiàn)為抗性,且與表現(xiàn)感病的品種數(shù)量上差異較大;對菌株JS97-6和JS158-2多數(shù)表現(xiàn)為感病,但與表現(xiàn)抗性的品種數(shù)量相差不大(圖3a)。第3類由來自江西、四川、湖南、湖北、浙江、安徽、廣東、廣西、福建及黑龍江品種組成,來源于這些地區(qū)的參試材料對菌株1358、OS198及JS49-6多數(shù)表現(xiàn)為抗性,且與表現(xiàn)感病的品種數(shù)量差異較大;對菌株KS6-6表現(xiàn)為抗性的品種數(shù)量與表現(xiàn)感病的數(shù)量相差不多;對菌株JS97-6、JS158-2和浙173則表現(xiàn)為感性品種較多,且與抗性品種數(shù)量差異較大(圖3b)。

2.3試驗品種白葉枯病抗性分析

不同亞種類型水稻品種對白葉枯病的抗性存在著明顯的差異,粳稻品種對白葉枯病的抗性明顯優(yōu)于秈稻品種(表3)?？棺V最廣的粳稻品種有16份,占參試粳稻品種的13.0%,分別為‘當選晚2號’、‘通育124’、‘東方紅1號’、‘93-25’、‘鎮(zhèn)稻88’、‘武香粳14’、‘飛來鳳’、‘滬選19’、‘臺南6號’、‘臺中65’、‘寧67’、‘秀水122’、‘秀水27’、‘丙98-110’、‘丙97-59’、‘荔枝紅’,對7個供試菌株均表現(xiàn)為抗病?？剐员憩F(xiàn)最好的秈稻品種有9份,占參試秈稻品種的4.5%,分別為‘雙朝25’、‘七山占’、‘粵香占’、‘特秈占25’、‘青華矮6號’、‘揚稻4號’、‘贛早秈37’、‘浙輻9號’、‘嘉育293’,對7個供試菌株均表現(xiàn)為抗病。對7個供試菌株均表現(xiàn)為感病共6份,均為秈稻品種,分別為‘廣陸矮4號’、‘華矮15’、‘湘矮早3號’、‘6044’、‘矮南早1號’及‘99-15’,這些材料可作為育種親本。

圖2　來源地基于表型變異的UPGMA聚類圖Fig.2　UPGMA tree of the origins of the rice varieties based on phenotypic variation

從表4可知,早、中、晚稻間參試材料抗性水平分布趨勢基本一致,對菌株1358、OS198及JS49-6,均表現(xiàn)出較強的抗病反應;對于菌株JS97-6、JS158-2、浙173,感病材料在各級水稻區(qū)試品種中占有極顯著優(yōu)勢;對于菌株KS6-6,多數(shù)供試品種表現(xiàn)為中抗以上水平。

3　討論

袁筱萍等[8]報道的國外新引進水稻品種(系)對我國水稻白葉枯病菌致病型的抗性反應中,白葉枯病菌菌株的致病性表現(xiàn)為JS158-2>浙173>JS97-2>1358>KS6-6。夏小東等[9]評價了中國稻種微核心種質資源對稻瘟病和白葉枯病的抗性，得出菌株致病性表現(xiàn)為菌株POX99>浙173>JS158-2>1538>KS6-6>JS97-6>OS198>JS49-6，與本研究7個白葉枯病菌株對我國主栽品種的致病性表現(xiàn)(菌株浙173>JS158-2>JS97-6>KS6-6>1358>OS198>JS49-6)有所差異,但趨勢基本一致。這可能與所選用的參試材料來源不同有關。對我國不同來源地主栽品種的聚類分析表明，水稻對白葉枯病的抗性存在較為明顯的地理分布特征—以長江為界,南北各一類。但較為特殊的是來自黑龍江的品種。按其地理分布應屬于長江以北,但聚類分析結果將其劃分在長江以南類群中。本文中地理分布與菌株間聯(lián)系表現(xiàn)最強的是菌株浙173,其在長江以南表現(xiàn)出較強的致病性[10]。

圖3　第2類群(a)和第3類群(b)的抗譜分析Fig.3　Resistant-spectrum analysis for group 2 (a) and group 3 (b)

菌株Strain亞種Subspecies比例/% Proportion抗病Resistance中抗Mid-resistance中感Mid-susceptibility感病Susceptibility高感High-susceptibilityJS97-6秈稻3.549.0914.1431.8241.41粳稻5.6942.2832.5217.072.44KS6-6秈稻12.6334.8518.1816.1618.18粳稻69.9215.4510.574.070.00JS158-2秈稻2.0210.6117.1733.8436.36粳稻5.6939.0236.5915.453.25浙173Zhe173秈稻0.5110.1018.6928.7941.92粳稻2.4424.3947.1521.144.881358秈稻57.5815.6610.1013.643.03粳稻86.998.133.251.630.00OS198秈稻66.1615.6611.115.561.52粳稻88.627.323.250.810.00JS49-6秈稻87.375.564.552.020.51粳稻95.123.250.810.810.00

表4　7個白葉枯病菌株對不同類型致病力分析

續(xù)表4Table 4 (Continued)

菌株Strain類型Sub-type比例/% Proportion抗病Resistance中抗Mid-resistance中感Mid-susceptibility感病Susceptibility高感High-susceptibilityKS6-6早秈8.0637.1016.1316.9421.77中秈16.6733.3316.6713.8919.44晚秈23.6828.9526.3215.795.26早粳56.1029.277.327.320.00中粳83.338.338.330.000.00晚粳74.148.6213.793.450.00JS158-2早秈2.429.6812.1025.0050.81中秈2.7819.4416.6741.6719.44晚秈0.005.2634.2155.265.26早粳4.8834.1524.3929.277.32中粳8.3341.6745.834.170.00晚粳5.1741.3841.3810.341.72浙173Zhe173早秈0.008.8716.1320.9754.03中秈2.7819.4411.1130.5636.11晚秈0.005.2634.2152.637.89早粳7.3217.0734.1529.2712.20中粳0.0037.5054.178.330.00晚粳0.0024.1453.4520.691.721358早秈53.2316.139.6816.944.03中秈69.4413.895.568.332.78晚秈60.5315.7915.797.890.00早粳82.939.764.882.440.00中粳95.834.170.000.000.00晚粳86.218.623.451.720.00OS198早秈58.8719.3513.716.451.61中秈75.0011.1111.110.002.78晚秈81.587.892.637.890.00早粳75.6112.209.762.440.00中粳91.678.330.000.000.00晚粳96.553.450.000.000.00JS49-6早秈84.684.846.453.230.81中秈94.445.560.000.000.00晚秈89.477.892.630.000.00早粳87.807.322.442.440.00中粳100.000.000.000.000.00晚粳98.281.720.000.000.00

只有明確水稻品種對白葉枯病的抗性,才能做到品種的合理布局、品種抗性資源的充分利用[11]。本研究發(fā)現(xiàn)供試的主栽品種對白葉枯病的抗性下降、抗和中抗品種不多,對7個供試菌株均表現(xiàn)為抗性的粳稻品種有16份(‘當選晚2號’、‘通育124’、‘東方紅1號’、‘93-25’、‘鎮(zhèn)稻88’、‘武香粳14’、‘飛來鳳’、‘滬選19’、‘臺南6號’、‘臺中65’、‘寧67’、‘秀水122’、‘秀水27’、‘丙98-110’、‘丙97-59’、‘荔枝紅’),秈稻品種有9份(‘雙朝25’、‘七山占’、‘粵香占’、‘特秈占25’、‘青華矮6號’、‘揚稻4號’、‘贛早秈37’、‘浙輻9號’、‘嘉育293’)。目前國內極少秈稻品種能抗V類菌株,且根據(jù)前人的鑒定結果及品種審定結果，‘七山占’、‘粵香占’、‘特秈占25’、‘青華矮6號’均不抗Ⅴ類菌株[12-13]。本研究所選菌株1358屬于致病型Ⅴ類菌株,上述5份品種資源對其表現(xiàn)為抗性反應,這可能是因為其在保存過程中或由于其他原因,致病性發(fā)生變異所致。

白葉枯病一旦發(fā)生,將會是全面性、致命性的毀壞,直接威脅到下一輪育種材料的篩選、制種以及糧食安全。感病品種種植面積的不斷擴大成為白葉枯病暴發(fā)較為嚴重的隱患。由于我國在作物品種抗病性評價體系及抗病品種選育研究方面還較薄弱,新品種選育與生產應用之間存在嚴重的瓶頸——抗病性問題。因此,必須加強品種的抗病性研究與鑒定工作,不斷完善水稻品種抗病性鑒定技術及評價體系[14]。

[1]Gnanamanickam S S, Priyadarisini V B, Narayanan N N, et al. An overview of bacterial blight disease of rice and strategies for its management [J].Current Science, 1999, 77(11): 1435-1444.

[2]Mew T W, Alvarez A M, Leach J E, et al. Focus on bacterial blight of rice [J].Plant Disease, 1993, 77(1): 5-12.

[3]章琦. 水稻白葉枯病的抗性和遺傳研究進展[M]∥朱立宏. 主要農作物抗病性遺傳研究進展. 南京:江蘇科學技術出版社, 1990: 1-14.

[4]凌忠專.水稻抗瘟性遺傳研究進展[M]∥朱立宏.主要農作物抗病性遺傳研究進展.南京:江蘇科學技術出版社,1990: 83-95.

[5]國家水稻數(shù)據(jù)中心. 基因數(shù)據(jù)庫[DB/OL].http:∥www.ricedata.cn/gene/.

[6]IRRI. Standard evaluation system for rice[M].Los Banos, the Philippines: International Rice Research Institute, 1996: 20-21.

[7]Liu Kejun, Muse S V. PowerMarker: an integrated analysis environment for genetic marker analysis[J].Bioinformatics, 2005, 21(9): 2128-2129.

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[9]夏小東, 袁筱萍, 余漢勇, 等. 中國稻種微核心種質資源對稻瘟病和白葉枯病的抗性評價[J].浙江農業(yè)科學, 2010, 22(5): 211-214.

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[13]國家水稻數(shù)據(jù)中心. 中國水稻品種及其系譜數(shù)據(jù)庫[DB/OL].http:∥www.ricedata.cn/variety/.

[14]李華, 顧才東, 殷延勃. 不同粳型水稻不同時期抗瘟性及抗譜分析[J].種子, 2007, 26(1): 66-68.

(責任編輯：楊明麗)

Resistance of main rice cultivars in China to seven bacterial blight strains

Yuan Xiaoping,Wei Xinghua,Xu Qun,Wang Yiping,Yu Hanyong,Wang Caihong

(State Key Laboratory of Rice Biology, China National Rice Research Institute, Hangzhou310006, China)

198 indica and 123 japonica main rice cultivars were tested for their resistance to seven bacterial blight (Xanthomonasoryzaepv.oryzae) strains in China. The results showed that among all seven bacterial strains,Zhe173 demonstrated the strongest pathogenicity while JS49-6 showed the weakest. Among the 321 tested rice cultivars, nine indica cultivars were resistant to all seven strains, while six indica cultivars were susceptible to those strains. Among all tested japonica cultivars， 16 of them were resistant to the seven strains, but none of them was susceptible to all the strains, indicating that the resistance of japonica cultivar was higher than that of indica. There was no difference among the resistance of early, medium and late sub-type rice.

rice;main cultivar;bacterial blight;strain;resistance

2015-08-07

2015-09-30

農業(yè)部物種資源保護專項(2015NWB047)

E-mail: wangcaihong@caas.cn

S 435.111

A

10.3969/j.issn.0529-1542.2016.04.028